巢湖藍藻光合活性研究

龔仁義 程燕

摘 要：利用浮游植物熒光測定儀（PHYTO-PAM）對巢湖的6個監測點位進行檢測，于跨藍藻水華形成前期和水華期間，共計檢測22次。結果表明，光合活性指數均值為0.52，變異系數為17.1%，最大值為0.71，出現在6月1日，位于十五里河入湖區;最小值為0.26，出現在8月25日的派河入湖區;水華暴發點為0.62，出現在6月1日;光合曲線擬合表明藍藻水華結束時間為10月4日。

關鍵詞：巢湖;藍藻水華;葉綠素熒光;光合活性

中圖分類號 X524文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2019）16-0018-02

1 概述

在全國5大淡水湖中，巢湖藍藻“水華”的暴發相對明顯，主要構群種類為微囊藻。從20世紀60年代起至80年代，巢湖特別是西半湖藍藻的數量成倍增長，夏秋季節藍藻“水華”時有暴發，暴發時敞水區“水華”呈帶狀分布，隨風飄移，往往在下風湖邊積聚，積聚到一定厚度時“水華”團塊腐爛，散發出腥臭氣味，并下沉使局部水域出現黑水，嚴重影響到當地居民的用水安全、水產養殖、水體景觀價值等方面，造成了巨大的經濟損失。藍藻水華的暴發已引起了政府部門和學者們的高度重視，加大了監控力度。

目前，水華的監控技術主要有顯微鏡計數和衛星遙感技術。衛星遙感技術容易受天氣條件影響，且往往需要藻類細胞累積到一定程度（可能已經發生藻華）才能監測到，只能反映藻類的客觀現狀，沒有考慮藍藻的光合潛力，既無法對藍藻水華期進行準確的定位，也無法進行預測和早期預報。

浮游植物熒光測定儀（PHYTO-PAM）是目前世界上先進的采用脈沖-振幅-調制葉綠素熒光技術（Pulse-Amplitude-Modulation，PAM）的儀器，其在植物生理、生態、農學、林學、水生生物學等領域都得到了廣泛的應用，并取得了很多成果。本研究首次利用該技術在長時間尺度上對巢湖藍藻水華光合活性進行了研究，以期明確藍藻暴發和結束的準確時間，減少過多的人力消耗，為政府部門建立預警機制提供理倫依據。

2 樣品測定

本項目使用美國生產的浮游植物熒光測定儀（PHYTO-PAM），采用脈沖-振幅-調制葉綠素熒光技術（Pulse-Amplitude-Modulation，PAM），該技術的測量原理是基于對調制測量光激發的熒光信號的選擇性放大。在PHYTO-PAM浮游植物熒光儀中，微秒級的測量光脈沖是由4種不同顏色的發光二極管（LED）陣列發出的：藍色（470nm）、綠色（520nm）、淺紅色（645nm）和深紅色（665nm）。不同顏色的測量光脈沖在高頻率下交替應用，就可以獲得4種波長的光激發出的半同步的熒光信號。活體細胞中葉綠素吸收的光分3條通路：光合作用（P）、熱耗散（D）和熒光（F）。根據能量守恒，P+D+F=1。PHYTO-PAM不僅可以直接檢測熒光強度，還可提供一個超強飽和閃光（1s內）使光合作用暫時被抑制，由此可知熱耗散的量，進一步可知光合作用活性[1]。快速光曲線（Rapid Light Curves）即使光化光的持續時間短至10s，光合速率rETR隨有效照度PAR的變化圖即為光響應曲線。

2.1 樣品布點 考慮巢湖西半湖污染較為嚴重，藍藻水華暴發頻次較高。本次調查的樣品采集點在此區域布設了6個點位，具體如表1所示。

2.2 樣品采集 用深水采樣器在表層下0.5m處采集1L，緩慢注入棕色玻璃瓶中，用黑色塑料布作背光處理[2]，小心帶回實驗室，立即進行測定分析。

2.3 樣品監測結果 本項目對巢湖的6個監測點位進行22次檢測，2018年2—10月跨藍藻水華形成前期和水華期，獲得132個藻類活性指數數據。將每次的6個點位的測定值作均值處理，得如下數據：2月4日（活性指數0.60）、3月5日（活性指數0.57）、4月9日（活性指數0.60）、5月6日（活性指數0.59）、5月11日（活性指數0.56）、5月18日（活性指數0.57）、5月26日（活性指數0.62）、6月1日（活性指數0.62）、6月15日（活性指數0.54）、6月22日（活性指數0.50）、7月1日（活性指數0.49）、7月13日（活性指數0.52）、7月21日（活性指數0.48）、7月27日（活性指數0.48）、8月4日（活性指數0.47）、8月25日（活性指數0.39）、8月28日（活性指數0.45）、9月8日（活性指數0.42）、9月11日（活性指數0.47）、9月14日（活性指數0.44）、9月22日（活性指數0.42）、10月2日（活性指數0.42）。

3 結果與分析

依據監測結果表達式，指數均值為0.52，變異系數為17.1%，最大值為0.71，出現在6月1日，位于十五河入湖區。最小值為0.26。出現在8月25日的派河入湖區。

3.1 巢湖的藻類活性指數時間分布 從圖1可以看出：（1）從2月4日至6月1日藻類光合活性指數在高水平運行，6月1日達到了最大，此后下降，一直維持在一個較低的水平上。從合肥市環境監測站調查得知，6月1日正是今年藍藻水華形成之時。由此可推測，在5月下旬，當藻類的光合活性指數超過0.62以上便預示著藍藻水華的暴發。（2）水華形成暴發以后，藻類的光合活性指數明顯低于水華前期，表明在水華形成前期藻類有著很強的生長潛力，隨著水華的形成，盡管水溫和光照更適合藍藻的生長，它的生長潛力還是在下降，受到自身的抑制比較明顯，巢湖藍藻的產量一定有一個極值，不可能無限地增殖。這個極值還有待于盡一步研究。

3.2 巢湖西半湖的藻類活性指數空間分布 從表2和圖2可以看出，水華形成期和水形成前期以及兩者之間的差值的光合活性指數在各點位間差異較小。表明各入湖河道的水質對其影響較小，不存在引發水華暴發的可能;引發水華暴發的因素只能是自然因素。

3.3 快速光合曲線擬合 利用儀器這項功能選取2018年1月、8月、10月3個巢湖水樣進行快速光合曲線的擬合，圖3是所擬合的光合曲線是所擬合的光合曲線。同時獲取相關的光合參數，如表3所示。由表3可知：8月份藍藻對光的利用率、強光的耐受能力和最大光合速率都是最高的，到了10月份已降回到1月份水平，預示本年度的藍藻水華已結束。

4 結論

（1）5月下旬，當藻類的光合活性指數超過0.62以上預示著藍藻水華的暴發。

（2）水華形成前期藻類有著很強的生長潛力，隨著水華的形成，其生長潛力下降，受到自身的抑制比較明顯，巢湖藍藻的產量有1個極值。

（3）各入湖河道的水質對藍藻的生長短期效應較小，不存在引發水華的暴發的可能。引發水華暴發的因素只能是自然因素。

（4）本年度水華結束時間為10月初，可停止對藍藻的監控或降低監控的力度。

參考文獻

[1]Zhang M，Kong Fx，Wu X Xing P. different photochemical responses of phytoplankters from the large shallow taihu lake of subtropical china in relation to light and mixing. hydrobiologia 2008;603（1）：267-78.

[2]國家環境保護總局.水和廢水分析方法[M].4版.北京：中國環境科學出版社，2002. （責編：張宏民）