浮游植物葉綠素a含量與藻密度的相關(guān)性研究

浮游植物葉綠素a含量與藻密度的相關(guān)性研究

0富營(yíng)養(yǎng)化水體中藻類的水華隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各種水體的富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象日益嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計(jì),我國(guó)約有60%的湖泊呈富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài),并伴隨著藻類水華的發(fā)生。富營(yíng)養(yǎng)化水體中藻類監(jiān)測(cè)指標(biāo)主要包括生物量、藻密度和葉綠素a等。前文主要討論浮游植物葉綠素a與生物量的關(guān)系。由于生物量測(cè)定相對(duì)比較繁瑣,近年來(lái)測(cè)定天然水體中生物量的工作已不多見(jiàn),主要是測(cè)定葉綠素a的濃度。本文主要討論實(shí)驗(yàn)室水體、圍隔實(shí)驗(yàn)水體和天然水體中葉綠素a與藻密度相關(guān)性。其中實(shí)驗(yàn)室水體研究包括藻類純培養(yǎng)研究和多種藻共培養(yǎng)研究。1實(shí)驗(yàn)室水體1.1葉綠素a與藻密度相關(guān)性研究藻類生長(zhǎng)一般分為延緩期、指數(shù)生長(zhǎng)期、穩(wěn)定期和衰亡期四個(gè)階段。由表1可見(jiàn),處于同一生長(zhǎng)期的藻,其葉綠素a與藻密度顯著線性相關(guān),相關(guān)系數(shù)r均在0.9以上。本文實(shí)驗(yàn)研究也得出相同結(jié)論,處于指數(shù)生長(zhǎng)期的銅綠微囊藻葉綠素a與藻密度顯著線性相關(guān),見(jiàn)圖1。這是因?yàn)樘幱谕簧L(zhǎng)期的單個(gè)藻細(xì)胞葉綠素a含量大體相近,隨著藻密度的增加,葉綠素a含量成比例增加。對(duì)于不同生長(zhǎng)期,藻類葉綠素a含量存在一定差異,一般說(shuō)來(lái),處于指數(shù)生長(zhǎng)期藻細(xì)胞其葉綠素a含量較高。但由表1可見(jiàn),這種差異性似乎對(duì)葉綠素a與藻密度相關(guān)性沒(méi)有根本性的影響(只改變相關(guān)程度)。李小路等采用銅綠微囊藻單獨(dú)培養(yǎng)以及金魚藻與銅綠微囊藻共培養(yǎng),研究金魚藻對(duì)銅綠微囊藻的化感作用。對(duì)照組在48h內(nèi),藻類生長(zhǎng)緩慢,但隨后進(jìn)入快速生長(zhǎng)期,葉綠素a與藻密度相關(guān)性見(jiàn)圖2。與對(duì)照組相比,處理組中銅綠微囊藻試驗(yàn)前期藻類生長(zhǎng)與對(duì)照組相當(dāng),藻類緩慢生長(zhǎng),48h后開(kāi)始下降,最后藻類全部死亡,葉綠素a與藻密度相關(guān)性見(jiàn)圖2。由圖2可以看出,處理組中二者相關(guān)程度低于對(duì)照組,這主要與水體中金魚藻釋放的化感物質(zhì)有關(guān)。這種化感物質(zhì),對(duì)藻細(xì)胞具有一定破壞作用,影響藻細(xì)胞的生長(zhǎng)及葉綠素a的合成,因此導(dǎo)致處理組中二者相關(guān)性低于對(duì)照組。由此可知,純種藻的葉綠素a含量與藻密度顯著線性相關(guān),藻類生長(zhǎng)階段的不同對(duì)二者相關(guān)性沒(méi)有根本性影響。1.2號(hào)水壓優(yōu)勢(shì)藻與藻密度的關(guān)系在水體中存在有多種藻時(shí),由于不同藻種葉綠素a含量不同,葉綠素a與藻密度相關(guān)性呈現(xiàn)多樣,見(jiàn)表2。