一種預(yù)判藻類種群演替和水華的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及藻類生態(tài)學(xué)、水環(huán)境與生態(tài)等研究領(lǐng)域，尤其是基于藻類原位生長(zhǎng)速 率預(yù)判藻類種群演替和水華的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 水華是淡水水體中特定優(yōu)勢(shì)浮游藻類短期持續(xù)生長(zhǎng)并出現(xiàn)生物量大量積累的現(xiàn) 象，其本質(zhì)是藻種間運(yùn)動(dòng)、競(jìng)爭(zhēng)、衰亡、被掠食等一系列復(fù)雜生態(tài)過程的結(jié)果，是藻類種群演 替的一個(gè)階段性表現(xiàn)。圍繞水華形成機(jī)制，已有大量文章從內(nèi)因（如藻類獨(dú)特的細(xì)胞結(jié)構(gòu)、 偽空胞的浮力調(diào)節(jié)、碳氮代謝特性和高效的適應(yīng)性等）與外因（如溫度、光照、混合、營(yíng)養(yǎng)可 得性和浮游動(dòng)物捕食等）等角度對(duì)優(yōu)勢(shì)藻生長(zhǎng)過程與優(yōu)勢(shì)形成機(jī)制進(jìn)行了研究，但對(duì)藻類 種群演替趨勢(shì)和水華形成進(jìn)行預(yù)測(cè)或判斷依然缺乏相對(duì)成熟的方法或途徑，其主要技術(shù)難 點(diǎn)在于W下2個(gè)方面：
[0003] 1)水華過程中優(yōu)勢(shì)藻并不呈現(xiàn)出單純的細(xì)胞分裂增殖，水華藻種因水華過程生境 變化往往自適應(yīng)地調(diào)節(jié)生理機(jī)能而維持優(yōu)勢(shì)。
[0004] 2)水華是特定優(yōu)勢(shì)藻種在一定時(shí)空范圍內(nèi)的藻類生物量積累。故水華藻種在種群 中的優(yōu)勢(shì)即同細(xì)胞裂殖生長(zhǎng)有關(guān)，也同其他藻種的衰亡有密切關(guān)系，表現(xiàn)為不同藻種此消 彼長(zhǎng)的過程。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種通過監(jiān)測(cè)藻類原位生長(zhǎng)速率 預(yù)判藻類種群演替趨勢(shì)和水華形成的方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案具體包 括：（1)遽選特定生長(zhǎng)策略藻種；(2)測(cè)定選定藻種的原位生長(zhǎng)速率；（3)對(duì)藻類的演替趨 勢(shì)及水華形成進(jìn)行預(yù)判。
[0006] 上述技術(shù)方案中，所述步驟（1)包括獲取初始狀態(tài)下天然水體中的藻類物種組 成，辨識(shí)其生長(zhǎng)策略；選擇原位培養(yǎng)的藻種應(yīng)選擇同期水體中的優(yōu)勢(shì)藻種，藻種的數(shù)量至少 完全涵蓋生長(zhǎng)策略的一級(jí)表型。
[0007] 上述任意技術(shù)方案中，所述步驟（2)包括對(duì)遽選的藻種進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)，接種至野 外天然水體并開展原位生長(zhǎng)試驗(yàn)。
[000引上述任意技術(shù)方案中，所述步驟（3)包括結(jié)合初始狀態(tài)藻種相對(duì)豐度、培養(yǎng)期間 原位生長(zhǎng)速率變化和同期生境持續(xù)性，對(duì)藻類演替趨勢(shì)及水華形成進(jìn)行預(yù)判。
[0009] 原位生長(zhǎng)速率值為正，且培養(yǎng)期間原位生長(zhǎng)速率變化有遞增的趨勢(shì)，表明在同期 生境條件下該生長(zhǎng)策略藻種具有生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)。若同期生境持續(xù)，那么種群將向該生長(zhǎng)策略藻 種演替，并最終形成水華。
