巢湖藍(lán)藻光合活性研究

龔仁義 程燕

摘 要：利用浮游植物熒光測定儀（PHYTO-PAM）對巢湖的6個監(jiān)測點位進(jìn)行檢測，于跨藍(lán)藻水華形成前期和水華期間，共計檢測22次。結(jié)果表明，光合活性指數(shù)均值為0.52，變異系數(shù)為17.1%，最大值為0.71，出現(xiàn)在6月1日，位于十五里河入湖區(qū);最小值為0.26，出現(xiàn)在8月25日的派河入湖區(qū);水華暴發(fā)點為0.62，出現(xiàn)在6月1日;光合曲線擬合表明藍(lán)藻水華結(jié)束時間為10月4日。

關(guān)鍵詞：巢湖;藍(lán)藻水華;葉綠素?zé)晒?光合活性

中圖分類號 X524文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 1007-7731（2019）16-0018-02

1 概述

在全國5大淡水湖中，巢湖藍(lán)藻“水華”的暴發(fā)相對明顯，主要構(gòu)群種類為微囊藻。從20世紀(jì)60年代起至80年代，巢湖特別是西半湖藍(lán)藻的數(shù)量成倍增長，夏秋季節(jié)藍(lán)藻“水華”時有暴發(fā)，暴發(fā)時敞水區(qū)“水華”呈帶狀分布，隨風(fēng)飄移，往往在下風(fēng)湖邊積聚，積聚到一定厚度時“水華”團(tuán)塊腐爛，散發(fā)出腥臭氣味，并下沉使局部水域出現(xiàn)黑水，嚴(yán)重影響到當(dāng)?shù)鼐用竦挠盟踩?、水產(chǎn)養(yǎng)殖、水體景觀價值等方面，造成了巨大的經(jīng)濟損失。藍(lán)藻水華的暴發(fā)已引起了政府部門和學(xué)者們的高度重視，加大了監(jiān)控力度。

目前，水華的監(jiān)控技術(shù)主要有顯微鏡計數(shù)和衛(wèi)星遙感技術(shù)。衛(wèi)星遙感技術(shù)容易受天氣條件影響，且往往需要藻類細(xì)胞累積到一定程度（可能已經(jīng)發(fā)生藻華）才能監(jiān)測到，只能反映藻類的客觀現(xiàn)狀，沒有考慮藍(lán)藻的光合潛力，既無法對藍(lán)藻水華期進(jìn)行準(zhǔn)確的定位，也無法進(jìn)行預(yù)測和早期預(yù)報。

浮游植物熒光測定儀（PHYTO-PAM）是目前世界上先進(jìn)的采用脈沖-振幅-調(diào)制葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)（Pulse-Amplitude-Modulation，PAM）的儀器，其在植物生理、生態(tài)、農(nóng)學(xué)、林學(xué)、水生生物學(xué)等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，并取得了很多成果。本研究首次利用該技術(shù)在長時間尺度上對巢湖藍(lán)藻水華光合活性進(jìn)行了研究，以期明確藍(lán)藻暴發(fā)和結(jié)束的準(zhǔn)確時間，減少過多的人力消耗，為政府部門建立預(yù)警機制提供理倫依據(jù)。

2 樣品測定

本項目使用美國生產(chǎn)的浮游植物熒光測定儀（PHYTO-PAM），采用脈沖-振幅-調(diào)制葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)（Pulse-Amplitude-Modulation，PAM），該技術(shù)的測量原理是基于對調(diào)制測量光激發(fā)的熒光信號的選擇性放大。在PHYTO-PAM浮游植物熒光儀中，微秒級的測量光脈沖是由4種不同顏色的發(fā)光二極管（LED）陣列發(fā)出的：藍(lán)色（470nm）、綠色（520nm）、淺紅色（645nm）和深紅色（665nm）。不同顏色的測量光脈沖在高頻率下交替應(yīng)用，就可以獲得4種波長的光激發(fā)出的半同步的熒光信號。活體細(xì)胞中葉綠素吸收的光分3條通路：光合作用（P）、熱耗散（D）和熒光（F）。根據(jù)能量守恒，P+D+F=1。PHYTO-PAM不僅可以直接檢測熒光強度，還可提供一個超強飽和閃光（1s內(nèi)）使光合作用暫時被抑制，由此可知熱耗散的量，進(jìn)一步可知光合作用活性[1]?？焖俟馇€（Rapid Light Curves）即使光化光的持續(xù)時間短至10s，光合速率rETR隨有效照度PAR的變化圖即為光響應(yīng)曲線。

2.1 樣品布點 考慮巢湖西半湖污染較為嚴(yán)重，藍(lán)藻水華暴發(fā)頻次較高。本次調(diào)查的樣品采集點在此區(qū)域布設(shè)了6個點位，具體如表1所示。

