遮光對潘家口水庫藻類生長影響的圍隔實驗

李文君 ，暴 柱 ，郭 勇 ，富可榮

（1.水利部海河水利委員會，天津 300170；2.海河水利委員會引灤工程管理局，河北 遷西 064309）

1 引言

近年來，隨著污染的加重，我國湖泊、水庫水源地的富營養化問題日益嚴重，水華現象頻繁發生，直接威脅到城市供水安全[1]。富營養化水體中，藻類在適宜的營養和環境條件下，能夠迅速增殖，暴發水華現象。光照是植物進行光合作用必不可少的因子之一，也是藻類水華暴發的重要因素。因此，研究遮光對藻類生長的影響，對控制藻類水華暴發具有重要意義[2，3]。本研究采用野外圍隔的方式，通過對葉綠素a含量、pH、DO和營養鹽濃度的分析，研究了遮光對藻類生長的影響，探討了遮光控藻的機理，為有效控制藻類水華提供了依據。

2 材料與方法

2.1 實驗材料

實驗在灤河干流潘家口水庫庫區進行。實驗圍隔采用中型尺度的浮船式圍隔，由主體框架、圍隔袋和浮筒三部分組成。主體框架為槽鋼焊接而成，底部由不銹鋼組成立方體，可以調節圍隔深度；采用不透水聚乙烯膜作為圍隔袋，外面包裹苫布起到保護作用；使用鍍鋅桶作為浮筒，每個圍隔配備8個浮筒。圍隔尺寸為3 m×3 m×2.5 m，底部封口，上端開敞。

2.2 實驗方法

實驗時間為2009年7月26日-8月7日。2009年7月26日，利用水泵將庫區水泵入圍隔內，靜置2 d后開始進行實驗，實驗在6個圍隔內進行。

實驗期間,潘家口水庫庫區水體TN為4.4～4.5 mg/L，TP為0.03～0.05 mg/L。考慮到潘家口水庫高氮低磷的實際情況，并參考已有的研究成果，于7月28日一次性投加磷酸氫二鉀（K2HPO4）調節水體的TP到0.53 mg/L，TN的濃度不變，使氮磷比達到9∶1，比較有利于藻類生長。

1 和 6#圍隔為未遮光圍隔；2、3、4、5#圍隔為遮光圍隔，其中2和5#圍隔在實驗進行到第6天時拆除遮光材料、3和4#圍隔在整個實驗期間一直進行遮光。

2.3 采樣與測定

每隔1 d采樣1次，采樣和現場監測時間為9：30-10：00。現場監測和水樣采集均在圍隔中間區域水面以下0.5 m處進行。

現場利用YSI6600多參數水質監測儀測定葉綠素a、DO濃度、pH和藻細胞密度；利用照度計和水下照度計測定光照強度；實驗室中測定所采集水樣的 TN 和 TP[4]。

3 結果與分析

3.1 遮光對水下光照的影響

本次圍隔實驗采用的遮光材料能夠有效降低光照強度，遮光前后圍隔內光照變化和光照隨水深變化如圖1-2所示。通過對4個遮光圍隔的光照強度水平的測定，入射光強度在12～15萬 lx水平時，遮光圍隔水面光照強度維持在5 500～6 500 lx水平，遮光率均值為95%。未遮光圍隔內水下光照隨水深的垂直變化符合朗伯-比爾定律，即隨著水深的增加光照強度呈指數規律下降。

圖1 遮光前后圍隔內光照變化

3.2 遮光對葉綠素a含量和藻細胞密度變化的影響

研究遮光對圍隔葉綠素a和藻細胞密度的影響時，圍隔初始水體的葉綠素a含量為6.0ug/L，初始藻細胞密度為7×105cell/mL。葉綠素a和藻細胞密度隨時間變化的情況，如圖3-4所示。

從圖3-4中可知，未遮光的1和6#圍隔內葉綠素a含量和藻細胞密度隨時間均呈增加的趨勢，符合藻類生長的階段理論。在實驗的前2 d，葉綠素a和藻細胞密度變化不大，處于穩定階段，從第3天起進入對數增長階段，葉綠素a和藻細胞密度開始快速增長，葉綠素a最高增長到38 ug/L，藻細胞密度最大到1×107cell/mL；在實驗期間一直遮光的3和4#圍隔，葉綠素a和藻細胞密度隨時間基本均呈波動幅度較小的狀態，葉綠素a在5～12之間變化，藻細胞密度在 0.5×106～3.5×106之間變化，增長率較未遮光圍隔明顯偏低；而2和5#圍隔的葉綠素a和藻細胞密度呈先穩定后增長的趨勢，在拆除遮光材料前葉綠素a和藻細胞密度變化不大、比較穩定，在拆除遮光材料后葉綠素a和藻細胞密度開始迅速增長、增長率較快；空白對照的庫區水體內葉綠素a和藻細胞密度的變化幅度較小，處于相對穩定的狀態。

