蟹塘藍(lán)藻水華的發(fā)生機(jī)制辨析

近年，我國(guó)地表水體藍(lán)藻水華大面積暴發(fā)，我們通過對(duì)水文水質(zhì)、氣候氣象條件的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，為藍(lán)藻水華的預(yù)測(cè)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，而水華發(fā)生主導(dǎo)因子卻仍無定論。我們?cè)趯?shí)踐中發(fā)現(xiàn)，河蟹養(yǎng)殖塘是藍(lán)藻水華的重災(zāi)區(qū)，微生物制劑、生物酶和活力碳等針對(duì)藍(lán)藻控制的產(chǎn)品僅能起到短期抑制效果，充分說明蟹塘的水質(zhì)特點(diǎn)適宜藍(lán)藻的大量增殖。因此，我們以蟹塘水質(zhì)為主要研究對(duì)象，選取藍(lán)藻水華不可控和相對(duì)可控兩種類型的池塘，探索藍(lán)藻水華的關(guān)鍵影響因子。同時(shí)，為避免研究結(jié)論的片面性，我們選擇了長(zhǎng)期條件下水體重度富營(yíng)養(yǎng)化卻未發(fā)生藍(lán)藻水華的魚塘(優(yōu)勢(shì)種主要為綠藻和硅藻)進(jìn)行參照，辯證分析藍(lán)藻水華的水質(zhì)特點(diǎn)。

一、材料與方法

1.池塘的選擇

研究選取的養(yǎng)殖池塘地理位置相近，均位于太湖沿岸，養(yǎng)殖水源相近，在相同的年度條件下進(jìn)行同期水質(zhì)監(jiān)測(cè)(排除氣象氣候、水源等條件的干擾)。根據(jù)2013－2017年的跟蹤走訪，選擇3種類型的池塘。

I類(藍(lán)藻塘)：代表常年發(fā)生藍(lán)藻，水華不可控的水體。在蘇州吳中區(qū)選取3個(gè)蟹塘，水草覆蓋率50%～60%。

Ⅱ類(藍(lán)藻偶發(fā)塘)：代表較少發(fā)生藍(lán)藻水華的水體，藍(lán)藻水華可控。在無錫鵝湖地區(qū)，選取3個(gè)蟹塘，水草覆蓋率約60%。

Ⅲ類(綠藻塘)：代表不發(fā)藍(lán)藻，但富營(yíng)養(yǎng)化程度遠(yuǎn)高于I類和Ⅱ類的水體。在無錫鵝湖地區(qū)，選取3個(gè)青魚塘，無水草，常年以綠藻和硅藻為優(yōu)勢(shì)種。

“藍(lán)藻水華”表示在池塘水體可明顯觀察到藍(lán)藻發(fā)生聚集，呈現(xiàn)銅綠色；“綠藻水華”表示水體生物量達(dá)20毫克/升以上、透明度＜20厘米。

2.采樣及測(cè)定指標(biāo)

2015年4－10月，每月兩次采樣，間隔約15天，采樣時(shí)間為10:00－13:00。

水質(zhì)檢測(cè)的主要指標(biāo)為總氮、氨氮、總磷、磷酸鹽、化學(xué)需氧量(COD)和總堿度，按國(guó)標(biāo)方法進(jìn)行測(cè)定。

浮游生物采1升水樣，經(jīng)魯哥氏液固定，24小時(shí)后濃縮，進(jìn)行種屬鑒定，主要目的為確定水華藻種屬。

3.統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS23軟件進(jìn)行單因素方差分析(ANOVA)和Duncan檢驗(yàn)(顯著性P＜0.05)，驗(yàn)證同期檢測(cè)數(shù)據(jù)的差異性。

二、結(jié)果及分析

1.浮游植物調(diào)查

調(diào)查結(jié)果見圖1。未發(fā)生水華時(shí)蟹塘(I類和Ⅱ類塘)的浮游植物種類和數(shù)量極少，只在水華期間(6－8月)出現(xiàn)大量的單一種類的微囊藻；Ⅲ類塘的優(yōu)勢(shì)種為綠藻和硅藻，伴有部分藍(lán)藻，因水體呈現(xiàn)濃綠色稱“綠藻塘”。

圖1 I～Ⅲ類塘出現(xiàn)的浮游植物

2.水質(zhì)調(diào)查與分析

從總磷、總氮和COD濃度的均值來看，Ⅲ類(綠藻塘)＞I類(藍(lán)藻塘)＞Ⅱ類(藍(lán)藻偶發(fā)塘)，Ⅲ類塘的富營(yíng)養(yǎng)化程度最高(表1)。在藍(lán)藻水華發(fā)生期間(6－8月)，I類和Ⅱ類塘的總氮、總磷濃度均值相近；6－8月，I類塘的COD濃度整體高于Ⅱ類塘，并在8月達(dá)到峰值，顯著高于Ⅱ類塘(P＜0.05)；Ⅱ類塘的氨氮濃度和總堿度相對(duì)較高，遠(yuǎn)低于Ⅲ類塘(詳見表1)。