2.2 樣品采集 用深水采樣器在表層下0.5m處采集1L，緩慢注入棕色玻璃瓶中，用黑色塑料布作背光處理[2]，小心帶回實驗室，立即進(jìn)行測定分析。

2.3 樣品監(jiān)測結(jié)果 本項目對巢湖的6個監(jiān)測點位進(jìn)行22次檢測，2018年2—10月跨藍(lán)藻水華形成前期和水華期，獲得132個藻類活性指數(shù)數(shù)據(jù)。將每次的6個點位的測定值作均值處理，得如下數(shù)據(jù)：2月4日（活性指數(shù)0.60）、3月5日（活性指數(shù)0.57）、4月9日（活性指數(shù)0.60）、5月6日（活性指數(shù)0.59）、5月11日（活性指數(shù)0.56）、5月18日（活性指數(shù)0.57）、5月26日（活性指數(shù)0.62）、6月1日（活性指數(shù)0.62）、6月15日（活性指數(shù)0.54）、6月22日（活性指數(shù)0.50）、7月1日（活性指數(shù)0.49）、7月13日（活性指數(shù)0.52）、7月21日（活性指數(shù)0.48）、7月27日（活性指數(shù)0.48）、8月4日（活性指數(shù)0.47）、8月25日（活性指數(shù)0.39）、8月28日（活性指數(shù)0.45）、9月8日（活性指數(shù)0.42）、9月11日（活性指數(shù)0.47）、9月14日（活性指數(shù)0.44）、9月22日（活性指數(shù)0.42）、10月2日（活性指數(shù)0.42）。

3 結(jié)果與分析

依據(jù)監(jiān)測結(jié)果表達(dá)式，指數(shù)均值為0.52，變異系數(shù)為17.1%，最大值為0.71，出現(xiàn)在6月1日，位于十五河入湖區(qū)。最小值為0.26。出現(xiàn)在8月25日的派河入湖區(qū)。

3.1 巢湖的藻類活性指數(shù)時間分布 從圖1可以看出：（1）從2月4日至6月1日藻類光合活性指數(shù)在高水平運行，6月1日達(dá)到了最大，此后下降，一直維持在一個較低的水平上。從合肥市環(huán)境監(jiān)測站調(diào)查得知，6月1日正是今年藍(lán)藻水華形成之時。由此可推測，在5月下旬，當(dāng)藻類的光合活性指數(shù)超過0.62以上便預(yù)示著藍(lán)藻水華的暴發(fā)。（2）水華形成暴發(fā)以后，藻類的光合活性指數(shù)明顯低于水華前期，表明在水華形成前期藻類有著很強的生長潛力，隨著水華的形成，盡管水溫和光照更適合藍(lán)藻的生長，它的生長潛力還是在下降，受到自身的抑制比較明顯，巢湖藍(lán)藻的產(chǎn)量一定有一個極值，不可能無限地增殖。這個極值還有待于盡一步研究。

3.2 巢湖西半湖的藻類活性指數(shù)空間分布 從表2和圖2可以看出，水華形成期和水形成前期以及兩者之間的差值的光合活性指數(shù)在各點位間差異較小。表明各入湖河道的水質(zhì)對其影響較小，不存在引發(fā)水華暴發(fā)的可能;引發(fā)水華暴發(fā)的因素只能是自然因素。

3.3 快速光合曲線擬合 利用儀器這項功能選取2018年1月、8月、10月3個巢湖水樣進(jìn)行快速光合曲線的擬合，圖3是所擬合的光合曲線是所擬合的光合曲線。同時獲取相關(guān)的光合參數(shù)，如表3所示。由表3可知：8月份藍(lán)藻對光的利用率、強光的耐受能力和最大光合速率都是最高的，到了10月份已降回到1月份水平，預(yù)示本年度的藍(lán)藻水華已結(jié)束。

4 結(jié)論

（1）5月下旬，當(dāng)藻類的光合活性指數(shù)超過0.62以上預(yù)示著藍(lán)藻水華的暴發(fā)。

（2）水華形成前期藻類有著很強的生長潛力，隨著水華的形成，其生長潛力下降，受到自身的抑制比較明顯，巢湖藍(lán)藻的產(chǎn)量有1個極值。

（3）各入湖河道的水質(zhì)對藍(lán)藻的生長短期效應(yīng)較小，不存在引發(fā)水華的暴發(fā)的可能。引發(fā)水華暴發(fā)的因素只能是自然因素。

（4）本年度水華結(jié)束時間為10月初，可停止對藍(lán)藻的監(jiān)控或降低監(jiān)控的力度。

參考文獻(xiàn)

[1]Zhang M，Kong Fx，Wu X Xing P. different photochemical responses of phytoplankters from the large shallow taihu lake of subtropical china in relation to light and mixing. hydrobiologia 2008;603（1）：267-78.

[2]國家環(huán)境保護(hù)總局.水和廢水分析方法[M].4版.北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2002. （責(zé)編：張宏民）