衡水湖藻類葉綠素a動態(tài)變化與水質(zhì)相關(guān)性分析

衡水湖是中國國家級自然保護(hù)區(qū)，屬于城市淡水湖泊流動性較差的水體，由于水體自凈能力較低，極易被污染[1]。近年來，受季節(jié)性氣候變化的影響，衡水湖水位不斷降低，加之區(qū)域水富營養(yǎng)化，使得浮游藻類數(shù)量及葉綠素a含量不斷發(fā)生時空變化，因此，對衡水湖藻類葉綠素a含量及藻密度的密切監(jiān)測非常重要。開展浮游藻類葉綠素a含量的季節(jié)性動態(tài)變化及與水質(zhì)相關(guān)性研究，從生物角度了解衡水湖水質(zhì)動態(tài)變化，了解富營養(yǎng)化程度及形成機(jī)制，及時預(yù)警，防止衡水湖藍(lán)藻水華的發(fā)生，為衡水湖水質(zhì)環(huán)境保護(hù)提供有力支撐。

本研究分別于7月24日～10月29日對衡水湖從北到南10個位點(diǎn)進(jìn)行了隨機(jī)抽樣采集，使用有機(jī)玻璃采水器共采水樣10次。采集水樣位置為各采樣點(diǎn)水表面50 cm下。水樣分別倒入2個1 L廣口瓶中，其中1瓶立即加入15 mL魯哥氏液（棕色瓶密封備用），混勻，迅速帶回實驗室進(jìn)行沉淀，48 h后濃縮進(jìn)行鏡檢。另一瓶不加任何試劑，帶回實驗室立即進(jìn)行超真空過濾，過濾膜冷凍后撕碎放入10 mL離心管， 3 500 r/min，離心20 min，用北京普析紫外分光光度計測量分光度，計算葉綠素a含量。

藻類葉綠素a測定方法：90%丙酮提取，分光光度法測定。藻密度測定方法：鏡檢法[2]?？偭祝═P）采用鉬酸銨分光光度法（GB11893-89）測定[3]?？偟═N）采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法（GB 11894-89）測定[4]。

2.1衡水湖浮游藻類不同時間葉綠素a動態(tài)變化

由圖1可知，不同月份葉綠素a變化很大，變化規(guī)律呈波浪形，但總體趨勢是逐漸上升，在8月24日達(dá)到了一定高度后又降低，于9月17日達(dá)到最高，并且與其它月份差異顯著，10 d后的9月28日大幅降低，10月9日又回升，10月后隨著溫度降低而逐漸下降，于10月29日達(dá)到最低。

2.2藻密度動態(tài)變化

由圖1知，藻密度變化趨勢基本與葉綠素a變化趨勢相同，隨著溫度逐漸提高，藻密度逐漸提高，8月24日達(dá)到最高，9月7日有所降低，9月28日達(dá)到最高，后逐漸降低，10月9日大幅度降低，10月19日、10月29日基本持平，變化很小。

2.3葉綠素a與浮游藻類密度動態(tài)變化相關(guān)性分析

用SPSS19.0軟件對數(shù)量變化進(jìn)行X2卡方檢驗，相關(guān)性分析結(jié)果如下：X2=2 979，p=0.000<0.05，說明葉綠素a含量與浮游藻類數(shù)量相關(guān)性達(dá)到顯著（a=0.05）。

2.4葉綠素a與水質(zhì)N、P相關(guān)性分析

根據(jù)斯托姆提出的藻類“經(jīng)驗分子式”：C106H26301loNl6P，藻體中所含碳（C）、氮（N）、磷（P）原子個數(shù)比率為106：16：1，假定藻體以同樣比率吸收N和P，則可用此比率來確定限制性營養(yǎng)鹽。與氮、磷原子個數(shù)比率為16：1相對應(yīng)的氮、磷質(zhì)量比為7.2：1。因此，當(dāng)湖泊中可被藻類吸收利用的氮和磷質(zhì)量比小于7.2時，氮是可能的限制性營養(yǎng)鹽；反之，若比率大于7.2，磷是可能的限制性營養(yǎng)鹽。

監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，除了10月19日外，不同時間段的總N/P比值均>7.2，說明磷是可能的限制性營養(yǎng)鹽，通過X2檢驗可知，葉綠素a含量與總N/P比值相關(guān)性達(dá)到了顯著水平（p<0.05）。因此，在衡水湖水質(zhì)監(jiān)測中要密切監(jiān)測P的含量，其中N/P比值是需要密切關(guān)注的指標(biāo)。

2.5衡水湖浮游藻類組成及群落結(jié)構(gòu)

