水库水体透明度大、流动性小，藻类容易停留在表层水体得到光照而大量繁殖(孙晓庆等，2007).研究表明，光照和温度是影响藻类生长的重要因素，在表层水体中，光照和温度适宜，藻类光合作用大于呼吸作用，藻类净生长；而在下层水体中，几乎没有光照，温度也较低，压力大，呼吸作用大于光合作用，藻类净衰亡(贾含帅等，2011；刘玉生等，1995；刘春光等，2005；于萍等，2006).为了控制水库表层藻类的生长，可采用混合技术混合上下水层，将下层水体提升到表层，而表层水体循环到下层，使得藻类被迁移到下层水体中，受到弱光、低温、高压作用而衰亡(丛海兵等，2005；2006；Cong et al., 2009；2011).

周村水库位于东经117°41′，北纬34°57′，在枣庄市市中区孟庄镇周村南，流域面积121 km²，总库容8404万m³，水面面积8.54 km²，最大水深19 m.周村水库建成于1960年，主要功能有防洪、灌溉和城市供水，是枣庄市城市供水水源地.1990—2008年期间，周村水库曾大量网箱养鱼，造成了严重的水污染，水库富营养化问题严重.近年来，政府部门取缔了网箱养鱼，水库水质好转，但库底沉积的高污染底泥持续向水体释放营养盐，使水库仍处于富营养化状态.为了在短期内改善城市供水水源水质，课题组研究人员准备在取水口附近采用混合控藻技术抑制藻类生长.本文主要研究在混合条件下，表层藻类被混合到不同水深处受到不同光照、温度、压力胁迫作用后的生长衰亡规律，以期为混合控藻技术提供理论技术依据.

在周村水库坝前200 m处，用水下取样器取得指定水深处水样，带回实验室混合均匀备用.每一组实验水样需当天现取现用，实验过程为2 d.

藻类在不同光照、温度条件下的培养装置为5 L的玻璃瓶，瓶口加塞橡胶塞，塞中间开孔，溶解氧探头从孔中伸入瓶内.藻类在压力条件下的培养装置如图 1所示，装置由密闭压力罐、加压泵及管路组成，压力罐为透明有机玻璃柱制成，容积为5 L，耐压1.0 MPa，加压泵为奥力康YU7124型滑片泵.其中，图 1a为溶解氧测定装置，溶解氧仪探头伸入压力罐中.图 1b为叶绿素和藻类活性培养测定装置，压力罐内安装气球，气球嘴与加压泵出水管连通.玻璃瓶和压力罐放入MGC-250型光照培养箱中.

图 1(Fig. 1)

图 1 藻类压力条件下的培养装置 Fig. 1 Algae culture device under pressure

用定水深取样器从水库的不同水深处取样，放入塑料瓶中带回实验室，测定藻类的种类、个数、叶绿素浓度，每周测定1次.1 d中选择几个特定时间，用照度计和溶解氧仪测定水库不同水深处光强和水温，半个月测定1次.用透明度盘测量水体透明度.

从水库2 m水深处取样，分别放入2个5 L透明玻璃瓶中，其中一个玻璃瓶用于测定溶解氧变化，玻璃瓶口加盖橡皮塞，橡皮塞中心开圆孔，插入溶解氧仪探头，瓶内不留空气.另一个玻璃瓶用于测定藻类叶绿素浓度和藻类活性变化，不加盖.将玻璃瓶放入光照培养箱中，设置光照培养箱的温度为26 ℃，调节光照强度为所需值，分别为52500、32500、17500、5350、1566、0 lx.培养时间24 h，光照和黑暗转换规律与当地自然光照同步，其中，光照14 h，黑暗10 h，一般前8 h光照，中间10 h黑暗，最后6 h光照.每隔2 h测定溶解氧，从玻璃瓶中取样测定叶绿素和藻类活性.

