李文君 ，暴 柱 ，郭 勇 ，富可榮

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

1 引言

近年來(lái)，隨著污染的加重，我國(guó)湖泊、水庫(kù)水源地的富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題日益嚴(yán)重，水華現(xiàn)象頻繁發(fā)生，直接威脅到城市供水安全[1]。富營(yíng)養(yǎng)化水體中，藻類在適宜的營(yíng)養(yǎng)和環(huán)境條件下，能夠迅速增殖，暴發(fā)水華現(xiàn)象。光照是植物進(jìn)行光合作用必不可少的因子之一，也是藻類水華暴發(fā)的重要因素。因此，研究遮光對(duì)藻類生長(zhǎng)的影響，對(duì)控制藻類水華暴發(fā)具有重要意義[2，3]。本研究采用野外圍隔的方式，通過(guò)對(duì)葉綠素a含量、pH、DO和營(yíng)養(yǎng)鹽濃度的分析，研究了遮光對(duì)藻類生長(zhǎng)的影響，探討了遮光控藻的機(jī)理，為有效控制藻類水華提供了依據(jù)。

2 材料與方法

2.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)在灤河干流潘家口水庫(kù)庫(kù)區(qū)進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)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(diào)節(jié)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(hù)作用；使用鍍鋅桶作為浮筒，每個(gè)圍隔配備8個(gè)浮筒。圍隔尺寸為3 m×3 m×2.5 m，底部封口，上端開(kāi)敞。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)時(shí)間為2009年7月26日-8月7日。2009年7月26日，利用水泵將庫(kù)區(qū)水泵入圍隔內(nèi)，靜置2 d后開(kāi)始進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)在6個(gè)圍隔內(nèi)進(jìn)行。

實(shí)驗(yàn)期間,潘家口水庫(kù)庫(kù)區(qū)水體TN為4.4～4.5 mg/L，TP為0.03～0.05 mg/L?？紤]到潘家口水庫(kù)高氮低磷的實(shí)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(diào)節(jié)水體的TP到0.53 mg/L，TN的濃度不變，使氮磷比達(dá)到9∶1，比較有利于藻類生長(zhǎng)。

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(shí)驗(yàn)進(jìn)行到第6天時(shí)拆除遮光材料、3和4#圍隔在整個(gè)實(shí)驗(yàn)期間一直進(jìn)行遮光。

2.3 采樣與測(cè)定

每隔1 d采樣1次，采樣和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)時(shí)間為9：30-10：00?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和水樣采集均在圍隔中間區(qū)域水面以下0.5 m處進(jìn)行。

現(xiàn)場(chǎng)利用YSI6600多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀測(cè)定葉綠素a、DO濃度、pH和藻細(xì)胞密度；利用照度計(jì)和水下照度計(jì)測(cè)定光照強(qiáng)度；實(shí)驗(yàn)室中測(cè)定所采集水樣的 TN 和 TP[4]。

3 結(jié)果與分析

3.1 遮光對(duì)水下光照的影響

本次圍隔實(shí)驗(yàn)采用的遮光材料能夠有效降低光照強(qiáng)度，遮光前后圍隔內(nèi)光照變化和光照隨水深變化如圖1-2所示。通過(guò)對(duì)4個(gè)遮光圍隔的光照強(qiáng)度水平的測(cè)定，入射光強(qiáng)度在12～15萬(wàn) lx水平時(shí)，遮光圍隔水面光照強(qiáng)度維持在5 500～6 500 lx水平，遮光率均值為95%。未遮光圍隔內(nèi)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(qiáng)度呈指數(shù)規(guī)律下降。

圖1 遮光前后圍隔內(nèi)光照變化

3.2 遮光對(duì)葉綠素a含量和藻細(xì)胞密度變化的影響

研究遮光對(duì)圍隔葉綠素a和藻細(xì)胞密度的影響時(shí)，圍隔初始水體的葉綠素a含量為6.0ug/L，初始藻細(xì)胞密度為7×105cell/mL。葉綠素a和藻細(xì)胞密度隨時(shí)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(nèi)葉綠素a含量和藻細(xì)胞密度隨時(shí)間均呈增加的趨勢(shì)，符合藻類生長(zhǎng)的階段理論。在實(shí)驗(yàn)的前2 d，葉綠素a和藻細(xì)胞密度變化不大，處于穩(wěn)定階段，從第3天起進(jìn)入對(duì)數(shù)增長(zhǎng)階段，葉綠素a和藻細(xì)胞密度開(kāi)始快速增長(zhǎng)，葉綠素a最高增長(zhǎng)到38 ug/L，藻細(xì)胞密度最大到1×107cell/mL；在實(shí)驗(yàn)期間一直遮光的3和4#圍隔，葉綠素a和藻細(xì)胞密度隨時(shí)間基本均呈波動(dòng)幅度較小的狀態(tài)，葉綠素a在5～12之間變化，藻細(xì)胞密度在 0.5×106～3.5×106之間變化，增長(zhǎng)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(xì)胞密度呈先穩(wěn)定后增長(zhǎng)的趨勢(shì)，在拆除遮光材料前葉綠素a和藻細(xì)胞密度變化不大、比較穩(wěn)定，在拆除遮光材料后葉綠素a和藻細(xì)胞密度開(kāi)始迅速增長(zhǎng)、增長(zhǎng)率較快；空白對(duì)照的庫(kù)區(qū)水體內(nèi)葉綠素a和藻細(xì)胞密度的變化幅度較小，處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。

