珞珈山三大湖泊浮游植物初級生產(chǎn)力的檢測及其水質(zhì)分析

（西藏大學(xué) 西藏 850000）

葉綠素a含量是初級生產(chǎn)力的重要指標，常被作為判斷水質(zhì)好壞的重要指標之一。水體初級生產(chǎn)力是指水體中生產(chǎn)者利用太陽能，以無機物為原料，通過光合作用生產(chǎn)有機物的能力。葉綠素a存在于所有的浮游植物中，可以通過測量其含量來表征浮游植物的生物量，從而判斷水質(zhì)是否富營養(yǎng)化。本文根據(jù)HJ 897-2017標準，根據(jù)淡水中750nm、664nm、647nm和630nm處的吸光度值計算提取物中葉綠素a的質(zhì)量濃度。

1.研究地概況與研究方法

(1)湖泊概況

月湖位于武漢大學(xué)湖濱區(qū)，與東湖相呼應(yīng)。因為地形比較偏，人流量小，環(huán)境安靜，湖邊有個觀賞走廊。由于短期靠近北部的施工現(xiàn)場、西北部的生活區(qū)和西南部的教學(xué)區(qū)，可能存在潛在的環(huán)境污染問題。東側(cè)呼應(yīng)東湖，周邊綠化覆蓋率高，對生態(tài)平衡起到一定的促進作用。

鑒湖位于武漢大學(xué)文理學(xué)部地理中心，人流量大。面積是三湖中最小的，湖面上沒有構(gòu)筑物，也叫未名湖。鑒湖地理位置特殊，南有武大標志性建筑萬林藝術(shù)博物館，西南和東南有教學(xué)生活區(qū)，西北有體育場，北有櫻花大道。使得鑒湖成為武大人流量最大的湖泊，同時也成為最難控制環(huán)境的地方。但作為重要節(jié)點，鑒湖的環(huán)境尤為重要。

星湖位于武漢大學(xué)信息學(xué)部，周圍建筑環(huán)繞。背靠食堂，路過的人很多。該地區(qū)僅次于月亮湖。湖中央有棧道和湖亭。星湖的地理位置和鑒湖一樣特殊。除了被信息通信部重要的食堂、體育場和教學(xué)區(qū)所包圍，毗鄰南方的商業(yè)中心給星湖帶來了高流量的人流。因為環(huán)境優(yōu)美，很多同學(xué)選擇走這條路，對自然生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成了一定的挑戰(zhàn)，星湖的環(huán)境治理也要突出。

(2)樣品的采集、處理測定

①水樣采集

采集鑒湖、星湖、月湖三個校園湖的1L、1L、2L水樣，每升水加入1ml的1%的碳酸鎂懸浮液，防止酸化造成色素溶解。

②過濾水樣

用醋酸纖維濾膜和真空抽濾裝置過濾水樣，過濾時的負壓不得超過50kPa。

③提取

抽濾后取下濾膜，將濾膜放入濾紙中，在-20℃冰箱中冷凍，每隔30min取出，室溫解凍15min，反復(fù)凍融3次，使細胞完全裂解，便于提取葉綠素a，將濾膜切成碎片，放入10mL帶塞尺的離心管中，加入新配制的90%丙酮，調(diào)節(jié)體積至10mL。搖勻1-2min，放入4℃冰箱過夜。

④離心

以4000轉(zhuǎn)/分鐘的速度離心10min，并將上清液移至離心管中進行測定。

⑤測定

將上清液置于比色皿中，在分光光度計上分別讀取750nm、664nm、647nm、630nm處的吸光度值。

⑥計算

按公式（1）計算提取液中葉綠素a的質(zhì)量濃度：

水中葉綠素a含量與浮游生物量呈正相關(guān)，也可作為判斷水體富營養(yǎng)化的指標。湖泊的富營養(yǎng)化是由于氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)的過量排放，導(dǎo)致藻類的增殖，降低了陽光在水中的滲透性和溶解氧的水平。生態(tài)系統(tǒng)有正反饋調(diào)節(jié)。當湖泊處于富營養(yǎng)化狀態(tài)時，生態(tài)系統(tǒng)中的大量二級消費者就會死亡，從而加劇水質(zhì)惡化。在本實驗中，參照標準（見表4），以葉綠素為單一評價標準，對月湖、鑒湖和星湖進行了富營養(yǎng)化評價。

