鄧開開 李奕璇 方芳 陳彬 王偉 先宇 郭勁松

摘 要：淡水水體中水華的暴發(fā)對(duì)水環(huán)境造成嚴(yán)重危害，營(yíng)養(yǎng)鹽對(duì)形成水華起著重要的作用。為探究水華暴發(fā)期營(yíng)養(yǎng)鹽對(duì)藻類生長(zhǎng)的影響程度，以三峽水庫(kù)的支流澎溪河原生藻類群落為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，利用自主設(shè)計(jì)的原位裝置開展原位受控實(shí)驗(yàn)。在裝置內(nèi)進(jìn)行了磷、高氮和低氮3種實(shí)驗(yàn)，裝置內(nèi)的其他生境條件與周圍的環(huán)境保持一致。研究發(fā)現(xiàn)：在磷實(shí)驗(yàn)和低氮實(shí)驗(yàn)過程中，葉綠素呈下降趨勢(shì)，而在高氮實(shí)驗(yàn)中葉綠素呈上升趨勢(shì)。為明確不同實(shí)驗(yàn)條件下葉綠素變化趨勢(shì)不一致的原因，通過化學(xué)計(jì)量學(xué)、相關(guān)性分析及非線性擬合等方法，對(duì)形成不同葉綠素趨勢(shì)的原因進(jìn)行了分析研究，結(jié)果表明：水華暴發(fā)期澎溪河藻類生長(zhǎng)的最適N∶P為32.52，且澎溪河藻類生長(zhǎng)的最適總磷和總氮濃度分別為0.12、2.44 mg/L;營(yíng)養(yǎng)鹽和水溫是原位條件下藻類生長(zhǎng)的主要影響因素，營(yíng)養(yǎng)鹽濃度過高（總氮濃度高于2.44 mg/L）、營(yíng)養(yǎng)鹽濃度過低（低于化學(xué)計(jì)量學(xué)上藻類所需要最低營(yíng)養(yǎng)鹽濃度）、水溫過低（低于20 ℃）均會(huì)抑制藻類的生長(zhǎng)，且與營(yíng)養(yǎng)鹽濃度過高相比，水溫過低/營(yíng)養(yǎng)鹽濃度過低對(duì)藻類生長(zhǎng)抑制作用較強(qiáng);水華的暴發(fā)需要同時(shí)滿足營(yíng)養(yǎng)鹽條件（營(yíng)養(yǎng)鹽濃度需大于藻類在化學(xué)計(jì)量學(xué)上所需要的最低濃度）和溫度條件（水溫高于20 ℃）。

關(guān)鍵詞：葉綠素;營(yíng)養(yǎng)鹽;環(huán)境條件;三峽水庫(kù);原位實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：X524?? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A?? 文章編號(hào)：2096-6717（2020）04-0162-14

收稿日期：2020-10-28

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（41771520）;國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2019YFD1100501）

作者簡(jiǎn)介：鄧開開（1997- ），女，主要從事與藻類相關(guān)的研究，E-mail：1206861200@qq.com。

郭勁松（通信作者），男，教授，博士生導(dǎo)師，E-mail：guo0768@cqu.edu.cn。

Received：2020-10-28

Foundation items：National Natural Science Foundation of China （41771520）; National Key Research and Development Program of China （2019YFD1100501）

Author brief：DENG Kaikai （1997- ）， main research interest： phytoplankton， E-mail： 1206861200@qq.com.

GUO Jinsong （corresponding author）， professor， doctorial supervisor， E-mail： guo0768@cqu.edu.cn.

Influence of nutrients on the in situ growth of algae

DENG Kaikai， LI Yixuan， FANG Fang， CHEN Bin， WANG wei， XIAN Yu， GUO Jinsong

（College of Environment and Ecology， Key Laboratory of the Three Gorges Reservoir Regions Eco-Environments of MOE， Chongqing University， Chongqing 400045， P. R. China）

Abstract： Algae blooming in freshwater severely damages the aquatic ecosystem seriously， and nutrient level is the key environmental factor that results in the formation of algae blooming. For purpose of revealing the influence degrees of nutrient on the in situ growth of algae during the algae blooming， this study took the algae assemblages as the research object， and self designed devices were used in in situ experiments， which were carried out in the Pengxi River of the Three Gorges Reservoir. In this study， three different treatments including phosphorus， high nitrogen and low nitrogen treatments were introduced， and the conditions in the devices were consistent with that in the nature water body. During the phosphorus treatment as well as low nitrogen treatment， chlorophyll a showed a dramatic decreasing trend but did not manifest the same trend during the high nitrogen treatment. In order to elucidate the reason that caused the different chlorophyll a trend during different treatments， there were several methods conducted in this study to analyse and study the causes of different chlorophyll trends， such as chemometrics and correlation analysis， besides non-linear fitting. Finally， the results showed： （1） The optimal N∶P for algae growth in the Pengxi River was 32.52， and the suitable phosphorus and nitrogen concentration for algae growth were 0.12 mg/L and 2.44 mg/L， respectively; （2） Both nutrient and water temperature were the key factors that resulted in the in situ algae growth. High nutrient concentration （the concentration of nitrogen was higher than 2.44 mg/L）， low nutrient concentration （lower than the concentration that algae required for chemometrics）， and low water temperature （lower than 20 ℃） might inhibit the algae growth. In contrast to the high nutrient concentration， the low nutrient concentration or the low water temperature could bring out higher inhibition for algae growth; （3） Algae blooming in the Pengxi River must meet two premises： Sufficient nutrient （higher than the lowest nutrient concentration that algae required for chemometrics） and appropriate suitable water temperature （higher than 20 ℃）.

Keywords：chlorophyll; nutrient; environmental condition; Three Gorges Reservoir; in situ experiment

氮、磷等營(yíng)養(yǎng)鹽大量輸入相對(duì)靜止水體會(huì)導(dǎo)致富營(yíng)養(yǎng)化并誘導(dǎo)水華的暴發(fā)，降低水體的生物多樣性，對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)面影響[1]。影響藻類水華暴發(fā)的重要因素包括營(yíng)養(yǎng)鹽、氣象要素（如溫度、光等）、水文條件和浮游動(dòng)物捕食等[2-3]。在眾多因素中，水體營(yíng)養(yǎng)鹽水平是水華爆發(fā)的決定因素[4]，其供給量及其變化影響著藻類生物量和凈生產(chǎn)力[5]。營(yíng)養(yǎng)鹽供給量不僅影響藻類ATP的合成[6-7]，還影響蛋白質(zhì)組成[8]。目前，關(guān)于營(yíng)養(yǎng)鹽對(duì)藻類生長(zhǎng)的計(jì)量性研究主要在實(shí)驗(yàn)室條件下開展。相關(guān)研究采用不同濃度的營(yíng)養(yǎng)鹽培養(yǎng)不同的純?cè)宸N（藍(lán)藻、綠藻、硅藻等），以解析影響與調(diào)控的機(jī)理。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)N/P為200時(shí)，能有效控制藍(lán)藻的生長(zhǎng)[9]。然而，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)得出的結(jié)果往往與自然條件下存在差異，在實(shí)驗(yàn)室條件下，一些細(xì)小的差距會(huì)被放大[10]。例如，Vitousek等[11]認(rèn)為沒有單個(gè)因素可以維持藍(lán)藻的生存，甚至有學(xué)者發(fā)現(xiàn)微囊藻的密度與營(yíng)養(yǎng)鹽濃度之間沒有任何相關(guān)性[12]。為了縮小室內(nèi)和野外觀測(cè)之間存在的差距，需要進(jìn)行原位受控實(shí)驗(yàn)。原位受控實(shí)驗(yàn)以原位條件得到的結(jié)果更能反映受控因素對(duì)研究對(duì)象的實(shí)際影響[13-14]。

三峽水庫(kù)是世界上最大的水利工程，庫(kù)容約為39.3×108 m3 [15]。自蓄水以來，三峽水庫(kù)的水動(dòng)力條件發(fā)生了很大的變化，導(dǎo)致部分支流回水區(qū)營(yíng)養(yǎng)鹽濃度過高，富營(yíng)養(yǎng)化程度增加[16]。許多學(xué)者已經(jīng)就三峽水庫(kù)水華形成進(jìn)行了多方面的研究。通過野外監(jiān)測(cè)，探究了水華形成與環(huán)境變量間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系：主要圍繞降雨[17-18]、氮磷[19]、光照[20]、溫度[21]、電導(dǎo)率[22]等環(huán)境變量展開，通過建立模型[19， 23]預(yù)測(cè)藻類對(duì)環(huán)境變量的響應(yīng);或在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)模擬環(huán)境變量對(duì)藻類生長(zhǎng)的影響機(jī)理，如N、P[24]、Ca2+[25]、溫度[19]、流速[20]等環(huán)境參量的受控變化;為使藻類生長(zhǎng)環(huán)境更加接近自然環(huán)境，學(xué)者們?cè)O(shè)計(jì)了不同的原位裝置以探究藻類的形成：秦镕聰?shù)萚26]利用透光性的半封閉的原位培養(yǎng)桶，得出了三峽庫(kù)區(qū)典型優(yōu)勢(shì)藻的細(xì)胞N∶P比，李哲等[27]利用流速實(shí)驗(yàn)槽在原位條件下探究了流速對(duì)澎溪河藻類原位生長(zhǎng)速率的影響。隨著研究的逐漸深入，原位和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)條件下藻類與環(huán)境變量之間的關(guān)系愈加明晰，但利用原位受控實(shí)驗(yàn)探究藻類形成機(jī)理的研究仍有待深入。

