藻类生长的影响因子(物质+外界因素).孔圣超

在正常环境中，藻类生长多数在光和黑暗交替的条件下生活。

在白天，藻类依靠体内的叶绿素a、b、c、d类胡萝卜素，藻蓝素，藻红素等光合作用色素，从H2O的光解中获得H2，还原CO2成[CH2O]n。

其化学反应式为：CO2＋H2O→[CH2O] n＋O2在光合作用中，叶绿素是将光能转变为化学能的基本物质，类胡萝卜素是辅助色素，它和叶绿素相结合，不直接参加光合反应，有捕捉光能并将光能传到叶绿素的功能，还能吸收有害光，保护叶绿素免遭破坏。

藻类进行光合作用所产生的氧气溶于水或释放入大气。

藻类光反应最初的产物ATP和NADPH2不能长期储存，它们通过光反应阶段把CO2转变为高能储存蔗糖或淀粉，用于暗反应阶段。

在夜晚，藻类利用白天合成的有机物做底物，同时利用氧进行呼吸作用，放出CO2。

⑴营养因子与藻类生长营养因子是藻类生长和增殖的根本，藻类细胞由20多种元素组成，其中C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg、Na、Cl等11种元素占细胞干重或无灰分干重的0.01%以上，称为大量元素。

其余的元素，如Fe、Mn、Zn、Cu、B、Si、Mo、Co等含量较低，被称为微量元素。

对绝大多数水体而言，限制藻类生长的营养因子主要是氮和磷，有时CO2也会成为限制因素。

注意：大量元素和微量元素，是从其在细胞干重/无灰分干重中的含量比例来分类的，不完全表示周围环境中的丰富程度。

⑵氮水环境中氮的主要来源是氮气，大气放电、光化学反应和生物固氮作用可将大气中的惰性氮转化为氮化物而进入水体。

水体中的氮的形态粗略分为5种：分子氮、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮以及有机氮化物。

经过固氮、同化和脱氮等生化作用后，一部分无机氮被生产者（水生植物如藻类）合成蛋白质并通过食物链进行传递，为其他消费者所利用；而部分无机和有机氮化物被分解成游离氮在氮食物链传递的过程中。

生态系统的死亡有机物包括动植物尸体和排泄物，经过微生物的分解而释放出氨基酸，再经氨化菌作用而形成氨。

其中，一部分以氨盐或其硝化产物的形式被植物吸收，再次进入循环途径；而有些则通过生物的脱氮作用或直接以氨的形式返回大气。

此外，生态系统中的一些动植物尸体可能被埋入地层深处或成为深水沉积物，其中的有机氮将暂时脱离循环。

氮循环中虽然部分氮经上述途径而流失，但是这种损失得到了生物固氮和高能固氮的补偿。

因此，氮循环是一个相当完全的、具有自我调节和反馈机制的系统。

氮是藻类合成蛋白质、叶绿素的元素。

根据实验测定和理论推算，浮游藻类细胞中的碳、氢、磷摩尔比例为106：6：1。

水体中的氮包括有机态氮、氨氮、硝酸态氮、亚硝酸态氮。

我国于1986～1990年期间进行的调查显示，20个大中型水库氨氮平均氨氮浓度为0.029～1.508mg/L；城市近郊小型湖泊的氨氮浓度为0.262～20.82mg/L。

一般淡水藻类的固氮速率为0.025～17ug氮/光照小时。

根据美国环保局1976年进行的调查，美国东部623个湖泊中有30%是氮起着限制作用。

⑵磷磷在水体中通常以正磷酸盐的形式存在，由于岩石的风化、磷酸盐矿的溶解、土壤的淋溶和迁移以及生物转化等过程，使磷酸盐进入水体。

淡水中磷的循环可归纳为7个过程：①磷从岸边通过地表径流而进入水体；②岸边的水生植物和水体中的浮游植物从水中摄取磷，并经食物链传递；③水生生物的排泄物以可溶态有机磷的形式释放磷，并在磷酸酶的作用下缓慢的转化为磷酸根而被重新利用；④动植物尸体和其他含磷的悬浮物在沉降到水底的过程中，因其有机物分解而释放磷；⑤动植物尸体和悬浮物沉积到水底；⑥当水底的沉积物处于还原条件下，磷通过扩散作用从沉积物扩散到上层水体中；⑦沉积物中磷酸根与铁、铝等金属作用生成难溶解的磷酸盐而储存在沉积物中，暂时退出循环。

由此可见，磷循环是一个不完全的循环．．．．．．，尤其在自然界中，大量的磷进入海洋后沉积于深处，而重新返回的磷不足以补偿陆地和淡水水域中的损失．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．。

由于磷的不完全循环，世界上很多地区的淡水水域缺磷，以致磷成为水体初级生产力（光合作用生产力）的重要限制因素，一旦大量的磷进入水体后，往往会引起浮游植物的迅猛生长而使水体呈现富营养化。

磷是核糖核酸RNA和脱氧核糖核酸DNA以及三磷酸腺（ATP）的重要元素，也是许多酶促反应的辅酶因子的组成元素，是细胞内光合磷酸化和氧化磷酸化等能量转化的关键因素。

