水体pH值对蓝藻水华生消的影响（黄钰铃,纪道斌,陈明曦,刘德富）

时间：2021-01-12 08:02:41　来源：柠檬阅读网本文已影响人

摘要: 蓝藻是河湖水华中常见优势种群，其生命活动、物质代谢与水体pH值密切相关，针对该问题，利用物理模型研究pH值对蓝藻水华生消的影响。结果表明:水体pH值与水华生消密切相关，当营养物质及其他条件适宜时，pH值为8左右可促进水华发生;当pH值不利于藻类生长，藻类的自适应性使其可通过一系列生理生化反应调节水体pH值趋向适宜生长的偏碱性范围。在试验研究阶段，不同处理组水体总磷含量均急剧降低，且与叶绿素a之间存在较好的相关性;水温变化较小，水体溶解氧与叶绿素a含量变化趋势一致，电导率受调节pH值所用盐类的影响。

关键词: pH;蓝藻;水华;生消

中图分类号: X52 文献标识码: A

蓝藻分布很广，在氮磷营养丰富的水体中大量繁殖，生物量剧增，易引发水体富营养化乃至暴发水华，成为湖库等静止或类静止水体水环境恶化的表征之一。蓝藻水华暴发后消耗大量溶解氧，水体透明度降低，甚至产生有毒有害物质，影响其他水生生物生长和繁殖，破坏水生生态系统的结构和功能，使其平衡失调。蓝藻生长需要充足的氮磷营养和适宜的环境条件，但水体pH值对其生命活动、物质代谢等影响不容忽视。由于藻类体表通常带负电荷，非离子态化合物比离子态化合物更容易渗入藻类细胞，pH值过高或过低会影响水体中有机质的离子化作用，从而间接影响藻类生长［1］。因此有必要研究水体pH值对蓝藻生长和水华生消的影响，为水华防治提供一定参考。

1 材料与方法

1.1 供试藻种

铜绿微囊藻（Microcystis aeruginosa），购自中科院武汉水生生物研究所，采用BG-11培养基（由水生所提供配方）培养。

1.2 模型构建

微宇宙模型为60cm×40cm×25cm（L×W×H），将从三峡水库某库湾采集的原水水样经0.45μm微孔滤膜过滤，与经放置2d的自来水按比例配成供试水体，将培养的藻种投入供试水体。水体初始叶绿素a和总磷含量分别为0.963μg/L和0.936mg/L。模型环境条件为室温28～32℃，光照1000～1600lx，光暗比12∶12。试验第3天利用浓盐酸和NaHCO3 固体粉末调节pH值分别为5，7，9，11，依次记为2～5号，另有未调节pH值的一组水样作为对照，记为1号，经测定约为8左右。

1.3 取样分析

每天9:00左右测定水体pH值、溶解氧（DO）、电导率（Ec）和水温（WT），同时定期取样测定水体叶绿素a和总磷（TP）含量。其中，水体pH值以精密酸度计测定，溶解氧、电导率和水温以多参数仪测定，叶绿素a采取丙酮提取、分光光度法测定，总磷以氯化亚锡还原法测定［2］。

1.4 仪器和设备

TES-1339照度计（台湾泰仕）、pH值S-3C精密数字式酸度计（杭州东星）、U3010紫外可见分光光度计（日立HITACHI）、722S分光光度计（上海精密）、LDZ4-1.2低速自动平衡微型离心机（北京）、Multi340i手提式多参数仪（德国WTW），以及AP-01P和AP-9908S真空抽滤装置（天津奥特恩斯）。

2 结果与分析

2.1 水华生消过程中水体叶绿素a含量变化趋势

藻类生长遵循微生物生长的一般规律，在营养和环境条件不适时，生长缓慢，表现为迟滞期;当营养充足、环境条件适宜时迅速生长，由于其繁殖能力强、世代较短，藻类生物量剧增，进入对数生长期;随后相当一段时间内藻类生物量处于稳定状态，藻体死亡率和新生率相当，此时为稳定期，随着营养大量消耗、呈匮乏状态时，藻类开始大量死亡，整个种群生长呈衰退趋势，即进入衰退期。经过此4个过程即为藻类的一个生长周期，本试验中藻类生长周期约25d。

