藻类的上浮特性以及阻止藻类上浮的条件
藻类的上浮特性以及阻止藻类上浮的条件
一、 水环境特征及藻类特性以及藻类上浮的水力条件。
1、 光照强度对藻类生长的影响。
光能是天然水体中绿色植物光合作用合成有机物的**能源。水生植物的光合作用速率在很大程度上取决于光强和光质。藻类的空间分布、生长率与光强、光质的空间分布密切相关。
太阳光波长范围150～4000nm，其中可见光波380～760nm，波长小于380nm的为紫外光，大于760nm的光为红外光。红外光可产生大量的热。紫外光对生物有杀伤作用。只有可见光才能在光合作用中被植物利用，并转化为化学能。叶绿素是绿色的，主要吸收红光（760～620nm）和蓝光（490～435nm）。藻类除含有各种叶绿素外，还有许多辅助色素，在吸收各种波长光能起着重要作用。
藻类的生产力与光强有密切的关系，生产力随光强的变化分为三个阶段；**阶段为上升阶段，即藻类的光合作用随光强的增加而增加*终到*大值，对应的光强称为*适光强。**阶段为稳定阶段，在光强超过*适光强后的一定范围，藻类光合作用随光强的变化很小，处于稳定的高光合作用状态，在这一范围内的光强称为饱和光强。第三阶段为下降阶段，光强超过饱和光强后，藻类的生产力随光强的增强而减弱，这种现象称光抑制。硅藻的*适光强为5000～8000lx，蓝藻为10000～15000lx，饱和光强一般为10000～23000lx，抑制光强＞2300lx。
由于光强沿水深呈指数递减，必然引起藻类生产力沿水深逐步减少，但两者递减的规律略有不同，其不同点主要表现在两方面。
A、下降速度不同，生产力下降速度比光强下降速度慢。
B、变化规律不同，*大光强必然出现在水面，而光抑制作用。晴天时表层藻类生长受到抑制，使生产力*大值不出现在水面，而是出现在水下某一深度（一般出现在1/2透明处），这一水层称为*大光合层或*适光合层。*大光合层以下各层的生产力将随光强的减弱而下降。但在阴天，表层光强通常为7000～15000lx，整个水层光强均在*适光强以下，不出现光抑制，故表层生产量*高。
随着水深的加大，光合作用逐步减弱。当总生产量与呼吸量持平时，净生产量为零。净生产量为零时的光照强度称补偿点。补偿点所在的深度称为补偿深度，补偿深度与水体透明度有关，一般为2～3倍透明度，故藻类的生长主要发生在3倍透明度以上。
二、 藻类悬浮机制对藻类的生长影响。
藻类在水中的运动分为下沉、悬浮、上浮三种情况。在静水条件下，绝大多数非浮游的藻类会下沉，其下沉的典型速度在0.1m/d和1～2m/d。因此，对绝大多数的藻类而言，问题不在于是否下沉，而是下沉得多快以及自我调节下沉速度，以便在光亮带逗留更长时间获得生长的机会。大多数死亡后失去调节机制，下沉速度加快。悬浮只是一个介于下沉和上浮之间的临界状态。即藻类通过自身的调节机制使其即不下沉又不上浮，处于悬浮状态，上浮的藻类重量小于浮力时发生，且主要发生于微囊藻。当大量藻类浮于水面即形成“水华”。藻类为了自身的生长繁殖，利用各种浮游机制减少下沉速度，使其处于悬浮或上浮状态，延长在水中的停留时间，获得*大的生长机会。
藻类大多数原生质的密度都比水大，碳水化合物的密度约为1500kg/m3核酸约为1700kg/m3。在正常细胞中，常见的许多浓缩的储存物质也同样稠密一些。特别是多聚磷酸盐的密度约为2500kg/m3，而硅藻壁中的乳白色二氧化硅的密度达到了2600kg/m3。只有脂类物质的密度小于水的密度（*轻的约为860kg/m3），但它们一般只占细胞干重的10%。因此，藻类通常比水重，且会在水中下沉，藻类要悬浮于水中必须增大浮力以克服自身重量。藻类增大浮力的措施包括：产生伪空胞，储存密度较轻的脂类等。
伪空胞是蓝藻特有的结构特征，它包括大量中空的亚显微圆柱气囊（直径70nm），其蛋白质壁可让气体全部通过，但疏水内面能阻止液体的进入，因而形成了空胞结构，提供藻类浮力使藻类上浮，在正常细胞中，伪空胞结构占细胞体积的1～2%左右即可支持藻类悬浮。
藻类能调节其伪空胞体积和自身重量，以达到浮力和重量的平衡。调节其所处的位置。藻类调节气泡体积的机理是：单个气囊能抗400～700kpa的外界压力。如果外界压力超出这一压力，气囊不可逆转地破裂。如光合作用合成的一些可溶性物质将细胞内渗透压力提生至350～500kpa足以使一些老的气囊破裂。同时新气囊不断组装。这种动态的破裂和组装提供了一个潜在的调节浮力的机制。在晴天的表层水体中，快速的光合作用使足够多的气囊破裂浮力下降，藻类下沉。随着藻类的下沉，光强度逐步减弱，光合作用减慢气囊的组装速度大于破裂速度，浮力上升，使浮力与重力平衡，藻类处于悬浮状态。
藻类调节自身重量的机理是：在晴天的表面水体中，快速的光合作用合成了大量的淀粉，增加个体重量使藻类下沉。光强度逐步减弱合成物质减少，呼吸作用增加个体重量逐渐减小。当减小与浮力平衡时，不在下沉处于悬浮状态。这一平衡位置处于补偿点附近，该处的光合作用速度与呼吸作用速度相当。在晚间，光合作用停止微囊藻会迅速上浮到表面。另外，衰老和死亡的微囊藻重量下降会漂浮到水面形成水华。
脂肪的积累是藻类的另一个悬浮调节机制。脂肪和油通常占藻类干重的2～20%，个别藻类如葡萄藻能占细胞干重的40%。通常，聚集脂类比水要轻。它们在细胞中的存在会减少藻类的平均密度。在严重缺氮条件下，淡水藻类通过积累脂类而漂浮在其它一些藻类中，通过提高类胡萝卜素含量增加浮力。
总之，藻类通过悬浮机制使自己尽可能停留在水体表面，以获得生长的机会，造成了藻类上多下少的垂直分布。光强沿水深逐步减弱光合作用沿水深逐步减慢，使藻类生产力沿水深逐步减少。由于藻类垂直分布和光强向减弱的联合作用，使藻类生长主要集中在2～3倍透明度以上的水体中。
铜绿微囊藻在自然水体中的*大含量在水体透明度2～3倍处藻类*多。在无光、静水条件下，上浮速度小于1cm/min的占77%、上浮速度介于1～1.5cm/min之间的1%，上浮速度大于1.5～2cm/min占6%，上浮速度大于2cm/min的占7%，个体越小上浮速度越慢。
