富營養(yǎng)化水體中流速對藻類生長的調控作用研究.docx

1、文章編號：10074929（2009）09-0052-03富營養(yǎng)化水體申流速對藻類生長的調控作用研究劉鳳麗，金峰（長江水利委員會長江科學院，湖北武漢430010）摘要：水體富營養(yǎng)化問題由于發(fā)展快、危害大、處理難及恢復慢等特點.受到全球高度重視。目前國內外在此方而進行了大量試檢研究.介紹了國內外關于流速對藻類生長影響的研完成果.探討水體流速大小和水華發(fā)生快漫之間的關系.并指出目前研究主要集中在橫向流速對藻類生長的影響方面，對水動力箕他要素研究的較少.建議將縱向斷面平均流速、紊動強度、水面波動特性和橫向流速站合起來研究.以求更加全面準確的闡述水動力條件的改變對水質以及藻類生長速率的影響.為制定水華

2、控制措施提供理論依據(jù)。關鍵詞：水質污染；富營養(yǎng)化；濾速中圖分類號：X52文獻標識碼:AControlEffectofCurrentVelocityonAlgaGrowthinEutrophicationWaterLIUFengli,JINFeng（ChangjiangRiverScientificResearchInstitute.Wuhan430010.China）Keywords：waterpollution；eutrophication；currentvelocity1研究背景水體富營養(yǎng)化間題是一個全球性的水環(huán)境間晚.由于其發(fā)展快、危害大、處理難及恢復慢等特點，受到全球高度重視“。水體富

3、營養(yǎng)化導致藻類異常增殖形成水華,使水體脾臭難聞.溶解氧減少，大仙魚類死亡,嚴重的還會影響飲用水水質安全,危害到周圍居民的身體健康小七如果水華不能有效抑制將會對社會、經濟和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展造成嚴重影響水華發(fā)生的必要外力條件有3個方面:水體中總磷、總氮等營養(yǎng)鹽相對比較充足;緩慢的水流流態(tài);適度的光照和水溫條件。只有在3個條件都比較適宜的情況下，才會引起Abstract:Theproblemofwaterbodyeutrophicationhasreceivcxiglobalseriousattentionbecauseofitscharacteristicofquickdevelopment.bi

4、gharm,difficultdisposal,andslowrestore.Atpresent,manydomesticandforeignexperimentalresearchesonihissubjecthavebeenconducted.Thedomesticandforeignresearchresultsabouttheeffectofflowspeedonthealgaegrowthareintroducedemphaticallyandtherelationbetweenflowspeedandphytoplanktonbloomingspeedisdiscussedinth

5、ispaper.Moreover,itispointedoutthatpresentresearchmainlyconcentratesontheinfluenceoflateralspeedonthealgaegrowth,whiletheresearchonotherhydraulicfactorsisfew.Itissuggestedthatfourfactors,suchaslongitudinalcrossspeed,turbulenceintensity,fluctuantcharacteristicofwatersurface,andlateralspeed,shouldbeco

6、nsideredsimultaneouslytointegrallystudytheeffectofhydraulicconditionchangeonwaterqualityandalgaegrowthspeedtosupplybaseforthedecisionofcontrolmeasuresforphytoplanktonbl（x）ming.某些優(yōu)勢藻類大面積爆發(fā)而形成水華。洪一平等認為在175m水位下，三峽水庫支流流速減少很多，如小江開縣段枯水期平均流速由建庫前的0.65m/s降到0.006m/s.流速接近湖泊型水庫的流速，具備誘發(fā)富營養(yǎng)化的水文要素條件。因此.針對三峽庫區(qū)支流庫灣水

