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)勢浮游藻類短期持續(xù)生長并出現(xiàn)生物量大量積累的現(xiàn) 象，其本質(zhì)是藻種間運(yùn)動(dòng)、競爭、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、營養(yǎng)可 得性和浮游動(dòng)物捕食等）等角度對(duì)優(yōu)勢藻生長過程與優(yōu)勢形成機(jī)制進(jìn)行了研究，但對(duì)藻類 種群演替趨勢和水華形成進(jìn)行預(yù)測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。
[0004] 2)水華是特定優(yōu)勢藻種在一定時(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)勢即同細(xì)胞裂殖生長有關(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)測藻類原位生長速率 預(yù)判藻類種群演替趨勢和水華形成的方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案具體包 括：（1)遽選特定生長策略藻種；(2)測定選定藻種的原位生長速率；（3)對(duì)藻類的演替趨 勢及水華形成進(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)勢藻種，藻種的數(shù)量至少 完全涵蓋生長策略的一級(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 原位生長速率變化和同期生境持續(xù)性，對(duì)藻類演替趨勢及水華形成進(jìn)行預(yù)判。
[0009] 原位生長速率值為正，且培養(yǎng)期間原位生長速率變化有遞增的趨勢，表明在同期 生境條件下該生長策略藻種具有生長優(yōu)勢。若同期生境持續(xù)，那么種群將向該生長策略藻 種演替，并最終形成水華。
[0010] 原位生長速率值為正，但培養(yǎng)期間原位生長速率變化基本不變或遞減的趨勢，或 原位生長速率值為負(fù)，但培養(yǎng)期間原位生長速率變化有遞增的趨勢。上述情況需要結(jié)合初 始狀態(tài)該生長策略藻種在藻類種群中的優(yōu)勢度進(jìn)行分析。
[0011] 若初始狀態(tài)下該生長策略藻種為種群中的優(yōu)勢藻，則該生長策略藻種依然具有同 生境狀態(tài)下的生長優(yōu)勢，當(dāng)生境持續(xù)時(shí)間足夠，則可形成水華；種群向該生長策略藻種方向 演替。
[0012] 若初始狀態(tài)下該生長策略藻種不為種群優(yōu)勢藻，則其形成優(yōu)勢需要的生境持續(xù)時(shí) 間較長，若同批次原位培養(yǎng)的其他生長策略藻種表現(xiàn)出優(yōu)于該生長策略藻種的生長優(yōu)勢， 那么種群演替方向不可能向該生長策略藻種演替；反之，則需結(jié)合生境持續(xù)時(shí)間予W判斷。
[0013] 原位生長速率值為負(fù)，且培養(yǎng)原位生長速率變化基本不變或有遞減的趨勢，該生 長策略藻種在同期生境條件下并不具有生長優(yōu)勢；生境持續(xù)的條件下，藻類種群不太可能 向該生長策略藻種演替。
[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的藻種往往具有最高的表觀生長速率 (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) 勢或形成水華。因此，表觀上藻類在種群中的優(yōu)勢度實(shí)質(zhì)上是種群表觀生長速率和生境持 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)勢度。獲取特定藻類種群表觀生長速 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)勢度的預(yù)測，并進(jìn)而判別種群演 替趨勢，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生長策略的藻類種群演替。C-R-S生長 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)生長策略表型有；競爭者（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)的生長策略表型。每一個(gè)藻種均具有其特定的且唯一的生長策 略表型。由于生長策略表型同其對(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)生長策略表型的藻種演替過程。借助于生長策 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。
[0016] 所述及的藻種表觀生長速率，可通過原位生長速率試驗(yàn)獲得。藻類原位生長速率 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，所述及的原位生長速率試驗(yàn)，其目的是為了獲得表觀生長速率。在特定 水域特定時(shí)期選取典型的優(yōu)勢藻種，經(jīng)實(shí)驗(yàn)室擴(kuò)培后，在野外現(xiàn)場進(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)際生境中的生長趨勢。
[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為不同生長策略的優(yōu)勢藻的原位培養(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)場水樣采集與分析
[0025] 選擇開展研究的水域，現(xiàn)場采集表層水體（因浮游藻類主要集中生長于表層水 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)勢藻組成