由表2可見(jiàn),劉波等在實(shí)驗(yàn)室條件下對(duì)不同來(lái)源的天然水樣進(jìn)行培養(yǎng)發(fā)現(xiàn),當(dāng)葉綠素a濃度大于40μg/L時(shí),微囊藻達(dá)藻細(xì)胞總數(shù)99%以上,葉綠素a與藻密度極顯著線性相關(guān)。孫凌等研究也表明,4號(hào)水箱優(yōu)勢(shì)藻為小空星藻時(shí),葉綠素a與藻密度顯著線性相關(guān)。當(dāng)葉綠素a小于40μg/L時(shí),培養(yǎng)水樣中葉綠素a與藻密度不相關(guān)。前者葉綠素a與藻密度相關(guān),是因?yàn)樗w中優(yōu)勢(shì)藻穩(wěn)定單一,隨著藻密度的增加,葉綠素a成比例增加。后者葉綠素a與藻密度不相關(guān),文中認(rèn)為與水體中藻細(xì)胞數(shù)量較少,生物多樣性高,藻種類較多,無(wú)穩(wěn)定單一優(yōu)勢(shì)藻有關(guān)。因?yàn)椴煌宸N單個(gè)藻細(xì)胞葉綠素a含量不同,導(dǎo)致葉綠素a與藻密度變化趨勢(shì)不一致。這與孫凌等研究結(jié)果類似。由此說(shuō)明,在實(shí)驗(yàn)室條件下,優(yōu)勢(shì)藻種變化在一定程度上會(huì)影響葉綠素a與藻密度相關(guān)性。但也有研究顯示,當(dāng)優(yōu)勢(shì)藻種發(fā)生變化時(shí),二者仍顯著線性相關(guān),具體原因還有待進(jìn)一步研究。綜上所述,在實(shí)驗(yàn)室條件下,藻類純培養(yǎng)時(shí),葉綠素a與藻密度顯著線性相關(guān)。多種藻共存時(shí),優(yōu)勢(shì)藻種變化是影響葉綠素a與藻密度相關(guān)性的重要因素。在優(yōu)勢(shì)藻種穩(wěn)定單一情況下,二者顯著線性相關(guān),但優(yōu)勢(shì)藻種發(fā)生變化時(shí),葉綠素a與藻密度可能相關(guān)或不相關(guān)。2不同種類藻共存期葉綠素a與藻密度相關(guān)性研究圍隔實(shí)驗(yàn)水體不與外界水體發(fā)生交換,葉綠素a與藻密度相關(guān)性復(fù)雜多變。本節(jié)在總結(jié)前人研究結(jié)果基礎(chǔ)上,結(jié)合2009年8月至10月潘家口現(xiàn)場(chǎng)圍隔實(shí)驗(yàn),探討圍隔水體中葉綠素a與藻密度相關(guān)性,詳見(jiàn)表3。其中潘家口水庫(kù)圍隔實(shí)驗(yàn)具體實(shí)驗(yàn)方案詳見(jiàn)文獻(xiàn)。由上節(jié)實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)果可知,在多種藻共存情況下,藻種變化是影響葉綠素a與藻密度相關(guān)性因素之一。以下主要從圍隔實(shí)驗(yàn)水體中優(yōu)勢(shì)藻種變化方面來(lái)探討葉綠素a與藻密度相關(guān)性。2.1藻密度和葉綠素a含量的關(guān)系潘家口現(xiàn)場(chǎng)圍隔實(shí)驗(yàn)中,2#圍隔在9月3,5號(hào)和9月13日至10月6日,水體中優(yōu)勢(shì)藻為柵藻。3#圍隔9月13日至10月6日,空星藻為圍隔水體中優(yōu)勢(shì)藻。9月11日至23日,柵藻成為4#圍隔水體中優(yōu)勢(shì)藻。由于優(yōu)勢(shì)藻種對(duì)葉綠素a與藻密度有較大影響,故在此選取以上時(shí)間段內(nèi)的圍隔數(shù)據(jù)進(jìn)行葉綠素a與藻密度相關(guān)性分析,見(jiàn)圖3。2#~4#投餌圍隔在優(yōu)勢(shì)藻種單一情況下,葉綠素a與藻密度顯著線性正相關(guān)(表3)。大量研究也表明,在水體中存在單一優(yōu)勢(shì)藻種時(shí),葉綠素a含量一般隨藻密度增加呈比例增加,二者顯著線性正相關(guān)。1#圍隔結(jié)果與上述結(jié)論不一致。1#圍隔9月1日時(shí),魚腥藻所占藻種數(shù)已達(dá)76%,隨后魚腥藻數(shù)量繼續(xù)增加,9月3日至實(shí)驗(yàn)結(jié)束,魚腥藻為絕對(duì)優(yōu)勢(shì)藻種,但葉綠素a與藻密度呈顯著冪函數(shù)負(fù)相關(guān)。