衡水湖藻类叶绿素a动态变化与水质相关性分析

衡水湖是中国国家级自然保护区，属于城市淡水湖泊流动性较差的水体，由于水体自净能力较低，极易被污染[1]。近年来，受季节性气候变化的影响，衡水湖水位不断降低，加之区域水富营养化，使得浮游藻类数量及叶绿素a含量不断发生时空变化，因此，对衡水湖藻类叶绿素a含量及藻密度的密切监测非常重要。开展浮游藻类叶绿素a含量的季节性动态变化及与水质相关性研究，从生物角度了解衡水湖水质动态变化，了解富营养化程度及形成机制，及时预警，防止衡水湖蓝藻水华的发生，为衡水湖水质环境保护提供有力支撑。

本研究分别于7月24日～10月29日对衡水湖从北到南10个位点进行了随机抽样采集，使用有机玻璃采水器共采水样10次。采集水样位置为各采样点水表面50 cm下。水样分别倒入2个1 L广口瓶中，其中1瓶立即加入15 mL鲁哥氏液（棕色瓶密封备用），混匀，迅速带回实验室进行沉淀，48 h后浓缩进行镜检。另一瓶不加任何试剂，带回实验室立即进行超真空过滤，过滤膜冷冻后撕碎放入10 mL离心管， 3 500 r/min，离心20 min，用北京普析紫外分光光度计测量分光度，计算叶绿素a含量。

藻类叶绿素a测定方法：90%丙酮提取，分光光度法测定。藻密度测定方法：镜检法[2]。总磷（TP）采用钼酸铵分光光度法（GB11893-89）测定[3]。总氮（TN）采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法（GB 11894-89）测定[4]。

2.1衡水湖浮游藻类不同时间叶绿素a动态变化

由图1可知，不同月份叶绿素a变化很大，变化规律呈波浪形，但总体趋势是逐渐上升，在8月24日达到了一定高度后又降低，于9月17日达到最高，并且与其它月份差异显著，10 d后的9月28日大幅降低，10月9日又回升，10月后随着温度降低而逐渐下降，于10月29日达到最低。

2.2藻密度动态变化

由图1知，藻密度变化趋势基本与叶绿素a变化趋势相同，随着温度逐渐提高，藻密度逐渐提高，8月24日达到最高，9月7日有所降低，9月28日达到最高，后逐渐降低，10月9日大幅度降低，10月19日、10月29日基本持平，变化很小。

2.3叶绿素a与浮游藻类密度动态变化相关性分析

用SPSS19.0软件对数量变化进行X2卡方检验，相关性分析结果如下：X2=2 979，p=0.000<0.05，说明叶绿素a含量与浮游藻类数量相关性达到显著（a=0.05）。

2.4叶绿素a与水质N、P相关性分析

根据斯托姆提出的藻类“经验分子式”：C106H26301loNl6P，藻体中所含碳（C）、氮（N）、磷（P）原子个数比率为106：16：1，假定藻体以同样比率吸收N和P，则可用此比率来确定限制性营养盐。与氮、磷原子个数比率为16：1相对应的氮、磷质量比为7.2：1。因此，当湖泊中可被藻类吸收利用的氮和磷质量比小于7.2时，氮是可能的限制性营养盐；反之，若比率大于7.2，磷是可能的限制性营养盐。

监测数据表明，除了10月19日外，不同时间段的总N/P比值均>7.2，说明磷是可能的限制性营养盐，通过X2检验可知，叶绿素a含量与总N/P比值相关性达到了显著水平（p<0.05）。因此，在衡水湖水质监测中要密切监测P的含量，其中N/P比值是需要密切关注的指标。