[0010] 原位生長(zhǎng)速率值為正，但培養(yǎng)期間原位生長(zhǎng)速率變化基本不變或遞減的趨勢(shì)，或 原位生長(zhǎng)速率值為負(fù)，但培養(yǎng)期間原位生長(zhǎng)速率變化有遞增的趨勢(shì)。上述情況需要結(jié)合初 始狀態(tài)該生長(zhǎng)策略藻種在藻類種群中的優(yōu)勢(shì)度進(jìn)行分析。
[0011] 若初始狀態(tài)下該生長(zhǎng)策略藻種為種群中的優(yōu)勢(shì)藻，則該生長(zhǎng)策略藻種依然具有同 生境狀態(tài)下的生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)，當(dāng)生境持續(xù)時(shí)間足夠，則可形成水華；種群向該生長(zhǎng)策略藻種方向 演替。
[0012] 若初始狀態(tài)下該生長(zhǎng)策略藻種不為種群優(yōu)勢(shì)藻，則其形成優(yōu)勢(shì)需要的生境持續(xù)時(shí) 間較長(zhǎng)，若同批次原位培養(yǎng)的其他生長(zhǎng)策略藻種表現(xiàn)出優(yōu)于該生長(zhǎng)策略藻種的生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)， 那么種群演替方向不可能向該生長(zhǎng)策略藻種演替；反之，則需結(jié)合生境持續(xù)時(shí)間予W判斷。
[0013] 原位生長(zhǎng)速率值為負(fù)，且培養(yǎng)原位生長(zhǎng)速率變化基本不變或有遞減的趨勢(shì)，該生 長(zhǎng)策略藻種在同期生境條件下并不具有生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)；生境持續(xù)的條件下，藻類種群不太可能 向該生長(zhǎng)策略藻種演替。
[0014] 藻類種群演替表征為生境變化下不同藻種間相互取代的連續(xù)變化序列，是自然發(fā) 生且可辨識(shí)的。藻類種群演替的表象是不同藻種生物量高低變化，本質(zhì)是不同藻種對(duì)生境 的適應(yīng)及其生態(tài)響應(yīng)。最適宜于在所處生境中生長(zhǎng)的藻種往往具有最高的表觀生長(zhǎng)速率 (即種群生物量積累能力）進(jìn)而能夠在足夠的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)持續(xù)的生物量積累并最終形成優(yōu) 勢(shì)或形成水華。因此，表觀上藻類在種群中的優(yōu)勢(shì)度實(shí)質(zhì)上是種群表觀生長(zhǎng)速率和生境持 續(xù)性的數(shù)學(xué)函數(shù)。函數(shù)初始狀態(tài)為藻類在種群中的優(yōu)勢(shì)度。獲取特定藻類種群表觀生長(zhǎng)速 率，同時(shí)掌握生境持續(xù)性與初始狀態(tài)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同藻種優(yōu)勢(shì)度的預(yù)測(cè)，并進(jìn)而判別種群演 替趨勢(shì)，最終預(yù)判水華是否形成。
[0015] 所述及的藻類種群演替，是基于藻類C-R-S生長(zhǎng)策略的藻類種群演替。C-R-S生長(zhǎng) 策略是對(duì)不同藻種生理生態(tài)特征進(jìn)行歸納總結(jié)基礎(chǔ)上，對(duì)不同藻種生長(zhǎng)特性及其生境適應(yīng) 機(jī)制進(jìn)行的系統(tǒng)劃分。一級(jí)生長(zhǎng)策略表型有；競(jìng)爭(zhēng)者（Compet itors，C型）、雜生者（Rudera 1 S, R型）、脅迫耐受者（Stress-to lerators, S型）。在此基礎(chǔ)上，又可W進(jìn)一步劃分為 CS、RS、SS、CR、CRS等二級(jí)的生長(zhǎng)策略表型。每一個(gè)藻種均具有其特定的且唯一的生長(zhǎng)策 略表型。由于生長(zhǎng)策略表型同其對(duì)生境資源（物質(zhì)、能量）的利用能力、自身生理生態(tài)的自 適應(yīng)能力密切相關(guān)，故藻類生境條件改變同基于生長(zhǎng)策略表型的藻類種群演替存在必然聯(lián) 系。藻類種群演替本質(zhì)上表征為一級(jí)或二級(jí)生長(zhǎng)策略表型的藻種演替過程。借助于生長(zhǎng)策 略劃分，可辨識(shí)特定水域藻類種群演替與同期生境變化的規(guī)律性，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行預(yù)測(cè)。