為了研究在環(huán)境因素協(xié)同影響下營(yíng)養(yǎng)鹽對(duì)藻類生長(zhǎng)產(chǎn)生影響的程度，以三峽水庫(kù)的典型支流——澎溪河中的原生藻類群落作為實(shí)驗(yàn)和研究的對(duì)象，在2019年4月—6月的水華暴發(fā)期進(jìn)行了3種不同類型的原位受控實(shí)驗(yàn)（磷實(shí)驗(yàn)、高氮實(shí)驗(yàn)、低氮實(shí)驗(yàn)），并對(duì)澎溪河原水和原位裝置中的化學(xué)指標(biāo)、生物指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在探究營(yíng)養(yǎng)鹽對(duì)藻類生長(zhǎng)影響的基礎(chǔ)上，與外界環(huán)境因子對(duì)藻類生長(zhǎng)的影響相結(jié)合，運(yùn)用化學(xué)計(jì)量學(xué)方法和相關(guān)性分析，揭示了3種不同受控實(shí)驗(yàn)下藻類葉綠素a（Chl.a）形成不同變化趨勢(shì)的原因，以闡明營(yíng)養(yǎng)鹽在自然背景下對(duì)Chl.a的變化造成影響的程度，為水華形成機(jī)理的研究提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

研究站點(diǎn)為澎溪河的高陽(yáng)平湖（30°49′24″N—31°42′59″N，107°56′35″E—108°54′18″E），見圖1。澎溪河流域氣候?qū)俦被貧w線以北的亞熱帶濕潤(rùn)氣候，季風(fēng)明顯，四季分明，年平均氣溫為17.5 ℃，年平均降水量為1 545.1 mm[28]。流域面積約為5 172 km2，是三峽庫(kù)區(qū)中段北岸最大的支流[26]。高陽(yáng)平湖是庫(kù)區(qū)直接與干流相接的最大湖面，該處水面變寬，水體流速降低，是近年水華暴發(fā)最頻繁的區(qū)域。

1.2 原位實(shí)驗(yàn)裝置

原位實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示。裝置由1個(gè)大的培養(yǎng)箱體、4個(gè)通風(fēng)孔、1個(gè)透明箱蓋、4個(gè)固定臂、4個(gè)水體交換管和多個(gè)小孔組成。箱體底部半徑為0.15 m，高度為0.8 m，體積為56.52 L。頂部4個(gè)通風(fēng)孔的半徑為0.04 m。水體交換管的半徑為0.05 m。

為了防止裝置下沉，裝置外部設(shè)計(jì)了固定臂，方便其固定在浮排上。與李哲等[27]設(shè)計(jì)的裝置相比，增加了水體交換管和內(nèi)層小孔。水體交換管管口處設(shè)置了可拆卸的雙層夾板和中間夾膜，進(jìn)行水體交換時(shí)更換為附帶小孔的夾板和透水尼龍膜。實(shí)驗(yàn)期間換為無孔夾板，以隔絕外界水體交換作用。裝置壁的小孔用有機(jī)玻璃覆蓋，實(shí)驗(yàn)期間小孔不與外界連通，它的作用是使裝置內(nèi)部不平坦，以減少藻類沾壁。通風(fēng)孔有兩個(gè)作用，一是使裝置內(nèi)外空氣得以交換，二是防止雨水、雜物落入裝置造成裝置內(nèi)局部污染。與秦镕聰?shù)萚26]的裝置材料不同，該裝置采用的有機(jī)玻璃材料具有透光性好、機(jī)械強(qiáng)度高的特點(diǎn)。

實(shí)驗(yàn)開始前，將澎溪河原水及該時(shí)刻水中的原生藻類群落一同加入培養(yǎng)裝置中，將裝置置于浮排周圍的水體中。用裝置外纏繞的繩索將裝置固定于浮排上，以此保障實(shí)驗(yàn)期間裝置內(nèi)除了添加的實(shí)驗(yàn)影響因子外，其他均與周邊環(huán)境一致。

1.3 實(shí)驗(yàn)組設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)分為兩個(gè)部分：一部分對(duì)澎溪河現(xiàn)場(chǎng)指標(biāo)進(jìn)行原位監(jiān)測(cè)，另一部分則利用自主設(shè)計(jì)的原位裝置在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行原位受控實(shí)驗(yàn)。藻類取自澎溪河原水，與原水共同注入原位裝置中，最后裝置內(nèi)液體總體積為39 L（圖2）。

設(shè)計(jì)了3種不同類型的實(shí)驗(yàn)。其中一組為磷實(shí)驗(yàn)組，由于氮濃度變化范圍較寬，設(shè)計(jì)了兩組氮實(shí)驗(yàn)組，分別為高氮組和低氮組。通過添加KH2PO4和NaNO3來控制原位裝置中磷濃度和氮濃度，實(shí)驗(yàn)組的濃度均在澎溪河常年監(jiān)測(cè)到的營(yíng)養(yǎng)鹽濃度范圍內(nèi)[30]。每組實(shí)驗(yàn)共設(shè)計(jì)了4個(gè)濃度梯度，分別在5個(gè)裝置中同步進(jìn)行（其中1個(gè)為空白組），在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的同時(shí)，同步測(cè)定澎溪河原水的水樣。磷實(shí)驗(yàn)組的加磷濃度分別為0.03、0.06、0.09、0.12 mg/L;高氮實(shí)驗(yàn)組的加氮濃度分別為0.30、0.60、1.20、1.80 mg/L;低氮實(shí)驗(yàn)組的加氮濃度分別為0.09、0.18、0.27、0.36 mg/L。由于原位條件以及實(shí)驗(yàn)平臺(tái)承載力的限制，裝置設(shè)置為5個(gè)，在采樣及處理過程中，設(shè)置了3組平行結(jié)果，實(shí)驗(yàn)周期為7 d。

1.4 樣品監(jiān)測(cè)方法

實(shí)驗(yàn)采集了澎溪河水體和原位裝置中的水樣，測(cè)試了系列水質(zhì)和生物質(zhì)指標(biāo)。溶解氧濃度和水溫通過溶解氧儀在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定（YSI ProODO，Xylem，USA）;pH值等通過多參數(shù)水質(zhì)儀（WQC-30，DKK，Japan）在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定。采集的水樣均用聚乙烯瓶分裝并于4 ℃冷藏，帶回實(shí)驗(yàn)室立即進(jìn)行相關(guān)水質(zhì)指標(biāo)測(cè)定。測(cè)定的化學(xué)指標(biāo)包括總氮（TN）[31]、總磷（TP）[32]。溶解性總氮（TDN）、溶解性總磷（TDP）濃度測(cè)定時(shí)，先將水樣經(jīng)GF/F（Whatman，Anpel，China）玻璃纖維濾膜（直徑47 mm，孔徑為0.7 μm）過濾;測(cè)定的生物指標(biāo)為Chl.a和浮游植物群落。浮游植物群落測(cè)定需要將采集的水樣裝入塑料瓶后，加入10 mL魯哥試劑固定。在所有的指標(biāo)中，TN、TP、TDN、TDP、Chl.a均利用分光光度法測(cè)定（Chl.a需先加入丙酮在冰箱中放置24 h）[33]。

1.5 計(jì)算公式

裝置內(nèi)的化學(xué)指標(biāo)及生物指標(biāo)扣除背景的修正值通過式（1）計(jì)算。

y=y*+（y河-y0）?? （1）

式中：y為裝置內(nèi)化學(xué)指標(biāo)及生物指標(biāo)的修正值（若為營(yíng)養(yǎng)鹽或葉綠素濃度，則單位為mg/L;若為水溫，則單位為℃）;y*為測(cè)定的裝置內(nèi)的化學(xué)指標(biāo)及生物指標(biāo)值;y河為同一時(shí)刻測(cè)定的澎溪河水中的化學(xué)指標(biāo)及生物指標(biāo)值;y0為同一時(shí)刻測(cè)定的空白裝置內(nèi)化學(xué)指標(biāo)及生物指標(biāo)值。

