叶绿素a含量与pH、DO、氮磷浓度关系研究

曹樱樱

摘要：针对杨溪水库2014年整年的监测资料，分析叶绿素a含量与pH、DO、总氮、总磷浓度的相互关系。

关键词：杨溪水库；叶绿素a；pH；DO；氮磷

中图分类号：TB

文献标识码：A

文章编号：16723198（2015）17020802

近年来，随着工农业迅速发展和人口急剧增加，大量氮、磷营养盐进入水库，造成了水体富营养化。藻类大量繁殖后，其次生代谢产物MCRST能损害肝脏，具有促癌效应，直接威胁人类的健康和生存。因此，做好饮用水源地的藻类监测和研究工作非常重要。由于叶绿素a是表征藻类现存量的重要指标之一，因此研究叶绿素a与pH、DO、氮磷浓度的关系，对认识水库富营养化的机理具有重要意义。

1研究区域概况

永康市位于浙江省中部，钱塘江上游，地理坐标为东经119°53′38″～120°20′40″，北纬28°45′31″～29°06′19″。东北紧邻东阳市、磐安县，东南连缙云县，西界武义县，北接义乌市，市域东西长约45km，南北宽约38km，全市土地总面积1049km2。永康城区多年平均降雨量为1412.3mm，但时空分布不均，年降雨量主要集中在3～7月，占全年降雨量的60%左右。

杨溪水库位于永康市境内，钱塘江流域的上游，是目前永康市最大的一座以供水为主，结合防洪、发电等综合利用的中型水库。集雨面积124km2，总库容6453万m3。现状供水量18万t/d，是永康市城区的主要供水水源。近年来，随着经济社会的发展和库区人类活动的加剧，生活、养殖等点源污染，农业面源污染加剧，特别是随着道路交通条件的改善，部分村民在库区开办农家乐等，直接影响了杨溪水库的水质，导致水库发生富营养化趋势。

2关系研究

2.1pH与叶绿素a的关系研究

水体pH主要受CO2含量的影响。水中CO2与水以及碳酸盐和碳酸氢盐作用，构成一个复杂可逆碳酸盐系统。CO2含量又受藻类光合作用、水生生物呼吸作用、水温、有机物质氧化分解等的影响。藻类光合作用把水中CO2转化为有机物C6H12O6和O2，水生生物呼吸作用是利用有机物，产生CO2。光合作用及呼吸作用的反应式如下：

6CO2+6H2O+E光照C6H12O6+6O2

C6H12O6+6O26CO2+6H2O+E

式中：E代表能量

相对空气而言，CO2在水中沿浓度梯度扩散很慢，而藻类光合作用可快速减少CO2，使pH升高。相反，水生生物呼吸作用可增加CO2，从而使pH降低。

水温通过影响光合酶和呼吸酶的活性来控制藻类光合作用速率及水生生物呼吸作用速率，进而决定代谢活动消耗或产生的CO2含量。研究表明，一定温度范围内，水温升高可促进藻类的光合作用及水生生物的呼吸作用。水温对CO2在水中的溶解度也有一定的影响。

当水体含有衰亡的藻类或其他有机污染物质时，该有机物可在生物化学氧化作用下转化为CO2，导致pH降低。

因此，水体的pH与藻类生命活动密切相关。更有研究表明，在藻类丰盛的水体中，当藻类数量增加到一定数量级时，其数量的多少和生命活动的旺盛程度对水体的pH起主导作用。因此，从pH数值可以间接判断水体是否发生富营养化。

2.2DO与叶绿素a的关系研究

DO的收入主要包括水生植物的光合作用和大气溶氧，而DO的主要支出是水生生物耗氧。DO的浓度变化遵循以下关系式：

dCdt=ka（Csat-C）+Pt-Rg（tr

Rg=R+k1（BOD）

式中：tr为日出时间，t为测定时间，ts为日落时间，ka为复氧常数，与水文、水温条件有关，C为DO的浓度，mg/L；Csat为一定温度下，DO的饱和浓度，mg/L；Pt为t时刻，植物或藻类光合作用速率，它是温度、光照和叶绿素a的函数，mg/（L·d）；Rg为水生生物的呼吸作用，mg/（L·d）；R为植物或藻类呼吸作用速率，mg/（L·d）；BOD为生化需氧量，mg/L；k1为生化需氧量常数，取决于溶解性有机碳和营养盐的浓度。

其中植物或藻类光合作用速率见下面关系式：

Pt=Pmax=ItIk

1+ItIk2

式中：It为时测太阳辐射，Ly/d；Ik为植物或藻类生长最佳的光照强度，500Ly/d；Pmax为最大光合作用速率，mg/（L·d）。

可见，水体的DO也与藻类的生命活动有关。当藻类数量增加到一定数量级时，其数量的多少和生命活动的旺盛程度控制了水体中DO的变化。

2.3总氮与叶绿素a的理论分析

杨溪水库2014年度的水质监测成果表见表1。

根据表1绘制叶绿素a与总氮的关系图，详见图1。

表12014年杨溪水库水质监测成果表

图1叶绿素a与总氮关系图

从图1中可以看出叶绿素a与总氮浓度的关系。叶绿素a与总氮浓度呈正线性关系。叶绿素a含量随总氮的增加而升高。

2.4总磷与叶绿素a的理论分析

根据表1绘制叶绿素a与总磷的关系图。详见图2。

图2叶绿素a与总磷关系图

从图2中可以看出叶绿素a与总磷浓度的关系。叶绿素a与总磷浓度呈正线性关系。叶绿素a含量随总磷的增加而升高。

3结论

通过以上分析可以看出，在富营养化水体中，pH或DO与藻类数量存在较好的关联性。藻类生长前期，因为光合作用，可以产生大量的DO，导致水体含量急剧上升，藻类繁殖到一定程度后，又需要消耗大量的DO，导致水体DO降低，藻類死亡后，水体的DO又会成上升趋势。水体的pH值升高，可以侧面反应藻类繁殖。藻类繁殖消耗了大量的CO2，导致pH值升高。

作为水体富营养化指标的总氮和总磷，是藻类爆发的必要条件。氮磷等营养物质进入水体，给藻类爆发提供了营养基础。早期氮磷含量增加，就要引起注意，防范富营养化。氮磷含量增加，导致藻类爆发，藻类爆发后，吸收了氮磷，水体的含量急剧下降，藻类死亡后，氮磷又被重新释放到水体中，氮磷含量又会上升。

通过对几个指标的相关性研究判断水体的富营养化程度，发挥警示作用，对避免杨溪水库的藻类爆发有科学的指导作用。

参考文献

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