水体富营养化是一个全球性的水环境污染问题,富营养化会引起水华的发生,严重威胁到了水体生态系统和人类的健康,如何使用经济、安全的方法,长期有效的治理水华,已成为当今科学家们研究的热点之一。微藻之间存在着种间竞争关系,营养盐、光照、温度等环境条件均会影响浮游藻类之间竞争的结果。对于水华的治理,生物操纵和大型水生植物的恢复与重建是常见而有效的生态修复方式,然而,水中磷的浓度对生物操纵以及大型沉水植物恢复与重建的成效均有显著影响。因此,本研究针对常见的不同门类的水华藻种,选取小环藻、小球藻和铜绿微囊藻三个代表种,通过对三种微藻之间的竞争关系的研究,确定其竞争机理,再添加大型溞或金鱼藻,研究浮游动物和沉水植物对三种微藻生长的抑制作用,依据我国水体富营养化的特征设置不同的磷浓度培养液,探讨分析大型溞和金鱼藻控藻的效果,以揭示磷浓度对生物操纵和沉水植物抑制三种藻的生态学机理。(一)实验条件B+D培养液(50%的BG11与50%的D1培养液混合)为三种藻共培养的适宜培养液;实验培养条件为25℃,2600~3000 lx光强,14 h:10 h光暗比,培养周期16 d;在磷浓度对大型溞和金鱼藻控藻效果的实验中,氮浓度为11 mg/L,磷浓度梯度为0.05、0.1、0.5、2 mg/L。(二)小环藻、小球藻和铜绿微囊藻共培养(1)三种藻两两共培养时,虽然小环藻的竞争抑制参数最大,但生长速率慢,细胞密度小,实验结束时,小球藻或铜绿微囊藻成为优势种;小球藻和铜绿微囊藻竞争时,前8 d小球藻处于优势,但铜绿微囊藻对空间、营养盐、光照等方面的竞争较强,最终铜绿微囊藻占优势。(2)三种藻共培养时,三种藻的竞争抑制参数从大到小为:小环藻、小球藻、铜绿微囊藻。铜绿微囊藻的增值速率较快,在细胞密度上占绝对优势,后期由于空间、营养盐、遮光效应等因素,第12 d小环藻和小球藻的细胞密度开始减少,第16 d小环藻全部死亡,致使铜绿微囊藻呈现快速增长,成为优势种。(三)大型溞和金鱼藻对三种藻生长的影响(1)大型溞与三种藻共培养时,大型溞对三种藻有明显的控制作用,尤其对铜绿微囊藻的增殖抑制明显,最终小球藻成为优势种,总藻细胞密度最大为6.5×10~6cells/ml,三种藻的生长对大型溞的增殖也有明显的抑制作用,实验初始放入5只大型溞,实验结束后其数量不足50只,不到其在合适条件下密度的1/20。(2)金鱼藻与三种藻共培养时,金鱼藻对三种藻也有一定的抑制作用,尤其对铜绿微囊藻抑制最明显,最终小球藻成为优势种,总藻细胞密度最大为9.2×10~6cells/ml,抑藻效果不及大型溞。三种藻的大量繁殖,也会抑制金鱼藻的生长,第12d金鱼藻开始解体,最终重量为0.098g,不及初始重量(0.1g)。(3)用培养过金鱼藻的种植水培养三种藻时,三种藻的生长均受到明显抑制,细胞密度随培养时间不断减小,最后总藻细胞密度只有接种量时的7%,水体清澈。(4)大型溞和金鱼藻与三种藻共培养时,大型溞平均存活为283只,金鱼藻的平均重量为0.142g,均比二者单独与三种藻共培养时生长的好,同时,最大总藻细胞密度也相对较小,为5.8×10~6cells/ml。可见同时加入大型溞和金鱼藻,控藻效果最好。(四)磷浓度对大型溞和金鱼藻控藻效果的影响(1)在4种不同磷浓度的培养液中,大型溞与三种藻共培养时,大型溞的增长率随磷浓度的增加而变大,大型溞最多可以达到907只。三种藻的增长率均随磷浓度的增加而变小,磷浓度为2mg/l时,抑藻效果最好;磷浓度为0.05mg/l时,总藻细胞密度达到最大,为4×10~5cells/l。可见,磷浓度在0.05~2mg/l的范围内,大型溞对三种藻的生长均有明显抑制作用。(2)在不同磷浓度的培养液中,金鱼藻与三种藻共培养时,当磷浓度为0.05~0.5mg/l时,随着磷浓度的增加,金鱼藻增长率变大;磷浓度为2mg/l时,高磷浓度和三种藻的快速增长均会抑制金鱼藻的生长。总藻细胞密度随磷浓度的增加而变大,磷浓度为2mg/l时,总藻细胞密度为4.33×10~6cells/ml;磷浓度0.05mg/l时,总藻细胞密度最小,为1.9×10~6cells/ml。金鱼藻对三种藻有明显抑制作用,尤其是对铜绿微囊藻,但是效果并不理想,水体依然呈现绿色(小球藻为优势种)。(3)在不同磷浓度的培养液中,大型溞和金鱼藻与三种藻共培养,大型溞的数量和金鱼藻的重量均随磷浓度的增大而增加,三种藻的增长率反而随磷浓度的增大而减小,对藻类生长控制的效果明显好于其他的两组。磷浓度为0.05mg/l时,三种藻的总增长率最大,总藻量也只有3.78×10~5 cells/m L;磷浓度为2 mg/L时,抑制效果最好。可见,磷浓度为0.05~2 mg/L时,均可以达到很好的抑藻效果。(4)当磷浓度为0.05~0.1 mg/L时,磷的去除率基本在90%以上,磷浓度成为限制因素;磷浓度为0.5~2 mg/L时,磷浓度的去除率在20%~70%。金鱼藻和三种藻共培养时,由于小球藻细胞密度很大,所以氮、磷去除率较其他两组高。初始的磷浓度越高,氮的去除率越大,磷的去除率随磷浓度的增加而减少,但去除量随磷浓度的增加而增大。