用Chl.a代表藻類的生物量，藻類比生長(zhǎng)速率計(jì)算如式（2）所示[34]。

μ=ln（x2/x1）/t（2）

式中：μ為藻類的比生長(zhǎng)速率，d-1;x1為Chl.a當(dāng)日開始時(shí)的濃度，mg/L;x2為Chl.a在t時(shí)刻的濃度，mg/L;t為培養(yǎng)時(shí)間，d。

藻類質(zhì)量利用Kasprzak等[35]建立的Chl.a與細(xì)胞質(zhì)量之間的關(guān)系模型進(jìn)行計(jì)算。

logChl.aBMcount=-0.403-0.482logBMcount+

0.229（logBMcount）2-0.040（logBMcount）3（3）

式中：Chl.a的單位為mg/L;BMcount為細(xì)胞質(zhì)量，mg/L。

1.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

所有數(shù)據(jù)利用SPSS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析：采用單因素分析（P<0.05時(shí)具有差異，P<0.01時(shí)具有顯著差異）來說明方差相同的數(shù)據(jù)間差異顯著性。采用Kruskal-Wallis分析（K-W）說明方差不同的數(shù)據(jù)間差異顯著性。采用Pearson相關(guān)性分析說明環(huán)境因素之間的相關(guān)關(guān)系（相關(guān)系數(shù)用r表示，相關(guān)系數(shù)在0.4～0.5之間代表強(qiáng)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)在0.5～1之間代表極強(qiáng)相關(guān)）。

2 結(jié)果與分析

2.1 營(yíng)養(yǎng)鹽對(duì)藻類生長(zhǎng)的影響

2.1.1 磷元素對(duì)藻類生長(zhǎng)的影響

實(shí)驗(yàn)設(shè)置5個(gè)不同磷濃度（原水、0.03、0.06、0.09、0.12 mg/L）對(duì)澎溪河藻類進(jìn)行培養(yǎng)，磷對(duì)藻類生長(zhǎng)的影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3（a）、（b）所示。如圖3（a）所示，在實(shí)驗(yàn)初期，原水與實(shí)驗(yàn)組的Chl.a平均濃度均為0.04 mg/L。在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后（第7天），原水與實(shí)驗(yàn)組中的Chl.a含量呈下降趨勢(shì)，在第7天，凈投磷濃度為0.06 mg/L時(shí)Chl.a的濃度最低，為初始濃度的4.24%。但單因素方差分析表明，各磷濃度實(shí)驗(yàn)組間Chl.a差異不顯著（P>0.05）。如圖3（b）所示，實(shí)驗(yàn)期間比生長(zhǎng)速率大多為負(fù)值。

2.1.2 氮元素對(duì)藻類生長(zhǎng)的影響

氮實(shí)驗(yàn)分為低氮實(shí)驗(yàn)組與高氮實(shí)驗(yàn)組，共設(shè)計(jì)了10個(gè)不同氮濃度對(duì)澎溪河原位藻類進(jìn)行培養(yǎng)：其中，高氮實(shí)驗(yàn)組的氮濃度分別為原水、0.30、0.60、1.20、1.80 mg/L;低氮實(shí)驗(yàn)組的氮濃度分別為原水、0.09、0.18、0.27、0.36 mg/L。

高濃度氮對(duì)藻類生長(zhǎng)的影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3（c）、（d）所示。在實(shí)驗(yàn)初期，原水與實(shí)驗(yàn)組的平均Chl.a濃度為0.06 mg/L。在實(shí)驗(yàn)期間各實(shí)驗(yàn)組中的藻類生物量先上升后下降，且實(shí)驗(yàn)組中的藻類生物量顯著小于（P<0.05）原水中的藻類生物量。原水中的Chl.a含量在所有組別中第4天達(dá)到最大值，為初始平均濃度的10.37倍。Chl.a在4個(gè)實(shí)驗(yàn)組中的濃度無顯著差異（P>0.05），但顯著小于原水中的濃度（P<0.01）。

低濃度氮對(duì)藻類生長(zhǎng)的影響如圖3（e）、（f）所示。在實(shí)驗(yàn)初期，原水與實(shí)驗(yàn)組的平均Chl.a為0.88 mg/L，實(shí)驗(yàn)期間Chl.a濃度呈下降趨勢(shì)。在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，原水與實(shí)驗(yàn)組的平均濃度Chl.a下降為初始平均濃度的10.92%，為0.10 mg/L。Chl.a在5個(gè)組別中的濃度無顯著差異（P>0.05）。

2.2 藻類生長(zhǎng)所需的最低營(yíng)養(yǎng)鹽濃度值

利用化學(xué)計(jì)量學(xué)方法判斷實(shí)驗(yàn)期間是否存在營(yíng)養(yǎng)鹽不足以支持藻類生長(zhǎng)的現(xiàn)象。以式（3）為基礎(chǔ)，結(jié)合Stumm等[36]得出的微藻計(jì)量化學(xué)關(guān)系，同時(shí)類比一般藻類光合作用反應(yīng)機(jī)理，得到微藻的光合作用反應(yīng)式為

106CO2+276H2O+16NO-3+PO3-4+19H+

C106H263O110N16P+138O2+154H2O（4）

根據(jù)式（3）中Chl.a與藻細(xì)胞質(zhì)量的關(guān)系式，得到的質(zhì)量值如表1所示：1）在磷實(shí)驗(yàn)期間，原水中藻細(xì)胞質(zhì)量的起始值為1.66 mg/L;在實(shí)驗(yàn)組中，當(dāng)磷凈添加濃度分別為0.03、0.06、0.09、0.12 mg/L時(shí)，藻細(xì)胞的起始質(zhì)量值分別為1.68、1.67、1.67、1.67 mg/L。2）在高氮實(shí)驗(yàn)期間，原水中的藻細(xì)胞質(zhì)量起始值為1.72 mg/L;在實(shí)驗(yàn)組內(nèi)，當(dāng)?shù)獌籼砑訚舛确謩e為0.3、0.6、1.2、1.8 mg/L時(shí)，藻細(xì)胞的質(zhì)量起始值分別為1.70、1.72、1.69、1.70 mg/L。3）在低氮實(shí)驗(yàn)期間，原水中藻細(xì)胞質(zhì)量的起始值為4.97 mg/L;在實(shí)驗(yàn)組內(nèi)，當(dāng)?shù)獌籼砑訚舛确謩e為0.09、0.18、0.27、0.36 mg/L時(shí)，藻細(xì)胞的質(zhì)量起始值分別為5.02、4.77、4.77、4.86 mg/L。

將上述得到的質(zhì)量值代入式（4）即得到藻類生長(zhǎng)所需的最低營(yíng)養(yǎng)鹽濃度值，計(jì)算結(jié)果如表2所示。

1）磷實(shí)驗(yàn)期間，原水和實(shí)驗(yàn)組內(nèi)營(yíng)養(yǎng)鹽濃度滿足藻類生長(zhǎng)所需的最低營(yíng)養(yǎng)鹽濃度：藻類在原水及實(shí)驗(yàn)組內(nèi)生長(zhǎng)所需最低磷濃度值（以KH2PO4計(jì)，下同）為0.06 mg/L，氮濃度值（以NaNO3計(jì)，下同）為0.64 mg/L。表2顯示磷實(shí)驗(yàn)期間原水的總磷濃度值為0.06 mg/L，總氮濃度值為1.83 mg/L;4個(gè)實(shí)驗(yàn)組內(nèi)的平均總磷濃度范圍為0.09～0.16 mg/L，總氮濃度范圍為2.22～2.88 mg/L。說明磷實(shí)驗(yàn)期間營(yíng)養(yǎng)鹽濃度范圍滿足藻類生長(zhǎng)所需的最低營(yíng)養(yǎng)鹽濃度。

2）高氮實(shí)驗(yàn)期間，原水和實(shí)驗(yàn)組內(nèi)營(yíng)養(yǎng)鹽濃度滿足藻類生長(zhǎng)所需的最低營(yíng)養(yǎng)鹽濃度：高氮實(shí)驗(yàn)期間，原水中藻類生長(zhǎng)所需的最低磷濃度為0.07 mg/L，最低氮濃度為0.66 mg/L;在實(shí)驗(yàn)組中，當(dāng)凈投氮濃度分別為0.3、0.6、1.2、1.8 mg/L時(shí)，藻類生長(zhǎng)所需的最低磷濃度分別為0.07、0.07、0.06、0.07 mg/L，所需的最低氮濃度值分別為0.65、0.66、0.65、0.65 mg/L。表2顯示高氮實(shí)驗(yàn)期間原水的總磷濃度值為0.20 mg/L，總氮濃度值為2.26 mg/L;而實(shí)驗(yàn)組內(nèi)的平均總磷濃度范圍為0.17～0.18 mg/L，總氮濃度范圍為2.99～4.33 mg/L。說明高氮實(shí)驗(yàn)期間營(yíng)養(yǎng)鹽濃度值范圍滿足藻類生長(zhǎng)所需的最低營(yíng)養(yǎng)鹽濃度。

