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湖泊富营养化已成为我国乃至全世界面临的重大水环境问题之一,越来越多的受到人们的关注,湖泊富营养化会导致蓝藻大量增殖,形成肉眼可见的水华,了解蓝藻水华暴发的机理及外界环境因子对蓝藻理化性质的影响对于控制蓝藻水华具有重要意义。本文以自然水体中藻华颗粒及含藻华水体为研究对象,采用微电极对蓝藻水华颗粒及含蓝藻水华水体层微环境进行测定,从微观界面上探讨各个环境因子对蓝藻水华颗粒及含蓝藻水华水体层微环境的影响,为揭示蓝藻水华的成因提供理论依据与数据支持。(1)研究了不同光照强度和温度对藻华颗粒内部理化性质的影响,研究结果表明光照强度和温度均影响藻华颗粒微环境理化性质,颗粒内部溶解氧浓度(DO)及pH随光照强度增强而增大,氧化还原电位(Eh)随光照强度增强而下降,因此,在光照条件下藻华颗粒内部会迅速形成一个相对碱性的微环境。当光照强度过大时,藻华颗粒的光合作用受到抑制。在20℃时藻华颗粒内部的DO达到最大,当温度达到30℃时,颗粒内部DO下降。pH与DO变化趋势一致,随着光照强度的增强而增大,当外界温度升高到30℃时,颗粒内部pH下降。当光照转变为黑暗时,藻华颗粒内部的DO及pH值会迅速下降并在几十秒内达到稳定的状态,反之亦然,这表明藻华颗粒内部理化性质对于外界环境的改变具有快速的响应。(2)研究了不同光照强度和温度对含藻华水体层微环境理化性质的影响,研究结果表明光照强度和温度同样影响藻华水体层DO、pH以及Eh,水体DO浓度随光照强度的增强而增大,水体表面的DO会随光照强度增强而迅速增大,但水体下方DO会逐渐下降,形成厌氧层。当光照强度过大时,蓝藻光合作用受到抑制从而降低了水体DO。水体pH随着光照增强而增大,Eh随光照增强而减小,含藻华水体层最大pH可达到10.5。当温度升高到30℃时,含藻华水体表面下方3 cm处溶氧浓度下降到0,形成厌氧层。从含不同藻密度藻华水体理化性质变化可以看出,含高密度藻华水体中溶氧浓度要低于低密度藻华水中溶氧浓度,表明当藻华大暴发时,高密度藻体聚集在水体表面,由于遮光和呼吸作用导致下层藻体消耗水体部分溶氧,导致水体溶氧浓度下降。在高温条件下含藻华水体下层形成厌氧环境,产生大量的硫化氢,高温和厌氧条件加剧了水华暴发并导致“污水团”现象的发生,严重影响水质安全。(3)研究了水体不同初始pH值对藻华颗粒及含藻华水体层微环境理化性质的影响,研究结果表明藻华颗粒内部溶氧浓度随着外界初始pH的上升而增大,并在外界初始pH为9时达到最大值,当初始pH继续上升到10时,颗粒内部DO会下降。同时,藻华颗粒内外pH的差值会随着初始pH值的上升而下降,当初始pH为6-8时,藻华颗粒内外pH差值在2.5-3.0之间,当初始pH增大到9时,藻华颗粒内外pH差值下降到1.0左右,而当初始pH继续上升到10时则下降至0.5。与初始pH对藻华颗粒内部理化性质的影响不同,含藻华水体层中DO随着初始pH的上升而增大,当初始pH为10时达到最大。初始pH对水体层中最大pH值的影响较小,各初始pH条件下含藻华水体最大pH值均在10.5左右。由此可以看出,初始pH对于藻华颗粒的影响更大,藻华颗粒内部微环境的理化性质受到颗粒内外pH的共同作用,当藻华暴发时,光照条件下藻华颗粒内部pH值会迅速上升并同时导致水体pH值的迅速增大,颗粒内外pH值的增大有利于颗粒的光合作用,形成有利于藻华颗粒光合作用的内外环境,而当水体pH持续增大到10时,则会抑制藻华颗粒的光合作用,从而防止颗粒内部及水体中pH的进一步上升,藻华颗粒内部形成的微环境及其水体微环境间的理化因子的反馈机制是蓝藻重要的自我调控机制之一,也是蓝藻成为藻华优势物种的重要原因。(4)水体溶氧浓度、盐度和Eh同样是影响蓝藻光合作用的重要因素,研究结果表明完全厌氧的环境会抑制蓝藻的光合作用,同时水体中过高的溶氧浓度也会抑制藻类的光合作用,当藻华水体由于藻类光合作用形成氧饱和水体时,藻华颗粒的光合速率下降。研究表明在外界水体氧浓度为100 μmol L-1时蓝藻的光合作用达到最大,藻华颗粒内部最大溶氧浓度随外界水体溶氧浓度的增加而增加,这是藻类光合作用及氧气扩散共同作用的结果。藻华颗粒的光合能力及颗粒内部溶氧浓度会随着水体盐度的增加而降低,这可能与藻细胞渗透压的改变及光系统修复能力下降有关。适当降低的Eh不会对藻华颗粒的产氧能力造成影响,但是过低的Eh会抑制藻华颗粒的光合作用及产氧能力。(5)不同大小藻华颗粒中溶氧浓度同样具有差异性,颗粒内部最大溶氧浓度与颗粒大小成正比,小藻华颗粒的光合作用在高光强条件下会受到抑制,大藻华颗粒则不会。藻华颗粒内部藻细胞间隙中溶氧浓度随光照强度的增强而增大,同样大小的藻华颗粒,疏松藻华颗粒的上浮速率大于致密藻体的上浮速率,这可能是由于疏松结构的藻颗粒内部具有较多的细胞间隙,光合作用产生的氧气充满细胞间隙为藻华颗粒提供额外的浮力,这也是蓝藻成为藻华优势种的重要原因之一。