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(qiáng)度對(duì)藻類生長(zhǎng)的影響。
光能是天然水體中綠色植物光合作用合成有機(jī)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(qiáng)和光質(zhì)。藻類的空間分布、生長(zhǎng)率與光強(qiáng)、光質(zhì)的空間分布密切相關(guān)。
太陽(yáng)光波長(zhǎng)范圍150～4000nm，其中可見(jiàn)光波380～760nm，波長(zhǎng)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(duì)生物有殺傷作用。只有可見(jiàn)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(zhǎng)光能起著重要作用。
藻類的生產(chǎn)力與光強(qiáng)有密切的關(guān)系，生產(chǎn)力隨光強(qiáng)的變化分為三個(gè)階段；**階段為上升階段，即藻類的光合作用隨光強(qiáng)的增加而增加*終到*大值，對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)稱為*適光強(qiáng)。**階段為穩(wěn)定階段，在光強(qiáng)超過(guò)*適光強(qiáng)后的一定范圍，藻類光合作用隨光強(qiáng)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(qiáng)稱為飽和光強(qiáng)。第三階段為下降階段，光強(qiáng)超過(guò)飽和光強(qiáng)后，藻類的生產(chǎn)力隨光強(qiáng)的增強(qiáng)而減弱，這種現(xiàn)象稱光抑制。硅藻的*適光強(qiáng)為5000～8000lx，藍(lán)藻為10000～15000lx，飽和光強(qiáng)一般為10000～23000lx，抑制光強(qiáng)＞2300lx。
由于光強(qiáng)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(diǎn)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(qiáng)下降速度慢。
b、變化規(guī)律不同，*大光強(qiáng)必然出現(xiàn)在水面，而光抑制作用。晴天時(shí)表層藻類生長(zhǎng)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(qiáng)的減弱而下降。但在陰天，表層光強(qiáng)通常為7000～15000lx，整個(gè)水層光強(qiáng)均在*適光強(qiáng)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(shí)，凈生產(chǎn)量為零。凈生產(chǎn)量為零時(shí)的光照強(qiáng)度稱補(bǔ)償點(diǎn)。補(bǔ)償點(diǎn)所在的深度稱為補(bǔ)償深度，補(bǔ)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(zhǎng)主要發(fā)生在3倍透明度以上。
二、藻類懸浮機(jī)制對(duì)藻類的生長(zhǎng)影響。
藻類在水中的運(yùn)動(dòng)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(huì)下沉，其下沉的典型速度在0.1m/d和1～2m/d。因此，對(duì)絕大多數(shù)的藻類而言，問(wèn)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(zhǎng)時(shí)間獲得生長(zhǎng)的機(jī)會(huì)。大多數(shù)死亡后失去調(diào)節(jié)機(jī)制，下沉速度加快。懸浮只是一個(gè)介于下沉和上浮之間的臨界狀態(tài)。即藻類通過(guò)自身的調(diào)節(jié)機(jī)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(shí)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(zhǎng)繁殖，利用各種浮游機(jī)制減少下沉速度，使其處于懸浮或上浮狀態(tài)，延長(zhǎng)在水中的停留時(shí)間，獲得*大的生長(zhǎng)機(jī)會(huì)。
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(jiàn)的許多濃縮的儲(chǔ)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(huì)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(chǔ)存密度較輕的脂類等。
偽空胞是藍(lán)藻*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(guò)，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(jī)理是：?jiǎn)蝹€(gè)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(shí)新氣囊不斷組裝。這種動(dòng)態(tài)的破裂和組裝提供了一個(gè)潛在的調(diào)節(jié)浮力的機(jī)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(qiáng)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(jī)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(gè)體重量使藻類下沉。光強(qiáng)度逐步減弱合成物質(zhì)減少，呼吸作用增加個(gè)體重量逐漸減小。當(dāng)減小與浮力平衡時(shí)，不在下沉處于懸浮狀態(tài)。這一平衡位置處于補(bǔ)償點(diǎn)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(huì)迅速上浮到表面。另外，衰老和死亡的微囊藻重量下降會(huì)漂浮到水面形成水華。
脂肪的積累是藻類的另一個(gè)懸浮調(diào)節(jié)機(jī)制。脂肪和油通常占藻類干重的2～20%，個(gè)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?cè)诩?xì)胞中的存在會(huì)減少藻類的平均密度。在嚴(yán)重缺氮條件下，淡水藻類通過(guò)積累脂類而漂浮在其它一些藻類中，通過(guò)提高類胡蘿卜素含量增加浮力。
總之，藻類通過(guò)懸浮機(jī)制使自己盡可能停留在水體表面，以獲得生長(zhǎng)的機(jī)會(huì)，造成了藻類上多下少的垂直分布。光強(qiáng)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(qiáng)向減弱的聯(lián)合作用，使藻類生長(zhǎng)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(wú)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(gè)體越小上浮速度越慢。