浮游植物葉綠素a與生物量的相關(guān)性研究

浮游植物葉綠素a與生物量的相關(guān)性研究

近年來，地表水頻繁流的出現(xiàn)已成為世界環(huán)境的中心問題。其中有80%的水華藻可向水體釋放藻毒素,不僅破壞水生態(tài)平衡,也嚴(yán)重影響人類的生產(chǎn)和生活。而測(cè)定葉綠素a、生物量和藻密度等生物指標(biāo),是水華預(yù)警防治監(jiān)測(cè)過程中最為直接有效的方法之一。浮游植物又稱浮游藻類,是指懸浮于水中生活的微小藻類植物的總稱。其現(xiàn)存量過去常采用葉綠素a、生物量或藻密度等來表征。生物量和藻密度分別反映水體中藻細(xì)胞重量和數(shù)量的多少。在藻類定量分析中,通常采用顯微鏡進(jìn)行細(xì)胞計(jì)數(shù)和體積測(cè)量,并計(jì)算藻細(xì)胞密度和藻類生物量(也即藻細(xì)胞濕重,下文所指生物量均為藻細(xì)胞濕重)。二者對(duì)于表征浮游植物現(xiàn)存量直截了當(dāng),但測(cè)定比較耗時(shí)和繁瑣,而且需要檢測(cè)員具備豐富的藻類學(xué)知識(shí)及檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)。因此,生物量和藻密度在實(shí)際監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用受到限制。葉綠素a作為一類特殊的色素,是藻細(xì)胞重要組成部分,在一定程度上可以反映浮游植物現(xiàn)存量。與生物量和藻密度相比,葉綠素a的測(cè)定,簡(jiǎn)單快速,在水質(zhì)監(jiān)測(cè)中已得到廣泛應(yīng)用、測(cè)定技術(shù)成熟可靠。因此,采用葉綠素a表征浮游植物現(xiàn)存量需要研究葉綠素a、生物量和藻密度三者之間的關(guān)系。本文主要分析現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室內(nèi)培養(yǎng)水體、現(xiàn)場(chǎng)圍隔水體及天然水體中葉綠素a與生物量的實(shí)驗(yàn)資料,旨在探討二者之間的關(guān)系,為表征浮游植物現(xiàn)存量提供依據(jù),同時(shí)為水體水質(zhì)監(jiān)測(cè)提供參考。序文將會(huì)探討葉綠素a與藻密度間的相關(guān)性。1chla/biomas比值變化的可能因素由于浮游植物生物量測(cè)定程序繁瑣,研究者們一直希望找到一個(gè)換算系數(shù)來解決葉綠素a與生物量的換算關(guān)系。但單位生物量的葉綠素a含量受多種因素影響,變化范圍較廣。引起chla/biomass比值變化的可能因素主要包括:(1)環(huán)境條件:水體的理化因子例如光照、溫度、營(yíng)養(yǎng)鹽等的不同,其單位重量藻細(xì)胞葉綠素a含量會(huì)有所不同。(2)藻種組成:不同藻種單位生物量的葉綠素a含量存在一定差異。一般說來,綠藻中葉綠素a含量相對(duì)較高。(4)測(cè)定方法:提取溶劑及提取條件的不同,葉綠素a提取率有明顯差異。2綠葉a與浮游生物生物量有關(guān)2.1葉綠素a與生物量相關(guān)性分析從表1可看出,在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)培養(yǎng)條件下,葉綠素a與生物量一般呈顯著正相關(guān)關(guān)系。但也有研究顯示,葉綠素a與生物量相關(guān)性不明顯甚至不相關(guān)。文獻(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室,采用湖水進(jìn)行無機(jī)碳酸鹽對(duì)藻類生長(zhǎng)影響的研究。結(jié)果表明,2號(hào)和3號(hào)水箱中葉綠素a與生物量不相關(guān),1號(hào)空白水箱中二者相關(guān)性不明顯,4號(hào)水箱中二者顯著線性相關(guān),如圖1。這可能與藻類優(yōu)勢(shì)度及生物多樣性有關(guān)。