7、華問題，目前的研究熱點是水庫的生態(tài)調度問題,即在滿足防洪、發(fā)電、灌溉、供水等效益的同時.優(yōu)化水庫調度方案，改變支流的水動力條件，防止藻類大規(guī)模生K而形成水華。但是，研究水庫生態(tài)調度對水華發(fā)生的調控影響，前提是對水動力條件和藻類生長速率的相關性有清楚的認識.因此.研究并提出限制水華發(fā)生的臨界水動力條件是當務收稿日期：2009-03-05作者簡介：劉風麗（1979-）.女，工程師，主要從事水環(huán)境治理方面的研究.2研究動態(tài)2.1國外研究動態(tài)近年來.針對水體富營養(yǎng)化問題.國內外專家展開了廣泛的研究.在浮游藻類生長機理方面取得r一系列的研究成果.早期的富營養(yǎng)化機理研究主要是探討水體中智養(yǎng)鹽負荷與浮游藻類

8、生產力的相互作用和關系°隨著對營養(yǎng)鹽循環(huán)機理認識的不斷加深，發(fā)展了一些消除內源和外源營并鹽影響的治理措施，如控制面源污染.底泥疏浚等，但從目前國內外的治理效果來看并不十分理想，因此.不少學者提出關于影響富營養(yǎng)化的流態(tài)的研究。McIntire等在實臉室中研究了兩種流速<0.09m/s和0.38m/s)對固著藻類組成的影響，指出在較快的流速中一般是硅藻首先成為優(yōu)勢種；而在較慢的水流環(huán)境中，則常常是毛枝藻(Atigeoclonium)、鞘藻(kdogonium)和黃絲藻(Tribone)成為優(yōu)勢種。Whitford等二研究水體運動對藻類營養(yǎng)鹽吸收的影響，試驗證明流動的水體訶以明顯的提

9、高藻類對磷的吸收率。與靜止的水體相比較.泥水流流速為0.18m/s的水體中.藻類對磷的吸收率可以提高1.5-42.42倍。Steinman等在實羚室里研究了水流速和光能對急流藻類群體的演替、種群特征和結構的影響，指出藻類聚集的速度與水流速度有關,在較慢的水流速度下,藻類群體結構在試驗初期變化很快.接著變化減緩；相反在較快的水流情況卜藻類演替是緩慢進行的»Borchardt1研究了流速對河生水綿(Spirogyrafluviatilis)的凈光合作用率、暗呼吸率、特定生長率(specificgrowthrate)和N、P最優(yōu)比率。結果顯示流速對藻類的呼吸速率沒有太大的影響，但是在暗呼吸

10、中摩光合作用比率(對碳的吸收)則是隨著流速的增加而增加。他認為水的運動之所以能夠增加藻類的生產力就是通過水流動減少了藻類細胞周圍靜止的水體,從而增加藻類細胞膜莒養(yǎng)鹽的擴散和細胞對營養(yǎng)鹽的吸收。Esc&rtU。等人的室內試驗證明，要破壞藻群結構，水流速度必須大F0.1m/s。Poff1*1等人發(fā)現(xiàn)去除河流岸壁藻類的最小流速為0.30.4m/s。Miirovic"等人研究發(fā)現(xiàn)水庫中的項圈藻爆發(fā)的臨界流速為0.05m/s。2.2國內研究動態(tài)我國對水體富營養(yǎng)化的研究主要集中在大型淺水湖泊和水庫方面。逢勇等"3】對太湖藻類的動態(tài)模擬進行了深入研究.考慮了太湖風生流的影響，指出

11、波浪是影響底泥再懸浮的主要因素，流速次之.并建立了太湖湖流、波浪和懸浮物耦合的數(shù)學模型。陳偉民m利用生態(tài)槽(K6.3m、寬1.2m、高1.6m)模擬流速對湖泊生物群落演替的試驗，結果表明藻類種類數(shù)以小水流(0.124m/s)時最高，其生物量也最高，由靜止狀態(tài)到大水流(0.319m/s)狀態(tài),藻類數(shù)址呈現(xiàn)遞增趨勢。李錦秀等應用三峽庫區(qū)支流大寧河2003年9月1723H的實測資料.分析了流速對藻類生長速率的影響初步建立了流速對藻類生長速率影響規(guī)律的經驗關系式/(“)=0.7&皿.即藻類在流速逐漸變小至接近0時，八“)達到最大值1，當流速逐漸增大J(u)值將逐漸變小。高月香，張毅敏等:通過室

