浮游植物叶绿素a含量与藻密度的相关性研究

浮游植物叶绿素a含量与藻密度的相关性研究

0富营养化水体中藻类的水华随着社会经济的快速发展，各种水体的富营养化现象日益严重。据统计,我国约有60%的湖泊呈富营养化状态,并伴随着藻类水华的发生。富营养化水体中藻类监测指标主要包括生物量、藻密度和叶绿素a等。前文主要讨论浮游植物叶绿素a与生物量的关系。由于生物量测定相对比较繁琐,近年来测定天然水体中生物量的工作已不多见,主要是测定叶绿素a的浓度。本文主要讨论实验室水体、围隔实验水体和天然水体中叶绿素a与藻密度相关性。其中实验室水体研究包括藻类纯培养研究和多种藻共培养研究。1实验室水体1.1叶绿素a与藻密度相关性研究藻类生长一般分为延缓期、指数生长期、稳定期和衰亡期四个阶段。由表1可见,处于同一生长期的藻,其叶绿素a与藻密度显著线性相关,相关系数r均在0.9以上。本文实验研究也得出相同结论,处于指数生长期的铜绿微囊藻叶绿素a与藻密度显著线性相关,见图1。这是因为处于同一生长期的单个藻细胞叶绿素a含量大体相近,随着藻密度的增加,叶绿素a含量成比例增加。对于不同生长期,藻类叶绿素a含量存在一定差异,一般说来,处于指数生长期藻细胞其叶绿素a含量较高。但由表1可见,这种差异性似乎对叶绿素a与藻密度相关性没有根本性的影响(只改变相关程度)。李小路等采用铜绿微囊藻单独培养以及金鱼藻与铜绿微囊藻共培养,研究金鱼藻对铜绿微囊藻的化感作用。对照组在48h内,藻类生长缓慢,但随后进入快速生长期,叶绿素a与藻密度相关性见图2。与对照组相比,处理组中铜绿微囊藻试验前期藻类生长与对照组相当,藻类缓慢生长,48h后开始下降,最后藻类全部死亡,叶绿素a与藻密度相关性见图2。由图2可以看出,处理组中二者相关程度低于对照组,这主要与水体中金鱼藻释放的化感物质有关。这种化感物质,对藻细胞具有一定破坏作用,影响藻细胞的生长及叶绿素a的合成,因此导致处理组中二者相关性低于对照组。由此可知,纯种藻的叶绿素a含量与藻密度显著线性相关,藻类生长阶段的不同对二者相关性没有根本性影响。1.2号水压优势藻与藻密度的关系在水体中存在有多种藻时,由于不同藻种叶绿素a含量不同,叶绿素a与藻密度相关性呈现多样,见表2。由表2可见,刘波等在实验室条件下对不同来源的天然水样进行培养发现,当叶绿素a浓度大于40μg/L时,微囊藻达藻细胞总数99%以上,叶绿素a与藻密度极显著线性相关。孙凌等研究也表明,4号水箱优势藻为小空星藻时,叶绿素a与藻密度显著线性相关。当叶绿素a小于40μg/L时,培养水样中叶绿素a与藻密度不相关。前者叶绿素a与藻密度相关,是因为水体中优势藻稳定单一,随着藻密度的增加,叶绿素a成比例增加。后者叶绿素a与藻密度不相关,文中认为与水体中藻细胞数量较少,生物多样性高,藻种类较多,无稳定单一优势藻有关。因为不同藻种单个藻细胞叶绿素a含量不同,导致叶绿素a与藻密度变化趋势不一致。这与孙凌等研究结果类似。由此说明,在实验室条件下,优势藻种变化在一定程度上会影响叶绿素a与藻密度相关性。但也有研究显示,当优势藻种发生变化时,二者仍显著线性相关,具体原因还有待进一步研究。综上所述,在实验室条件下,藻类纯培养时,叶绿素a与藻密度显著线性相关。多种藻共存时,优势藻种变化是影响叶绿素a与藻密度相关性的重要因素。在优势藻种稳定单一情况下,二者显著线性相关,但优势藻种发生变化时,叶绿素a与藻密度可能相关或不相关。2不同种类藻共存期叶绿素a与藻密度相关性研究围隔实验水体不与外界水体发生交换,叶绿素a与藻密度相关性复杂多变。本节在总结前人研究结果基础上,结合2009年8月至10月潘家口现场围隔实验,探讨围隔水体中叶绿素a与藻密度相关性,详见表3。其中潘家口水库围隔实验具体实验方案详见文献。由上节实验室研究结果可知,在多种藻共存情况下,藻种变化是影响叶绿素a与藻密度相关性因素之一。以下主要从围隔实验水体中优势藻种变化方面来探讨叶绿素a与藻密度相关性。2.1藻密度和叶绿素a含量的关系潘家口现场围隔实验中,2#围隔在9月3,5号和9月13日至10月6日,水体中优势藻为栅藻。3#围隔9月13日至10月6日,空星藻为围隔水体中优势藻。9月11日至23日,栅藻成为4#围隔水体中优势藻。由于优势藻种对叶绿素a与藻密度有较大影响,故在此选取以上时间段内的围隔数据进行叶绿素a与藻密度相关性分析,见图3。2#~4#投饵围隔在优势藻种单一情况下,叶绿素a与藻密度显著线性正相关(表3)。大量研究也表明,在水体中存在单一优势藻种时,叶绿素a含量一般随藻密度增加呈比例增加,二者显著线性正相关。1#围隔结果与上述结论不一致。