荷花覆盖度对衡水湖叶绿素a含量变化的影响

刘 莎，宋凌云，李 辉，魏淑珍,c

荷花覆盖度对衡水湖叶绿素a含量变化的影响

刘 莎a，宋凌云a，李 辉b，魏淑珍b,c

（衡水学院 a. 生命科学学院；b. 湿地保护与研究中心；c. 河北省湿地生态与保护重点实验室，河北 衡水 053000）

在衡水湖选取5个荷花样区，在每个样区选择生长状况相对一致的低覆盖度、中覆盖度和高覆盖度位点。2019年5—9月，每月采集水样一次，分别测定叶绿素a含量。结果表明：衡水湖叶绿素a含量变化与荷花覆盖度有关；合适的覆盖度（中覆盖度）对叶绿素a的合成有明显抑制作用；荷花覆盖度对衡水湖叶绿素a含量变化的影响有明显的季节性，6、7月份影响较大，这与荷花及藻类的生长规律有关；6、7月份温度适合荷花的快速生长，对浮游植物藻类的生长形成一个天然的遮光屏障，藻类日照时数降低从而叶绿素a含量也呈现相应变化。加强荷花的科学管理，根据荷花的生长状况及时调整荷花的植株密度和盖度，与此同时，加强湖泊水质的综合管理，预防藻类水华的危害。

衡水湖；荷花；覆盖度；叶绿素a

湖泊富营养化已经成为中国一个突出的环境问题。叶绿素a（Chlorophyll-a）是水体初级生产力和富营养化程度的重要指标，其浓度的调查通常被应用于描述水体富营养化状态和研究水质动态的变化[1-2]。目前研究表明，叶绿素a浓度的垂向分布受光照、温度[3]、溶解氧、营养盐[4,5]、湍流与水动力[6-7]等多方面的影响，其变化十分复杂，目前得出的规律与结论以区域性的为主。荷花作为淡水湖泊主要挺水植物之一，集观赏性与生态效应为一体。浮游植物蓝藻等的生长离不开光照，荷花的叶子大而舒展，漂浮于水面，对浮游植物蓝藻等的生长形成一个天然的遮光屏障，对浮游植物生长具有一定的抑制作用，本研究主要研究叶绿素a浓度的水平分布及其与环境的相关性。通过不同季节荷花覆盖度对衡水湖叶绿素a含量变化影响的研究，对荷花覆盖度与衡水湖叶绿素a含量的相关性做出分析，从而加强荷花的管理，指导荷花的种植与疏剪，充分发挥荷花对藻类暴发的生态学效应，减少水华的产生。

1 研究区域概况与研究方法

1.1 研究区域概况

衡水湖国家级自然保护区坐落在河北省衡水市境内，2003年6月，衡水湖自然保护区被批准为国家级自然保护区（国办发[2003]54号）。自然保护区总面积163.65 km2，东至五开河，西至小寨，南至堤里王，北至赵杜村，地理位置坐标范围在115°28′27″～115°41′54″（E）、37°31′39″～37°41′16″（N）之间，海拔在18～25 m左右。衡水湖总蓄水面积为75 km2，全湖以南北向中隔堤为界，分为东湖、西湖两部分，其中东湖面积42.5 km2，西湖面积32.5 km2。衡水湖国家级自然保护区是华北平原唯一保持沼泽、水域、滩涂、草甸等完整湿地生态系统的自然保护区。

1.2 研究方法

1.2.1 样品采集位点及采样时间

在衡水湖选取5个荷花区，采样区分别命名为H1、H2、H3、H4、H5（见图1）。在每个采样区分别筛选3个不同覆盖度的位点。根据覆盖度的大小，低覆盖度以D表示、中覆盖度以Z表示、高覆盖度以G表示。分别在2019年的5月、6月、7月、8月、9月进行样品采集，采集时间为每月的25日。

1.2.2 样品采集

用2 L有机玻璃采水器，在H1、H2、H3、H4、H5五个荷花样区中选择不同覆盖度的区域采集水体样品。采集水体表层以下0.3 m处样品。每次采集水样500 mL。标记后的水样带回实验室备用。