3）低氮實(shí)驗(yàn)期間，原水和實(shí)驗(yàn)組內(nèi)的氮濃度基本滿足藻類生長(zhǎng)所需最低氮濃度，但磷濃度不滿足藻類生長(zhǎng)所需的最低磷濃度：藻類在原水中生長(zhǎng)所需的最低磷濃度值為0.19 mg/L，最低氮濃度值為1.90 mg/L;對(duì)于實(shí)驗(yàn)組，當(dāng)凈投氮濃度分別為0.09、0.18、0.27、0.36 mg/L時(shí)，藻類生長(zhǎng)所需的最低磷濃度值為0.19、0.18、0.18、0.19 mg/L，所需的最低氮濃度值為1.92、1.83、1.83、1.86 mg/L。表2結(jié)果顯示，低氮實(shí)驗(yàn)期間，原水中的總磷濃度值為0.10 mg/L，總氮濃度值為1.73 mg/L;而實(shí)驗(yàn)組內(nèi)的平均總磷濃度值均為0.11 mg/L，總氮濃度范圍為1.88～2.49 mg/L。說明低氮實(shí)驗(yàn)期氮濃度范圍部分滿足藻類生長(zhǎng)所需的最低氮濃度，而磷濃度范圍不滿足藻類生長(zhǎng)所需的最低磷濃度。

綜上所述，磷實(shí)驗(yàn)、高氮實(shí)驗(yàn)期間的氮、磷濃度均足以支持藻類生長(zhǎng)，而低氮實(shí)驗(yàn)期間的磷濃度不足以支持藻類的生長(zhǎng)。

2.3 實(shí)驗(yàn)期間藻種組成

實(shí)驗(yàn)期間藻類細(xì)胞豐度如圖4所示。磷實(shí)驗(yàn)期間共監(jiān)測(cè)到4門16種，其中，藍(lán)藻門2種，綠藻門10種，硅藻門3種，甲藻門1種。高氮實(shí)驗(yàn)期間共監(jiān)測(cè)到4門9種，其中，藍(lán)藻門1種，綠藻門3種，硅藻門3種，甲藻門2種。低氮實(shí)驗(yàn)期間監(jiān)測(cè)到4門16種，其中，藍(lán)藻門4種，綠藻門8種，硅藻門2種，甲藻門2種。

磷實(shí)驗(yàn)期間的原水及實(shí)驗(yàn)組內(nèi)的優(yōu)勢(shì)藻為微囊藻屬和小球藻屬（圖4（a）），平均值分別占總數(shù)的50.45%和40.29%。高氮實(shí)驗(yàn)期間的原水及實(shí)驗(yàn)組內(nèi)的優(yōu)勢(shì)藻為微囊藻屬和小球藻屬（圖4（b）），平均值分別占總數(shù)的63.53%和22.79%。低氮實(shí)驗(yàn)期間原水及實(shí)驗(yàn)組內(nèi)的優(yōu)勢(shì)藻為微囊藻（圖4（c）），平均值占總數(shù)的86.65%。

值得注意的是，原水與實(shí)驗(yàn)組的細(xì)胞豐度差異不顯著（ANOVA，P>0.05），且在低氮實(shí)驗(yàn)期間微囊藻的細(xì)胞豐度最大。

3 討論

3.1 溫度對(duì)藻類生長(zhǎng)的影響

溫度是影響藻類生物量的關(guān)鍵因素之一[37]，它不僅影響脂質(zhì)和蛋白質(zhì)的合成，細(xì)胞代謝和藻類細(xì)胞的光合作用[5]，還會(huì)通過改變?cè)孱惣?xì)胞膜通透性來影響它們對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的吸收能力[38]。溫度過低將嚴(yán)重影響藻類的生長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，磷實(shí)驗(yàn)和高氮實(shí)驗(yàn)期間的優(yōu)勢(shì)藻為藍(lán)藻（微囊藻）和綠藻（小球藻），而低氮實(shí)驗(yàn)期間的優(yōu)勢(shì)藻類為藍(lán)藻（微囊藻）。適合藍(lán)藻生長(zhǎng)的溫度范圍為22～23.7 ℃[14]，而小球藻則在16～25 ℃的溫度范圍內(nèi)生長(zhǎng)較快[39]。磷實(shí)驗(yàn)期間和高氮實(shí)驗(yàn)期間內(nèi)的適宜溫度范圍使得小球藻和微囊藻成為此時(shí)的優(yōu)勢(shì)藻。氮是藻類遺傳物質(zhì)合成和生長(zhǎng)的必要物質(zhì)，氮營(yíng)養(yǎng)鹽的缺乏會(huì)降低藻細(xì)胞葉綠素a含量，最終導(dǎo)致藻類光合作用效率降低[35]。因此，氮濃度較低會(huì)降低微囊藻和小球藻的細(xì)胞生長(zhǎng)速率，且由于氮缺乏對(duì)小球藻的抑制更強(qiáng)，最終使微囊藻成為低氮組中的優(yōu)勢(shì)藻。

另外，觀察到Chl.a與水溫在磷實(shí)驗(yàn)期間具有明顯的相關(guān)性（rchl.a-水溫=0.82），但同樣的情況沒有出現(xiàn)在高氮實(shí)驗(yàn)與低氮實(shí)驗(yàn)中。導(dǎo)致相同的兩個(gè)因素相關(guān)性在不同條件下結(jié)果不一致的潛在原因包括：（a）兩種因素在理論上不相關(guān);（b）兩種因素的相關(guān)性是由其他因素作為中間橋梁建立起來的;（c）對(duì)于復(fù)雜的系統(tǒng)，變化因素受到多種因素的沖突影響[40];（d）兩種因素之間的相關(guān)性需要滿足一定的條件[41]。

水溫與Chl.a在磷實(shí)驗(yàn)期間相關(guān)，而在氮實(shí)驗(yàn)中不相關(guān)應(yīng)是由（c）和（d）兩種原因引起的：

1）原因（c）是引起氮實(shí)驗(yàn)期間Chl.a與水溫不相關(guān)的一個(gè)原因。荀尚培等[42]的研究得出外源的匯入、水環(huán)境的不穩(wěn)定都會(huì)導(dǎo)致葉綠素與水溫的相關(guān)性程度不高。本實(shí)驗(yàn)為原位實(shí)驗(yàn)，且主要受控因素為外源營(yíng)養(yǎng)鹽濃度：在高氮實(shí)驗(yàn)期間，葉綠素濃度與TP高度相關(guān)（rchl.a-TP=0.88），在低氮實(shí)驗(yàn)期間，葉綠素濃度與TN高度相關(guān)（rchl.a-TN=-0.50）。因此，在氮實(shí)驗(yàn)期間，水溫與Chl.a濃度間沒有明顯相關(guān)性的一個(gè)潛在原因是其他環(huán)境因子對(duì)葉綠素濃度造成的影響更大，而導(dǎo)致了水溫與葉綠素濃度相關(guān)性不高。

2）原因（d）是引起氮實(shí)驗(yàn)期間Chl.a與水溫不相關(guān)的另一個(gè)原因。只有當(dāng)溫度是限制藻類生長(zhǎng)的一個(gè)決定性因素時(shí)，溫度與Chl.a間才會(huì)具有強(qiáng)烈的相關(guān)性[42]。與磷實(shí)驗(yàn)相比，氮實(shí)驗(yàn)的溫度相對(duì)較高（表2），也更適合微囊藻和小球藻的生長(zhǎng)，因此，氮實(shí)驗(yàn)中限制藻類生長(zhǎng)的決定性因素并不是水溫。

上述結(jié)果說明，在氮實(shí)驗(yàn)中藻類生長(zhǎng)的限制性因素并不是溫度，而是其他因素。而與氮實(shí)驗(yàn)相比，磷實(shí)驗(yàn)期間Chl.a與水溫具有較高的相關(guān)性。

將磷實(shí)驗(yàn)期間的Chl.a濃度和水溫進(jìn)行非線性擬合，結(jié)果如圖5所示。結(jié)果表明，當(dāng)溫度大于20 ℃時(shí)，藻類生物量表現(xiàn)出明顯的增長(zhǎng)趨勢(shì)，這一結(jié)果與之前學(xué)者得出的結(jié)論接近[39]。但是磷實(shí)驗(yàn)期間，實(shí)驗(yàn)組和原水的平均水溫為19.86 ℃，低于20 ℃。因此，只有在溫度低于藻類最適生長(zhǎng)溫度的情形下，Chl.a和水溫之間的相關(guān)性才會(huì)顯著。