取样及培养方法同上，将2个玻璃瓶放入光照培养箱中，控制培养箱温度为需要值，分别为30、26、20、15 ℃.光照条件为藻类光合作用最适宜的光强32500 lx.取样测定方法同上.

从水库2 m水深处取样，分别放入如图 1a和图 1b所示的压力罐中.调节回流阀，控制压力罐中的压力为所需的压力，分别为0.1、0.2、0.3 MPa.将压力罐放入培养箱中，培养条件为藻类光合作用适宜的光照32500 lx和温度26 ℃.取样测定方法同上.

从2 m水深处取样倒入桶内混匀，测定初始叶绿素和藻类活性，再将溶解氧白瓶和黑瓶注满水样，测定每个瓶中初始溶解氧，盖好瓶塞，不留气泡.白瓶为透明玻璃瓶，黑瓶为包裹了黑布的玻璃瓶，瓶内无光.在水库不同水深处悬挂一对白瓶和黑瓶，24 h后取回黑白瓶，测定溶解氧、叶绿素、藻类活性.

藻类叶绿素a按照《藻类叶绿素测试新方法》测定(丛海兵等，2007)，孔径1 μm的醋酸纤维滤膜过滤水样，90%乙醇萃取叶绿素，采用上海精科UV759S型分光光度计测定提取液吸光度.

藻类活性用FDA二乙酸荧光素荧光法测定(王佳佳等，2012)，取2 mL水样加入15 mL(pH=7.9)浓度为60 mmol · L^-1的磷酸盐缓冲液，摇晃均匀，再加入400 μL的荧光素FDA(0.3 mg的二乙酸荧光素溶于100 mL的丙酮)，摇匀，放入恒温水浴锅内，水浴温度为30 ℃，反应30 min，将样品放入仪器中测量其荧光值.采用上海棱光F97荧光光度计测定荧光值.

溶解氧采用哈希公司HQ30d便携式溶解氧仪测定，光强采用上海嘉定学联仪表ZDS-10水下照度计测定.

水库竖向环境条件及藻类浓度如图 2所示.从图中可见，7、8月份是藻类高发期，水库主要以蓝藻为主(占藻类总数80%左右)，绿藻和硅藻所占比例相近.其中，蓝藻以鞘丝藻居多，绿藻主要有浮球藻、水溪绿球藻、肾形藻，而硅藻则以小环藻和针杆藻为主.水库水体的透明度一般在95~100 cm之间.水库表层水体太阳光较强，中午时分光强为1400~85000 lx，随着水深的增加光强呈指数递减，在水深4 m以下光强小于100 lx.表层水温较高，夏季在25~30 ℃左右，随着水深的增加水温逐渐减小，到14 m以下水温恒定，约为14 ℃.

图 2(Fig. 2)

图 2 藻类及环境条件竖向分布 Fig. 2 Vertical distribution of algae and environmental conditions

由藻类竖向分布图可以看出，表层4 m水深内藻类较多，叶绿素a浓度为22~30 μg · L^-1，这与光强的竖向分布是一致的.在2 m水深出现藻类浓度峰值，此处约为2倍透明度.4~6 m水深内藻类含量锐减，以下浓度基本恒定，叶绿素a浓度为10 μg · L^-1左右.

蓝藻由于浮力调节机制，其浓度峰值位于2~3倍透明度处(黄廷林等，2009)，对本水库应该在2~3 m水深处.绿藻的浓度峰值一般位于0.5 m水深处(黄廷林等，2009).周村水库上层水体中蓝藻和绿藻均是优势藻种，因而其浓度峰值介于蓝藻峰值和绿藻峰值水深之间的2 m水深处.

上层4 m水深以上水体中主要是蓝藻门的鞘丝藻，占藻类总数的81%，绿藻门的浮球藻占11%，硅藻针杆藻占8%.下层7 m水深以下水体中蓝藻比例减小，硅藻和绿藻比例增加，其中，蓝藻比例占58%，硅藻占25%，绿藻占17%.

