浮游植物定量监测方法改进

(辽宁省大连水文局，辽宁 大连 116023)

2007年5月太湖水富营养化严重，蓝藻疯长，生物死亡，敲响了江河湖泊保护的警钟，“河长制”应运而生。2016年12月，中国中共中央办公厅、国务院办公厅印发了《关于全面推行河长制的意见》。根据生态环保部2018年全国水质通报中表述，全国水质状况稳中向好，但是全国仍有近30%水质断面未达标，湖库富营养化问题仍亟待解决。浮游植物密度是湖库富营养化评价的最重要指标，也直接影响着水体生态系统中其他水生生物的正常代谢，它们的种类和数量变动与一些环境因素的变化有着密切关系，而且与水体富营养化密切相关[1]。浮游植物的监测分为定性监测和定量监测。国内外现有的检测方法主要有个数计数法、叶绿素a法、溶解氧法、透光脉动检测法。其中叶绿素a法、溶解氧法和透光脉动检测法都是根据浮游植物自身和周围环境的关联性，建立起函数关系，间接地推算出浮游植物密度，存在着一定的偏差。个数计数法直接对藻类个体进行观察，然后进行数理统计计算，此方法更具有准确性和直观性。然而传统的个数统计法在浮游植物定量检测过程中存在着藻类沉降时间过长和对实验环境要求严苛等缺点，本文针对此种缺点将传统的定量检测方法进行有效改进。

1 浮游植物的定性和定量样品采集传统方法

1.1 定性样品的采集

定性样品用25号浮游生物网采集，采集前打开活塞，清洗浮游生物网。采样时将网口上端入水面下 0～0.3m处作“∞”形循回拖动，约3～5min后将网慢慢提起，然后打开浮游生物网下端的旋塞，将网底浓缩的水样放入标本瓶中，取样约30～50mL。

1.2 定量样品的采集与浓缩

浮游植物定量样品用采水器在所测水层采水1000～2000mL，若透明度较高、浮游植物生物量较低时，应酌情增加采水量到3000～5000mL。

将从野外采集并固定的定量水样，在实验室内倒入沉淀器中静置沉淀48h后，用虹吸管(直径2mm左右为宜，插入水面的一端用25号筛绢封盖)小心缓慢抽掉上清液，虹吸流速不能超过150mL/min，吸至澄清液1/3时，应进一步降低流速到10～20mL/min。整个虹吸过程不可扰动下层的沉淀物，一旦扰动，则需要重新静置沉淀。虹吸后余下20～25mL沉淀物转入定量瓶中。用少许上清液冲洗容器几次，冲洗液加到定量瓶中，最后定容至30mL。

1.3 定量监测浓缩过程存在的问题

定量浓缩过程中需要将采集的样品在沉淀器中静置沉淀48h，再进行样品的进一步处理，主要依靠浮游植物的自身重量来产生富集浓缩效应，并且沉降期间不允许对水体样品产生振动，以免影响浓缩效果。此种浓缩方法主要的缺陷有两点：

a.浓缩时间过长，导致样品从采集到检测至少需要2天的间隔时间，降低了水质监测对数据时效性的要求，工作效率很低。

b.如果浓缩的过程中对沉降器产生振动干扰，则需要重新静置48h，对实验环境条件的要求过于严苛。

2 浮游植物定量监测浓缩方法改进实验

2.1 方法改进的思路

规程中规定浮游植物定性样品采集应用到25号浮游生物采集网，其网孔直径为0.064mm，可以采集需监测水体中全部种类的浮游植物。定性采集用生物网的应用原理一方面是浮游生物网小孔径对浮游植物产生的物理截留作用；另一方面是在“∞”形循回拖动过程中，不断富集浓缩的浮游植物密度越来越大，前一次富集浓缩的浮游植物对后续的浮游植物同样产生截留作用。本实验改进思路依据定性样品采集的原理，将25号浮游生物采集网应用到定量样品浓缩过程中，使一定量的待检测水体中的浮游植物全部富集浓缩到生物网上。

2.2 实验设计

2.2.1 定量浓缩过程

将定量采集的水样，往复循环多次地通过不同层数的25号浮游生物网，为了避免水流循环冲洗对生物网上已富集浓缩的浮游植物产生冲刷作用，循环水流尽量小，实验中均采用从生物网单侧循环进水进行富集浓缩过程。一定次数的富集浓缩过程后，将截留用的浮游植物网全部放置到定量瓶里面进行定容，摇匀后检测。

2.2.2 实验参数选定

影响浮游植物浓缩过程的关键指标是生物网的截留率，规范中已规定使用25号生物网，所以网孔直径已确定。影响实验结果的变量有两个，分别为生物网的层数和水样循环通过生物网的次数。

