遮光对潘家口水库藻类生长影响的围隔实验

2012-06-11李文君富可荣

海河水利 2012年5期

李文君，暴柱，郭勇，富可荣

（1.水利部海河水利委员会，天津 300170；2.海河水利委员会引滦工程管理局，河北迁西 064309）

1 引言

近年来，随着污染的加重，我国湖泊、水库水源地的富营养化问题日益严重，水华现象频繁发生，直接威胁到城市供水安全[1]。富营养化水体中，藻类在适宜的营养和环境条件下，能够迅速增殖，暴发水华现象。光照是植物进行光合作用必不可少的因子之一，也是藻类水华暴发的重要因素。因此，研究遮光对藻类生长的影响，对控制藻类水华暴发具有重要意义[2，3]。本研究采用野外围隔的方式，通过对叶绿素a含量、pH、DO和营养盐浓度的分析，研究了遮光对藻类生长的影响，探讨了遮光控藻的机理，为有效控制藻类水华提供了依据。

2 材料与方法

2.1 实验材料

实验在滦河干流潘家口水库库区进行。实验围隔采用中型尺度的浮船式围隔，由主体框架、围隔袋和浮筒三部分组成。主体框架为槽钢焊接而成，底部由不锈钢组成立方体，可以调节围隔深度；采用不透水聚乙烯膜作为围隔袋，外面包裹苫布起到保护作用；使用镀锌桶作为浮筒，每个围隔配备8个浮筒。围隔尺寸为3 m×3 m×2.5 m，底部封口，上端开敞。

2.2 实验方法

实验时间为2009年7月26日-8月7日。2009年7月26日，利用水泵将库区水泵入围隔内，静置2 d后开始进行实验，实验在6个围隔内进行。

实验期间,潘家口水库库区水体TN为4.4～4.5 mg/L，TP为0.03～0.05 mg/L。考虑到潘家口水库高氮低磷的实际情况，并参考已有的研究成果，于7月28日一次性投加磷酸氢二钾（K2HPO4）调节水体的TP到0.53 mg/L，TN的浓度不变，使氮磷比达到9∶1，比较有利于藻类生长。

1 和 6#围隔为未遮光围隔；2、3、4、5#围隔为遮光围隔，其中2和5#围隔在实验进行到第6天时拆除遮光材料、3和4#围隔在整个实验期间一直进行遮光。

2.3 采样与测定

每隔1 d采样1次，采样和现场监测时间为9：30-10：00。现场监测和水样采集均在围隔中间区域水面以下0.5 m处进行。

现场利用YSI6600多参数水质监测仪测定叶绿素a、DO浓度、pH和藻细胞密度；利用照度计和水下照度计测定光照强度；实验室中测定所采集水样的 TN 和 TP[4]。

3 结果与分析

3.1 遮光对水下光照的影响

本次围隔实验采用的遮光材料能够有效降低光照强度，遮光前后围隔内光照变化和光照随水深变化如图1-2所示。通过对4个遮光围隔的光照强度水平的测定，入射光强度在12～15万 lx水平时，遮光围隔水面光照强度维持在5 500～6 500 lx水平，遮光率均值为95%。未遮光围隔内水下光照随水深的垂直变化符合朗伯-比尔定律，即随着水深的增加光照强度呈指数规律下降。

图1 遮光前后围隔内光照变化

3.2 遮光对叶绿素a含量和藻细胞密度变化的影响

研究遮光对围隔叶绿素a和藻细胞密度的影响时，围隔初始水体的叶绿素a含量为6.0ug/L，初始藻细胞密度为7×105cell/mL。叶绿素a和藻细胞密度随时间变化的情况，如图3-4所示。