不同光照强度下藻类生长衰亡规律见图 3.从图 3a可见，前8 h和后6 h光照期溶解氧均上升，中间10 h黑暗期溶解氧小幅下降.不同光强下溶解氧上升速率不同，将前10 h溶解氧变化量除以各自初始叶绿素浓度，得到单位浓度叶绿素生产力(mg · μg^-1 · h^-1，以每μg Chla每小时产生的O₂(mg)计)，结果如图 3d所示.从图中可见，在光强32500 lx时生产速率最大，达到0.0185 mg · μg^-1 · h^-1，增大或减小光强生产速率均减小，其中，零光强时生产速率为-0.0022 mg · μg^-1 · h^-1.

从图 3b可见，前后光照期单位浓度叶绿素荧光值均上升，即藻细胞活性增强，中间黑暗期细胞活性减弱.不同光强条件下细胞活性变化速率不同，藻细胞活性一般在6~8 h达到最大，将单位浓度叶绿素荧光值变化量除以各自达到最大值所需培养时间，得到单位时间藻细胞活性变化速率，结果如图 3d所示.从图中可见，在光强32500 lx时细胞活性变化速率最大，达到2.0308 h^-1，其他光强下细胞活性变化速率均减小，在零光强时细胞活性变化速率为-1.049 h^-1.藻类叶绿素变化规律如图 3c所示，从图中可见，藻类生物量的变化规律与生产力变化规律相似，在32500 lx光强时增加最多，其他光强下增加较少.

图 3(Fig. 3)

图 3 不同光照条件下藻类生长衰亡规律 Fig. 3 Growth and decay of algae under different light conditions

在实际水库中，藻类主要聚集于0~4 m水深范围内，此范围内中午光强为85000~1400 lx，均适合于藻类进行光合作用，其它时分水中光强将减弱.蓝藻将会根据水中光强的变化自动调节其所处的位置，当光强减弱时蓝藻会上浮到水面，以获得适宜的光照强度(刘建康，1999).

不同温度条件下藻类生长衰亡规律见图 4.从图 4a可见，前后光照期溶解氧均上升，中间黑暗期溶解氧小幅下降.不同温度下溶解氧上升速率不同，前期8~10 h内溶解氧达到最大，计算增长期单位浓度叶绿素生产力，结果如图 4d所示.从图中可见，在温度2 6 ℃时生产速率最大，达到0.0185 mg · μg^-1 · h^-1，增加或减小温度生产速率均减小，其中，15 ℃时生产速率为0.0125 mg · μg^-1 · h^-1，30 ℃时生产速率为0.0132 mg · μg^-1 · h^-1，两温度下生产速率相近.

图 4(Fig. 4)

图 4 不同温度条件下藻类生长衰亡规律 Fig. 4 Growth and decay of algae under different temperature conditions

从图 4b可见，前后光照期藻细胞活性均增大，中间黑暗期活性减弱.各温度下细胞活性变化速率不同，计算增长期细胞活性变化速率，结果如图 4d所示.由图可见，在温度26 ℃时细胞活性变化速率最大，其他温度下细胞活性变化速率均减小.在15 ℃时，温度过低，酶钝化活性变低，细胞处于休眠状，细胞活性变化小.藻类叶绿素变化规律如图 4c所示，从图中可见，温度在20 ℃以上藻类生物量增加，低温时基本不增加.

不同压力条件下藻类生长衰亡规律见图 5.从图 5a可见，前后光照期溶解氧均上升，中间黑暗期溶解氧小幅下降.不同压力下溶解氧上升速率不同，计算增长期单位浓度叶绿素生产力，结果如图 5d所示.从图中可见，在压力0 MPa即常压时生产速率最大，为0.0185 mg · μg^-1 · h^-1，增大压力生产速率减小，0.3 MPa时生产速率为0.0093 mg · μg^-1 · h^-1，减小了50%.