从图1可见，不同处理中水体叶绿素a含量从初始的0.963μg/L逐渐上升，约经10余天后含量高于10μg/L，据《湖泊富营养化的叶绿素a评价标准》［1］即为发生水体富营养化。随后，1～4号处理组水体明显变绿，特别是1号表面有膜状聚集体，伴有气泡出现，可认为已发生水华;5号由于NaHCO3 固体粉末不完全溶解，模型底部有少许沉积，致使沉积物上附着藻类。

不同初始pH值条件下，藻类叶绿素a含量峰值及其出现的时间有明显差异，水华发生强度也各有区别。可以看出1号处理组叶绿素a含量经22d后出现峰值，为199.17μg/L，较其他处理组高出许多，此时水华现象明显;而5号处理组中叶绿素a含量峰值约20d出现，仅为13.89μg/L;2、3、4号处理组中叶绿素a峰值经22～23d后分别出现，依次为51.91、70.85、33.87μg/L。峰值出现后藻类生长开始衰退，水华进入消亡阶段，此时1号处理组中叶绿素a含量仍高于其他处理组，可见pH值过高或过低对藻类生长均有一定影响，从而间接影响水华生消进程。

2.2 水华生消过程中水体总磷（TP）含量变化趋势

水体总磷初始含量为0.936mg/L，满足水体水华发生的营养条件。水华生消过程中，藻类迅速增殖，消耗大量磷营养，不同处理组总磷含量均急剧减少，经15d后逐渐低于0.03mg/L。2号和5号处理组在第8天时总磷含量稍有升高，随后降低，可能与当时取样有关。

将图2与图1对照，不难发现当水体叶绿素a含量迅速增加时，总磷含量降低，当水体总磷为藻类生长消耗殆尽时，叶绿素a开始下降，藻类生长出现衰退。另外，5号处理组总磷含量较其他处理组高，此时该处理组藻类生长不明显，水体叶绿素a含量较低。据资料介绍，发生水华的水体总磷含量与叶绿素a有较好的相关性［4］。根据本试验结果，得到总磷和叶绿素a之间的相关式为ln（chla）=A+B×ln（TP），A为-0.41724～0.14301，B为-0.81923～-0.342，相关系数R=44.8%～87.9%，由此可见磷的确是蓝藻生长的限制性因子。

2.3 水华生消过程中水体pH值变化趋势

从图3可以看出，尽管试验之初设定并调节了不同pH值，但在藻类生长过程中，不同处理组中水体pH值一直在发生变化，总体表现出归一化趋势。5号处理组pH值随着水华的进程呈逐渐降低的趋势，经15d后从最初的11降低至9.9左右，其拟合方程可记为y=0.0032x2 -0.1331x+11.237，R2 =0.9438;而2号处理组随着藻类生长经由平缓期进入指数期，pH值逐渐升高，大约15d后从5.15上升至8.5左右，其拟合方程可记为y=-0.0155x2 +0.5694x+3.3948，R2 =0.8733。3号处理组经6d后pH值大于8，之后持续上升，到第20d时pH值升至9.11，其拟合方程为y=-0.002x2+0.1404x+6.9369，R2 =0.8728;在富营养化发生的整个过程中，4号处理组水体pH值较稳定，持续保持在8.55～9.35之间，其拟合方程为y=0.0024x2 -0.05x+8.9435，R2 =0.7936;1号处理组未进行pH值调节，试验开始经测定为8.31，经15d后上升至超过9，其拟合方程为y=-0.0011x2 +0.0825x+7.9604，R2 =0.7972。

