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水是城市中重要的基础资源,北京淡水资源紧缺,再生水已成为重要的非常规水源之一。从北京总体的水源需求规划看,再生水将主要用于工业、农业以及城市环境用水和生态用水,其中作为景观用水补水是主要的用途之一。城市景观水体不仅可以美化环境、给人以美感,还可以维护生态平衡。但是,由于再生水自身的水质特点和景观水体状态等方面的原因,再生水回用于景观水体时富营养化是突出的问题之一。其中,景观水体中微量元素的浓度是一定条件下触发或抑制再生水优势藻种爆发性增殖的重要因子之一,对其在景观水体富营养化防控中作用进行系统研究具有重要的理论和实际意义。
研究再生水景观水体富营养化的发生发展过程,在某种意义上就是研究再生水景观水体中优势藻类的生长过程。针对再生水景观水体常见的富营养化问题,以蛋白核小球藻、斜生栅藻为测试藻种,使微量元素Zn2+、Cu2+、Fe3+在特定的条件下成为测试藻种生长的限制因子,从而确定这三种微量元素对再生水补充景观水体富营养化限制因素和对景观水体中常见藻类增殖影响的生态幅,进而从微量元素的角度提出控制再生水水华问题的对策。
通过藻类增长潜力实验(AGP),分别以实验藻种的光密度值、叶绿素a值、比增长率以及光合速率和呼吸速率为指标,对应分析了不同浓度的Zn2+、Cu2+、Fe3+对蛋白核小球藻和斜生栅藻的增殖的影响。在实验条件下,蛋白核小球藻和斜生栅藻适宜增殖的Zn2+质量浓度范围都是1-100μg/L;Cu2+浓度范围分别是0.1-1μg/L和1-50μg/L;Fe3+质量浓度范围分别是5-100μg/L和50-1000μg/L。据08年资料,北京市主要的再生厂水厂不同月份的出水中Zn2+平均含量浓度82.575μg/L,Cu2+浓度小于20μg/L,Fe3+平均含量浓度57.5μg/L,结合本试验的结果,恰好是在试验确定的促进实验藻种的增殖的浓度范围内。如以此类再生水为水源补充景观水体,在其他条件适宜的情况下,微量元素Zn2+、Cu2+、Fe3+可能会对藻类的生长起到推波助澜的作用。
根据种群生态学的理论,利用试验数据对受试藻种在微量元素影响下的生长模型进行了研究。以Logistic生长模型为基础,引入微量元素浓度项,结合Lorentz方程和GaussAmp、Gauss方程,分别建立三种微量元素影响条件下受试藻种生长模型,描述了Cu2+、Zn2+、Fe3+存在条件下蛋白核小球藻和斜生栅藻的生长过程。应用该方程可以根据微量元素浓度预测水体中藻类的生长量,这对实际工程中控制补充水体中微量元素的浓度从而控制景观水体中藻类生长有着重要的实用价值。