图 5(Fig. 5)

图 5 不同压力条件下藻类生长衰亡规律 Fig. 5 Growth and decay of algae under different pressure conditions

由图 5b可见，在0~0.2 MPa时，前期光照内藻细胞活性均增强，在0.3 MPa时藻细胞活性2 h后开始下降，活性明显低于常压下.藻细胞气囊有散射性，使外界光强进入细胞内后变强，当压力达到0.3 MPa即水深达到30 m时，藻细胞气囊变小，细胞内光强减弱，光合作用下降，当压力继续增大，水深增加，气囊破裂，藻类下沉(丛海兵等，2014).计算前期6 h藻细胞活性变化速率，结果如图 5d所示.由图可见，随着压力增加藻细胞活性增加速率减小，常压时增长速率为2.0308 h^-1，而0.3 MPa时为-0.3432 h^-1.说明即使给予相同的温度和光照，压力对藻类生长有很强的抑制作用.藻类叶绿素变化规律如图 5c所示，从图中可见，常压以下藻类生物量增加，0.1 MPa以上压力藻类生物量减小.

从2 m水深处取样悬挂到不同水深后，藻类的生长衰亡规律如图 6所示.由图 6a可见，藻类光合作用总生产力随着水深的增加呈线性减小，6 m水深以下为零，这与图 2中光照竖向分布是一致的，在6 m水深处光照为零.藻类呼吸作用在6 m水深以上均较大，6 m水深向下逐步减小，12 m以下基本不变.将总生产力和呼吸作用叠加，得到藻类净生产力.藻类在2.5 m水深以上净增长，2.5 m水深以下负增长，6 m水深处负增长最大，12 m水深以下负增长减小.由图 6b可见，在2 m水深处藻细胞活性最大，8 m水深以下活性基本恒定.藻类生产力及活性的变化与温度和光照随水深的变化有关，表层6 m以上水温较高，有光照，6 m以下水温降低，无光照，12 m以下低温且恒定.由图 6c可见，3 m水深以上的白瓶内叶绿素浓度均大于初始值，4 m水深以下白瓶内叶绿素浓度轻微减小.

图 6(Fig. 6)

图 6 现场水深综合条件下藻类生长衰亡规律 Fig. 6 Growth and decay of algae under field depth comprehensive conditions

将一定水深范围内单位叶绿素净生产量曲线与竖轴围成的面积相加，得出整个柱状水体的净生产力总量，此净生产力总量表示当上下层水体被充分混合，水中藻类浓度相同且为1 mg · L^-1时柱状水体的净生产力.若该净生产力总量为正，说明藻类净增长，反之为负增长，藻类将得到控制.通过计算得出，当混合深度小于6.5 m时，净生产力总量为正，大于6.5 m时净生产力总量为负.当采用混合上下水层的方法控藻时，一方面要控制混合强度，使得藻类上下混合均匀，研究表明，当下向流速为1.65 cm · min^-1大于藻类上浮速度，藻类上下分布已基本均匀(丛海兵等，2009)；另一方面要具有一定的水深，尽可能延伸下部黑暗区的深度.

1)在光强32500 lx时，周村水库水体中的藻类生产速率最大，达到0.0185 mg · μg^-1 · h^-1，增大或减小光强生长速率均减小，其中，零光强时生产速率为-0.0022 mg · μg^-1 · h^-1.

2)在温度26 ℃时，水库藻类的生产速率最大，说明该温度比较适合藻类生长.

3)常压时藻类的生产速率最大，增大压力生长速率减小，压力超过0.3 MPa时，藻类呈负增长.说明即使给予相同的温度和光照，压力对藻类生长有很强的抑制作用.

4)在水库水体中，藻类在2.5 m水深以上净生长，2.5 m水深以下藻类净衰亡，6 m水深处衰亡量最大.当采用混合上下水层的方法控藻时，混合深度必须达到一定水深，尽可能延伸下部黑暗区的深度.