衡水湖藻類葉綠素a動態變化與水質相關性分析

衡水湖是中國國家級自然保護區，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，受季節性氣候變化的影響，衡水湖水位不斷降低，加之區域水富營養化，使得浮游藻類數量及葉綠素a含量不斷發生時空變化，因此，對衡水湖藻類葉綠素a含量及藻密度的密切監測非常重要。開展浮游藻類葉綠素a含量的季節性動態變化及與水質相關性研究，從生物角度了解衡水湖水質動態變化，了解富營養化程度及形成機制，及時預警，防止衡水湖藍藻水華的發生，為衡水湖水質環境保護提供有力支撐。

本研究分別于7月24日～10月29日對衡水湖從北到南10個位點進行了隨機抽樣采集，使用有機玻璃采水器共采水樣10次。采集水樣位置為各采樣點水表面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，迅速帶回實驗室進行沉淀，48 h后濃縮進行鏡檢。另一瓶不加任何試劑，帶回實驗室立即進行超真空過濾，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]。總磷（TP）采用鉬酸銨分光光度法（GB11893-89）測定[3]。總氮（TN）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動態變化

由圖1可知，不同月份葉綠素a變化很大，變化規律呈波浪形，但總體趨勢是逐漸上升，在8月24日達到了一定高度后又降低，于9月17日達到最高，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日達到最低。

2.2藻密度動態變化

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日達到最高，9月7日有所降低，9月28日達到最高，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變化相關性分析

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

2.4葉綠素a與水質N、P相關性分析

根據斯托姆提出的藻類“經驗分子式”：C106H26301loNl6P，藻體中所含碳（C）、氮（N）、磷（P）原子個數比率為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鹽。與氮、磷原子個數比率為16：1相對應的氮、磷質量比為7.2：1。因此，當湖泊中可被藻類吸收利用的氮和磷質量比小于7.2時，氮是可能的限制性營養鹽；反之，若比率大于7.2，磷是可能的限制性營養鹽。

監測數據表明，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鹽，通過X2檢驗可知，葉綠素a含量與總N/P比值相關性達到了顯著水平（p<0.05）。因此，在衡水湖水質監測中要密切監測P的含量，其中N/P比值是需要密切關注的指標。

2.5衡水湖浮游藻類組成及群落結構

調查區內的浮游藻類種類組成及優勢種群隨季節變化而變化，但變化不明顯。群落組成為藍藻-綠藻-硅藻，但仍以藍藻門的微囊藻屬、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，在水域中也占有一定比例。藻類作為水體中生命有機體的最原始生產者，其組成與多樣性的變化會影響到水體生態系統的結構與功能。一般水體所受污染越嚴重，生物種類相對就越少。從顯微鏡觀察看，藻類群落結構簡單，生物多樣性較少。群落結構越簡單，穩定性差，說明水體污染嚴重，這與湖水污染狀況有關。一般來說，當藍藻成為湖泊水體中的優勢種，代表著水體營養化狀態指數較高。7～10月，藍藻所占比例遠遠大于其它藻類，達到了90%以上，對葉綠素a的貢獻最大，7月份群落結構為藍藻+硅藻+綠藻，8月份為藍藻+綠藻+硅藻，9、10月份為藍藻+硅藻+綠藻，變化表現不明顯，甲藻、裸藻占比較少。

衡水湖浮游藻類葉綠素a含量在8～9月達到最高，主要由于溫度的升高，衡水湖浮游藻類群落結構發生很大變化，藍藻尤其平裂藻屬、微囊藻屬占比逐漸增大，因此藻密度也達到最大，隨著溫度的降低，藍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。根據浮游藻類葉綠素a含量與藻密度卡方檢驗結果，p< 0.05，二者相關性達到了顯著水平。

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量會隨著磷含量的升高而增加，而磷元素作為藻類細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化。因此，控制衡水湖P含量是控制衡水湖富營養化的關鍵。

富營養化的發生與生態系統有著密切的聯系[5]。通過對比2010和2019年衡水湖北側（順民莊以北）蘆葦區的面積，可以發現該區域的蘆葦面積大范圍減少，特別是在2016年以后，該區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物質的含量，但是對生態系統破壞十分嚴重。由于蘆葦、香蒲等挺水植物對氮磷營養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、稀疏化和進一步萎縮，湖水中營養物質變化較小，在此情況下，利用氮磷等營養鹽的優勢物種減少，必然會造成藻類等浮游生物的大量繁殖，因此恢復湖區植被是衡水湖改變水質的重要手段。衡水湖藻類群落結構中藍藻占比很大，生物多樣性低，生態系統脆弱，自我調節能力降低，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物質，是湖泊產生富營養化的原因[6]。與太湖、巢湖等湖泊相比，雖然衡水湖沉積物中總氮、總磷、有機質等物質的含量較低，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，富有營養的沉積物是加劇湖體富營養化的原因之一。如何降低沉積物的營養物質，減少富營養化，從而提高藻類生物多樣性，保證生態系統平衡是未來研究需重點解決的問題。

參考文獻

[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、磷濃度關系的初步研究[J].南水北調與水利科技，2011，9（6）：1-3.

[3]武宏梅.水中總磷測定方法改進[J].城鎮供水，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展[J].工業水處理，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境因子關系分析[D].呼和浩特：內蒙古農業大學，2020.

[6]王教元.滇西北湖泊水文調控與生態環境響應的時空特征[D].昆明：云南師范大學，2019.

基金項目：大學生創新創業訓練計劃國家級項目“衡水湖藻類葉綠素a季節性動態變化與水質相關性研究”

【河北衡水學院生命科學系吳孟璇，趙笑怡，王程怡，安瑩，關紅強，蘆站根（通訊作者）】