12、內模擬實較裝置(長X寬X高：】.6mX0.6mXO.55m)研究了不同流速條件對太湖水中銅綠微囊藻生長的影響結果表明：當流速大J：0.3m/s時,藻類數(shù)量的增殖速率隨流速的增大而減少，當流速小于0.3m/s時，藻類數(shù)故的增殖速率隨流速的增大而增加。而曾輝“J的研究表明銅綠微囊藻的生K速率在流動較緩的水體中(0.15m/s)生K要好于流速較快的水體中(0.28m/s)。鐘成半川；進行了富營養(yǎng)化模型實驗,結果顯示紊流條件下藻類不易生K。3存在的科學問題三峽水庫135m蓄水半年后，三峽庫區(qū)部分一級支流(含庫灣)開始發(fā)生藻類水華現(xiàn)象，到目前為止.三峽庫區(qū)先后監(jiān)測到分別以隱藻、硅藻、甲藻、綠藻和藍藻為優(yōu)

13、勢種群的5種類型水華.總體表現(xiàn)出由河流型硅藻類f湖泊型藍、綠藻類的演變趨勢。流速變緩是造成這-現(xiàn)象的主要誘發(fā)因子。因此水體流速影響藻類生長的現(xiàn)象得到越來越多人的重視。但是到目前為止，關于流速和藻類生長的相關研究，有的學者認為藻類的生長速率隨流速的增加而減小，在流速接近于0時達到最大;有的學者認為流速對藻類生長的影響存在一個臨界閾值.當流速大于或小于這個臨界閾值時，藻類的生長速率都會減少。因此,流速對藻類生長速率的影響結果并未達成統(tǒng)-.分析其原因，除r不同地域、不同氣候條件影響外,實驗條件的差異和觀測時間的長短也會對結果產生影響，對于流速對藻類生長速率的影響還需要通過更精確的實驗條件和大桔的實驗

14、資料進行進一步研究。另外,把流速作為反映水體水動力條件的唯一指標來研究水動力條件對藻類生長的影響還不夠全面。綜上所述.雖然在水動力條件對藻類生長的影響方面取得一些研究成果.但還沒有徹底揭示水動力條件對藻類繁殖、生長和消亡過程的影響機理，在以下兒個方面還有待進-步研究。(1) 全面考慮水動力因素影響。目前主要集中在橫向流速對藻類生長的影響，對水動力其他要素研究的較少。單獨將流速作為影響因子來研究對藻類生長的影響不能完全反映水動力條件對藻類生長的調控作用。事實上,除了橫向流速外，縱向流速、素動強度和水面波動特性也會對藻類生長產生影響.尤其是在大型湖泊中.水面流速較緩或接近于靜止，紊動強度和水面波動

15、特性可能對藻類生長的影響更為顯著。因此.要全面考慮水動力因索對藻類生K速率的調控機制以期得到相對準確的研究成果。另外.需要尋求一個水動力綜合表征指標(如雷諾數(shù)等)來作為判定水華發(fā)生的依據(jù)。(2) 試驗手段需進-步改進。目前水動力條件對藻類影響的研究試驗條件主要有兩種，一是現(xiàn)場觀溯，在水華發(fā)生期間測危河流斷面的水量(包括流量和流速)、水質和水環(huán)境指標(包括水溫、COD濃度、TN、TP、透明度、Chia濃度等)，建立流速和Chia之間的關系式，分析流速對藻類生長的影響；另一種是進行室內實羚.利用生態(tài)槽、恒溫箱、培養(yǎng)皿等室內裝宜模擬水動力對湖泊生物群落演替的試驗。第一種方法因為流速不可控而難以整理出