圖3 葉綠素a含量隨時(shí)間變化

圖4 藻細(xì)胞密度隨時(shí)間變化

通過(guò)上述分析可知，遮光對(duì)葉綠素a含量和藻細(xì)胞密度的變化有顯著的影響。在遮光條件下，藻類生長(zhǎng)明顯受到抑制，葉綠素a含量和藻細(xì)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(fù)生長(zhǎng)，葉綠素a含量和藻細(xì)胞密度迅速增長(zhǎng)，并在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到最大值。

3.3 遮光對(duì)pH和溶解氧變化的影響

圖5 pH隨時(shí)間變化

圖6 DO隨時(shí)間變化

研究遮光對(duì)pH和DO的影響時(shí)，圍隔初始水體的pH濃度為8.5，DO為9.8 ug/L。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，pH、DO隨時(shí)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(nèi)的pH、DO隨時(shí)間均呈上升的趨勢(shì)，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(shí)驗(yàn)期間，一直遮光的3和4#圍隔，pH、DO隨時(shí)間均呈下降的趨勢(shì)，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(shì)，未拆除遮光材料前pH和DO呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，在8月2日拆除遮光材料后pH和DO開(kāi)始逐漸上升，pH最大上升至9.3；DO最大上升至20.3 ug/L?？瞻讓?duì)照庫(kù)區(qū)水體的pH一直在均值8.6附近波動(dòng)，DO一直在均值12.9附近波動(dòng)，總體變化幅度不大。

通過(guò)上述分析可知，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中pH和DO表現(xiàn)出良好的相關(guān)性，變化趨勢(shì)一致。遮光對(duì)圍隔內(nèi)pH和DO的變化都有顯著的影響，遮光可以降低圍隔內(nèi)的pH和DO值，在拆除遮光材料后pH和DO都會(huì)迅速上升。

3.4 遮光對(duì)氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽變化的影響

圖7 TN隨時(shí)間變化

圖8 TP隨時(shí)間變化

研究遮光對(duì)氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽的影響時(shí)，圍隔初始水體的TN濃度為4.45 mg/L，TP濃度為0.53 mg/L。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，TN、TP濃度隨時(shí)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(nèi)的TN、TP隨時(shí)間均呈下降的趨勢(shì)，隨著藻類的生長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)期間，一直遮光的3和4#圍隔，TN、TP隨時(shí)間基本均呈波動(dòng)幅度較小的狀態(tài)，TN、TP濃度變化不大。

而2#和5#圍隔的TN、TP呈先穩(wěn)定后下降的趨勢(shì)，在拆除遮光材料前TN、TP濃度變化不大、比較穩(wěn)定，在拆除遮光材料后TN、TP濃度開(kāi)始迅速下降?？瞻讓?duì)照的庫(kù)區(qū)水體內(nèi)TN、TP濃度的變化幅度較小，處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。

通過(guò)上述分析可知，TN、TP濃度與藻類生長(zhǎng)有密切的關(guān)系，遮光對(duì)圍隔內(nèi)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(zhǎng)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?。辉诓鸪诠獠牧虾?，藻類可以迅速恢復(fù)生長(zhǎng)，TN、TP濃度開(kāi)始迅速下降，在短時(shí)間內(nèi)下降幅度較大。

4 結(jié)論

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

（2）遮光對(duì)藻類生長(zhǎng)有明顯的抑制作用。遮光圍隔的葉綠素a含量和藻細(xì)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(zhǎng)，還可能出現(xiàn)水體中氮磷濃度升高的現(xiàn)象。

（4）拆除遮光材料后藻類生長(zhǎng)能夠得到迅速恢復(fù)，葉綠素a含量、藻細(xì)胞密度、pH和DO能迅速增長(zhǎng)，TN和TP濃度由于藻類生長(zhǎng)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(shí)空分布特征[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué)， 2007， 27（6）： 821-825.

[2]萬(wàn)蕾，朱偉.不同遮光方式的抑藻效果比較研究[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2009，3（10）： 1749-1754.

[3]孫揚(yáng)才，陳雪初，孔海南，等.長(zhǎng)江口邊灘水庫(kù)藻類增長(zhǎng)潛力及遮光控藻研究 [J].環(huán)境污染與防治，2007，29（11）：805-808.

[4]金相燦，屠清瑛.湖泊富營(yíng)養(yǎng)化調(diào)查規(guī)范（第2版）[M].北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，1990：278-281.