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葉綠素a對(duì)綜合治理環(huán)境的研究進(jìn)展金葉【摘要】: 綜述了水、土葉綠素a含量及其轉(zhuǎn)化的研究現(xiàn)狀,內(nèi)容包括葉綠素a是評(píng)價(jià)水質(zhì)的重要標(biāo)準(zhǔn)之一;葉綠素a的測(cè)量方法;水、土葉綠素含量與其他因素的關(guān)系;葉綠素a 的室內(nèi)模擬培養(yǎng)。為水體綜合治理效果的葉綠素a指示作用提供一定的理論依據(jù)。 【關(guān)鍵詞】:葉綠素a;沉積物;水體環(huán)境治理;室內(nèi)模擬;綜述 引言 在20 世紀(jì)初期,葉綠素對(duì)于環(huán)境的影響不不太明顯,主要研究它在植物或藻類本身內(nèi)的變化及影響。上世紀(jì)60年代,全球淡水、海洋水體問(wèn)題日益凸顯,特別是水華與赤潮問(wèn)題的加劇1。國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)始對(duì)水體的富營(yíng)養(yǎng)化重點(diǎn)關(guān)注,同時(shí)葉綠素也因此成為研究水污染問(wèn)題的重點(diǎn)。由于水體污染是各種因素共同影響造成的,20世紀(jì)末,學(xué)者開(kāi)始在室內(nèi)模擬室外的水體環(huán)境研究葉綠素對(duì)綜合治理水體的指示作用。2007年,國(guó)內(nèi)太湖藍(lán)藻爆發(fā)事件引發(fā)的用水危機(jī)摧使研究人員投入到緊張的水體污染治理的工作中去。 一、葉綠素a是評(píng)價(jià)水質(zhì)的重要指標(biāo)之一 葉綠素起初只是生物中植物或藻類等的研究范疇,但隨著水體富營(yíng)養(yǎng)化的加劇,海洋的赤潮與淡水的水華中的藻類成了重點(diǎn)研究對(duì)象,而葉綠素a包含在所有的藻類之中,又是可以反映水體中藻類現(xiàn)存量的重要指標(biāo)。在20世紀(jì)80年代,葉綠素a開(kāi)始成為評(píng)價(jià)水體富營(yíng)養(yǎng)化程度的重要指標(biāo)之一2。現(xiàn)今這一指標(biāo)被大量學(xué)者所用,通過(guò)測(cè)量各地的水體葉綠素a 含量,形成某地小范圍或大范圍的葉綠素a分布情況,當(dāng)然這種分布不光光是水平分布,還有垂直分布3-6。二、葉綠素a的測(cè)量方法 浮游植物葉綠素a含量的測(cè)定方法主要有分光光度法7-8、熒光法9、高效液相色譜(HPLC)法、水色傳感器SeaWiPS遙感法、機(jī)載海洋激光雷達(dá)法是新興的技術(shù)手段10。其中,分光光度法因其具有操作簡(jiǎn)便、可靠性強(qiáng)的特點(diǎn)而被廣泛采用。目前,采用分光光度法測(cè)定葉綠素a 時(shí),用來(lái)萃取葉綠素a 的有機(jī)溶劑主要有丙酮 、乙醇 和DMF(N,N-二甲基甲酰胺)等3種11-13,丙酮萃取法應(yīng)用較早,因而被較多地采用。但是,以丙酮為萃取溶劑常導(dǎo)致濾膜溶解,給后續(xù)的過(guò)濾和測(cè)定帶來(lái)困難,因而,乙醇和DMF 被用來(lái)替代丙酮作為萃取葉綠素a 的有機(jī)溶劑。國(guó)內(nèi)近來(lái)在測(cè)量水體中的葉綠素a含量的時(shí)候,引用歐美的“熱乙醇”12法。在宏觀上,遙感監(jiān)測(cè)葉綠素a 具有監(jiān)測(cè)范圍廣、速度快、成本低和便于進(jìn)行長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的優(yōu)勢(shì)14-15, 北美和歐洲的一些國(guó)家早已開(kāi)展了利用航空遙感監(jiān)測(cè)湖泊葉綠素分布的研究。 三、水、土葉綠素a含量與其他因素的關(guān)系 很多學(xué)者對(duì)于某一地區(qū)一定范圍內(nèi)的水體富營(yíng)養(yǎng)化研究很深入。例如對(duì)蘇州河的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)16,得出葉綠素a與水溫,溶解氧,氮磷,其他營(yíng)養(yǎng)鹽以及生物因子有緊密的相關(guān)性。但也有一些地區(qū)葉綠素a的含量與溶氧量關(guān)系不大,與Ph,透明度有關(guān)聯(lián)。一般的,葉綠素a含量與一定范圍內(nèi)的溫度、氮磷、Ph成正相關(guān),與透明度成相關(guān)17-22。但也有特別的情況,江蘇湖176,7月水溫升高,但葉綠素a含量突然降低,這是由于高等挺水植物吸收了大量的氮磷,葉綠素a缺乏養(yǎng)分從而突然降低。