气象因子( 三 )


气象因子

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图3 水文气象因子和藻类生长的关係水文气象条件对藻华爆发的影响(1)温度的影响水温是藻类进行光合作用的必要条件,决定细胞内酶反应的速率,并与植物的合成代谢及呼吸强度,以及对水中异样细菌等微生物的生理活性均有着密切的关係 。所以温度是富营养化环境因子中的主导因子 。一般情况下,水温的周年变化特点与藻类现存量及毛生产量的变化趋势基本上是吻合的,即夏季是高峰,冬季为低谷 。浮游植物初级生产力随水温变化呈指数增长趋势 。研究表明,太湖梅梁湾的浮游藻类与水温的关係密切,尤其是蓝藻水华的优势种类微囊藻生物量在一定的水温範围内与之有线性相关关係 。梅梁湾中水温与藻类叶绿素a有较显着的线性相关关係,而与藻类总生物量、蓝藻生物量、硅藻生物量和微囊藻生物量均有一定的线性关係(R分别为0.42、0.38、0.37和0.37) 。美国生态学家研究了温度对微囊藻生长的作用,指出铜绿微囊藻的最适温度为28.8~30.5℃,并求得在比生长率对数对温度作图的曲线中于17.5℃处有一转折点,表示在该温度时活化能有突然的降低,这与该藻在天然环境中形成水华时水温相一致 。国内所作的温度对微囊藻生长影响的室内模拟实验显示,在22~35℃的生长範围内,微囊藻皆发生增殖,在30~35℃时比增殖速率升高很快,以35℃时最快,在此温度以下,增殖速率随水温的上升而增大,大约呈指数关係 。EPPLEY与GOLD-MAN(1972)及GoldmanJ.C.和E.J.Carpenfer(1974)各式各样的藻类调查了增殖速率和温度的关係,得到经验公式μ=0.590(1.066)T 。虽然35℃时比增殖速率最大,但生长达到最大增殖后,增殖速率急剧下降,微囊藻马上开始沉澱,绿色消退,溶液呈乳白色 。这是因为高温下藻细胞的死亡大于细胞的增殖,或只有死亡而无增殖 。这说明微囊藻的比增殖速率最大时易死亡沉澱 。在22℃以下培养时基本无相对生长下降期,而直接出现相对静止期 。并且在洋河水库水华发生的实验研究中发现,26℃最适于微囊藻的上浮聚集 。一般认为25~30℃是水华藻类的最适宜生长温度 。(2)光照的影响 从生理特性来看,微囊藻是一种原核光合生物,细胞中TCA循环不完全,光能是细胞的主要能源 。光照辐射为藻类光合作用提供代谢的能源,影响光合碳固定的速率,也影响藻细胞呼吸强度、能荷水平 。另外光对细胞某些产物如胡萝蔔素的形成有诱导作用 。所以光照辐射也是富营养化环境因子中的主要因子 。浮游藻类生产量的季节变化与本地光照条件的季节差异有着直接关係 。如太湖夏季太阳辐射量占全年辐射量的34.96%,日照时数占全年总日照时数的32.66%,而冬季分别为16.5%和20.46%,春、秋两季合计分别占全年总值的48.54%和46.88% 。这种年内分配不均的特点,必然会影响植物的光合代谢强度与速率 。太湖最适宜光合作用层的最高毛产量及水柱日产量按高低排序为夏、春、秋、冬 。各水层光照强度与藻类生产量垂直分布的关係,也同样反映出光照对藻类生产的影响 。根据太湖实测资料,深度1m以下,其光强一般衰减到50~80Lx,浮游植物的毛生产量相应降到最大值的15%以下 。室内实验研究发现,随着光照强度(1000~5000Lx)的不断增大,藻类生长的比增殖速率(μa)也加大 。当光强从1000Lx增加到4000Lx时,藻类数量增加较快,4000Lx以后渐趋平缓,在5000Lx基本上达到最大值 。