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近年来,随着水体富营养化日益加重,我国黄海地区绿潮暴发的频率也逐年增大,绿潮藻类的大量滋生与衰亡分解已成为水环境的重要营养负荷。荣成天鹅湖是位于山东半岛的天然泻湖,近年来丝状硬毛藻(Chaetomorpha sp.)连续暴发,导致水环境日益恶化。本文通过室内模拟试验和野外采样调查,研究了硬毛藻分解过程中藻体氮磷营养盐的释放规律,探讨了藻类分解和环境条件变化对沉积物中氮磷释放的影响,阐明了绿潮藻类分解对天鹅湖水体氮磷水平的直接和间接影响,并初步明确了有机质腐解对硬毛藻生长的影响。主要研究结果如下: (1)硬毛藻衰亡分解过程中藻体氮磷的释放规律 温度是影响硬毛藻藻体营养盐释放的重要因素,高温(30℃)可促进藻体分解,而沉积物和水体营养水平对分解的影响相对较小。试验前期(0~7 d),硬毛藻的分解速率较大,藻分解过程中向水体释放大量的磷,释放率高达91.63%;而藻体氮的释放量较低,且持续时间较长,释放率仅为73.01%。温度、沉积物对藻体氮磷释放的影响均达显著水平(P<0.01),各因子对氮的影响效应为:沉积物>温度>营养盐水平,而对磷的效应表现为:温度>沉积物>营养盐水平。温度较高时,藻体氮磷释放率较大。因此,在高温夏季,应及时清理水体中的藻类残体,以免造成二次污染。(2)硬毛藻分解对天鹅湖不同湖区沉积物氮磷释放的影响 硬毛藻衰亡分解使上覆水体氮含量明显上升,且试验初期上升较快,之后趋于稳定;磷含量则表现为前期(0~7 d)变化不大,后期(16~21 d)大幅增加。不同湖区上覆水体氮磷含量均表现为:有沉积物含藻处理>无沉积物含藻处理>有沉积物无藻处理。在硬毛藻分解的影响下,天鹅湖各湖区沉积物的氮磷释放能力差异较大,氮释放量的顺序为湖中心>西北部>南部,而磷则为西北部>湖中心>南部。在绿潮硬毛藻的衰亡阶段,由于前期藻体氮磷的直接释放和后期对沉积物氮磷释放的促进作用,使得水体氮磷含量明显增加,从而加重了水体的富营养化现象。 (3)环境因子变化对沉积物中氮磷释放的影响 在藻分解条件下,环境因子的变化对天鹅湖沉积物中氮磷的释放具有明显影响,含藻处理水体氮磷含量均高于无藻处理。高温条件利于沉积物中氮磷的释放,温度越高,沉积物氮磷的释放能力越强。藻分解过程中,高温条件下水体氨氮和可溶性磷的含量变幅分别高达0.82~3.98 mg·L-1和0.28~1.26 mg·L-1。扰动对沉积物氮磷释放的影响表现为扰动频率300 r·min-1>100 r·min-1>0 r·min-1,其中不扰动处理组水体氮含量明显低于扰动处理。溶解氧水平对天鹅湖沉积物氮磷的释放影响明显,在含藻和无藻条件下水体氮磷含量均表现为:还原状态>中度氧化状态>氧化状态,其中含藻处理组不同溶解氧水平间差异较大。 (4)不同湖区沉积物-水界面氮磷扩散通量的估算 在春季,天鹅湖水体总氮和总磷的含量空间差异较大,其中西北部和西部含量相对较高。各样点上覆水氨氮和可溶性磷含量明显低于间隙水,沉积物中营养盐具有向上覆水体迁移的趋势。不同湖区沉积物-水界面氮磷的扩散能力差异较大,氨氮和可溶性磷的扩散通量变幅分别为1.10~5.45 mg·m-2·d-1和0.003~0.175 mg·m-2·d-1,其中西北部和西部的扩散通量较大,且这两个区域新鲜沉积物中的活性氮磷含量也较高。因此,天鹅湖西北部和西部沉积物中的氮磷释放能力相对较大,这与室内模拟实验结果相一致。 (5)有机质腐解对硬毛藻生长的影响 不同残藻密度的条件下,水体总氮与总磷含量在试验前期均大幅增加,中后期含量下降并趋于平稳,变幅分别为3.09~8.88 mg·L-1和0.02~0.45 mg·L-1;其中残藻量越大,水体营养盐水平越高。试验前期,由于水体氮磷含量大幅增加,硬毛藻生物量迅速升高;中后期,硬毛藻生物量上升较为缓慢。硬毛藻生长过程中藻体内富集了大量的氮磷营养盐,且高密度处理组藻体氮磷富集量高于低密度处理组。可见,天鹅湖硬毛藻的衰亡分解可大幅增加水体氮磷水平,从而促进硬毛藻的进一步生长,导致有害藻华二次暴发。