3.2 藻類所需的最適營(yíng)養(yǎng)鹽濃度值

藻類生長(zhǎng)所需的最低營(yíng)養(yǎng)鹽濃度值實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，磷實(shí)驗(yàn)期間與高氮實(shí)驗(yàn)期間，藻類生長(zhǎng)環(huán)境的營(yíng)養(yǎng)鹽濃度滿足藻類生長(zhǎng)所需的最低營(yíng)養(yǎng)鹽濃度值，但高氮實(shí)驗(yàn)組中的藻類生物量明顯低于原水，因此，需要探究是否是因?yàn)闋I(yíng)養(yǎng)鹽濃度過高抑制了藻類生長(zhǎng)。

首先需要判斷兩種實(shí)驗(yàn)期間的限制性底物。判定限制性底物的第1種方法為Monod等[43]提出的比生長(zhǎng)速率與營(yíng)養(yǎng)鹽濃度之間的相關(guān)性理論：若某種營(yíng)養(yǎng)鹽與比生長(zhǎng)速率相關(guān)，則藻類生長(zhǎng)受到該營(yíng)養(yǎng)鹽的限制（下文簡(jiǎn)稱Monod法）;第2種方法為Redfield等[44]提出的N∶P比理論值：當(dāng)N∶P>16時(shí)，藻類生長(zhǎng)受磷限制;當(dāng)N∶P<16時(shí)，藻類生長(zhǎng)受氮限制;當(dāng)N∶P=16時(shí)，藻類生長(zhǎng)受氮和磷的共同限制（下文簡(jiǎn)稱Redfield法）。

在磷實(shí)驗(yàn)期間，實(shí)驗(yàn)組內(nèi)平均N∶P比的最小值為37.05>16（表2），表明磷是此時(shí)的限制性底物[44]。但沒有觀察到比生長(zhǎng)速率與總磷之間具有顯著相關(guān)性（rμ-TP=0.07），這是因?yàn)榇藭r(shí)水溫對(duì)藻類生長(zhǎng)有更強(qiáng)烈的影響（rchl.a-水溫=0.82），導(dǎo)致總磷與比生長(zhǎng)速率之間的相關(guān)性被削弱。

在高氮實(shí)驗(yàn)期間，實(shí)驗(yàn)組內(nèi)平均N∶P比的最小值為40.62>16（表2）。總磷、正磷酸鹽與藻類比生長(zhǎng)速率三者中兩兩之間均具有明顯的相關(guān)性（rμ-TP=0.77，r正磷酸鹽-TP=0.98，rμ-正磷酸鹽=0.73）。根據(jù)Redfield法和Monod法，磷（主要是正磷酸鹽）是此時(shí)的限制性底物。

在低氮實(shí)驗(yàn)期間，實(shí)驗(yàn)組內(nèi)平均N∶P比的最小值為27.60>16（表2）。Monod法表明比生長(zhǎng)速率與總氮（rμ-TN=0.43）、總磷（rμ-TP=0.72）均具有一定的相關(guān)性，說明低氮實(shí)驗(yàn)階段藻類生長(zhǎng)可能受到氮和磷的共同限制，且磷對(duì)藻類生長(zhǎng)的限制高于氮，此時(shí)藻類生長(zhǎng)可能處于兩種營(yíng)養(yǎng)鹽轉(zhuǎn)換的過渡階段，N∶P值被認(rèn)為是最適N∶P值[45]，且該值會(huì)隨著生境變化而改變[46]，說明澎溪河藻類生長(zhǎng)的最適N∶P范圍為27.60～36.53，可近似判斷該值為4個(gè)實(shí)驗(yàn)組內(nèi)的N∶P平均值，即32.52。另外，觀察到比生長(zhǎng)速率與正磷酸鹽具有強(qiáng)烈相關(guān)性（rμ-正磷酸鹽=0.68），而TDN與總氮具有強(qiáng)烈相關(guān)性（rTDN-TN=0.92），即說明低氮實(shí)驗(yàn)期間引起磷限制的營(yíng)養(yǎng)鹽為正磷酸鹽，引起氮限制的營(yíng)養(yǎng)鹽為TDN。

綜上，磷是磷實(shí)驗(yàn)、高氮實(shí)驗(yàn)期間的限制性底物，而氮和磷都是低氮實(shí)驗(yàn)期間的限制性底物，且澎溪河藻類生長(zhǎng)的最適N∶P比約為32.52。

應(yīng)當(dāng)注意到，磷是3種實(shí)驗(yàn)條件共同的限制性底物。當(dāng)營(yíng)養(yǎng)鹽為限制性底物時(shí)，藻類生長(zhǎng)與營(yíng)養(yǎng)鹽濃度具有相關(guān)性，據(jù)此建立了TP和Chl.a的非線性擬合模型。非線性擬合結(jié)果表明，當(dāng)TP為0.12 mg/L時(shí)，Chl.a將達(dá)到最大值。根據(jù)最適N∶P比為32.52，可以得出當(dāng)TN為限制性底物且值為2.44 mg/L時(shí)，Chl.a將達(dá)到最大值。

圖6模擬曲線的結(jié)果表明，營(yíng)養(yǎng)鹽超過了最適值后，藻類生物量會(huì)隨著營(yíng)養(yǎng)鹽濃度升高而下降。表3列出了每組實(shí)驗(yàn)中超出了最適TN、TP值的實(shí)驗(yàn)個(gè)數(shù)所占的比例，結(jié)果表明，高氮實(shí)驗(yàn)中磷濃度、氮濃度超過最適值所占比例最大。

3.3 藻類群落結(jié)構(gòu)的變化

在特定的時(shí)空條件下，一定范圍內(nèi)營(yíng)養(yǎng)鹽濃度的增加會(huì)促進(jìn)藻類生長(zhǎng)并改變?cè)孱惖娜郝浣Y(jié)構(gòu)。為了明確藻類群落變化與營(yíng)養(yǎng)鹽濃度的相關(guān)性，對(duì)藻類群落的變化進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析，結(jié)果如圖7所示。

在磷實(shí)驗(yàn)期間（圖7（a）），藻類的生物量與種類隨著磷濃度的升高而升高，其中與溫室效應(yīng)、富營(yíng)養(yǎng)化密切相關(guān)的微囊藻和小球藻是各實(shí)驗(yàn)組中的優(yōu)勢(shì)藻類。磷實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，微囊藻屬與衣藻屬（P=-0.17）、顆粒直鏈藻屬（P=-0.22）、顫藻屬（P=-0.21）、和針桿藻屬（P=-0.20）呈負(fù)相關(guān)性（0.05<|p|<0.5），微囊藻屬與集星藻屬（P=-0.08）呈顯著負(fù)相關(guān)性（0.01<|p|<0.05）;小球藻屬與衣藻屬呈極顯著負(fù)相關(guān)性（0<|p|<0.01），與顆粒直鏈藻（P =-0.12）和集星藻（P=-0.20）呈負(fù)相關(guān)性（0.05<|p|<0.5）。這一結(jié)果說明微囊藻和集星藻或小球藻和集星藻間會(huì)出現(xiàn)此消彼長(zhǎng)的現(xiàn)象。觀察到只有磷實(shí)驗(yàn)中存在這一現(xiàn)象，說明磷實(shí)驗(yàn)與氮實(shí)驗(yàn)中，不同環(huán)境條件是觸發(fā)這一現(xiàn)象的前提，而不同的環(huán)境條件主要表現(xiàn)在較低的溫度和磷濃度上（表2），但目前還無法得到確切的證據(jù)，是否存在這一現(xiàn)象還需進(jìn)一步研究驗(yàn)證。

在高氮實(shí)驗(yàn)過程中（圖7（b）），藻類的種類和生物量隨著氮濃度的升高而降低。此時(shí)，微囊藻和小球藻與其他藻類的相關(guān)性較弱。說明當(dāng)水體氮濃度高于藻類的生長(zhǎng)需求時(shí)，藻類之間生長(zhǎng)的相關(guān)性將不再受營(yíng)養(yǎng)鹽的調(diào)控。

在低氮實(shí)驗(yàn)過程中（圖7（c）），藻類的種類與生物量隨著氮濃度的升高而升高。與磷實(shí)驗(yàn)相同，微囊藻屬與多甲藻屬（P=0.28）、與團(tuán)藻屬（P=0.14）呈正相關(guān)性（0.05<|p|<0.5）;小球藻屬與團(tuán)藻屬呈極顯著正相關(guān)性（P=0.007）（0<|p|<0.01），與多甲藻藻屬（P=0.26）呈正相關(guān)性（0.05<|p|<0.5）。這一結(jié)果表明在低氮實(shí)驗(yàn)條件下，團(tuán)藻與多甲藻藻屬可能與微囊藻屬與小球藻屬存在共生關(guān)系。