2.5衡水湖浮游藻类组成及群落结构

调查区内的浮游藻类种类组成及优势种群随季节变化而变化，但变化不明显。群落组成为蓝藻-绿藻-硅藻，但仍以蓝藻门的微囊藻属、色球藻属、螺旋藻属、柱胞藻属、平裂藻属等居多，比例最大占90%以上，鼓藻、舟藻、桥弯藻等代表富营养，在水域中也占有一定比例。藻类作为水体中生命有机体的最原始生产者，其组成与多样性的变化会影响到水体生态系统的结构与功能。一般水体所受污染越严重，生物种类相对就越少。从显微镜观察看，藻类群落结构简单，生物多样性较少。群落结构越简单，稳定性差，说明水体污染严重，这与湖水污染状况有关。一般来说，当蓝藻成为湖泊水体中的优势种，代表着水体营养化状态指数较高。7～10月，蓝藻所占比例远远大于其它藻类，达到了90%以上，对叶绿素a的贡献最大，7月份群落结构为蓝藻+硅藻+绿藻，8月份为蓝藻+绿藻+硅藻，9、10月份为蓝藻+硅藻+绿藻，变化表现不明显，甲藻、裸藻占比较少。

衡水湖浮游藻类叶绿素a含量在8～9月达到最高，主要由于温度的升高，衡水湖浮游藻类群落结构发生很大变化，蓝藻尤其平裂藻属、微囊藻属占比逐渐增大，因此藻密度也达到最大，随着温度的降低，蓝藻逐渐解体或沉入湖底，藻密度和叶绿素a含量也越来越低。根据浮游藻类叶绿素a含量与藻密度卡方检验结果，p< 0.05，二者相关性达到了显著水平。

7～10月总N/P比值均大于7.2，P是可能的限制性因子，这说明衡水湖藻类的生长繁殖数量会随着磷含量的升高而增加，而磷元素作为藻类细胞生长的必不可少的元素之一，是限制藻类生长的因素，如果水体中可溶性磷酸盐浓度过大，就会造成水体的富营养化。因此，控制衡水湖P含量是控制衡水湖富营养化的关键。

富营养化的发生与生态系统有着密切的联系[5]。通过对比2010和2019年衡水湖北侧（顺民庄以北）芦苇区的面积，可以发现该区域的芦苇面积大范围减少，特别是在2016年以后，该区域芦苇面积的减少尤为明显。人为疏浚底泥虽然在一定程度上减少了湖体中营养物质的含量，但是对生态系统破坏十分严重。由于芦苇、香蒲等挺水植物对氮磷营养盐具有很好的吸收作用，随着衡水湖中芦苇分布不断片段化、稀疏化和进一步萎缩，湖水中营养物质变化较小，在此情况下，利用氮磷等营养盐的优势物种减少，必然会造成藻类等浮游生物的大量繁殖，因此恢復湖区植被是衡水湖改变水质的重要手段。衡水湖藻类群落结构中蓝藻占比很大，生物多样性低，生态系统脆弱，自我调节能力降低，如何逐渐提高衡水湖湖水浮游藻类的生物多样性是重要课题。

衡水湖湖泊中沉积物含有大量的营养物质，是湖泊产生富营养化的原因[6]。与太湖、巢湖等湖泊相比，虽然衡水湖沉积物中总氮、总磷、有机质等物质的含量较低，但是衡水湖水位相对较浅，并且水交换的周期长，外界对湖底沉积物影响较大。因此，富有营养的沉积物是加剧湖体富营养化的原因之一。如何降低沉积物的营养物质，减少富营养化，从而提高藻类生物多样性，保证生态系统平衡是未来研究需重点解决的问题。

参考文献

[1]李海燕.城市景观水污染控制[J].自然杂志，2007，4（26）：132-134.

[2]丁二峰.衡水湖叶绿素a含量变化及其与氮、磷浓度关系的初步研究[J].南水北调与水利科技，2011，9（6）：1-3.

[3]武宏梅.水中总磷测定方法改进[J].城镇供水，2012（6）：41-45.

[4]贾岳清，周昊，殷惠民，等.水中总氮测定方法的研究进展[J].工业水处理，2020，4（2）：1-5.

[5]杨朝霞.呼伦湖水体浮游植物群落特征与水环境因子关系分析[D].呼和浩特：内蒙古农业大学，2020.

[6]王教元.滇西北湖泊水文调控与生态环境响应的时空特征[D].昆明：云南师范大学，2019.

基金项目：大学生创新创业训练计划国家级项目“衡水湖藻类叶绿素a季节性动态变化与水质相关性研究”

【河北衡水学院生命科学系吴孟璇，赵笑怡，王程怡，安莹，关红强，芦站根（通讯作者）】