在不同温度条件下,光强与藻类的关係也不尽相同 。(3)水动力的影响在适宜藻类生长的季节,太湖藻类水华的爆发一般在稳定大风作用过后的小风或静风、天气晴朗时段,这表明水华与水动力过程有着某种联繫 。产生湖泊水华现象的藻类在种群演替和数量变化方面都有极明显的周期性 。这个周期性变化,除受浮游生物本身生长的生理生态状态影响以及湖泊环境温度、光照的周期性变化外,同时还受到水体的水动力作用影响 。水体的水动力作用也是湖泊产生水华的一个重要条件 。“流水不腐”这句成语形象地说明了水动力对水体水质的影响 。水动力对浮游生物的数量多寡、分布的状态在浅水湖泊中影响更大 。特别是在大型浅水湖泊中,动力的作用更加明显 。针对太湖蓝藻水华而进行的围隔实验显示:随风漂移外来的微囊藻数量大大超过在该水域内生长的微囊藻,漂移微囊藻叶绿素a的浓度是该水域内生长的微囊藻叶绿素a的5倍 。太湖梅梁湾水动力作用过程的研究表明,当湖流状况变化时,浮游动物数量也随之而变,这样又间接影响了浮游植物数量的变化 。太湖现场考察发现,风浪的搅动作用对藻类的生长非常有利,在一阵风浪过后,藻类的生长速度明显增加,如果片刻之后颳起阵风,则很容易引起藻类在迎风岸边大量聚集,形成明显水华 。风浪的搅动有利于藻类的生长,主要是因为在大型浅水湖泊中,水动力过程会对理化环境因子产生很大的影响 。沉积物由于动力作用而发生悬浮,在浅水湖泊中与海湾中研究发现,沉积物的悬浮主要是由于波浪的作用,其贡献可以达到70%以上 。因此影响水体的透明度及水下光照分布和初级生产力,并使得原来悬浮质中的一些磷、氮营养元素,在机械扰动和生物作用下,释放到水体中,使得水中的TP、TN浓度保持较高的水平,促进藻类生长,对夏季藻类的持续爆发起了一个推波助澜的作用 。此外,动力过程通过影响水体及水土界面上的氧化~还原环境进一步影响有机物质的降解与矿化等过程 。风浪对藻类的迁移聚集作用主要取决于风速大于还是小于临界风速(3m/s) 。在太湖水华爆发季节,当盛行的东南风小于临界风速时,湖面可以近似看作水动力光滑,没有风浪产生,漂浮藻类停留在水表面,不会因风场的作用而沉入水中,藻类在水表面顺着风向不断堆积在迎风岸边,在湖湾的西北部大量聚集,从而形成明显水华;而当风速超过临界风速时,将产生波浪的作用,波浪、风扰动及平均环流的共同作用使得藻类上下混合沉入水中,藻类在湖中的水平及垂直分布趋于均一,不再出现藻类聚积现象,从而抑制了水华的形成 。风速过大或过小都不利于水华的形成 。在稳定大风过后的小风天气(风速小于临界风速)最容易出现水华现象 。(4)其他水文、气象因子的影响降雨——输入营养盐、增加水量稀释污染物、降低水温、气温;蒸发——减少水量、降低水温、气温;降尘——输入营养盐、改变水体透明度(浊度);水量——改变水体中氮、磷等营养物质的浓度;水位——改变其它与藻类竞争的生物生长条件,促进或抑制藻类生长;水体交换周期——改变营养盐和藻类积累与转移条件;停滞时间——影响藻类和其它与藻类竞争的水生生物的生长条件 。研究结论水华发生过程是一个複杂的动态过程,从水华生物的出现到形成水华,牵涉到多个方面的影响 。水文气象条件在这个过程中起着决定性的作用,25~30℃是水华藻类的最适宜生长温度,3000~4000Lx是水华藻类的最适宜光强,风浪的扰动有利于藻类的生长,小风(小于临界风速)又有利于藻类的漂浮和聚集,降雨、蒸发水量等其他水文气象因子对藻华爆发同样起着至关重要的作用 。这些水文气象因子不是单一发生效应 。应进一步分析、研究水文气象因子的综合效应 。