3.4 不同營(yíng)養(yǎng)鹽對(duì)藻類的影響

在磷實(shí)驗(yàn)過程中（圖8（a）），RDA第1軸和第2軸分別解釋了33.5%和16.8%的藻類活性與環(huán)境之間的關(guān)系，所有環(huán)境因子共能解釋藻類群落變異的50.1%。電導(dǎo)率對(duì)藻類活性的影響最大，為變異總數(shù)的11.3%;光照次之，為變異總數(shù)的10.5%;TN為變異總數(shù)的8.6%。研究發(fā)現(xiàn)，電導(dǎo)率是影響藻類群落結(jié)構(gòu)的重要環(huán)節(jié)因子，藻類活性隨著電導(dǎo)率的改變而出現(xiàn)明顯變異，但其他重要的環(huán)境因子未能與藻類活性產(chǎn)生明顯的相關(guān)性，可能是自然條件下環(huán)境因子之間存在復(fù)雜的相互作用，出現(xiàn)了類似重疊效應(yīng)的情況而難以區(qū)分主次。

在高氮實(shí)驗(yàn)過程中（圖8（b）），RDA第1軸和第2軸分別解釋了30.5%和12.8%的藻類活性與環(huán)境的關(guān)系，所有環(huán)境因子共能解釋藻類群落變異的43.3%。光照強(qiáng)度是影響藻類活性的主要因素，為變異總數(shù)的9.7%;其次是TN，為變異總數(shù)的8.6%;然后是溫度，為變異總數(shù)的6.9%。光照強(qiáng)度往往會(huì)與溫度的變化密切相關(guān)，但因?yàn)楣庹諒?qiáng)度與藻類光合作用密切相關(guān)，因此，常用來解釋其對(duì)藻類活性變化的影響。研究發(fā)現(xiàn)，在高氮條件下，藻類活性最容易受到光照影響。因此，當(dāng)水中營(yíng)養(yǎng)鹽的含量超過藻類生長(zhǎng)所需閾值，光照強(qiáng)度將成為影響藻類活性的關(guān)鍵因素。

在低氮實(shí)驗(yàn)過程中（圖8（c）），RDA第1軸和第2軸分別解釋了32.1%和16.6%的藻類活性與環(huán)境的關(guān)系，環(huán)境因子共能解釋藻類群落變異的48.7%。溫度是影響藻類活性變化的主要因素，為變異總數(shù)的10.6%;其次是Chl.a，為變異總數(shù)的9.3%。藻類活性會(huì)受到溫度影響，但若氮源不足，藻細(xì)胞就會(huì)進(jìn)入內(nèi)源呼吸的狀態(tài)，以此維持自身代謝和光合作用，直至細(xì)胞衰亡;在藻細(xì)胞生長(zhǎng)以及內(nèi)源呼吸的后期，藻細(xì)胞會(huì)分解Chl.a來為自身供能。因此，Chl.a為低氮條件下影響藻細(xì)胞活性的重要因素。

3.5 葉綠素變化趨勢(shì)機(jī)理分析

表3結(jié)果說明磷實(shí)驗(yàn)與高氮實(shí)驗(yàn)均存在部分營(yíng)養(yǎng)鹽濃度超過最適濃度值的現(xiàn)象，且高氮實(shí)驗(yàn)中營(yíng)養(yǎng)鹽濃度超過最適營(yíng)養(yǎng)鹽值占比大于磷實(shí)驗(yàn)，但是兩種實(shí)驗(yàn)類型下葉綠素的變化趨勢(shì)并不相同：高氮實(shí)驗(yàn)葉綠素濃度呈先上升后下降的趨勢(shì)（圖3（b）），而磷實(shí)驗(yàn)期間葉綠素呈下降趨勢(shì)。高氮實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)組內(nèi)葉綠素濃度的最大值低于原水中葉綠素濃度的最大值，但葉綠素變化趨勢(shì)一致，這是因?yàn)楦邼舛鹊牡獣?huì)產(chǎn)生氧化脅迫，從而抑制藻類的光合作用并降低藻類的生物量[47-49]，且高濃度營(yíng)養(yǎng)鹽只會(huì)降低藻類生物量的大小而不會(huì)改變變化趨勢(shì)。另外，磷實(shí)驗(yàn)的營(yíng)養(yǎng)鹽濃度水平雖然部分超過了最適營(yíng)養(yǎng)鹽值，但明顯低于高氮實(shí)驗(yàn)（表3），這說明磷實(shí)驗(yàn)期間藻類生物量趨勢(shì)的改變可能不是由高營(yíng)養(yǎng)鹽而是溫度導(dǎo)致。

值得注意的是，盡管高濃度營(yíng)養(yǎng)鹽也會(huì)抑制藻類的生長(zhǎng)，但這種抑制程度會(huì)由于藻類自身的適應(yīng)能力被削弱，因?yàn)樵孱惸軌蛲ㄟ^3種方式適應(yīng)環(huán)境變化：通過改變?cè)孱惾郝錁?gòu)成來應(yīng)對(duì)環(huán)境的改變[50];通過浮力或者運(yùn)動(dòng)力調(diào)整自身在水中的位置[51];通過改變自身細(xì)胞大小適應(yīng)周圍環(huán)境的變化[52]。

藻類生物量在高氮試驗(yàn)和低氮實(shí)驗(yàn)中變化趨勢(shì)也不同，高氮實(shí)驗(yàn)期間實(shí)驗(yàn)組內(nèi)營(yíng)養(yǎng)鹽濃度大于藻類生長(zhǎng)所需，而低氮實(shí)驗(yàn)組內(nèi)的磷濃度略低于藻類生長(zhǎng)所需的最低磷濃度范圍。說明與高氮實(shí)驗(yàn)相比，低氮實(shí)驗(yàn)期間中的磷濃度不足以支持藻類的生長(zhǎng)。而Zhang等[53]的研究表明，營(yíng)養(yǎng)鹽的缺乏會(huì)導(dǎo)致藻類代謝減慢并抑制藻類生長(zhǎng)。因此，低氮實(shí)驗(yàn)期間藻類生物量的下降趨勢(shì)是磷濃度過低引起的。

綜上所述，磷實(shí)驗(yàn)期間藻類生物量下降的原因是水溫過低抑制了主要藻種的生長(zhǎng)，模型計(jì)算結(jié)果表明，當(dāng)溫度高于20 ℃時(shí)才適合藻類生長(zhǎng)。高氮實(shí)驗(yàn)期間，實(shí)驗(yàn)組內(nèi)生物量低于原水的原因是營(yíng)養(yǎng)鹽濃度過高，但高營(yíng)養(yǎng)鹽只改變了實(shí)驗(yàn)組內(nèi)藻類生物量的大小而沒有改變生物量的變化趨勢(shì)。低氮實(shí)驗(yàn)期間藻類生物量下降的原因是營(yíng)養(yǎng)鹽濃度（主要是磷）過低，而不足以支持藻類生長(zhǎng)。

因此，對(duì)于澎溪河，只有當(dāng)水溫高于20 ℃且營(yíng)養(yǎng)鹽濃度高于藻類生物量化學(xué)計(jì)量學(xué)上的最低值時(shí)，藻類生物量才會(huì)呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。另外，3種實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明，藻類生長(zhǎng)會(huì)受到高營(yíng)養(yǎng)鹽濃度、低營(yíng)養(yǎng)鹽濃度、低水溫的抑制，且藻類對(duì)3種抑制條件的敏感性為：水溫/營(yíng)養(yǎng)鹽過低>營(yíng)養(yǎng)鹽濃度過高。

4 結(jié)論

以營(yíng)養(yǎng)鹽濃度作為受控因素，以澎溪河原生藻類群落作為研究對(duì)象，利用自主設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置，探究了營(yíng)養(yǎng)鹽對(duì)藻類影響程度，得出如下結(jié)論：

1）澎溪河藻類生長(zhǎng)同時(shí)受到氮和磷兩種營(yíng)養(yǎng)鹽限制時(shí)的N∶P比為32.52，這個(gè)比值也是澎溪河藻類生長(zhǎng)的最適N∶P。澎溪河藻類生長(zhǎng)的最適磷濃度值為0.12 mg/L，最適氮濃度值為2.44 mg/L。

2）當(dāng)澎溪河水中總氮濃度高于2.44 mg/L時(shí)，藻類的生長(zhǎng)會(huì)受到抑制，但高營(yíng)養(yǎng)鹽濃度只改變?cè)孱惿锪康拇笮《桓淖冊(cè)孱惿锪康淖兓厔?shì)。

3）對(duì)于澎溪河的原生藻類，營(yíng)養(yǎng)鹽濃度過高（氮濃度高于2.44 mg/L）、營(yíng)養(yǎng)鹽濃度過低（低于化學(xué)計(jì)量學(xué)上藻類所需要最低營(yíng)養(yǎng)鹽濃度）、水溫過低（低于20℃）均會(huì)抑制藻類的生長(zhǎng)，且藻類對(duì)3種抑制條件的敏感性為：水溫/營(yíng)養(yǎng)鹽濃度過低>營(yíng)養(yǎng)鹽濃度過高。因此，澎溪河水華的暴發(fā)需要同時(shí)滿足溫度（水溫高于20 ℃）條件和營(yíng)養(yǎng)鹽條件（氮、磷濃度高于化學(xué)計(jì)量學(xué)上藻類所需要的最低營(yíng)養(yǎng)鹽濃度）。參考文獻(xiàn)：

[1] XIA R， ZHANG Y， WANG G S， et al. Multi-factor identification and modelling analyses for managing large river algal blooms [J]. Environmental Pollution， 2019， 254： 113056.

