太湖底泥中蓝藻复苏的温度阈值研究_吴军林

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蓝藻中的微囊藻在生长环境不利时会在底泥表面积累，形成休眠体，等到环境条件适宜时，休眠体开始生长，迁移到水中，这便是所谓的“复苏”现象。这种生长策略可以使微囊藻渡过生长环境恶劣的时期从而为种群再生长提供了必需的“种源”。这是一个逐步积累的量变到质变的缓慢过程，整个过程受到环境因素特别是物理因子的影响较大。孔繁翔等提出假设，将蓝藻水华的形成分为相互区别而又连续的四个过程：下沉和越冬（休眠）、复苏、生物量增加、上浮聚集并形成水华，并认为影响每个阶段的主导因子不同。

微囊藻休眠体的复苏受到一系列环境因素的影响，研究表明，微囊藻的复苏与温度、光照、溶解氧以及营养盐有着密切的联系。Ｃáｅｒｅｓ认为在野外深水湖泊中引起微囊藻恢复生长的因素可能是温度的升高、底泥表面的低光强和缺氧环境。Ｒｅｙｎｏｌｄｓ［３］提出，在野外深水湖泊中当水体的温度达到７—８　℃时，微囊藻群体在底泥中开始初期缓慢的生长；微囊藻群体在１５　℃时，生长速率增大，并且开始少量地迁移至水体中。李阔宇等在室内研究武汉东湖底泥认为底泥中微囊藻的复苏在１５　℃时开始启动，存在于底泥中的微囊藻迁移至上层水体的最适条件为２０℃。Ｔｓｕｊｉｍｕｒａ等　［４］研究了日本琵琶湖沉积物中的微囊藻

群体的季节变化，结果呈现从冬季到初夏逐渐减少的趋势，发现大部分微囊藻的浮力在六月初变化比较大，这时的水温一般超过２０　℃。藻类体内的碳水化合物因长期处于黑暗状态下而被消耗完毕，而且由于温度的升高而较少合成。同时，水温的升高也使得气囊增多，从而使藻类的浮力变化。

由于水华蓝藻的复苏过程相当复杂，同时由于实验技术的限制，对于水华蓝藻复苏和从底泥中释放进入水体过程仍然没有一个完整的认识，水华蓝藻的复苏起始温度和复苏最适温度并不明确。目前，国外进行的水华蓝藻复苏研究大多应用于深水湖泊，国内外针对浅水湖泊中藻类复苏的研究较少。太湖是一个典型的浅水湖泊，平均深度仅１．８９　ｍ。因此探讨藻类特别是铜绿微囊藻的复苏与其机理，以及藻类复苏对太湖水华形成的作用，不仅能够认识浅水湖泊藻类的复苏规律，而且对认识蓝藻水华形成机理也具有重要意义。本研究在太湖底泥表面安放特制的藻类细胞捕捉器，通过检测其中的藻类复苏状况来研究太湖藻类复苏的过程，为探索太湖水华的形成机理提供必要的实验基础。

捕捉器安放在太湖梅梁湾湖区１　号点。梅梁湾位于太湖最北部，北接无锡市，南北长１４　ｋｍ　，东西长约８　ｋｍ，是近年来太湖富营养化较为严重的湖区。采样点固定金属支架，将３　个特制３０Ｌ　藻类捕捉器固定在支架上，下端插入底泥。为使捕捉器内外条件一致，在壁上每隔１０ｃｍ　钻两排直径１　ｃｍ　的小孔，外覆透水性３μｍ　孔径的滤膜（Ｓｅｆａｒ　，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ），这样能够在去除藻类影响的同时，保证捕捉器内外的水流和营养盐交换。３　个藻类捕捉器于２００４　年３　月２　日安放，安放完毕后用１２Ｖ　直流水泵（Ｒｕｌｅ　，ＵＳＡ）　抽干捕捉器中湖水，湖水通过滤膜渗入捕捉器内、使其中藻类数目起始为零。采样时间为２００４　年３～６　月，每周１　次，分别使用水泵采集３　个捕捉器湾区和湖心３个水样，并抽空捕捉器中湖水，以去除其藻类，不含藻细胞的湖水经过滤膜可再次进入捕捉器中，随后１　周在捕捉器中采样所测得的藻细胞生物量即可认为主要来