1.2.3 荷花覆盖度的测算与划分

荷花覆盖度测定采用叶片大小、水面上叶片数及植株密度的综合测算方法。选择生长状况相对一致的荷花（叶片大小、水面上叶片数相对一致），在约500 m2范围内，筛选出平均每平方米范围内荷花1株左右、2株左右、3株左右的三种区域。分别依次标注为低覆盖度、中覆盖度和高覆盖度位点。在每个荷花样区中低覆盖度、中覆盖度和高覆盖度位点的筛选原则：从该区域的外围向中心逐渐筛选，分别标记出低覆盖度、中覆盖度和高覆盖度位点（水样采集位点）。

图1 采样点分布图

1.2.4 叶绿素a测定方法

水样处理和叶绿素a的测定均依据《水和废水监测方法》（第四版）水样处理标准和初级生产力的测定[8]。

2 结果与分析

2.1 荷花低覆盖区叶绿素a含量的变化

在衡水湖选取的5个荷花区中，在每个荷花区分别选取低覆盖度的位点，分别为H1-D、H2-D、H3-D、H4-D、H5-D，随时间变化荷花低覆盖区叶绿素a含量变化情况见图2。由图2可知，荷花低覆盖区叶绿素a含量5月份最低，随着温度的升高，6月份有一定幅度的增高，7月份增幅较大，8、9月份趋于平缓。这说明荷花低覆盖区荷花叶片遮光度较差，对藻类叶绿素a合成的影响较小。

图2 荷花低覆盖区叶绿素a含量的变化

2.2 荷花中覆盖区叶绿素a含量的变化

在衡水湖选取的5个荷花区中，在每个荷花区分别选取中覆盖度的位点，分别为H1-Z、H2-Z、H3-Z、H4-Z、H5-Z，随时间变化荷花中覆盖区叶绿素a含量变化情况见图3。由图3可知，荷花中覆盖区叶绿素a含量5月份不同样区差距较小，6、7月份虽有增加但增幅较小，8、9月份含量变化较小。6、7月份荷花叶片处于快速生长期，8月份叶片一般最大，在中覆盖度的样区中，由于覆盖度合适，荷花叶片的快速生长与伸展，提供了抑制藻类叶绿素合成的条件。

图3 荷花中覆盖区叶绿素a含量的变化

2.3 荷花高覆盖区叶绿素a含量的变化

在衡水湖选取的5个荷花区中，在每个荷花区分别选取高覆盖度的位点，分别为H1-G、H2-G、H3-G、H4-G、H5-G，随时间变化荷花高覆盖区叶绿素a含量变化情况见图4。图4表明，荷花高覆盖区叶绿素a含量5月份数据与荷花低、中覆盖区叶绿素a含量数据相近。6、7月份增幅较荷花低覆盖区小、较荷花中覆盖区大。8、9月份含量变化规律与其他覆盖区一致。这说明荷花叶片的遮光作用对藻类叶绿素合成的抑制作用，在其覆盖度适合的一定范围内作用明显，过高、过低效果都会下降。

图4 荷花高覆盖区叶绿素a含量的变化

2.4 同一样区中不同覆盖度位点叶绿素a含量的变化

在衡水湖选取的5个荷花区中，随机选择样区H1和H2，H1样区中不同覆盖度位点H1-D、H1-Z、H1-G叶绿素a含量变化情况见图5；H2样区中不同覆盖度位点H2-D、H2-Z、H2-G叶绿素a含量变化情况见图6。图5显示，同一样区（H1）不同覆盖度位点叶绿素a含量在不同月份中含量变化不同。5月份，荷花叶片处于生长初期，不同覆盖度位点对叶绿素a影响很小。6、7月份不同覆盖度位点叶绿素a含量差距较大，中覆盖度位点叶绿素a含量最低，低覆盖度位点叶绿素a含量最高，高覆盖度位点叶绿素a含量处于两者之间。8、9月份叶绿素a含量变化规律与6、7月份相同。图6显示样区H2与样区H1不同覆盖度位点叶绿素a含量的变化规律一致，H3、H4、H5数据结果（图2、图3、图4）表明，不同覆盖度位点叶绿素a含量的变化规律与H1、H2样区一致。