調(diào)查區(qū)內(nèi)的浮游藻類種類組成及優(yōu)勢種群隨季節(jié)變化而變化，但變化不明顯。群落組成為藍(lán)藻-綠藻-硅藻，但仍以藍(lán)藻門的微囊藻屬、色球藻屬、螺旋藻屬、柱胞藻屬、平裂藻屬等居多，比例最大占90%以上，鼓藻、舟藻、橋彎藻等代表富營養(yǎng)，在水域中也占有一定比例。藻類作為水體中生命有機(jī)體的最原始生產(chǎn)者，其組成與多樣性的變化會影響到水體生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能。一般水體所受污染越嚴(yán)重，生物種類相對就越少。從顯微鏡觀察看，藻類群落結(jié)構(gòu)簡單，生物多樣性較少。群落結(jié)構(gòu)越簡單，穩(wěn)定性差，說明水體污染嚴(yán)重，這與湖水污染狀況有關(guān)。一般來說，當(dāng)藍(lán)藻成為湖泊水體中的優(yōu)勢種，代表著水體營養(yǎng)化狀態(tài)指數(shù)較高。7～10月，藍(lán)藻所占比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它藻類，達(dá)到了90%以上，對葉綠素a的貢獻(xiàn)最大，7月份群落結(jié)構(gòu)為藍(lán)藻+硅藻+綠藻，8月份為藍(lán)藻+綠藻+硅藻，9、10月份為藍(lán)藻+硅藻+綠藻，變化表現(xiàn)不明顯，甲藻、裸藻占比較少。

衡水湖浮游藻類葉綠素a含量在8～9月達(dá)到最高，主要由于溫度的升高，衡水湖浮游藻類群落結(jié)構(gòu)發(fā)生很大變化，藍(lán)藻尤其平裂藻屬、微囊藻屬占比逐漸增大，因此藻密度也達(dá)到最大，隨著溫度的降低，藍(lán)藻逐漸解體或沉入湖底，藻密度和葉綠素a含量也越來越低。根據(jù)浮游藻類葉綠素a含量與藻密度卡方檢驗結(jié)果，p< 0.05，二者相關(guān)性達(dá)到了顯著水平。

7～10月總N/P比值均大于7.2，P是可能的限制性因子，這說明衡水湖藻類的生長繁殖數(shù)量會隨著磷含量的升高而增加，而磷元素作為藻類細(xì)胞生長的必不可少的元素之一，是限制藻類生長的因素，如果水體中可溶性磷酸鹽濃度過大，就會造成水體的富營養(yǎng)化。因此，控制衡水湖P含量是控制衡水湖富營養(yǎng)化的關(guān)鍵。

富營養(yǎng)化的發(fā)生與生態(tài)系統(tǒng)有著密切的聯(lián)系[5]。通過對比2010和2019年衡水湖北側(cè)（順民莊以北）蘆葦區(qū)的面積，可以發(fā)現(xiàn)該區(qū)域的蘆葦面積大范圍減少，特別是在2016年以后，該區(qū)域蘆葦面積的減少尤為明顯。人為疏浚底泥雖然在一定程度上減少了湖體中營養(yǎng)物質(zhì)的含量，但是對生態(tài)系統(tǒng)破壞十分嚴(yán)重。由于蘆葦、香蒲等挺水植物對氮磷營養(yǎng)鹽具有很好的吸收作用，隨著衡水湖中蘆葦分布不斷片段化、稀疏化和進(jìn)一步萎縮，湖水中營養(yǎng)物質(zhì)變化較小，在此情況下，利用氮磷等營養(yǎng)鹽的優(yōu)勢物種減少，必然會造成藻類等浮游生物的大量繁殖，因此恢復(fù)湖區(qū)植被是衡水湖改變水質(zhì)的重要手段。衡水湖藻類群落結(jié)構(gòu)中藍(lán)藻占比很大，生物多樣性低，生態(tài)系統(tǒng)脆弱，自我調(diào)節(jié)能力降低，如何逐漸提高衡水湖湖水浮游藻類的生物多樣性是重要課題。

衡水湖湖泊中沉積物含有大量的營養(yǎng)物質(zhì)，是湖泊產(chǎn)生富營養(yǎng)化的原因[6]。與太湖、巢湖等湖泊相比，雖然衡水湖沉積物中總氮、總磷、有機(jī)質(zhì)等物質(zhì)的含量較低，但是衡水湖水位相對較淺，并且水交換的周期長，外界對湖底沉積物影響較大。因此，富有營養(yǎng)的沉積物是加劇湖體富營養(yǎng)化的原因之一。如何降低沉積物的營養(yǎng)物質(zhì)，減少富營養(yǎng)化，從而提高藻類生物多樣性，保證生態(tài)系統(tǒng)平衡是未來研究需重點(diǎn)解決的問題。

參考文獻(xiàn)

[1]李海燕.城市景觀水污染控制[J].自然雜志，2007，4（26）：132-134.

[2]丁二峰.衡水湖葉綠素a含量變化及其與氮、磷濃度關(guān)系的初步研究[J].南水北調(diào)與水利科技，2011，9（6）：1-3.

[3]武宏梅.水中總磷測定方法改進(jìn)[J].城鎮(zhèn)供水，2012（6）：41-45.

[4]賈岳清，周昊，殷惠民，等.水中總氮測定方法的研究進(jìn)展[J].工業(yè)水處理，2020，4（2）：1-5.

[5]楊朝霞.呼倫湖水體浮游植物群落特征與水環(huán)境因子關(guān)系分析[D].呼和浩特：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，2020.

[6]王教元.滇西北湖泊水文調(diào)控與生態(tài)環(huán)境響應(yīng)的時空特征[D].昆明：云南師范大學(xué)，2019.

基金項目：大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃國家級項目“衡水湖藻類葉綠素a季節(jié)性動態(tài)變化與水質(zhì)相關(guān)性研究”

【河北衡水學(xué)院生命科學(xué)系吳孟璇，趙笑怡，王程怡，安瑩，關(guān)紅強(qiáng)，蘆站根（通訊作者）】