巢湖夏季叶绿素a浓度变化及其与环境因子之间关系的围隔实验

张 坤，邓道贵，王文平，张晓莉，纪 磊，刘 飞，张 绮

（淮北师范大学 生命科学学院，资源植物生物学安徽省重点实验室，安徽 淮北 235000）

巢湖是我国著名的五大淡水湖泊之一，位于安徽省中部，地处长江、淮河之间，属于亚热带季风气候区，面积约770 km2［1］.随着沿湖经济的快速发展，巢湖富营养化越来越严重，通常每年在夏秋季节都有大面积的蓝藻水华现象出现.

叶绿素a是浮游植物的主要光合色素，是评价湖泊富营养化的一个重要参数，同时也是浮游植物生物量测定的重要指标［2］.叶绿素a含量受到透明度、温度和营养盐的影响［3］，所以通过测定叶绿素a 含量来反映水质状况.有关叶绿素a与水体理化因子的影响研究已有较多的报道［4-6］.本文利用围隔实验，探究巢湖夏季叶绿素a与理化因子之间的关系，以期为巢湖富营养化治理和控制提供依据.

1 材料方法

1.1 实验设计

于2013 年5 月22 日至8 月7 日（共12 周）.在巢湖忠庙附近水域设置围隔，15 个长×宽×高为3 m×3 m×4 m的围隔分5组，每组3个重复，即A1-A3，B1-B3，C1-C3，D1-D3，E1-E3.围隔用不透水的聚丙烯织布建成.底部和四周完全封闭，顶部敞开.围隔用钢管和浮桶固定，使其浮于水面，离岸约20 m.为使环境和巢湖水体保持一致，4组（B、C、D、E组）添加的底泥均来自巢湖，底泥厚度约为5 cm.用孔径为2 mm的网将巢湖湖水过滤后加入围隔中.每个围隔的水深维持在3.5 m左右，水样每周采集一次.实验第3周分别向围隔C、D和E中添加不同生物量的鳙鱼（见表1）.

表1 围隔中添加底泥和鳙鱼生物量情况Table 1 The sediment and Aristichthys nobilis biomass in the enclosures

1.2 样品采集与理化指标的测定

用2.5 L有机玻璃采水器分别采取围隔内0.5 m和2.5 m处混合后的1 L水样用于叶绿素a和理化指标的测定.透明度用赛氏盘（Sechi disk）、pH用便携式pH/ORP测定仪（HACA HQ11D，美国）、温度和溶解氧用便携式溶解氧测定仪（HANNA HI98186，意大利）在现场测定.叶绿素a用Whatman GF/C滤膜过滤后用90%丙酮进行萃取，然后用紫外分光光度计测定［7］.总氮、总磷的测定方法参考文献［8］.

1.3 数据分析

利用SPSS 20.0 for windows 统计软件，分析巢湖围隔叶绿素a浓度与环境因子间的Pearson相关性，用单因素方差分析（One-way ANOVA）中的Post Hoc Tests（LSD），分别检验5 组围隔间叶绿素a 浓度之间的差异性.

2 结果

2.1 围隔理化指标

研究期间，5组围隔内的透明度变化有一定波动，但均呈现上升趋势.水温春夏季节呈现上升趋势，但每次采样围隔间的水温差异较小.溶解氧的平均值表现为围隔A＞B＞C＞D＞E，且围隔A、B中的变化幅度明显大于围隔C、D、E.各围隔pH差异较小，变化幅度不大.各个围隔的总磷（TP）呈明显的下降趋势，围隔B中的TP浓度小于其它围隔.总氮（TN）在试验期间也呈现下降趋势.

表2 试验期间围隔理化参数的范围和平均值（±标准差）Table 2 Range and average values（± standard deviation）of physical-chemical parameters in the enclosures during the study period

2.2 围隔中叶绿素a浓度变化

由图1可知，在实验前3周，各围隔中叶绿素a浓度呈现明显下降趋势.从6月6日至8月8日间，各围隔中的叶绿素a浓度变化幅度较小.在向围隔C、D、E添加鱼之前，围隔A内的叶绿素a浓度均大于围隔C、D、E内的叶绿素a浓度.通过Post Hoc Tests 分析可知，在向围隔C、D、E添加鱼之前，围隔A与围隔B、C、D、E之间均存在极显著性差异（P＜0.001），添加之后5组围隔之间无显著性差异性.

图1 巢湖围隔叶绿素a变化Figure1 Variation of chl a concentration in the enclosures of Lake Chaohu

2.3 叶绿素a浓度与环境因子间的相关性

由表3可知，在5组围隔中叶绿素a浓度与透明度均呈负相关，而与TP和浮游甲壳动物呈正相关.除与围隔B无相关性外，围隔A、C、D和E的叶绿素a浓度与温度均呈现负相关.围隔A、B和D中的叶绿素a浓度均与溶解氧呈正相关，围隔D中叶绿素a浓度与pH呈显著负相关.围隔D和E中的叶绿素a浓度与TN呈正相关.

表3 试验期间各围隔中的环境因子与叶绿素a的相关性Table3 Relationships between environment factors and chl a in different enclosures during the study period

3 讨论

有关研究表明，乌梁素海和滴水湖水体中的叶绿素a 浓度均与透明度呈负相关性［9-10］.本研究中，5组围隔的叶绿素a浓度与透明度均呈负相关关系.抚仙湖和香溪河中的叶绿素a浓度均与溶解氧呈正相关性，这是由于浮游植物进行光合作用时释放氧分子所致［11-12］.崔莉凤等［13］发现，藻类水华暴发时水体中叶绿素与溶解氧呈正相关，是由于藻类生长使得水体中的氧气含量过饱和造成的.本研究中，巢湖围隔A、B、D中叶绿素a浓度和溶解氧也呈正相关关系.

氮、磷含量对藻类生长有着重要的影响，而叶绿素a是藻类的主要组成部分.因此，叶绿素a可以作为浮游植物现存量的一个重要指标［14］.国际经济与合作发展组织（OECD）在北欧264个水体中发现，80%水体中的叶绿素a浓度受磷限制，11%的水体受氮限制，而剩下的9%受氮、磷的共同影响［15］.国内的一些研究也表明，水体中叶绿素a浓度受磷限制［16-18］.李堃［5］等通过对巢湖水华的研究认为，当TN浓度在5.8～9.4 mg/L 及 TP 浓度在 0.2～0.3 mg/L 范围内时，叶绿素 a 浓度与 TN、TP 呈负线性关系，而当 TP 浓度＞0.3 mg/L 时，叶绿素a浓度与TP呈正线性关系.本研究中，叶绿素a浓度与TN仅在围隔D和E中呈正相关，而叶绿素a 浓度与TP 在5组围隔中均呈正相关关系，这表明总磷对巢湖围隔叶绿素a的影响大于总氮.通常，水温对浮游植物的生长起着促进作用，随着温度的升高，浮游植物的生长速度也加快［18］.缪灿［19］等发现，巢湖叶绿素a浓度和水温呈显著的正相关性.本研究中，除围隔B外，其余围隔中的叶绿素a浓度和温度均呈显著的负相关关系，其原因有待于进一步研究.

鳙鱼为滤食性鱼类，主要以轮虫、枝角类、桡足类等浮游动物为食，也滤食部分浮游植物.在巢湖，食浮游动物的鱼类存在可以减少浮游甲壳动物的密度，进而促进浮游植物的增长，增加水体中叶绿素a的含量［20］.因此，本文认为，巢湖围隔中叶绿素a的浓度变化与营养盐、鱼类的滤食等因素密切相关.

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