這可能與藻種組成及光照因素有關(guān)。9月1日至5日,隨著藻密度增加,藻類生物多樣性指數(shù)逐漸降低,魚腥藻在總藻中比例逐漸增加。但由于魚腥藻單個(gè)藻細(xì)胞葉綠素a含量相對(duì)其他藻種較低,隨著藻密度逐漸增加總?cè)~綠素a含量反而降低。自9月5日后,隨著藻密度的增加,葉綠素a基本趨于穩(wěn)定。因?yàn)榇藭r(shí)圍隔水體中濁度較高,光透射能力差,水面下藻體得不到充足陽(yáng)光,其葉綠素a的合成受到一定阻礙。隨著藻細(xì)胞濃度的繼續(xù)增加,葉綠素a濃度基本穩(wěn)定。0#空白圍隔由于未添加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),隨時(shí)間的推移,水體中葉綠素a整體呈下降趨勢(shì),在實(shí)驗(yàn)中后期,該圍隔中的葉綠素a含量較低,現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)儀不能進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)定,故僅采用8月18日至8月26日數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析。在此期間,水體中魚腥藻為絕對(duì)優(yōu)勢(shì)藻種,葉綠素a與藻密度呈顯著線性相關(guān),見(jiàn)圖4。2.2葉綠素a對(duì)藻密度的影響潘家口現(xiàn)場(chǎng)圍隔實(shí)驗(yàn)中,2#~4#圍隔中優(yōu)勢(shì)藻種出現(xiàn)明顯更替,葉綠素a與藻密度相關(guān)性,見(jiàn)表4。從表4可看出,在優(yōu)勢(shì)藻發(fā)生變化條件下,2#~4#圍隔中,葉綠素a與藻密度顯著線性相關(guān),但4#圍隔二者相關(guān)程度相對(duì)較低。這主要是因?yàn)?#圍隔自9月25日起,柵藻的優(yōu)勢(shì)地位逐漸降低,魚腥藻所占總藻數(shù)比例增加,成為第一優(yōu)勢(shì)藻。由于魚腥藻單位藻細(xì)胞葉綠素a含量較低,隨著藻密度增加,總?cè)~綠素a含量反而下降,從而導(dǎo)致二者相關(guān)性相對(duì)較差。李瑞香等在東海進(jìn)行不同營(yíng)養(yǎng)鹽誘發(fā)赤潮圍隔實(shí)驗(yàn)顯示,添加氮磷的2號(hào)圍隔優(yōu)勢(shì)藻出現(xiàn)明顯更替,第2,3天,海鏈藻為顯著增加,占總數(shù)91%。隨后丹麥細(xì)柱藻占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位,達(dá)總藻量60%。實(shí)驗(yàn)?zāi)┢诔霈F(xiàn)以甲藻和其他鞭毛藻為主赤潮。3號(hào)圍隔實(shí)驗(yàn)前期海鏈藻為優(yōu)勢(shì)藻,占總藻量71%,第4天時(shí)達(dá)峰值。隨后海鏈藻數(shù)量逐漸減少,擬彎角刺藻、短彎角藻和中肋骨條藻回升,三者在總藻量所占比例均超過(guò)20%。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,2#圍隔葉綠素a與藻密度顯著線性相關(guān),3#圍隔二者不相關(guān)(見(jiàn)表3)。由此可見(jiàn),在水體中優(yōu)勢(shì)藻種發(fā)生明顯變化時(shí),葉綠素a與藻密度可能相關(guān)或不相關(guān)。綜上所述,在圍隔水體中,現(xiàn)有資料表明,當(dāng)優(yōu)勢(shì)藻種穩(wěn)定單一時(shí),葉綠素a與藻密度顯著線性正相關(guān)。當(dāng)水體中優(yōu)勢(shì)藻種出現(xiàn)明顯更替時(shí),葉綠素a與藻密度顯著相關(guān)或不相關(guān)。