按公式（2）計算水樣中葉綠素a的質(zhì)量濃度：

式中：

ρ—水樣中葉綠素a的質(zhì)量濃度，μg/L；

ρ1—提取液中葉綠素a的質(zhì)量濃度，mg/L；

A664—提取液在664nm波長下的吸光度值；

A647—提取液在647nm波長下的吸光度值；

A630—提取液在630nm波長下的吸光度值；

A750—提取液在750nm波長下的吸光度值；

V1—提取液的定容體積，mL；

δ—比色皿光程，cm；

V—水樣體積，L。

(3)實驗結(jié)果

表1 星湖的提取液在An下的吸光度值

表2 月湖的提取液在An下的吸光度值

表3 鑒湖的提取液在An下的吸光度值

表4 營養(yǎng)類型比對表

根據(jù)公式（1）和公式（2）計算可得：

鑒湖表層水的葉綠素a的含量為155.413μg/L；

月湖層水的葉綠素a的含量為10.136μg/L；

星湖層水的葉綠素a的含量為257.444μg/L。

經(jīng)分析星湖、鑒湖水體呈現(xiàn)高度富營養(yǎng)化月湖呈富營養(yǎng)化。

表5 校園中三個湖泊水樣所屬營養(yǎng)型

2.影響湖泊水生植物初級生產(chǎn)力的主要環(huán)境因素

(1)水文要素

水文過程的變化將影響湖泊水生植物的演變和分布格局。在一定范圍內(nèi)，水位的下降有利于植物的繁殖，水體的富營養(yǎng)化程度將會導(dǎo)致水生植物的演替以及其生產(chǎn)力的改變。從目前的研究來看，可以通過調(diào)節(jié)湖泊的水文條件來達到恢復(fù)湖泊生態(tài)系統(tǒng)中的水生植物生態(tài)群落的目的。大型水生植物的大量生長可以抑制浮游植物的大量繁殖，從而達到降低水體初級生產(chǎn)力的目的，避免藍藻水華的產(chǎn)生。同樣也為浮游動物提供了庇護所，可以避免被魚類捕食。在生態(tài)系統(tǒng)中，大型植物會創(chuàng)造有利于自己生長的一個環(huán)境，分泌某些化學(xué)激素，抑制小型水生植物的生長，從而個體在湖中可以獲得更多的營養(yǎng)擴大其生長分布范圍。

一般來說，植物與環(huán)境相互作用的關(guān)系復(fù)雜多變，水文因素的改變會導(dǎo)致湖泊生態(tài)系統(tǒng)中各組分關(guān)系之間的改變，尤其是對食物鏈食物網(wǎng)以及之間關(guān)系的影響，從而導(dǎo)致湖泊生態(tài)系統(tǒng)初級生態(tài)系統(tǒng)的改變，因此探究水文因素的改變對水生植物初級生產(chǎn)力的影響需要展開進一步的研究。

(2)光照和溫度

植物通過光合作用吸收來自太陽光的能量，影響植物光合作用過程中的兩個最重要的因素是溫度和光照強度。在一定范圍內(nèi)來說，光照強度和溫度與植物的生產(chǎn)力的關(guān)系呈正相關(guān)，目前單一因素如光照強度和溫度對光合作用的影響的研究已經(jīng)非常多了，但是幾種因素的綜合影響目前尚不清楚。夏季光照比較豐富，植物存在光合抑制的現(xiàn)象，而且不同的水生植物的類型受到光的影響不經(jīng)相同。挺水植物和浮葉植物的受光面積較大光合作用的強度較高，隨著水深度的增大，光的折射越強，植物吸收利用的也就越少。同時挺水植物和浮葉植物可以在大氣和水體中吸收光合作用所需要的碳，但是沉水植物只能吸收來自水體中的活性碳。溫度對水生植物的影響主要表現(xiàn)在以下兩個方面：其一，溫度對光合作用相關(guān)酶的活性的影響；其二，可溶性碳從水擴散到植物體的速率也受到溫度的調(diào)控。綜合溫度和光照強度對光合作用的影響來看，溫度和光照的影響對沉水植物的影響大于對挺水植物的影響。

從目前的研究來看，對水生植物初級生產(chǎn)力的影響因素的研究主要集中在非生物因素上，而對植物群落的生殖行為，種群間和種群內(nèi)關(guān)系等的生物因素的調(diào)節(jié)作用的研究相對較少。因此綜合分析生物因素和非生物因素對水生植物初級生產(chǎn)力的調(diào)節(jié)的影響，有利于解釋水生植物初級生產(chǎn)力的時空變化規(guī)律。

3.總結(jié)與分析

兩次實驗結(jié)果都得出相同的實驗結(jié)論—葉綠素含量：星湖＞鑒湖＞月湖，分析可能的原因：

（1）月湖位于信息學(xué)部腹地，周邊密集分布宿舍樓和學(xué)生食堂?？梢酝茢啵糠稚钗鬯湃胄呛?，外來污染物的排放超過了其生態(tài)系統(tǒng)的負反饋調(diào)節(jié)能力。湖泊無法恢復(fù)原狀，生態(tài)系統(tǒng)的正反饋調(diào)節(jié)起作用。湖中水生動植物的死亡加劇了水質(zhì)的惡化。此外，星湖是一個孤立的湖泊，與外界環(huán)境的物質(zhì)和能量交換很少，因此其水體對污染的耐受力較弱，生態(tài)系統(tǒng)容易失去平衡，水生藻類和原生動物繁殖迅速，加劇了水質(zhì)的惡化。

（2）鑒湖雖然位于梅園生活區(qū)和桂園生活區(qū)交界處，但與外界水體并無聯(lián)系，水質(zhì)較星湖有一定優(yōu)勢。但鑒湖種植了大量沉水和漂浮植物，對水質(zhì)凈化有一定作用。同時鑒湖還有不規(guī)則的音樂噴泉，可以在一定程度上增加水流。綜上所述，鑒湖的水環(huán)境對藻類和原生動物的生長繁殖有一定的抑制作用。

（3）月湖中，生活污水也排入湖中。2018年月湖的水是黑色的，還伴隨著惡臭。但得益于2019年對月湖的治理，湖水得到了更新，淤泥得到了清理，隨后湖中又增加了大量的水生植物，并相應(yīng)的增加了一些魚類，從而重建了一個相對健康的水生生態(tài)系統(tǒng)，月湖的水質(zhì)得到了很大的改善。同時，月亮湖與東湖相連，水體可以與東湖進行物質(zhì)和能量的交換，水體更新相對其他兩個湖泊更快。