藻類的上浮特性以及阻止藻類上浮的條件

一、                   水環(huán)境特征及藻類特性以及藻類上浮的水力條件。

1、        光照強度對藻類生長的影響。

光能是天然水體中綠色植物光合作用合成有機物的**能源。水生植物的光合作用速率在很大程度上取決于光強和光質(zhì)。藻類的空間分布、生長率與光強、光質(zhì)的空間分布密切相關(guān)。

太陽光波長范圍150～4000nm，其中可見光波380～760nm，波長小于380nm的為紫外光，大于760nm的光為紅外光。紅外光可產(chǎn)生大量的熱。紫外光對生物有殺傷作用。只有可見光才能在光合作用中被植物利用，并轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。葉綠素是綠色的，主要吸收紅光（760～620nm）和藍(lán)光（490～435nm）。藻類除含有各種葉綠素外，還有許多輔助色素，在吸收各種波長光能起著重要作用。

藻類的生產(chǎn)力與光強有密切的關(guān)系，生產(chǎn)力隨光強的變化分為三個階段；**階段為上升階段，即藻類的光合作用隨光強的增加而增加*終到*大值，對應(yīng)的光強稱為*適光強。**階段為穩(wěn)定階段，在光強超過*適光強后的一定范圍，藻類光合作用隨光強的變化很小，處于穩(wěn)定的高光合作用狀態(tài)，在這一范圍內(nèi)的光強稱為飽和光強。第三階段為下降階段，光強超過飽和光強后，藻類的生產(chǎn)力隨光強的增強而減弱，這種現(xiàn)象稱光抑制。硅藻的*適光強為5000～8000lx，藍(lán)藻為10000～15000lx，飽和光強一般為10000～23000lx，抑制光強＞2300lx。

由于光強沿水深呈指數(shù)遞減，必然引起藻類生產(chǎn)力沿水深逐步減少，但兩者遞減的規(guī)律略有不同，其不同點主要表現(xiàn)在兩方面。

A、下降速度不同，生產(chǎn)力下降速度比光強下降速度慢。

B、變化規(guī)律不同，*大光強必然出現(xiàn)在水面，而光抑制作用。晴天時表層藻類生長受到抑制，使生產(chǎn)力*大值不出現(xiàn)在水面，而是出現(xiàn)在水下某一深度（一般出現(xiàn)在1/2透明處），這一水層稱為*大光合層或*適光合層。*大光合層以下各層的生產(chǎn)力將隨光強的減弱而下降。但在陰天，表層光強通常為7000～15000lx，整個水層光強均在*適光強以下，不出現(xiàn)光抑制，故表層生產(chǎn)量*高。

隨著水深的加大，光合作用逐步減弱。當(dāng)總生產(chǎn)量與呼吸量持平時，凈生產(chǎn)量為零。凈生產(chǎn)量為零時的光照強度稱補償點。補償點所在的深度稱為補償深度，補償深度與水體透明度有關(guān)，一般為2～3倍透明度，故藻類的生長主要發(fā)生在3倍透明度以上。

二、   藻類懸浮機制對藻類的生長影響。

藻類在水中的運動分為下沉、懸浮、上浮三種情況。在靜水條件下，絕大多數(shù)非浮游的藻類會下沉，其下沉的典型速度在0.1m/d和1～2m/d。因此，對絕大多數(shù)的藻類而言，問題不在于是否下沉，而是下沉得多快以及自我調(diào)節(jié)下沉速度，以便在光亮帶逗留更長時間獲得生長的機會。大多數(shù)死亡后失去調(diào)節(jié)機制，下沉速度加快。懸浮只是一個介于下沉和上浮之間的臨界狀態(tài)。即藻類通過自身的調(diào)節(jié)機制使其即不下沉又不上浮，處于懸浮狀態(tài)，上浮的藻類重量小于浮力時發(fā)生，且主要發(fā)生于微囊藻。當(dāng)大量藻類浮于水面即形成“水華”。藻類為了自身的生長繁殖，利用各種浮游機制減少下沉速度，使其處于懸浮或上浮狀態(tài)，延長在水中的停留時間，獲得*大的生長機會。