[2]? PAERL H W， FULTON R S， MOISANDER P H， et al. Harmful freshwater algal blooms， with an emphasis on Cyanobacteria [J]. The Scientific World Journal， 2001， 1： 76-113.

[3]? YANG J R， LV H， ISABWE A， et al. Disturbance-induced phytoplankton regime shifts and recovery of Cyanobacteria dominance in two subtropical reservoirs [J]. Water Research， 2017， 120： 52-63.

[4]? YANG Z， ZHANG M， SHI X L， et al. Nutrient reduction magnifies the impact of extreme weather on Cyanobacterial bloom formation in large shallow Lake Taihu （China） [J]. Water Research， 2016， 103： 302-310.

[5]? KOELLER P， FUENTES-YACO C， PLATT T， et al. Basin-scale coherence in phenology of shrimps and phytoplankton in the North Atlantic Ocean [J]. Science， 2009， 324（5928）： 791-793.

[6]? METSOVITI M N， KATSOULAS N，KARAPANAGIOTIDIS I T， et al. Effect of nitrogen concentration， two-stage and prolonged cultivation on growth rate， lipid and protein content of Chlorella vulgaris [J]. Journal of Chemical Technology & Biotechnology， 2019， 94（5）： 1466-1473.

[7]? LEHTOLA M J， MIETTINEN I T， KEINNEN M M， et al. Microbiology， chemistry and biofilm development in a pilot drinking water distribution system with copper and plastic pipes [J]. Water Research， 2004， 38（17）： 3769-3779.

[8]? CHOKSHI K， PANCHA I， GHOSH A， et al. Nitrogen starvation-induced cellular crosstalk of ROS-scavenging antioxidants and phytohormone enhanced the biofuel potential of green microalga Acutodesmus dimorphus [J]. Biotechnology for Biofuels， 2017， 10（1）： 1-12.

[9]? LIU Y M， LI L， JIA R B. The optimum resource ratio （N∶P） for the growth of Microcystis aeruginosa with abundant nutrients [J]. Procedia Environmental Sciences， 2011， 10： 2134-2140.

[10]? XU H， PAERL H W， QIN B Q， et al. Nitrogen and phosphorus inputs control phytoplankton growth in eutrophic Lake Taihu， China [J]. Limnology and Oceanography， 2010， 55（1）： 420-432.

[11]? VITOUSEK P M， CASSMAN K， CLEVELAND C， et al. Towards an ecological understanding of biological nitrogen fixation [J]. Biogeochemistry， 2002， 57（1）： 1-45.

[12]? MA J R， QIN B Q， PAERL H W， et al. The persistence of Cyanobacterial （Microcystis spp.） blooms throughout winter in Lake Taihu， China [J]. Limnology and Oceanography， 2016， 61（2）： 711-722.

[13]? ELSER J J， MARZOLF E R， GOLDMAN C R. Phosphorus and nitrogen limitation of phytoplankton growth in the freshwaters of north America： A review and critique of experimental enrichments [J]. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences， 1990， 47（7）： 1468-1477.

[14]? SU X M， STEINMAN A D， OUDSEMA M， et al. The influence of nutrients limitation on phytoplankton growth and microcystins production in Spring Lake， USA [J]. Chemosphere， 2019， 234： 34-42.

[15]? HOLBACH A， BI Y， YUAN Y， et al. Environmental water body characteristics in a major tributary backwater of the unique and strongly seasonal Three Gorges Reservoir， China [J]. Environmental Science Processes & Impacts， 2015， 17（9）： 1641-1653.

[16]? DING S， CHEN P P， LIU S M， et al. Nutrient dynamics in the Changjiang and retention effect in the Three Gorges Reservoir [J]. Journal of Hydrology， 2019， 574： 96-109.

[17] 翁傳松， 劉德富， 張佳磊， 等. 降雨對(duì)香溪河庫(kù)灣主要藻種原位生長(zhǎng)的影響[J]. 環(huán)境科學(xué)， 2019， 40（7）： 3108-3117.

WENG C S， LIU D F， ZHANG J L， et al. Influence of rainfall on the in situ growth of dominant algae species in Xiangxi River [J]. Environmental Science， 2019， 40（7）： 3108-3117. （in Chinese）

[18] 劉心愿， 宋林旭， 紀(jì)道斌， 等. 降雨對(duì)藍(lán)藻水華消退影響及其機(jī)制分析[J]. 環(huán)境科學(xué)， 2018， 39（2）： 774-782.

LIU X Y， SONG L X， JI D B， et al. Effect of the rainfall on extinction of Cyanobacteria bloom and its mechanism analysis [J]. Environmental Science， 2018， 39（2）： 774-782. （in Chinese）

[19] 殷志坤， 李哲， 王勝， 等. 磷限制下光照和溫度對(duì)水華魚腥藻生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)的影響[J]. 環(huán)境科學(xué)， 2015， 36（3）： 963-968.

YIN Z K， LI Z， WANG S， et al. Effect of light and temperature on growth kinetics of Anabaena flosaquae under Phosphorus limitation [J]. Environmental Science， 2015， 36（3）： 963-968. （in Chinese）

[20] 黃寧秋， 安強(qiáng)， 龍?zhí)煊澹?等. 流速變化對(duì)于三峽庫(kù)區(qū)次級(jí)支流富營(yíng)養(yǎng)狀況的影響[J]. 四川大學(xué)學(xué)報(bào)（工程科學(xué)版）， 2012， 44（Sup2）： 206-210.

HUANG N Q， AN Q， LONG T Y， et al. Impacts research of hydrodynamic changes on flow rate in Three Gorges Reservoir [J]. Journal of Sichuan University （Engineering Science Edition）， 2012， 44（Sup2）： 206-210. （in Chinese）

[21] 向蓉， 李巧玉， 喻燚， 等. 汝溪河浮游硅藻功能群特征及其與環(huán)境因子相關(guān)性分析[J]. 環(huán)境科學(xué)， 2017， 38（8）： 3290-3301.

XIANG R， LI Q Y， YU Y， et al. Functional group characteristics of Planktonic diatoms and their relationship with environmental factors in the Ruxi River [J]. Environmental Science， 2017， 38（8）： 3290-3301. （in Chinese）

[22] 姜偉， 周川， 紀(jì)道斌， 等. 三峽庫(kù)區(qū)澎溪河與磨刀溪電導(dǎo)率等水質(zhì)特征與水華的關(guān)系比較[J]. 環(huán)境科學(xué)， 2017， 38（6）： 2326-2335.

JIANG W， ZHOU C， JI D B， et al. Comparison of relationship between conduction and algal bloom in Pengxi River and Modao River in Three Gorges Reservoir [J].Environmental Science， 2017， 38（6）： 2326-2335. （in Chinese）

[23] 王先云， 劉俊宏， 嚴(yán)棋， 等. 青草沙水庫(kù)水華藍(lán)藻生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)鹽吸收動(dòng)力學(xué)特征[J]. 凈水技術(shù)， 2019， 38（10）： 71-75.

WANG X Y， LIU J H， YAN Q， et al. Dynamics features of nutrients absorption for the growth of water-blooming Cyanobacteria in Qingcaosha Reservoir [J]. Water Purification Technology， 2019， 38（10）： 71-75. （in Chinese）

[24] 朱廣偉， 秦伯強(qiáng)， 張運(yùn)林， 等. 2005—2017年北部太湖水體葉綠素a和營(yíng)養(yǎng)鹽變化及影響因素[J]. 湖泊科學(xué)， 2018， 30（2）： 279-295.

ZHU G W， QIN B Q， ZHANG Y L， et al. Variation and driving factors of nutrients and Chlorophyll-a concentrations in northern region of Lake Taihu， China， 2005-2017 [J]. Journal of Lake Sciences， 2018， 30（2）： 279-295. （in Chinese）

[25] 安強(qiáng)， 李雪琴， 王沙， 等. 環(huán)境因子對(duì)三峽庫(kù)區(qū)銅綠微囊藻（Microcystis aeruginosa）群體形成影響及其形態(tài)特征[J]. 湖泊科學(xué)， 2017， 29（2）： 378-388.