2.2.3 实验过程

以2018年9月第3周松树水库的水样作为实验水样。除定量监测实验浓缩过程不一致，定量检测的方式和计数方式均同《内陆水域浮游植物监测技术规范》(SL 733—2016)中要求一致[2]，统一将浓缩后的水样用原水样定容到30mL，摇匀浓缩样品后取样通过显微镜观察，以按照规范中的浓缩方法测得的密度样品作为标准样品值。

该浓缩方法的操作过程：将需要分析密度的水样，以人工或者借助仪器的方式形成循环水的形式，反复规定次数地通过特定层数的浮游植物网进行密度的富集浓缩，水循环的次数和浮游植物网的层数根据实验所需进行确定。

2.3 实验结果比对

2.3.1 生物网过滤层数对密度的影响

实验分为5组，分别选用1层、2层、3层、4层、5层生物网进行水样的过滤，每组过滤20次，实验结果见表1。

表1 20次过滤不同层数生物网监测的藻类密度

依据《内陆水域浮游植物监测技术规程》(SL 733—2016)中对质量控制的要求，平行样的检测误差要控制在30%以内，否则要进行重检。由表1可知，当层数大于等于3层时，采用该浓缩方法检测的藻类密度与标准浓缩过程所检测出的藻类密度的相对误差均符合质控要求。从质控数据的相对误差值和实验操作的简易性考虑，选用4层生物网进行下一个参数选定实验。

2.3.2 过滤次数对密度的影响

实验共分为5组进行，选择以4层生物网作为生物网过滤层数，分别过滤10次、15次、20次、25次和30次，实验数据见表2。

表2 4层生物网不同过滤次数监测的藻类密度

由表2可知，当生物网过滤层数达到4层时，10次及以上的过滤次数所检测的数据均符合质控要求，根据对实验的精确度要求，每次实验应选择过滤20次以上的过滤次数。

2.3.3 最优实验条件参数

通过对生物网层数和过滤次数的选择验证实验可知，改进后的检测浮游植物密度实验浓缩过程中，应用的水样藻类密度为969.6万个/L时，应选择生物网层数大于等于3层和过滤次数大于等于20次的实验条件进行浮游植物的富集浓缩。由实验原理可知，当检测样品浓度越大时，生物自身的截留作用越强。所以，当待检测样品浓度大于此次实验的藻密度时，可适当减少生物网的层数或过滤次数；当待检测样品浓度小于此次实验的藻密度时，可增加生物网的层数或过滤次数，从而优化不同浓度梯度下的实验参数，以达到简化实验过程的同时又确保实验数据准确性的目的。

3 快速浓缩方法应用实例比对

采用此浮游植物快速浓缩方法，在10月第3周分别针对大连市松树水库、刘大水库、碧流河水库、英那河水库和朱偎水库5座饮用水源地型水库进行藻类密度监测比对实验。采用传统沉降方法监测的藻类密度作为标准值。实验过程：首先采用规程中的方法检测出各个水库的藻类密度，然后根据藻类密度的大致范围，尝试将生物网层数和过滤次数两个参数多次优化，以达到最优实验条件。具体结果见表3。

表3 5座水库采用快速浓缩法与传统沉降法浮游植物监测数据比对

由实验结果可知，当监测的藻类密度不同时，所需的生物网层数和过滤次数也需要相应的优化，使实验结果同标准藻类密度的相对误差符合规程要求。由5座水库的实验比对结果可知，优化过参数的快速浓缩法可以应用于不同密度梯度的浮游植物藻类定量监测过程。

4 浮游植物定量监测浓缩过程改进实验的意义

a.根据《内陆水域浮游植物监测技术规程》(SL 733—2016)中对定量浓缩过程的要求，样品从野外采集回到实验室，经过48h静置沉降过程才能对浮游植物密度进行监测。改进后的浓缩过程极大地缩短了沉降时间，并且实验过程受环境干扰程度极小，有利于确保实验数据的准确性和稳定性。

b.由对比实验可知，采用通过25号浮游植物网截留的方式进行定量监测过程中对密度的富集浓缩，其监测的藻类数据符合质控要求，说明该实验具有可操作性并且监测数据具有准确性。

c.由快速浓缩实验所获得的实验结果，可为新型快速浮游植物沉降器的研发提供原理和数据支撑。

5 藻类监测在河长制实施过程中的作用

河长制主要任务中，有两项为加强水污染防治和水生态修复。水体中高密度的藻类存在是水体富营养化的一种表象特征，当藻类密度突破阈值后会发生水华现象。水华是水体污染、水生态破坏的一种极端现象。水体藻类密度的快速监测有助于及时地动态掌握水体营养状态和优势种群演化情况，尽量避免水华事件的发生；当水华发生时对优势种群快速的确定，可及时为水华的针对性治理提供依据。