1號(hào)、2號(hào)和3號(hào)水箱水體中優(yōu)勢(shì)藻種不斷變化,而不同藻種其單位生物量的葉綠素a含量有一定差異,因此導(dǎo)致葉綠素a與生物量相關(guān)性不明顯甚至不相關(guān)。4號(hào)水箱中,小空星藻在短時(shí)間內(nèi)占據(jù)優(yōu)勢(shì)藻種地位,并一直持續(xù)至實(shí)驗(yàn)結(jié)束,水體中藻種趨于單一,葉綠素a與生物量顯著線性相關(guān),這與鐘遠(yuǎn)等實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。值得注意的是,鐘遠(yuǎn)等另外一項(xiàng)研究中,在優(yōu)勢(shì)藻種變化情況下,葉綠素a與生物量仍顯著線性相關(guān),這其中的原因有待進(jìn)一步研究。由此可見,對(duì)于實(shí)驗(yàn)室水體,一般來講,在優(yōu)勢(shì)藻種穩(wěn)定單一情況下,葉綠素a與生物量呈顯著正線性相關(guān);但當(dāng)優(yōu)勢(shì)藻種更替明顯時(shí),兩者相關(guān)性不明顯甚至不相關(guān)。2.2水體葉綠素a與生物量相關(guān)性分析文獻(xiàn)采用湖水進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)圍隔實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)分3組處理,空白對(duì)照E1(原子比N:P=16:1)圍隔,中硅E2(N:Si:P=16:8:1)圍隔和高硅E3(N:Si:P=16:16:1)圍隔,研究不同硅濃度下藻類生長(zhǎng)變化。各圍隔初始水樣(各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)和藻種組成)一致,優(yōu)勢(shì)藻種為藍(lán)藻門的皮狀席藻和小顫藻,以及裸藻門的尾裸藻。實(shí)驗(yàn)初期,對(duì)照圍隔E1中裸藻很快被綠藻取代,隨后優(yōu)勢(shì)藻變?yōu)樾】招窃搴托☆澰?。?shí)驗(yàn)后期,銅綠微囊藻和小空星藻共同為優(yōu)勢(shì)藻,但小空星藻很快衰亡,最終銅綠微囊藻取得優(yōu)勢(shì)地位。E2和E3圍隔中,實(shí)驗(yàn)前期藻種變化與E1圍隔類似,到第18d時(shí),E2圍隔中硅藻門的孟氏小環(huán)藻與小空星藻、藍(lán)藻門的極大螺旋藻共同占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位,實(shí)驗(yàn)后期優(yōu)勢(shì)藻變?yōu)樾☆澰?、銅綠微囊藻和極大螺旋藻。E3圍隔在實(shí)驗(yàn)后期,硅藻門的尺骨針桿藻和孟氏小環(huán)藻,以及藍(lán)藻門的極大螺旋藻和小顫藻共同占據(jù)優(yōu)勢(shì)。E1-E3圍隔水體中,葉綠素a與生物量相關(guān)性見圖2。由圖2可看出,E1-E3圍隔中葉綠素a與生物量均顯著線性相關(guān),但二者相關(guān)程度存在一定差異,這主要與水體中藻類生物多樣性指數(shù)有關(guān)。不同藻種單位生物量所含葉綠素a量有差異,生物多樣性指數(shù)越高,葉綠素a與生物量相關(guān)性越低。與E2,E3圍隔相比,E1圍隔中藻類生物多樣性相對(duì)較低,葉綠素a與生物量相關(guān)程度相對(duì)較高。因此,現(xiàn)有資料表明,在圍隔實(shí)驗(yàn)水體中,葉綠素a與生物量顯著線性相關(guān),但浮游植物生物多樣性對(duì)二者相關(guān)性程度有一定影響。2.3浮游植物生物量與葉綠素a生物量相關(guān)性研究由于天然水體中環(huán)境條件多變,葉綠素a與浮游植物生物量相關(guān)性呈現(xiàn)多樣化,如表1,葉綠素a與生物量呈線性相關(guān)、非線性相關(guān)或不相關(guān)。Borics等1992年7月至1995年8月對(duì)Mézeshegyi-tó池塘進(jìn)行浮游植物及水質(zhì)變化研究。實(shí)驗(yàn)初期,池塘水體中拉氏擬柱孢藻為優(yōu)勢(shì)藻,并于9月達(dá)到峰值870mg/L。