珞珈山三大湖泊浮游植物初级生产力的检测及其水质分析

（西藏大学 西藏 850000）

叶绿素a含量是初级生产力的重要指标，常被作为判断水质好坏的重要指标之一。水体初级生产力是指水体中生产者利用太阳能，以无机物为原料，通过光合作用生产有机物的能力。叶绿素a存在于所有的浮游植物中，可以通过测量其含量来表征浮游植物的生物量，从而判断水质是否富营养化。本文根据HJ 897-2017标准，根据淡水中750nm、664nm、647nm和630nm处的吸光度值计算提取物中叶绿素a的质量浓度。

1.研究地概况与研究方法

(1)湖泊概况

月湖位于武汉大学湖滨区，与东湖相呼应。因为地形比较偏，人流量小，环境安静，湖边有个观赏走廊。由于短期靠近北部的施工现场、西北部的生活区和西南部的教学区，可能存在潜在的环境污染问题。东侧呼应东湖，周边绿化覆盖率高，对生态平衡起到一定的促进作用。

鉴湖位于武汉大学文理学部地理中心，人流量大。面积是三湖中最小的，湖面上没有构筑物，也叫未名湖。鉴湖地理位置特殊，南有武大标志性建筑万林艺术博物馆，西南和东南有教学生活区，西北有体育场，北有樱花大道。使得鉴湖成为武大人流量最大的湖泊，同时也成为最难控制环境的地方。但作为重要节点，鉴湖的环境尤为重要。

星湖位于武汉大学信息学部，周围建筑环绕。背靠食堂，路过的人很多。该地区仅次于月亮湖。湖中央有栈道和湖亭。星湖的地理位置和鉴湖一样特殊。除了被信息通信部重要的食堂、体育场和教学区所包围，毗邻南方的商业中心给星湖带来了高流量的人流。因为环境优美，很多同学选择走这条路，对自然生态系统构成了一定的挑战，星湖的环境治理也要突出。

(2)样品的采集、处理测定

①水样采集

采集鉴湖、星湖、月湖三个校园湖的1L、1L、2L水样，每升水加入1ml的1%的碳酸镁悬浮液，防止酸化造成色素溶解。

②过滤水样

用醋酸纤维滤膜和真空抽滤装置过滤水样，过滤时的负压不得超过50kPa。

③提取

抽滤后取下滤膜，将滤膜放入滤纸中，在-20℃冰箱中冷冻，每隔30min取出，室温解冻15min，反复冻融3次，使细胞完全裂解，便于提取叶绿素a，将滤膜切成碎片，放入10mL带塞尺的离心管中，加入新配制的90%丙酮，调节体积至10mL。摇匀1-2min，放入4℃冰箱过夜。

④离心

以4000转/分钟的速度离心10min，并将上清液移至离心管中进行测定。

⑤测定

将上清液置于比色皿中，在分光光度计上分别读取750nm、664nm、647nm、630nm处的吸光度值。

⑥计算

按公式（1）计算提取液中叶绿素a的质量浓度：

水中叶绿素a含量与浮游生物量呈正相关，也可作为判断水体富营养化的指标。湖泊的富营养化是由于氮、磷等营养物质的过量排放，导致藻类的增殖，降低了阳光在水中的渗透性和溶解氧的水平。生态系统有正反馈调节。当湖泊处于富营养化状态时，生态系统中的大量二级消费者就会死亡，从而加剧水质恶化。在本实验中，参照标准（见表4），以叶绿素为单一评价标准，对月湖、鉴湖和星湖进行了富营养化评价。