藻類大多數(shù)原生質(zhì)的密度都比水大，碳水化合物的密度約為1500kg/m³核酸約為1700kg/m³。在正常細(xì)胞中，常見的許多濃縮的儲存物質(zhì)也同樣稠密一些。特別是多聚磷酸鹽的密度約為2500kg/m³，而硅藻壁中的乳白色二氧化硅的密度達(dá)到了2600kg/m³。只有脂類物質(zhì)的密度小于水的密度（*輕的約為860kg/m³），但它們一般只占細(xì)胞干重的10%。因此，藻類通常比水重，且會在水中下沉，藻類要懸浮于水中必須增大浮力以克服自身重量。藻類增大浮力的措施包括：產(chǎn)生偽空胞，儲存密度較輕的脂類等。

偽空胞是藍(lán)藻特有的結(jié)構(gòu)特征，它包括大量中空的亞顯微圓柱氣囊（直徑70nm），其蛋白質(zhì)壁可讓氣體全部通過，但疏水內(nèi)面能阻止液體的進(jìn)入，因而形成了空胞結(jié)構(gòu)，提供藻類浮力使藻類上浮，在正常細(xì)胞中，偽空胞結(jié)構(gòu)占細(xì)胞體積的1～2%左右即可支持藻類懸浮。

藻類能調(diào)節(jié)其偽空胞體積和自身重量，以達(dá)到浮力和重量的平衡。調(diào)節(jié)其所處的位置。藻類調(diào)節(jié)氣泡體積的機理是：單個氣囊能抗400～700kpa的外界壓力。如果外界壓力超出這一壓力，氣囊不可逆轉(zhuǎn)地破裂。如光合作用合成的一些可溶性物質(zhì)將細(xì)胞內(nèi)滲透壓力提生至350～500kpa足以使一些老的氣囊破裂。同時新氣囊不斷組裝。這種動態(tài)的破裂和組裝提供了一個潛在的調(diào)節(jié)浮力的機制。在晴天的表層水體中，快速的光合作用使足夠多的氣囊破裂浮力下降，藻類下沉。隨著藻類的下沉，光強度逐步減弱，光合作用減慢氣囊的組裝速度大于破裂速度，浮力上升，使浮力與重力平衡，藻類處于懸浮狀態(tài)。

藻類調(diào)節(jié)自身重量的機理是：在晴天的表面水體中，快速的光合作用合成了大量的淀粉，增加個體重量使藻類下沉。光強度逐步減弱合成物質(zhì)減少，呼吸作用增加個體重量逐漸減小。當(dāng)減小與浮力平衡時，不在下沉處于懸浮狀態(tài)。這一平衡位置處于補償點附近，該處的光合作用速度與呼吸作用速度相當(dāng)。在晚間，光合作用停止微囊藻會迅速上浮到表面。另外，衰老和死亡的微囊藻重量下降會漂浮到水面形成水華。

脂肪的積累是藻類的另一個懸浮調(diào)節(jié)機制。脂肪和油通常占藻類干重的2～20%，個別藻類如葡萄藻能占細(xì)胞干重的40%。通常，聚集脂類比水要輕。它們在細(xì)胞中的存在會減少藻類的平均密度。在嚴(yán)重缺氮條件下，淡水藻類通過積累脂類而漂浮在其它一些藻類中，通過提高類胡蘿卜素含量增加浮力。

總之，藻類通過懸浮機制使自己盡可能停留在水體表面，以獲得生長的機會，造成了藻類上多下少的垂直分布。光強沿水深逐步減弱光合作用沿水深逐步減慢，使藻類生產(chǎn)力沿水深逐步減少。由于藻類垂直分布和光強向減弱的聯(lián)合作用，使藻類生長主要集中在2～3倍透明度以上的水體中。

銅綠微囊藻在自然水體中的*大含量在水體透明度2～3倍處藻類*多。在無光、靜水條件下，上浮速度小于1cm/min的占77%、上浮速度介于1～1.5cm/min之間的1%，上浮速度大于1.5～2cm/min占6%，上浮速度大于2cm/min的占7%，個體越小上浮速度越慢。