太湖底泥中蓝藻复苏的温度阈值研究

文／吴军林　王建萍

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ　ｏｆＲｅｃｒｕｉｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｍｉｃｒｏｃｙｓｔｉｓ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ＳｕｒｆａｃｅＳｅｄｉｍｅｎｔ　ｉｎ　Ｔａｉｈｕ　Ｌａｋｅ

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自底泥上浮。使用柱状采泥器采集湾区和湖心底泥０～２ｃｍ　样品，藻类捕捉器外的梅梁湾采样点底泥上覆水层的温度（　Ｔｅｍｐ）使用多参数水质监测仪（６６００　，　ＹＳＩ　，ＵＳＡ）　在每次采样时同步原位测定。

将采集的水样与采集的泥样按照文献方法提取其中色素，并使用荧光分光光度计（　ＲＦ２５３０１ＰＣ，　ＳａｈｉｍａｄｚｕＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，　Ｊａｐａｎ）　测出其中藻类的叶绿素ａ　（Ｃｈｌ　ａ）　、叶绿素ｂ　（Ｃｈｌ　ｂ）　和藻蓝素（ＣＰＣ）　含量［１３　］。在所有可发生光合作用的藻类中均能发现叶绿素ａ　，而在绿藻和裸藻中只含有叶绿素ｂ　，在蓝藻、红藻和隐藻中含有藻蓝素［１４　］。本次实验在太湖水体和底泥中未发现裸藻、红藻和隐藻的存在，因而叶绿素ａ、叶绿素ｂ　和藻蓝素含量可以分别表征水体和底泥中藻类总量、绿藻数量和蓝藻数量，藻蓝素与叶绿素比值（ＣＰ／　ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ）表征蓝藻在藻类中所占比例和蓝藻种群的相对优势。

复苏实验中藻类捕捉器中色素含量随水体温度的变化如图１所示。藻类捕捉器中测定的色素含量可被认为是主要来自底泥上浮藻细胞生物量。

由图１可知，在实验初始温度９　℃左右藻类捕捉器中即存在色素的增加，说明太湖底泥中的藻类即存在少量向水柱中迁移的现象。随着环境温度的增加，藻类捕捉器中叶绿素ａ和叶绿素ｂ含量同时增加。在１６－１７　℃区间内，叶绿素ａ含量达到最大值５２．６３　μｇ／Ｌ，在１３－１４　℃区间内，叶绿素ｂ含量达到最大值３．５６　μｇ／Ｌ。其中叶绿素ｂ含量在１０－１１　℃和１３－１４　℃两区间中增幅最大，说明太湖自然条件下，绿藻复苏进入水体的适宜温度区间大致为１０－１７　℃。

在实验初始温度９　℃左右藻类捕捉器中即存在藻蓝素的增加，说明已经存在底泥中蓝藻向水体中迁移的行为。随着环境温度的增加，藻类捕捉器中藻蓝素同时增加，在１３－１４　℃区间内，藻蓝素的含量达到最大值，其后略有减少，但在环境温度为１６－２１　℃的范围内，藻蓝素始终处于一个较高水平，在１６－１７　℃、２０－２１　℃两区间内出现两次较大增幅。２２　℃之后藻蓝素含量有所减小，但２４－２５　℃区间再次出现较大增幅。藻蓝素与叶绿素的比例说明藻类捕捉器中蓝藻占水体中藻类的比例波动变化。在１４－１８℃区间，藻蓝素占水体中藻类比例显著下降，且变化趋势较平稳。１９－２１　℃区间这一比例迅速升高，达到实验期内的最大值，２１　℃之后，总体变化趋势较平稳，但２５　℃左右出现一次大幅度升高。