按公式（2）计算水样中叶绿素a的质量浓度：

式中：

ρ—水样中叶绿素a的质量浓度，μg/L；

ρ1—提取液中叶绿素a的质量浓度，mg/L；

A664—提取液在664nm波长下的吸光度值；

A647—提取液在647nm波长下的吸光度值；

A630—提取液在630nm波长下的吸光度值；

A750—提取液在750nm波长下的吸光度值；

V1—提取液的定容体积，mL；

δ—比色皿光程，cm；

V—水样体积，L。

(3)实验结果

表1 星湖的提取液在An下的吸光度值

表2 月湖的提取液在An下的吸光度值

表3 鉴湖的提取液在An下的吸光度值

表4 营养类型比对表

根据公式（1）和公式（2）计算可得：

鉴湖表层水的叶绿素a的含量为155.413μg/L；

月湖层水的叶绿素a的含量为10.136μg/L；

星湖层水的叶绿素a的含量为257.444μg/L。

经分析星湖、鉴湖水体呈现高度富营养化月湖呈富营养化。

表5 校园中三个湖泊水样所属营养型

2.影响湖泊水生植物初级生产力的主要环境因素

(1)水文要素

水文过程的变化将影响湖泊水生植物的演变和分布格局。在一定范围内，水位的下降有利于植物的繁殖，水体的富营养化程度将会导致水生植物的演替以及其生产力的改变。从目前的研究来看，可以通过调节湖泊的水文条件来达到恢复湖泊生态系统中的水生植物生态群落的目的。大型水生植物的大量生长可以抑制浮游植物的大量繁殖，从而达到降低水体初级生产力的目的，避免蓝藻水华的产生。同样也为浮游动物提供了庇护所，可以避免被鱼类捕食。在生态系统中，大型植物会创造有利于自己生长的一个环境，分泌某些化学激素，抑制小型水生植物的生长，从而个体在湖中可以获得更多的营养扩大其生长分布范围。

一般来说，植物与环境相互作用的关系复杂多变，水文因素的改变会导致湖泊生态系统中各组分关系之间的改变，尤其是对食物链食物网以及之间关系的影响，从而导致湖泊生态系统初级生态系统的改变，因此探究水文因素的改变对水生植物初级生产力的影响需要展开进一步的研究。

(2)光照和温度

植物通过光合作用吸收来自太阳光的能量，影响植物光合作用过程中的两个最重要的因素是温度和光照强度。在一定范围内来说，光照强度和温度与植物的生产力的关系呈正相关，目前单一因素如光照强度和温度对光合作用的影响的研究已经非常多了，但是几种因素的综合影响目前尚不清楚。夏季光照比较丰富，植物存在光合抑制的现象，而且不同的水生植物的类型受到光的影响不经相同。挺水植物和浮叶植物的受光面积较大光合作用的强度较高，随着水深度的增大，光的折射越强，植物吸收利用的也就越少。同时挺水植物和浮叶植物可以在大气和水体中吸收光合作用所需要的碳，但是沉水植物只能吸收来自水体中的活性碳。温度对水生植物的影响主要表现在以下两个方面：其一，温度对光合作用相关酶的活性的影响；其二，可溶性碳从水扩散到植物体的速率也受到温度的调控。综合温度和光照强度对光合作用的影响来看，温度和光照的影响对沉水植物的影响大于对挺水植物的影响。

从目前的研究来看，对水生植物初级生产力的影响因素的研究主要集中在非生物因素上，而对植物群落的生殖行为，种群间和种群内关系等的生物因素的调节作用的研究相对较少。因此综合分析生物因素和非生物因素对水生植物初级生产力的调节的影响，有利于解释水生植物初级生产力的时空变化规律。

3.总结与分析

两次实验结果都得出相同的实验结论—叶绿素含量：星湖＞鉴湖＞月湖，分析可能的原因：

（1）月湖位于信息学部腹地，周边密集分布宿舍楼和学生食堂。可以推断，部分生活污水排入星湖，外来污染物的排放超过了其生态系统的负反馈调节能力。湖泊无法恢复原状，生态系统的正反馈调节起作用。湖中水生动植物的死亡加剧了水质的恶化。此外，星湖是一个孤立的湖泊，与外界环境的物质和能量交换很少，因此其水体对污染的耐受力较弱，生态系统容易失去平衡，水生藻类和原生动物繁殖迅速，加剧了水质的恶化。

（2）鉴湖虽然位于梅园生活区和桂园生活区交界处，但与外界水体并无联系，水质较星湖有一定优势。但鉴湖种植了大量沉水和漂浮植物，对水质净化有一定作用。同时鉴湖还有不规则的音乐喷泉，可以在一定程度上增加水流。综上所述，鉴湖的水环境对藻类和原生动物的生长繁殖有一定的抑制作用。

（3）月湖中，生活污水也排入湖中。2018年月湖的水是黑色的，还伴随着恶臭。但得益于2019年对月湖的治理，湖水得到了更新，淤泥得到了清理，随后湖中又增加了大量的水生植物，并相应的增加了一些鱼类，从而重建了一个相对健康的水生生态系统，月湖的水质得到了很大的改善。同时，月亮湖与东湖相连，水体可以与东湖进行物质和能量的交换，水体更新相对其他两个湖泊更快。