图5 样区H1不同荷花覆盖度叶绿素a含量变化

图6 样区H2荷花不同覆盖度叶绿素a含量变化

3 结论与讨论

日照时数在一定程度上影响叶绿素a浓度[9]。衡水湖叶绿素a含量变化与荷花覆盖度有关。合适的覆盖度（中覆盖度）对叶绿素a的合成有明显抑制作用。湖泊叶绿素在时空动态变化中具有季节性特征[10]，荷花覆盖度对衡水湖叶绿素a含量变化的影响有明显的季节性。6、7月份影响较大，这与荷花及藻类的生长规律有关。6、7月份的温度适合荷花的快速生长，藻类生长受到荷花遮光的影响，其日照时数降低，从而叶绿素a含量也呈现相应变化。湖泊叶绿素在时空动态变化中具有异质性特征[10]。不同调查样区中叶绿素a分布也存在一定的空间异质性，这主要与其氮磷营养盐的分布及人为活动程度密切相关。所以加强荷花的科学管理，根据荷花的生长状况及时调整荷花的植株密度和盖度，与此同时，还要加强湖泊水质的综合管理，预防藻类水华的危害。

[1] CARNEIRO F M, NABOUT J C, VIEIRA L C G, et al. Determinants of chlorophyll a concentration in tropical reservoirs[J]. Hydrobiologia, 2014,740(1):89-99.

[2] 田时弥,杨扬,乔永民,等.珠江流域东江干流浮游植物叶绿素a时空分布及与环境因子的关系[J].湖泊科学,2015,27(1):31-37.

[3] HECKY R E, KILHAM P. Nutrient limitation of phytoplankton in freshwater and marine environments: A review of recentevidence on the effects of enrichment[J]. Limnology & Oceanography,1988, 33(4):796-822.

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[5] DZIALOWSKI A R, WANG S H, LIM N C, et al. Nutrient limitation of phytoplankton growth in central plains reservoirs,USA[J]. Journal of Plankton Research, 2005, 27(6):587-595.

[6] 陈伟民,陈宇炜,秦伯强,等.模拟水动力对湖泊生物群落演替的实验[J].湖泊科学,2000,12(4):343-352.

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[8] 国家环境保护总局《水和废水监测分析方法》编委会.水和废水监测分析方法[M].4版.北京:中国环境科学出版社,2002:650-653.

[9] 刘卫华,王思远,马元旭,等.一种湿地河流叶绿素a遥感反演方法[J].地理信息科学,2020,22(10):2062-2077.

[10] 赵旭德,许大毛,刘婷,等.青山湖叶绿素a分布及其与水质因子的关联特征[J].环境化学,2018,33(7):1482-1490.

Effect of Lotus Coverage on Chlorophyll-a Content in Hengshui Lake

LIU Shaa, SONG Lingyuna, LI Huib, WEI Shuzhenb,c

(a. College of Life Science; b. The Center of Wetland Conservation and Research; c. Hebei Key Laboratory of Wetland Ecology and Conservation, Hengshui University, Hengshui, Hebei 053000, China)

Five lotus plots were selected in Hengshui Lake, and low coverage, medium coverage and high coverage sites with relatively consistent growth status were selected in each plot. From May to September in 2019, water samples were collected once a month to determine chlorophyll a content. The results showed that the change of chlorophyll-a content in Hengshui Lake was related to the coverage of lotus. The suitable coverage (medium coverage) could significantly inhibit the synthesis of chlorophyll-a. The effect of lotus coverage on chlorophyll-a content in Hengshui Lake was seasonal. In June and July, the effect is greater, which is related to the growth of lotus and algae. The temperature in June and July is suitable for the rapid growth of lotus, which forms a natural shading barrier for the growth of phytoplankton and algae, and reduces the sunshine hours of algae, resulting in the corresponding change of chlorophyll-a content. It is necessary to strengthen the scientific management of lotus, timely adjust the plant density and coverage of lotus according to the growth status of lotus, and at the same time, strengthen the comprehensive management of lake water quality and prevent the harm of algae bloom.

Hengshui Lake; lotus; coverage; chlorophyll-a

10.3969/j.issn.1673-2065.2021.04.002

刘 莎（1991－），女，河北黄骅人，讲师。

魏淑珍（1966－），女，河北武邑人，教授。Email：weishuzhen66@163.com

衡水学院校级课题（2020ZR24)

X524

A

1673-2065(2021)04-0005-05

2021-05-17

（责任编校：李建明 英文校对：李玉玲）