由图１可知，太湖自然条件下蓝藻与绿藻的复苏规律存在显著差异，绿藻的复苏主要发生在环境温度较低的１０－１７　℃区间范围内，而蓝藻的复苏主要发生在实验的中期乃至后期，即环境温度相对较高的１３－２５　℃，说明蓝藻的复苏相对于非蓝藻（绿藻）的复苏滞后发生。在绿藻复苏的适宜温度区间１４－１７　℃范围内，蓝藻占水体中藻类的比例明显下降，说明此阶段进入水体的藻类主要是绿藻；在环境温度超过２０　℃后蓝藻占总藻量的比例迅速升高，在２０　－２１　℃区间达到最大比例０．０８１６，说明环

境温度较低时，藻类的复苏以非蓝藻（绿藻）为主，但

当环境温度达到蓝藻复苏的适宜范围时，蓝藻的复苏占

据了优势，高温对于蓝藻的复苏更为有利。蓝藻复苏所

需的温度高于非蓝藻，随着蓝藻的增加，非蓝藻的复苏

下降，这一结果一定程度上可以对夏秋季节水体中蓝藻

的优势地位做出解释。

　梅梁湾区底泥中色素含量随温度变化情况如图２所示。太湖底泥中色素含量随温度变化呈现先升高后降低

的变化趋势。１０－１３　℃区间，叶绿素ａ与叶绿素ｂ含量持

续上升，在１３－１４　℃区间达到最大值，３３６７　ｎｇ／ｇ和２０９　ｎｇ／ｇ，其后持续下降。

太湖底泥中藻蓝素同样呈现先升高后降低的变化趋势。但与叶绿素ａ和叶绿素ｂ变化趋势显著不同在于，底

泥中藻蓝素含量在初始的９－１５　℃区间范围内趋势平稳，蓝藻生物量上升区间为１６－２１　℃，在１６－１７　℃和２１－２２　℃

两区间出现两次峰值５５．８　ｎｇ／ｇ和５５．２９　ｎｇ／ｇ，其后波动下降。太湖底泥中蓝藻占总藻类比例随温度升高，在初始的

９－１５　℃区间内趋势平稳，１６　℃之后持续升高，最大值出

现在实验末期的２６－２７　℃区间。

结合藻类捕捉器和湾区底泥中色素数据，三种色素在

藻细胞捕捉器内水柱中的变化与在湾区的底泥中的变化

有着正相关的对应关系，说明了复苏藻类生物量的大小

一定程度上取决于底泥中藻类生物量的大小，由此可以

确认藻类从底泥向水中迁移的复苏过程。

为与藻类捕捉器内藻类复苏情况对照，采集藻类捕捉

器外梅梁湾区水体对照进行分析。梅梁湾区水体中色素

含量随温度变化情况如图３所示。

由３可知，藻类捕捉器水体中叶绿素ａ和叶绿素ｂ的

含量随温度变化呈现高低起伏的趋势，最高值出现在１６－

１７　℃区间，并在２０－２１　℃下降至最低值，而后再次上升。

与叶绿素的变化趋势明显不同，水体中藻蓝素含量在

２１　℃之前趋势平缓，之后随温度升高开始略有升高，２４

℃之后升高速率加快，在２６－２８　℃区间达到最大值。说明

温度升高至２２－２４　℃之后，梅梁湾采样点水体中蓝藻数量

激增。梅梁湾区水体中蓝藻占总藻类比例随温度升高，在

初始的９－２０　℃区间内趋势平稳，其后明显升高，说明蓝

藻在水体中藻类所占的比例上升，高温对于蓝藻更为有利，与藻类捕捉器内结果一致。

本次复苏实验中证明存在底泥中蓝藻随温度升高向水

体中的复苏行为，水体温度为９　℃时复苏过程开始，且环

境温度较低时，藻类的复苏以非蓝藻（绿藻）为主，但当

环境温度达到蓝藻复苏的适宜范围时，蓝藻的复苏占据

了优势，高温对于蓝藻的复苏更为有利。

（作者单位为浙江省上虞市环境保护局）

（责编：周宇）

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