从图3-4中可知，未遮光的1和6#围隔内叶绿素a含量和藻细胞密度随时间均呈增加的趋势，符合藻类生长的阶段理论。在实验的前2 d，叶绿素a和藻细胞密度变化不大，处于稳定阶段，从第3天起进入对数增长阶段，叶绿素a和藻细胞密度开始快速增长，叶绿素a最高增长到38 ug/L，藻细胞密度最大到1×107cell/mL；在实验期间一直遮光的3和4#围隔，叶绿素a和藻细胞密度随时间基本均呈波动幅度较小的状态，叶绿素a在5～12之间变化，藻细胞密度在 0.5×106～3.5×106之间变化，增长率较未遮光围隔明显偏低；而2和5#围隔的叶绿素a和藻细胞密度呈先稳定后增长的趋势，在拆除遮光材料前叶绿素a和藻细胞密度变化不大、比较稳定，在拆除遮光材料后叶绿素a和藻细胞密度开始迅速增长、增长率较快；空白对照的库区水体内叶绿素a和藻细胞密度的变化幅度较小，处于相对稳定的状态。

图3 叶绿素a含量随时间变化

图4 藻细胞密度随时间变化

通过上述分析可知，遮光对叶绿素a含量和藻细胞密度的变化有显著的影响。在遮光条件下，藻类生长明显受到抑制，叶绿素a含量和藻细胞密度明显较未遮光围隔低；在拆除遮光材料后，藻类可以迅速恢复生长，叶绿素a含量和藻细胞密度迅速增长，并在短时间内达到最大值。

3.3 遮光对pH和溶解氧变化的影响

图5 pH随时间变化

图6 DO随时间变化

研究遮光对pH和DO的影响时，围隔初始水体的pH浓度为8.5，DO为9.8 ug/L。实验过程中，pH、DO随时间变化如图5-6所示。

从图5-6中可知，未遮光的1和6#围隔内的pH、DO随时间均呈上升的趋势，pH由初始的8.5上升至9.6，DO由初始的9.8 ug/L上升至21.6 ug/L。在实验期间，一直遮光的3和4#围隔，pH、DO随时间均呈下降的趋势，pH由初始的8.5下降至7.2，DO由初始的9.8 ug/L下降至7.0 ug/L。

而2和5#围隔的pH、DO呈先下降后上升的趋势，未拆除遮光材料前pH和DO呈现下降趋势，在8月2日拆除遮光材料后pH和DO开始逐渐上升，pH最大上升至9.3；DO最大上升至20.3 ug/L。空白对照库区水体的pH一直在均值8.6附近波动，DO一直在均值12.9附近波动，总体变化幅度不大。

通过上述分析可知，在实验过程中pH和DO表现出良好的相关性，变化趋势一致。遮光对围隔内pH和DO的变化都有显著的影响，遮光可以降低围隔内的pH和DO值，在拆除遮光材料后pH和DO都会迅速上升。

3.4 遮光对氮磷营养盐变化的影响

图7 TN随时间变化

图8 TP随时间变化

研究遮光对氮、磷营养盐的影响时，围隔初始水体的TN浓度为4.45 mg/L，TP浓度为0.53 mg/L。实验过程中，TN、TP浓度随时间变化如图7-8所示。

从图7-8中可知，未遮光的1和6#围隔内的TN、TP随时间均呈下降的趋势，随着藻类的生长逐渐下降，TN由初始的4.45 mg/L下降至3.8 mg/L，TP由初始的0.53 mg/L下降至0.38 mg/L。在实验期间，一直遮光的3和4#围隔，TN、TP随时间基本均呈波动幅度较小的状态，TN、TP浓度变化不大。

而2#和5#围隔的TN、TP呈先稳定后下降的趋势，在拆除遮光材料前TN、TP浓度变化不大、比较稳定，在拆除遮光材料后TN、TP浓度开始迅速下降。空白对照的库区水体内TN、TP浓度的变化幅度较小，处于相对稳定的状态。

通过上述分析可知，TN、TP浓度与藻类生长有密切的关系，遮光对围隔内水体的TN、TP浓度的变化有显著的影响。在遮光条件下，藻类生长明显受到抑制，TN、TP消耗较少，遮光围隔水体TN、TP浓度明显较未遮光围隔高，且变化幅度很小；在拆除遮光材料后，藻类可以迅速恢复生长，TN、TP浓度开始迅速下降，在短时间内下降幅度较大。