現(xiàn)在對(duì)于某一地區(qū)的研究已經(jīng)很成熟了,但都局限于研究地得出的結(jié)論不能成為全球的參照,每個(gè)地區(qū)都有其不同的主導(dǎo)影響因素導(dǎo)致其地水體的富營(yíng)養(yǎng)化。 四、葉綠素a的室內(nèi)模擬培養(yǎng)。 現(xiàn)今野外的監(jiān)測(cè)已經(jīng)做得很到位了,但是野外監(jiān)測(cè)有很多不可避免的困難。不同的地區(qū)由于氣候,降雨,地形等的影響監(jiān)測(cè)得出的結(jié)論不盡相同,葉綠素a含量在自然狀態(tài)下受到多重因素的影響,并且野外作業(yè)耗費(fèi)了大量的人力物力與財(cái)力。21世紀(jì)初期,國(guó)內(nèi)開(kāi)始模仿國(guó)外的室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn),將監(jiān)測(cè)搬進(jìn)實(shí)驗(yàn)室。這樣就可以很好的人為控制其他的環(huán)境因子,更直觀的顯現(xiàn)各因素與葉綠素a含量及生長(zhǎng)速率的關(guān)聯(lián)。當(dāng)然也省去了不少人力,物力,財(cái)力。根據(jù)在野外的經(jīng)驗(yàn),前人設(shè)計(jì)了一些有關(guān)的模擬實(shí)驗(yàn)23-26。不同磷濃度,不同曝氣方式,不同流速,光照與否等情況下的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)一般都得做出了定性的分析,但大多沒(méi)有得出定量地結(jié)論。 就曝氣而言,藻類喜歡停留在水體的光亮帶, 接受陽(yáng)光進(jìn)行光合作用, 促進(jìn)自身的生長(zhǎng)繁殖24。藻類的生長(zhǎng)主要集中在水體3 倍透明度以上, 在3 倍透明度以下將衰亡。水庫(kù)和湖泊水體的濁度低、透明度大, 流動(dòng)性小、混合作用弱, 有時(shí)還出現(xiàn)水體分層現(xiàn)象, 這些都有利于藻類在表層水體的停留生長(zhǎng)。另外, 水體分層現(xiàn)象會(huì)使下層水體溶解氧減少, 處于缺氧狀態(tài), 使水生生態(tài)環(huán)境惡化; 缺氧條件會(huì)引起底泥有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鐵、錳的溶解釋放,加劇水體富營(yíng)養(yǎng), 造成水體色度、臭味加大, pH 下降, 水質(zhì)惡化。 國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的揚(yáng)水曝氣技術(shù)是在國(guó)外“揚(yáng)水筒”技術(shù)24的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)而來(lái)的。該技術(shù)能混合上下水層, 破壞水體分層,將表層藻類向下層遷移, 藻類到達(dá)下部無(wú)光區(qū)后, 生長(zhǎng)受到抑制甚至死亡; 揚(yáng)水曝氣技術(shù)通過(guò)自身的充氧能力和循環(huán)混合作用向下層水體充氧, 改善水體缺氧狀態(tài), 改善水質(zhì)。但是,是不是真的只要曝氣就能改善水質(zhì),顯然是不科學(xué)的,如果曝氣過(guò)度,會(huì)引起底泥上揚(yáng),使得底泥中的藻類漂浮在水體中,有更多的藻類可以在水面接受陽(yáng)關(guān),那反倒使水質(zhì)惡化了。在這一方面,應(yīng)該通過(guò)進(jìn)一步實(shí)驗(yàn),得出最佳曝氣強(qiáng)度,在進(jìn)行治理。 結(jié)論1.室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)實(shí)例還較少,可以大膽的運(yùn)用這一方式,在實(shí)驗(yàn)室里模擬自然狀態(tài)下的環(huán)境,然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。 2.對(duì)水體富營(yíng)養(yǎng)化的形成原因我們有了很深入的了解,但是,在污水治理方面,顯然不夠。水體被污染的原因有了,當(dāng)務(wù)之急是治理,如何治理,研究出一套定量地方案還需要很多的精力。 參考文獻(xiàn):1周名江,朱明遠(yuǎn),張經(jīng),中國(guó)赤潮的發(fā)生趨勢(shì)和研究進(jìn)展J.生命科學(xué),2001,13(2):53-59.2潘友聯(lián),葉綠素與海洋初級(jí)生產(chǎn)力J.海洋科學(xué),1987,1(1):63-65.3朱明遠(yuǎn),李寶華,黃鳳鵬,陳皓文,南極長(zhǎng)城灣夏季葉綠素a 變化的研究J.