圖3 葉綠素a含量隨時間變化

圖4 藻細胞密度隨時間變化

通過上述分析可知，遮光對葉綠素a含量和藻細胞密度的變化有顯著的影響。在遮光條件下，藻類生長明顯受到抑制，葉綠素a含量和藻細胞密度明顯較未遮光圍隔低；在拆除遮光材料后，藻類可以迅速恢復生長，葉綠素a含量和藻細胞密度迅速增長，并在短時間內達到最大值。

3.3 遮光對pH和溶解氧變化的影響

圖5 pH隨時間變化

圖6 DO隨時間變化

研究遮光對pH和DO的影響時，圍隔初始水體的pH濃度為8.5，DO為9.8 ug/L。實驗過程中，pH、DO隨時間變化如圖5-6所示。

從圖5-6中可知，未遮光的1和6#圍隔內的pH、DO隨時間均呈上升的趨勢，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。在實驗期間，一直遮光的3和4#圍隔，pH、DO隨時間均呈下降的趨勢，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#圍隔的pH、DO呈先下降后上升的趨勢，未拆除遮光材料前pH和DO呈現下降趨勢，在8月2日拆除遮光材料后pH和DO開始逐漸上升，pH最大上升至9.3；DO最大上升至20.3 ug/L。空白對照庫區水體的pH一直在均值8.6附近波動，DO一直在均值12.9附近波動，總體變化幅度不大。

通過上述分析可知，在實驗過程中pH和DO表現出良好的相關性，變化趨勢一致。遮光對圍隔內pH和DO的變化都有顯著的影響，遮光可以降低圍隔內的pH和DO值，在拆除遮光材料后pH和DO都會迅速上升。

3.4 遮光對氮磷營養鹽變化的影響

圖7 TN隨時間變化

圖8 TP隨時間變化

研究遮光對氮、磷營養鹽的影響時，圍隔初始水體的TN濃度為4.45 mg/L，TP濃度為0.53 mg/L。實驗過程中，TN、TP濃度隨時間變化如圖7-8所示。

從圖7-8中可知，未遮光的1和6#圍隔內的TN、TP隨時間均呈下降的趨勢，隨著藻類的生長逐漸下降，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。在實驗期間，一直遮光的3和4#圍隔，TN、TP隨時間基本均呈波動幅度較小的狀態，TN、TP濃度變化不大。

而2#和5#圍隔的TN、TP呈先穩定后下降的趨勢，在拆除遮光材料前TN、TP濃度變化不大、比較穩定，在拆除遮光材料后TN、TP濃度開始迅速下降。空白對照的庫區水體內TN、TP濃度的變化幅度較小，處于相對穩定的狀態。

通過上述分析可知，TN、TP濃度與藻類生長有密切的關系，遮光對圍隔內水體的TN、TP濃度的變化有顯著的影響。在遮光條件下，藻類生長明顯受到抑制，TN、TP消耗較少，遮光圍隔水體TN、TP濃度明顯較未遮光圍隔高，且變化幅度很小；在拆除遮光材料后，藻類可以迅速恢復生長，TN、TP濃度開始迅速下降，在短時間內下降幅度較大。

4 結論

（1）遮光材料能夠有效地降低入射光強度。光照強度在水下隨著水深的增加，呈指數規律下降。

（2）遮光對藻類生長有明顯的抑制作用。遮光圍隔的葉綠素a含量和藻細胞密度與未遮光圍隔相比有明顯的降低。

（3）遮光不能有效降低水體中的TN和TP濃度。相反，由于遮光抑制了藻類生長，還可能出現水體中氮磷濃度升高的現象。

（4）拆除遮光材料后藻類生長能夠得到迅速恢復，葉綠素a含量、藻細胞密度、pH和DO能迅速增長，TN和TP濃度由于藻類生長的消耗迅速下降。

[1]梁瑜，陳雪初，孔海南，等.遮光圍隔中銅綠微囊藻的時空分布特征[J].中國環境科學， 2007， 27（6）： 821-825.

[2]萬蕾，朱偉.不同遮光方式的抑藻效果比較研究[J].環境工程學報，2009，3（10）： 1749-1754.

[3]孫揚才，陳雪初，孔海南，等.長江口邊灘水庫藻類增長潛力及遮光控藻研究 [J].環境污染與防治，2007，29（11）：805-808.

[4]金相燦，屠清瑛.湖泊富營養化調查規范（第2版）[M].北京：中國環境科學出版社，1990：278-281.