表1 6－8月水質(zhì)指標(biāo)均值統(tǒng)計(jì)

Ⅲ類塘的水體富營(yíng)養(yǎng)化程度遠(yuǎn)高于其他兩類(表2～6)，呈現(xiàn)綠藻水華，藍(lán)藻未形成優(yōu)勢(shì)，說明在此類水體中，綠藻更具競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

表2 池塘總氮濃度的月變化 毫克/升

表3 池塘氨氮濃度的月變化 毫克/升

表4 池塘總磷濃度的月變化 毫克/升

表5 池塘磷酸鹽濃度的月變化 毫克/升

表6 池塘化學(xué)需氧量濃度的月變化 毫克/升

三、討論分析

在蟹塘(I類和Ⅱ類)的生態(tài)系統(tǒng)中，生產(chǎn)者主要為水草，而浮游植物因其種類和數(shù)量極少(未發(fā)生水華時(shí))，對(duì)水體影響相對(duì)較小，當(dāng)藍(lán)藻水華發(fā)生時(shí)，主要存在水草和藻類的營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)。一般情況下，水體中營(yíng)養(yǎng)鹽的競(jìng)爭(zhēng)主要體現(xiàn)在氮源和磷源上。微囊藻對(duì)低磷環(huán)境有很高的適應(yīng)性，在0～0.01毫克/升時(shí)，仍可以維持較高的增長(zhǎng)。磷酸鹽為藻類可直接利用的磷源，在水華高峰期(6－8月)，I類塘和Ⅱ類塘的磷酸鹽分別為0.07毫克/升和0.08毫克/升，I類塘能發(fā)生藍(lán)藻水華，說明蟹塘藍(lán)藻水華的發(fā)生不存在磷限制。

Ⅱ類塘雖然未發(fā)生藍(lán)藻水華，水體中也能檢測(cè)到微囊藻的存在，說明Ⅱ類塘的水質(zhì)條件很可能處于水華發(fā)生的臨界狀態(tài)。藻類對(duì)水體中的無機(jī)氮源利用優(yōu)先順序?yàn)榘钡鞠跛岬緛喯跛岬?。水華期間(6－8月)，氨氮的最低值出現(xiàn)在Ⅱ類塘，超過最低檢測(cè)限值，而硝酸氮為1.21毫克/升。一方面說明，蟹塘水體的氨氮被大量消耗，水體補(bǔ)充氮源不足；另一方面，說明水體的氨氮幾乎可以被水草吸收利用，而I類塘的氨氮濃度最低約為0.2毫克/升，說明水草的光合作用可能受到抑制?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，I類塘在藍(lán)藻水華期間，水體透明度低，水草長(zhǎng)勢(shì)差。

據(jù)農(nóng)戶反映，在Ⅱ類塘施用單一元素的氮肥——尿素時(shí)，隔天可直接誘發(fā)藍(lán)藻水華，進(jìn)一步說明，蟹塘水體存在氮限制，可被藻類直接利用的氮源為蟹塘藍(lán)藻水華的關(guān)鍵影響因子。

在蟹塘中，水草的生長(zhǎng)需要消耗大量的二氧化碳，總堿度低于無水草的Ⅲ類塘，反映了水體的二氧化碳被大量消耗；而水華期間化學(xué)需氧量濃度的升高表明藍(lán)藻固定了越來越多的無機(jī)碳，無機(jī)碳源成為水草和藍(lán)藻競(jìng)爭(zhēng)的重要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)，銅綠微囊藻存在二氧化碳濃縮機(jī)制，可利用水體中的二氧化碳和碳酸氫根，以維持在低碳條件下的光合作用，提高了蟹塘中藍(lán)藻的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，從而為藍(lán)藻水華的發(fā)生奠定了基礎(chǔ)。

在Ⅲ類塘中，水體富營(yíng)養(yǎng)化程度遠(yuǎn)高于I類和Ⅱ類塘(表2～6)，未發(fā)生藍(lán)藻水華，這與水體中二氧化碳含量豐富有關(guān)，進(jìn)一步說明藍(lán)藻的二氧化碳濃縮機(jī)制在低碳競(jìng)爭(zhēng)過程中發(fā)揮著重要的作用。

四、小結(jié)

蟹塘微囊藻水華的關(guān)鍵影響因子為氨氮。在蟹塘的低碳環(huán)境中，二氧化碳濃縮機(jī)制為微囊藻提供了較其他藻類的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。當(dāng)水草的光合作用減弱，水體中原本被水草強(qiáng)烈吸收的氨氮發(fā)生累積，為藍(lán)藻增殖提供氮源，藍(lán)藻得以暴發(fā)式增長(zhǎng)，即水華發(fā)生。