極地研究,1999,11(2):113-121.4劉冬燕,宋永昌,陳德輝,蘇州河葉綠素a動(dòng)態(tài)特征及其與環(huán)境因子的關(guān)聯(lián)分析J.上海環(huán)境科學(xué),2003,22(4): 261-291.5宋書(shū)群,孫軍,沈志良,欒青杉,于子山,三峽庫(kù)區(qū)蓄水后夏季長(zhǎng)江口及其鄰近水域粒級(jí)葉綠素aJ.中國(guó)海洋大學(xué)學(xué)報(bào),2006,36(2):114-120.6劉大召,唐世林,付東洋,珠江口水體葉綠素a 濃度高光譜反演研究J. 廣東海洋大學(xué)學(xué)報(bào),2008,28(1):49-52. 7王毗嵐,分光光度法測(cè)定海水中浮游植物之葉綠素J.海洋湖沼通報(bào),1980,1(3):38-43.8 楊振德,分光光度法測(cè)定葉綠素含量的探討J.廣西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1996,15(2):145-150.9丁永耀,張欣梅,呂培頂,王根源,熒光法測(cè)定海中生物體內(nèi)的葉綠素aJ.海洋學(xué)報(bào),1983,5(8):340-348. 10楊彩根,宋學(xué)宏,孫丙耀,浮游植物葉綠素a含量簡(jiǎn)易測(cè)定方法的比較J.海洋科學(xué),2007,31(1):6-9.11翁笑艷,林美愛(ài),嚴(yán)穎,地表水浮游植物葉綠素a測(cè)定方法比較研究J.中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè),2009,25(3):36-38. 12張麗彬,王啟山,徐新惠,丁麗麗,任洪強(qiáng),乙醇法測(cè)定浮游植物葉綠素a 含量的討論J.中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè),2008,24(6): 9-10.13韓桂春,谷豐,張忠臣,淡水中葉綠素a測(cè)定方法的探討J.中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè),2005,21(1):55-57. 14王其茂,馬超飛,唐軍武,郭茂華,EOS_MODIS遙感資料探測(cè)海洋赤潮信息方法J.遙感技術(shù)與應(yīng)用,2006,21(1):6-10.15楊一鵬,王橋,王文杰,高士平,水質(zhì)遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)研究進(jìn)展J.地理與地理信息科學(xué),2004,20(6):5-12. 16劉冬燕,宋永昌,蘇州河葉綠素a動(dòng)態(tài)特征及其與環(huán)境因子的關(guān)聯(lián)分析J.上海環(huán)境科學(xué),2003,22(4):261-269. 17葛大兵,吳小玲,朱偉林,周延凱,岳陽(yáng)南湖葉綠素a 及其水質(zhì)關(guān)系分析J. 中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè),2005 ,21(4):69-71.18陳永川,湯利,張德剛,周軍,李杰,滇池葉綠素a的時(shí)空變化及水體磷對(duì)藻類生長(zhǎng)的影響J.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2008,27(4):1555-1560.19王麗卿,張軍毅,王旭晨,彭自然,王巖, 淀山湖水體葉綠素a與水質(zhì)因子的多元分析J.上海水產(chǎn)大學(xué)學(xué)報(bào),2008,17(1):58-64.20石曉勇,王修林,陸茸,孫霞,東海赤潮高發(fā)區(qū)春季溶解氧和pH分布特征及影響因素探討J. 海洋與湖沼,2005,36(5):405-412.21呂喚春,王飛兒,陳英旭,虞左明,方志發(fā),周根娣,千島湖水體葉綠素a與相關(guān)環(huán)境因子的多元分析J應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2003,14(8)1347-1350.22蒲新明,吳玉霖,張永山,長(zhǎng)江口區(qū)浮游植物營(yíng)養(yǎng)限制因子的研究春季的營(yíng)養(yǎng)限制情況J.海洋學(xué)報(bào),2001,23(3):57-65.23宋靜,沉積物一水界面營(yíng)養(yǎng)鹽釋放研究J.土壤學(xué)報(bào),2000,37(4):51

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