3天然水體天然水體復(fù)雜多變,葉綠素a與藻密度間的相關(guān)性呈現(xiàn)多樣化,如表5。以下也從天然水體中優(yōu)勢(shì)藻種變化方面來(lái)討論葉綠素a與藻密度相關(guān)性。3.1水庫(kù)水體中藻種與藻密度的關(guān)系以下資料引自文獻(xiàn)。文中研究在廈門西港開(kāi)展,主要對(duì)赤潮生物進(jìn)行跟蹤調(diào)查。結(jié)果顯示,調(diào)查期間,赤潮的發(fā)展過(guò)程中共出現(xiàn)兩次高潮,赤潮生物為硅藻門的短角彎角藻,分別占藻總量90%以上。且在整個(gè)實(shí)驗(yàn)期間,短角彎角藻為主要優(yōu)勢(shì)藻種,葉綠素a與藻密度顯著線性相關(guān),見(jiàn)圖5。在水體中藻種趨于單一性時(shí),葉綠素a與藻密度存在密切正相關(guān)。相關(guān)也表明,在天然水體中存在穩(wěn)定單一優(yōu)勢(shì)藻種(K>40%)時(shí),葉綠素a隨著藻密度同比例增加,二者顯著線性相關(guān)(表5)。筆者對(duì)潘家口水庫(kù)的監(jiān)測(cè)結(jié)果與上述結(jié)論不一致。2009年8月18至10月6日對(duì)潘家口水庫(kù)進(jìn)行定點(diǎn)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn),監(jiān)測(cè)期間魚腥藻為單一優(yōu)勢(shì)藻,葉綠素a與藻密度不相關(guān),見(jiàn)圖6。這可能與水庫(kù)水體中藻種組成有關(guān)。監(jiān)測(cè)期間,水庫(kù)水體中藻密度相對(duì)較低,藻種多樣性較高,且藻種組成不斷發(fā)生變化。又由于優(yōu)勢(shì)藻魚腥藻單個(gè)藻細(xì)胞葉綠素a含量較低,其他藻種變化,尤其是葉綠素a含量較高藻種變化,對(duì)總?cè)~綠素a含量影響較大,因此致使葉綠素a與藻密度不相關(guān)。3.2浮游植物群落與葉綠素a含量關(guān)系王朝暉等1998年對(duì)大亞灣6個(gè)站點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè),研究大亞灣裸甲藻種群的季節(jié)變化與環(huán)境條件的關(guān)系。文中對(duì)S1站點(diǎn)1998年4月2日到6月1日數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,在此僅采用S1站點(diǎn)的葉綠素a與藻密度作相關(guān)分析,見(jiàn)圖7。由圖7可以看出,大亞灣S1站點(diǎn)4-6月監(jiān)測(cè)結(jié)果表明葉綠素a與藻密度不相關(guān)。在整個(gè)監(jiān)測(cè)期間,水體中出現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)藻有角毛藻、原多甲藻和裸甲藻。由于浮游植物群落組成不同,藻細(xì)胞大小存有差異等,單個(gè)細(xì)胞葉綠素a含量有所不同,因此導(dǎo)致葉綠素a與藻密度變化趨勢(shì)不一致。另外也有研究表明,在優(yōu)勢(shì)藻發(fā)生明顯更替情況下,葉綠素a與藻密度仍相關(guān),具體原因還有待進(jìn)一步研究。由以上可知,在天然水體中,現(xiàn)有資料表明,當(dāng)優(yōu)勢(shì)藻種穩(wěn)定單一時(shí),隨著藻密度的增加,葉綠素a濃度成比例增加,二者顯著線性正相關(guān)。尤其是在水華爆發(fā)期間,二者相關(guān)程度更高,用葉綠素a含量來(lái)跟蹤水華發(fā)生期間浮游植物數(shù)量變化很有實(shí)際意義。但當(dāng)水體中藻密度相對(duì)較低,其他藻種對(duì)總?cè)~綠素a含量影響較大時(shí),葉綠素a與藻密度可能不相關(guān)。在水體中優(yōu)勢(shì)藻種發(fā)生明顯變化時(shí),葉綠素a與藻密度可能相關(guān)或不相關(guān)。4