藍藻水華危害水生生態系統的探究實驗設計與實施

譚文杰 唐景昌

(湖南省岳陽市第一中學 414000)

人教版高中生物學教材(必修3)中提及藍藻水華一旦形成后，會對水環境和水生生態系統產生危害。相關研究表明，湖泊暴發藍藻水華后，對水生生物系統的主要危害機理之一是會降低水體中的溶解氧，從而導致水體中魚蝦等水生生物死亡，造成水生生態系統原有群落結構被破壞，生物鏈斷裂，物種趨向單一，最終造成整個水生生物系統失衡[1]。本文通過設計較為簡單的實驗，來驗證水體中暴發藍藻水華后對水中溶解氧含量的影響，進而影響水生生態系統。實驗用水是取自東洞庭湖暴發藍藻水華的大小西湖湖區(10L表層水，使用前混勻)，經鏡檢藍藻密度為3.7×107個/L，主要優勢種為偽魚腥藻，與相關研究結論相符[2]。采用碘量法[3]測定水樣中的溶解氧。由于本實驗步驟相對較多，運用小組合作的方式展開，實驗時間是2016年夏季。具體實驗設計如下：

1 探究正常光照條件下藍藻水華對水中溶解氧的影響

取洗凈、滅菌和控干且規格一致的1000mL錐形瓶3個，隨機編為1、2、3號瓶。其中1號瓶為對照組，加入500mL去離子水；2號瓶加入500mL經0.45μm微孔濾膜過濾過的湖水；3號瓶加入500mL未經任何處理的原湖水。三個錐形瓶瓶口均用滅菌過的牛皮紙包扎，并在牛皮紙上用針扎小孔若干，置于30℃和光照條件為4000Lx(接近湖面白天日照強度，光暗時間比為12 ∶12)[2]的環境中培養5d。培養前(原湖水水樣溶解氧在現場采樣250mL，固定后運至實驗室測定)與培養后各實驗組取水樣100mL檢測溶解氧濃度，測定結果如表1所示。

表1 正常光照條件下藍藻水華對水體溶解氧影響實驗

存在藍藻水華的水體即使在正常光照條件下，也在緩慢消耗水中的溶解氧，這可能是因為藍藻水華形成后在水體表面形成一層致密的“膜”，影響了空氣中的氧氣滲透溶解到水中。同時，光合作用產生的氧氣大部分進入到空氣中，而呼吸作用卻在不斷地消耗水中的溶解氧。

2 探究不同光照條件下藍藻水華對水中溶解氧的影響

取洗凈、滅菌和控干且規格一致的1000mL錐形瓶4個，隨機編為4、5、6、7號瓶。其中4號與5號瓶為對照組，加入500mL去離子水；6號與7號瓶為處理組，各加入500mL混勻的、未經處理的原湖水。各錐形瓶瓶口均用滅菌過的牛皮紙包扎，并在牛皮紙上用針扎小孔若干，所有錐形瓶均置于30℃條件下培養，其中4號與6號瓶的光照條件為4000Lx(接近湖面白天日照強度，光暗時間比為12 ∶12)，而5號與7號瓶的光照條件為1000Lx(接近湖面陰雨天氣條件下日照強度，光暗時間比為12 ∶12)，培養時間為5d。培養前與培養后取水樣100mL檢測溶解氧濃度，測定結果如表2所示。

表2 不同光照條件下藍藻水華對水體溶解氧影響實驗

藍藻水華形成后，即使在正常光照條件下也會緩慢降低水中溶解氧濃度，而在光照條件變差后(陰雨天氣條件)，光合作用減弱而呼吸作用照常進行，水中溶解氧會迅速消耗殆盡。

3 探究藍藻消亡對水體溶解氧的影響

取洗凈、滅菌和控干且規格一致的1000mL錐形瓶3個，隨機編為8、9、10號瓶。其中8號瓶為對照組，加入500mL去離子水；9號瓶和10號瓶為處理組，分別加入500mL去離子水+10g硫酸銅與500mL未經處理湖水+10g硫酸銅。三個錐形瓶瓶口均用滅菌過的牛皮紙包扎，并在牛皮紙上用針扎小孔若干，置于30℃和光照條件為4000Lx(光暗時間比為12 ∶12)的環境中培養5d。培養前與培養后取水樣100mL檢測溶解氧濃度，由于硫酸銅具有殺藻作用[4]。因此，處理組模擬了藍藻水華后期藍藻的消亡對水中溶解氧濃度的影響測定結果如表3所示。

表3 藍藻消亡對水體溶解氧影響實驗

藍藻消亡后，由于藻細胞的腐化降解，會造成水體溶解氧迅速消耗。

4 結論

通過以上實驗不難得出： ①水華形成后，在正常光照條件下，會緩慢造成水體中溶解氧濃度的降低；②而在陰雨天氣條件下，因呼吸作用速率大于光合速率，會大幅降低水中溶解氧濃度；③在藍藻消亡后，因藻細胞的腐化分解消耗大量溶解氧，造成水中溶解氧濃度顯著降低。

因此，水華會通過多種途徑不同程度地引起水體中溶解氧濃度下降，從而造成魚蝦等水生動物死亡，進而對水環境和水生生態系統造成危害。

(基金項目：湖南省教育科學2015年立項課題“基于網絡環境下發展性教師評價體系的構建”，No.XJK015BJ033；*通信作者)