将不同处理组的pH-t拟合方程在图4中表示，可以看出当t在14～24d之间时，各处理组pH值归一化趋势较明显，大致范围为8.1～10.0，特别是当t为18～20d时，各处理组pH值归趋为8.6～9.9之间。而此时正是水体叶绿素a含量较高、藻类生长旺盛的阶段。由此可见，pH值为8.6～9.9为供试的蓝藻引发水华的适宜范围，这与前人结论相似［5］。据报道，当pH>9时，微囊藻可借助悬浮机制在水体表面形成水华后吸收“空气—水”界面的CO2［7］。低初始pH值处理组的蓝藻生长过程中，光合作用消耗水体中CO2 ，致使水中氢离子减少，pH值升高［6］ ;而5号处理组pH值降低的原因可归结为用以调节pH值的HCO-3 离子解离，HCO-3 =CO2-3 +H+ ，使得pH值降低，加之水体中藻类呼吸作用较强，致使CO2 增加，导致pH值些许降低;此外，藻类通过复杂的生理调节，使得pH值向有利于自身生长的方向改变并保持下来。

2.4 水华生消过程中水温、溶解氧和电导率变化趋势

从图5看见，水华生消过程中水温变化范围较小，在28～31℃之间，且不同处理组水温变化趋势相近。美国生态学家研究结果表明铜绿微囊藻的最适温度为28.8～30.5℃［8］。通常在没有温度分层的情况下，水温变化对水体富营养化生消的影响相对较小，而当水温变化较大时，CO2 在水体中的溶解度会随水温升高而降低［9］。水温的变化与气温密切相关，本试验在夏季气温较高的环境中进行，因此水温不会成为水华生消的限制因子。

将图6与图1对照发现，水体溶解氧变化与叶绿素a含量变化趋势一致，这是由于藻类生长状况良好、水华现象明显的时候，藻类光合作用较强，光合产氧，水体溶解氧含量较高。

图7反映了本试验条件下，电导率与藻类生长、水华生消没有明显的相关性。1～4号处理组电导率接近，5号处理组电导率较高，其原因是用以调节pH值的NaHCO3 溶解平衡，NaHCO3 =Na+ +HCO-3 。李秋华等人在研究广东省20座大中型水库电导率分布时，发现氮磷营养对电导率有一定贡献，得出结论富营养化程度较高的水库水体电导率也较高［10］。由于本实验的氮磷营养是损耗型，即在藻类生长、水华生消过程中氮磷是持续消耗、没有外加补充的，因此，氮磷营养对电导率的影响较小。可以认为不同处理组电导率的区别是由于初始pH值的不同调节造成的。

3 结论

（1）不同初始pH值会影响藻类叶绿素a含量和水华发生强度，pH值过高或过低对藻类生长均有一定影响，从而间接影响水华生消进程。

（2）水华生消过程中，不同处理组水体总磷含量变化趋势相似，总磷和叶绿素a之间的相关式为ln（chla）=A+B×ln（TP），A为-0.41724～0.14301，B为-0.81923～-0.342，相关系数R为44.8%～87.9%。

（3）不同处理组水体pH值在藻类生长过程中一直发生变化，总体表现出归一化趋势，当t为18～20d时，各处理组pH值归趋为8.6～9.9之间。

（4）在试验研究阶段，不同处理组水温变化较小，水体溶解氧与叶绿素a含量变化趋势一致，电导率与藻类生长、水华生消没有明显的相关性，主要是调节pH值所用盐类的影响。

（5）水体pH值与水华生消密切相关，当营养物质及其他条件适宜时，pH值为8左右可促进水华发生，若发生水华后，即使初始pH值不利于藻类生长，藻类的自适应性使其可通过一系列生理生化反应调节水体pH值趋向适宜生长的偏碱性范围。

致谢

感谢林启才、邱建国、向伟和郭静等同学做了部分试验工作。

参考文献:

［1］周群英，高廷耀.环境工程微生物学（第二版）.北京:高等教育出版社，2000.

［2］王心芳.水和废水监测分析方法（第四版）.北京:中国环境科学出版社，2004.

［3］陈琼.N、P对水华发生的影响.生物学通报，2006，41（5）:12～14.