一般认为，磷是藻类生长繁殖的首要限制因子。

当水环境的磷供应充足时，藻类就可以得到充分增殖。

我国大中型湖泊的总磷浓度范围是0.018～0.400mg/L，城市近郊小型湖泊磷的含量范围是0.089～0.74mg/L。

⑶氮磷比氮磷比（N/P）也是主重要的影响因素。

在N、P较丰富的情况下，对光合作用最适宜的N/P是7.2。

日本湖沼学者坂本曾经研究指出：当湖水的TN/TP为10：1～25：1的范围时，N/P较大时，蓝藻为优势藻种；春秋绿藻为优势藻种；弱酸性水体中，水温低时，硅藻、金藻、甲藻易占优势。

⑷碳源碳是构成有机物的基本元素，其代谢又是生物的能源来源。

因此，生物即要从环境中获得碳源的补充，又要经过各种代谢作用将其回归自然。

自然水体中有机物的来源有两种：一种是随地表径流以溶解态或悬浮态进入水体的外来有机物；另外更重要的一部分是水生植物通过光合作用，利用二氧化碳等无机物所合成的各种复杂有机化合物。

异养生物通过食物链直接或间接利用这些有机物，将植物的有机物转化为动物有机物。

水体中的动植物通过呼吸作用来产生能量以维持自身生命活动的需要，其结果是一部分有机物被破坏和分解，所产生的二氧化碳将回到环境中去，一部分将进入到再循环途径。

水体中动植物的排泄物及其死亡后的生物体，在水团或底部沉积物中被微生物分解，同时释放出同化的物质，使二氧化碳又重新回到环境中，在下一次循环中被利用。

水体中所自生的或外来的有机物并非全部被破坏和分解，其中一部分有机质以不同的形式脱离水体（如渔业捕捞），通过其他途径进行碳的循环；另外一些未被分解的有机物质（如木质素）沉积于水底，逐渐转化为具有地质化学特征而退出循环。

CO2是藻类进行光合作用的碳源。

藻类在有光照的条件下利用水中的氢还原CO2合成有机物质，藻类生物量增加，水中CO2逐渐减少。

可通过藻类利用CO2的速度来指示水体富营养化程度。

日本学者提出预告水体富营养化的关系式所示：COD（mg/L）×无机氮（mg/L）×无机磷（mg/L）÷1500以测定和预告水体富营养化的发生和富营养化的程度。

当该值＜1，水体不能发生富营养化；当该值＝1，水体中营养增高，但富营养化不很严重；当该值＞1，则水体氮磷含量高，可发生富营养化。

该值越大，富营养化程度越严重。

微生物生存的场所中，对微生物生长发育具有直接或间接影响的环境要素，称为生态因子。

生态因子是藻类生长的外因。

主要包括光照、温度、pH值、溶解氧、水的活度、氧化还原电位、其它生物等。

在富营养化的湖泊水库中，营养充足，藻种群由于对温度、光照等生态因子的适应，群落组成存在季节演替现象。

藻种群的生长态势与生态因子之间密切相关。

⑴光照的影响光照对藻类生长的影响主要表现在：①水体中藻类的生长是利用光能进行光合作用合成自身物质的。

在一定范围内，光照强度增加和光照持续时间延长，藻类的生长率也增加。

不同的藻需要不同的光照强度。

②藻类在水体的垂直分布受光质和光强影响。

在水体中，由于水对各种光波的吸收能力不同，不同水深具有的光波范围也不同。

一般，蓝藻常集中在表层，绿藻大都分布在上层，硅藻一般在绿藻之下。

另一方面，光强限制了藻类向深层分布的深度。

⑵温度的影响绝大多数藻类是中温性的。

温度对藻类的生命活动有重要的影响，一面通过控制光合作用或呼吸作用强度，直接影响藻类的增殖。

另一方面，可通过控制水体中各类营养物的溶解度、离解度或分解率等理化过程间接影响藻类的生长。

温度对藻类在水体中的分布和数量也起一定的作用。

在风力比较小和水体比较平静的状态，温度沿水体深度分布存在着温跃现象，水体呈现分层，垂直方向的传质受到限制。

水体的分层会加速藻类的繁殖生长。

⑶pH值的影响水体pH值的影响主要表现在：引起细胞膜电荷的变化，从而影响营养物的吸收．．．．．．；影响代谢过程中酶的活性．．．．．．．．．．．．．．．．理化过程，从而．．．．；影响生长环境中营养物的溶解度、离解度或分解率等改变营养物质的供给．．．．．．．．．。

天然水体中pH值主要取决于游离CO2的含量及碳酸平衡：CO2（溶解于水中）＋H2O＝HCO3－＋H＋＝CO32－＋2H＋水体中的pH值由于藻、菌的作用，昼夜变化，也随季节变化和生物的垂直分布而变化。

藻类生活的最适宜pH值为范围为6.5～7.5，可以生长的范围在4～10，多数蓝藻最适合生长在弱碱性条件下。

影响富营养化的地形因子主要有面积、水力停留时间、容积、水深、岸线系数等因素，富营养化易发生在水流比较缓慢、水深比较浅（一般小于4米）、相对封闭的水域。

这类湖泊利于光照、温度向水体内部的透入，有助于水体迅速增温，光线充足，水压较小，有较大的浅水区，低泥距离水面近，有利于营养物的释放，因此藻类容易大量繁殖，形成富营养化现象。

另外，湖泊水域的封闭度是衡量湖泊生态条件优劣的重要标志之一。

封闭度愈大，愈不利于交换，愈有利营养物质在湖泊水体内的滞留和积累，从而为生物产生提供了良好的条件。