AN Q， LI X Q， WANG S， et al. Effects of environmental factors on Microcystis aeruginosa colony formation and morphological characteristics in Three Gorges Reservoir [J]. Journal of Lake Sciences， 2017， 29（2）： 378-388. （in Chinese）

[26] 秦镕聰， 肖艷， 郭勁松， 等. 三峽庫(kù)區(qū)澎溪河典型優(yōu)勢(shì)藻細(xì)胞N/P比與限制性評(píng)價(jià)的原位分析[J]. 湖泊科學(xué)， 2018， 30（5）： 1284-1294.

QIN R C， XIAO Y， GUO J S， et al. In situ research of relationship between cellular N/P of dominate algae species and limitation evaluation in Pengxi River of the Three Gorges Reservoir [J]. Journal of Lake Sciences， 2018， 30（5）： 1284-1294. （in Chinese）

[27] 李哲， 張?jiān)睿?楊中華， 等. 三峽澎溪河回水區(qū)流速對(duì)藻類原位生長(zhǎng)速率的影響[J]. 湖泊科學(xué)， 2015， 27（5）： 880-886.

LI Z， ZHANG Z Y， YANG Z H， et al. Effects of flow speed on the change of in situ growth rates of algae in Pengxi River backwater zone， Three Gorges Reservoir [J]. Journal of Lake Sciences， 2015， 27（5）： 880-886. （in Chinese）

[28] 胡正峰， 張磊， 邱勤， 等. 溫度條件對(duì)澎溪河藻類生長(zhǎng)的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2010， 38（2）： 384-386.

HU Z F， ZHANG L， QIU Q， et al. Effects of temperature on growth of algae in Pengxi River [J]. Jiangsu Agricultural Sciences， 2010， 38（2）： 384-386. （in Chinese）

[29]? QU Y， WANG C， GUO J S， et al. Characteristics of organic phosphorus fractions in soil from water-level fluctuation zone by solution 31P-nuclear magnetic resonance and enzymatic hydrolysis [J]. Environmental Pollution， 2019， 255： 113209.

[30] 周川， 蔚建軍， 付莉， 等. 三峽庫(kù)區(qū)支流澎溪河水華高發(fā)期環(huán)境因子和浮游藻類的時(shí)空特征及其關(guān)系[J]. 環(huán)境科學(xué)， 2016， 37（3）： 873-883.

ZHOU C， YU J J， FU L， et al. Temporal and spatial distribution of environmental factors and phytoplankton during algal bloom season in Pengxi river， Three Gorges reservoir [J]. Environmental Science， 2016， 37（3）： 873-883. （in Chinese）

[31] 水質(zhì) 總氮的測(cè)定 堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法： HJ 636—2012 [S]. 北京： 中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社， 2012.

Water quality-Determination of total nitrogen-Alkaline potassium persulfate digestion UV spectrophotometric method： HJ 636—2012 [S]. Beijing： China Environment Science Press， 2012. （in Chinese）

[32] 水質(zhì) 總磷的測(cè)定 鉬酸銨分光光度法： GB 11893—1989 [S]. 北京： 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社， 1989.

Water quality-Determination of total phosphorus-Ammonium molybdate spectrophotometric method： GB 11893—1989 [S]. Beijing： Standards Press of China， 1989. （in Chinese）

[33]? EBINA J， TSUTSUI T， SHIRAI T. Simultaneous determination of total nitrogen and total phosphorus in water using peroxodisulfate oxidation [J]. Water Research， 1983， 17（12）： 1721-1726.

[34] 于婷， 戴景峻， 雷臘梅， 等. 溫度、光照強(qiáng)度及硝酸鹽對(duì)擬柱孢藻（Cylindrospermopsis raciborskii N8）生長(zhǎng)的影響[J]. 湖泊科學(xué)， 2014， 26（3）： 441-446.

YU T， DAI J J， LEI L M， et al. Effects of temperature， irradiance and nitrate on the growth of Cylindrospermopsis raciborskii N8 [J]. Journal of Lake Sciences， 2014， 26（3）： 441-446. （in Chinese）

[35]? KASPRZAK P， PADISK J， KOSCHEL R， et al. Chlorophyll a concentration across a trophic gradient of lakes： An estimator of phytoplankton biomass[J]. Limnologica， 2008， 38（3/4）： 327-338.

[36]? STUMM W， MORGAN J J.Aquatic chemistry：an introduction emphasizing chemical equilibria in natural waters[M].New York：A Wiley-Interscience Publication， 1981.

[37]? ROELKE D L， PIERCE R H. Effects of inflow on harmful algal blooms： some considerations [J]. Journal of Plankton Research， 2011， 33（2）： 205-209.

[38]? GACHEVA G V， GIGOVA L G. Biological activity of microalgae can be enhanced by manipulating the cultivation temperature and irradiance [J]. Central European Journal of Biology， 2014， 9（12）： 1168-1181.

[39]? 劉加慧， 楊洪帥， 王輝. 溫度、鹽度和pH對(duì)小球藻生長(zhǎng)率的聯(lián)合效應(yīng)[J]. 水生生物學(xué)報(bào)， 2014， 38（3）： 446-453.

LIU J H， YANG H S， WANG H. Combined effects of temperature， salinity and ph on the specific growth rate of chlorella [J]. Acta Hydrobiologica Sinica， 2014， 38（3）： 446-453. （in Chinese）

[40]? BOZZATO D， JAKOB T， WILHELM C. Effects of temperature and salinity on respiratory losses and the ratio of photosynthesis to respiration in representative Antarctic phytoplankton species [J]. PLoS One， 2019， 14（10）： e0224101.

[41]? GUTIRREZ M H， NARVEZ D， DANERI G， et al. Linking seasonal reduction of microbial diversity to increase in winter temperature of waters of a Chilean Patagonia fjord [J]. Frontiers in Marine Science， 2018， 5： 277.

[42]? 荀尚培， 楊元建， 何彬方， 等. 春季巢湖水溫和水體葉綠素a濃度的變化關(guān)系[J]. 湖泊科學(xué)， 2011， 23（5）： 767-772.

XUN S P， YANG Y J， HE B F， et al. Analysis of relationship between spring water temperature and chlorophyll-a in Lake Chaohu [J]. Journal of Lake Sciences， 2011， 23（5）： 767-772. （in Chinese）

[43] MONOD J. On the new phenomenon of complex growth in bacterial cultures [J]. Comptes Rendus Hebdomadaires Des Seances De L Academie Des Sciences， 1941， 212： 934-936.

[44]? REDFIELD A C. The biological control of chemical factors in the environment [J]. Science Progress， 1960， 11： 150-170.

[45]? GEIDER R， LA ROCHE J. Redfield revisited： variability of C∶N∶P in marine microalgae and its biochemical basis [J]. European Journal of Phycology， 2002， 37（1）： 1-17.

[46]? KLAUSMEIER C A， LITCHMAN E， DAUFRESNE T， et al. Optimal nitrogen-to-phosphorus stoichiometry of phytoplankton [J]. Nature， 2004， 429（6988）： 171-174.

[47]? FAIRCHILD G W， LOWE R L， RICHARDSON W B. Algal periphyton growth on nutrient-diffusing substrates： An in situ bioassay [J]. Ecology， 1985， 66（2）： 465-472.

[48]? WANG C， ZHANG S H， WANG P F， et al. Metabolic adaptations to ammonia-induced oxidative stress in leaves of the submerged macrophyte Vallisneria natans （Lour.） Hara [J]. Aquatic Toxicology， 2008， 87（2）： 88-98.

[49]? YU Q， WANG H Z， LI Y， et al. Effects of high nitrogen concentrations on the growth of submersed macrophytes at moderate phosphorus concentrations [J]. Water Research， 2015， 83： 385-395.

[50]? MALERBA M E， PALACIOS M M， PALACIOS DELGADO Y M， et al. Cell size， photosynthesis and the package effect： an artificial selection approach [J]. New Phytologist， 2018， 219（1）： 449-461.

[51]? ZOHARY T， FISHBEIN T， SHLICHTER M， et al. Larger cell or colony size in winter， smaller in summer-a pattern shared by many species of Lake Kinneret phytoplankton [J]. Inland Waters， 2017， 7（2）： 200-209.

[52]? SCHULHOF M A， SHURIN J B， DECLERCK S A J， et al. Phytoplankton growth and stoichiometric responses to warming， nutrient addition and grazing depend on lake productivity and cell size [J]. Global Change Biology， 2019， 25（8）： 2751-2762.

[53]? ZHANG M， NIU Z P， CAI Q H， et al. Effect of water column stability on surface chlorophyll and time lags under different nutrient backgrounds in a deep reservoir [J]. Water， 2019， 11（7）： 1504.

（編輯 章潤(rùn)紅）