在11月時(shí),拉氏擬柱孢藻數(shù)量下降,優(yōu)勢(shì)藻種變?yōu)榘⑹细〗z藻。隨后優(yōu)勢(shì)藻為綠藻門的單針藻和小球藻。次年4月,針狀菱形藻開始占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位,但隨著氣溫升高,拉氏擬柱孢藻迅速增長(zhǎng),再次成為絕對(duì)優(yōu)勢(shì)藻種,并于8月達(dá)到峰值。由于水體中浮游植物量多,研究期間曾添加化學(xué)藥劑控制藻類生長(zhǎng)。加入藥劑后,浮游植物生物量及葉綠素a含量顯著降低,水體中優(yōu)勢(shì)藻為拉氏擬柱孢藻。1993年12月至1994年7月,優(yōu)勢(shì)藻發(fā)生顯著變化,主要為適宜富營(yíng)養(yǎng)環(huán)境的微型藻、多甲藻和硅藻等。1994年8月,拉氏擬柱孢藻為水體中優(yōu)勢(shì)藻,但生物量較低。隨后湖泊假魚腥藻占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位,并持續(xù)至12月。隨后,水體中優(yōu)勢(shì)藻發(fā)生明顯變化,優(yōu)勢(shì)藻主要為藍(lán)藻,其中包括湖泊假魚腥藻、柔細(xì)束絲藻和柱孢藻等。池塘中葉綠素a與生物量相關(guān)性見圖3。由圖3可知,Mézeshegyi-tó池塘中葉綠素a含量與生物量顯著線性相關(guān)(r=0.93;P<0.001)隨著浮游植物生物量的增加,葉綠素a含量呈比例增加。這與大多數(shù)研究調(diào)查結(jié)果一致。但V?r?s等關(guān)于人工池塘1的研究發(fā)現(xiàn),葉綠素a與生物量呈非線性相關(guān)。文中認(rèn)為這與藻類自身遮光有關(guān)。因?yàn)楣庹帐窃孱惾~綠素a合成過程中的必要條件,如果光照不足,其葉綠素a合成會(huì)受到阻礙。水體中藻類生物量越大,藻類自身遮光越大,下層水體中藻類葉綠素a合成受阻。在生物量達(dá)到一定值后,隨著生物量的繼續(xù)增加,葉綠素a含量趨于穩(wěn)定,從而導(dǎo)致葉綠素a含量與浮游植物生物量呈非線性對(duì)數(shù)相關(guān)。王偉等對(duì)廣東省水庫調(diào)查結(jié)果表明,4月份,各水庫浮游植物生物量主要以甲藻、硅藻占優(yōu)勢(shì),葉綠素a與生物量顯著線性相關(guān)(r=0.71,P﹤0.01);8月份,各水庫沒有一致優(yōu)勢(shì)藻種,由于不同藻種單位生物量葉綠素a含量存有差異,導(dǎo)致葉綠素a與生物量不相關(guān);12月份,水體相對(duì)穩(wěn)定,以藍(lán)藻和甲藻為優(yōu)勢(shì)藻,但由于藍(lán)藻葉綠素a含量較低,葉綠素a與生物量相關(guān)性低于4月份(r=0.53;P=0.076)。由此可看出,優(yōu)勢(shì)藻種在一定程度上對(duì)葉綠素a與生物量相關(guān)性有影響。綜上所述,在天然水體中,優(yōu)勢(shì)藻種對(duì)葉綠素a與生物量相關(guān)性有一定影響,因此,葉綠素a與生物量呈復(fù)雜的相關(guān)關(guān)系,二者可能顯著相關(guān)或不相關(guān)。3優(yōu)勢(shì)藻種和優(yōu)勢(shì)生物的關(guān)系(1)在實(shí)驗(yàn)室研究水體中,浮游植物葉綠素a與生物量一般呈顯著正線性相關(guān)關(guān)系。但當(dāng)優(yōu)勢(shì)藻種發(fā)生明顯變更時(shí),二者相關(guān)性不明顯甚至不相關(guān);(2)在野外圍隔水體中,葉綠素a與生物量一般呈顯著正相關(guān)。(3)在天然水體中,優(yōu)勢(shì)藻種變化對(duì)二者相關(guān)性有一定影響,葉綠素a與生物量可能相關(guān)或不相關(guān)。0葉綠素a與生物量的關(guān)系(3)藻體自身生長(zhǎng)狀態(tài):不同生理階段藻細(xì)胞葉綠素a含量有所不同,年輕細(xì)胞體內(nèi)葉綠素含量一般比年老細(xì)胞高。由以上分析可知,由于受多種因素的影響,單位生物量的葉綠素a含量變化范圍較寬,