1#围隔9月1日时,鱼腥藻所占藻种数已达76%,随后鱼腥藻数量继续增加,9月3日至实验结束,鱼腥藻为绝对优势藻种,但叶绿素a与藻密度呈显著幂函数负相关。这可能与藻种组成及光照因素有关。9月1日至5日,随着藻密度增加,藻类生物多样性指数逐渐降低,鱼腥藻在总藻中比例逐渐增加。但由于鱼腥藻单个藻细胞叶绿素a含量相对其他藻种较低,随着藻密度逐渐增加总叶绿素a含量反而降低。自9月5日后,随着藻密度的增加,叶绿素a基本趋于稳定。因为此时围隔水体中浊度较高,光透射能力差,水面下藻体得不到充足阳光,其叶绿素a的合成受到一定阻碍。随着藻细胞浓度的继续增加,叶绿素a浓度基本稳定。0#空白围隔由于未添加营养物质,随时间的推移,水体中叶绿素a整体呈下降趋势,在实验中后期,该围隔中的叶绿素a含量较低,现场监测仪不能进行准确测定,故仅采用8月18日至8月26日数据进行相关性分析。在此期间,水体中鱼腥藻为绝对优势藻种,叶绿素a与藻密度呈显著线性相关,见图4。2.2叶绿素a对藻密度的影响潘家口现场围隔实验中,2#~4#围隔中优势藻种出现明显更替,叶绿素a与藻密度相关性,见表4。从表4可看出,在优势藻发生变化条件下,2#~4#围隔中,叶绿素a与藻密度显著线性相关,但4#围隔二者相关程度相对较低。这主要是因为4#围隔自9月25日起,栅藻的优势地位逐渐降低,鱼腥藻所占总藻数比例增加,成为第一优势藻。由于鱼腥藻单位藻细胞叶绿素a含量较低,随着藻密度增加,总叶绿素a含量反而下降,从而导致二者相关性相对较差。李瑞香等在东海进行不同营养盐诱发赤潮围隔实验显示,添加氮磷的2号围隔优势藻出现明显更替,第2,3天,海链藻为显著增加,占总数91%。随后丹麦细柱藻占据优势地位,达总藻量60%。实验末期出现以甲藻和其他鞭毛藻为主赤潮。3号围隔实验前期海链藻为优势藻,占总藻量71%,第4天时达峰值。随后海链藻数量逐渐减少,拟弯角刺藻、短弯角藻和中肋骨条藻回升,三者在总藻量所占比例均超过20%。该实验结果表明,2#围隔叶绿素a与藻密度显著线性相关,3#围隔二者不相关(见表3)。由此可见,在水体中优势藻种发生明显变化时,叶绿素a与藻密度可能相关或不相关。综上所述,在围隔水体中,现有资料表明,当优势藻种稳定单一时,叶绿素a与藻密度显著线性正相关。当水体中优势藻种出现明显更替时,叶绿素a与藻密度显著相关或不相关。3天然水体天然水体复杂多变,叶绿素a与藻密度间的相关性呈现多样化,如表5。以下也从天然水体中优势藻种变化方面来讨论叶绿素a与藻密度相关性。3.1水库水体中藻种与藻密度的关系以下资料引自文献。文中研究在厦门西港开展,主要对赤潮生物进行跟踪调查。结果显示,调查期间,赤潮的发展过程中共出现两次高潮,赤潮生物为硅藻门的短角弯角藻,分别占藻总量90%以上。且在整个实验期间,短角弯角藻为主要优势藻种,叶绿素a与藻密度显著线性相关,见图5。在水体中藻种趋于单一性时,叶绿素a与藻密度存在密切正相关。相关也表明,在天然水体中存在稳定单一优势藻种(K>40%)时,叶绿素a随着藻密度同比例增加,二者显著线性相关(表5)。笔者对潘家口水库的监测结果与上述结论不一致。2009年8月18至10月6日对潘家口水库进行定点监测发现,监测期间鱼腥藻为单一优势藻,叶绿素a与藻密度不相关,见图6。这可能与水库水体中藻种组成有关。监测期间,水库水体中藻密度相对较低,藻种多样性较高,且藻种组成不断发生变化。又由于优势藻鱼腥藻单个藻细胞叶绿素a含量较低,其他藻种变化,尤其是叶绿素a含量较高藻种变化,对总叶绿素a含量影响较大,因此致使叶绿素a与藻密度不相关。3.2浮游植物群落与叶绿素a含量关系王朝晖等1998年对大亚湾6个站点进行监测,研究大亚湾裸甲藻种群的季节变化与环境条件的关系。文中对S1站点1998年4月2日到6月1日数据进行分析,在此仅采用S1站点的叶绿素a与藻密度作相关分析,见图7。由图7可以看出,大亚湾S1站点4-6月监测结果表明叶绿素a与藻密度不相关。在整个监测期间,水体中出现的优势藻有角毛藻、原多甲藻和裸甲藻。由于浮游植物群落组成不同,藻细胞大小存有差异等,单个细胞叶绿素a含量有所不同,因此导致叶绿素a与藻密度变化趋势不一致。另外也有研究表明,在优势藻发生明显更替情况下,叶绿素a与藻密度仍相关,具体原因还有待进一步研究。由以上可知,在天然水体中,现有资料表明,当优势藻种稳定单一时,随着藻密度的增加,叶绿素a浓度成比例增加,二者显著线性正相关。尤其是在水华爆发期间,二者相关程度更高,用叶绿素a含量来跟踪水华发生期间浮游植物数量变化很有实际意义。但当水体中藻密度相对较低,其他藻种对总叶绿素a含量影响较大时,叶绿素a与藻密度可能不相关。在水体中优势藻种发生明显变化时,叶绿素a与藻密度可能相关或不相关。4