[0016] 所述及的藻種表觀生長(zhǎng)速率，可通過原位生長(zhǎng)速率試驗(yàn)獲得。藻類原位生長(zhǎng)速率 是指特定藻種在天然水域進(jìn)行原位培養(yǎng)所獲得的生長(zhǎng)速率。由于原位培養(yǎng)過程中藻類種群 生境條件接近或等同于實(shí)際生境，故其所反映的生長(zhǎng)特征亦更接近于天然種群動(dòng)態(tài)，亦更 準(zhǔn)確地反映天然水域藻類生態(tài)過程。
[0017] 進(jìn)一步地，所述及的原位生長(zhǎng)速率試驗(yàn)，其目的是為了獲得表觀生長(zhǎng)速率。在特定 水域特定時(shí)期選取典型的優(yōu)勢(shì)藻種，經(jīng)實(shí)驗(yàn)室擴(kuò)培后，在野外現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行原位培養(yǎng)。為確保試 驗(yàn)精度，接種培養(yǎng)的初始藻類細(xì)胞密度不宜低于1 X 105cell/ml，培養(yǎng)時(shí)間至少7天，接種后 至少每2天采樣1次，W捕捉藻類在實(shí)際生境中的生長(zhǎng)趨勢(shì)。
[001引所述及的藻類生境包括能量、物質(zhì)供給的豐足/緊缺程度和能量、物質(zhì)供給的穩(wěn) 定性等2個(gè)方面。物質(zhì)供給主要表征為營(yíng)養(yǎng)物（氮、磯、娃等）的可利用性，而能量供給則 主要反映為水動(dòng)力條件下光照、溫度條件的變化。在素動(dòng)程度較弱且水下光學(xué)透射性較強(qiáng) (水體較清澈）的條件下藻類生境相對(duì)穩(wěn)定，能量供給持續(xù)且充裕；而素動(dòng)程度相對(duì)較強(qiáng)且 水體較混濁的條件下，藻類個(gè)體在混合層中隨流輸移，藻類細(xì)胞受光條件不穩(wěn)定且持續(xù)時(shí) 間很短，能量供給不足。
[0019] 進(jìn)一步地，所述及的生境持續(xù)性為生境要素（物質(zhì)、能量）在特定時(shí)間范圍內(nèi)的連 續(xù)性和相似性，即在原位試驗(yàn)期間W及試驗(yàn)結(jié)束后藻類各生境要素不發(fā)生顯著改變。若出 現(xiàn)顯著改變，則對(duì)藻類種群演替和水華形成預(yù)判的不確定性將顯著增加。
【附圖說明】
[0020] 附圖1為基于藻類原位生長(zhǎng)速率預(yù)判種群演替與水華的技術(shù)流程圖
[0021] 附圖2為不同生長(zhǎng)策略的優(yōu)勢(shì)藻的原位培養(yǎng)結(jié)果
【具體實(shí)施方式】
[0022] 為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行描述，但是 應(yīng)當(dāng)理解，該些描述只是為進(jìn)一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，而不是對(duì)本發(fā)明權(quán)利要求的 限制。
[0023] 基于藻類原位生長(zhǎng)速率預(yù)判藻類種群演替和水華，其主要步驟和判斷方法為：
[0024] 1.現(xiàn)場(chǎng)水樣采集與分析
[0025] 選擇開展研究的水域，現(xiàn)場(chǎng)采集表層水體（因浮游藻類主要集中生長(zhǎng)于表層水 體，通常采樣水深為0.5m)。
[0026] 對(duì)表層水體的藻類種群進(jìn)行鏡檢分析，獲取藻類總生物量、藻類種群優(yōu)勢(shì)藻組成