16、不同流速下藻類生長情況的資料，第二種方法流速雖可控，但難以準確模擬藻類的繁苑和生長情況，因此需要探索新的實驗手段以解決上述問題。(3) 缺乏長系列的觀測數(shù)據(jù)要研究水動力條件對藻類生長速率的影響規(guī)律并建在網者之間的疏數(shù)關系.需要大雖的長系列觀測資料做支撐.目前不管是現(xiàn)場實驗還是室內實驗，觀測數(shù)據(jù)的持續(xù)時間和觀測參數(shù)的全面程度都無法滿足要求。針對現(xiàn)場觀測除r監(jiān)測水批、水質和水環(huán)境指壞外還應記錄氣溫、光照強度等氣象資料：對于室內實驗控制流速的選擇要依據(jù)現(xiàn)場觀測資料來制定,在條件允許的情況卜.多選擇兒組控制流速做對比實胎。4研究方向蝶合分析富菅芥化發(fā)生機理、發(fā)生條件以及目前面臨的富營養(yǎng)化問題.對水華發(fā)

17、生的水動力條件進行深入研究具有頁大的理論意義和實用價值。今后應將縱向斷面平均流速、素動強度、水面波動特性和橫向流速結合起來研究.以求更加全面準確的閘述水動力條件的改變對水質以及藻類生長速率的影響.為制定水華控制措施提供理論依據(jù)。（】）藻類生K規(guī)律和水華爆發(fā)特點研究.調查湖摩水華發(fā)生的時間、地點、程度、范圍等.分析藻類組成、藻類密度和優(yōu)勢種類:研究優(yōu)勢藻類的生活習性和繁殖特點以及藻類生長與流速、營養(yǎng)鹽（N、P）、水深、溫度、光照、溶解機等因素的關系。（2）水動力條件改變對藻類生長速率影響研究。對在不同的流速場和水面波動特性下藻類生於情況進行觀測.記錄每個水動力條件下葉綠素&濃度（Chia

18、）和其他水質參數(shù)隨時間的變化信，分析水動力條件的改變對藻類生K速率的影響°（3）水動力條件改變對水質影響研究。觀測不同的流速場和水血波動特性下pH值.葉綠索a、溶解機、濁度、電導率的變化情況.研究水動力條件的改變對水質的影響.分析影響原因，揭示水質變化對藻類生長的影響。（I）臨界水動力條件研究，對于單-藻類而言.可能存在-個合適的水動力條件.在這個條件下藻類生長率達到最高.將這一條件稱之為臨界水動力條件。針對某一優(yōu)勢種藻類.綜合號點時空地域性特點.在考慮水溫、營養(yǎng)鹽等因子的基礎上.研究臨界水動力因子的發(fā)生區(qū)間.建立一套綜合反映富營養(yǎng)化發(fā)生、發(fā)展的臨界判別體系。5結語近年來我國的許多水

19、體已受到富營養(yǎng)化的嚴頁威脅.旦水華的影響范圍和程度仃加柬的趨勢。目前消除內源和外源營養(yǎng)鹽影響的治理措施難以在短時間內奏效.通過控制水動力條件來預防富營揮化的發(fā)生變得口益而:要:“本文著重介紹國內外關于流速對藻類牛.K影響的研究成果.并指出存在的一些問題和未來發(fā)展的方向.亞點是/求藻類生長的臨界水動力條件.探索利用水動力方法控制藻類生長的可行性為三峽水庫或M他水域的水序.調度和水華防治提供關鍵性的科學依據(jù)，參考文獻：1 陳為國.許文杰.張曉平.等.湖泊水體富背養(yǎng)化評價與可持續(xù)發(fā)展研究J.V水源溉.2008.(6)：4749.2 袁志宇，趙斐然.水體富渣養(yǎng)化及生物學控制J.中國農村水利水電.200

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