不同水体中叶绿素a与氮磷浓度关系及富营养化研究.docx

不同水体中叶绿素a与氮磷浓度关系及富营养化研究 何为媛 王莉玮 王春丽摘要：过量的氮、磷等营养物质进入到水体中导致藻类大量繁殖，造成水体富营养化叶绿素a是富营养化常见的响应指标，是藻类光合作用的主要物质该文综述了国内不同水体中叶绿素a与氮、磷浓度相关关系，对其富营养化状况进行评价，发现营养状况的丰欠与水体理化性质有关，在总结前人研究的基础上，对未来富营养化研究方向进行了简要分析和展望关键词：叶绿素a;总氮;总磷;相关分析;富营养化随着社会经济的快速发展，人类活动不可避免的对河流、湖泊、海洋等水体造成影响，各种水环境问题不断发生过量的氮、磷等营养物质的输入已大大超出了水体能够正常承载的范围，使得藻类等浮游植物和部分浮游动物大量繁殖，造成水体富营养化等一系列环境问题[1-3]研究表明，富营养化现象受多种环境因子影响[4]，其中氮、磷作为浮游植物赖以生长的重要营养物质，参与光能转化代谢过程，是最为重要的2个因素[5-7]而叶绿素a（CHL-a）是藻类光合作用的主要物质，也是利用太阳光能把无机物转化为有机物的关键物质，是富营养化常见的响应指标可以利用叶绿素a来评估藻类生长状况[8-9]，反映水体理化性质的动态变化和水体富营养化状况[10]。

然而，水体中氮、磷的浓度与藻类的繁殖并不总是呈正比，而是表现出非常复杂的关系营养元素的形态不同，所表现出的地球化学行为也就不同，并且在生物地球化学循环中所起的作用也不同氮、磷的形态、浓度和空间分布的差异性会对藻类生长产生不同的影响[11，12]，同时，叶绿素a浓度可能还受温度、光照、水量和流速等水动力条件与特征的影响[13]因此，叶绿素a与氮、磷浓度的相关关系因水体不同呈现明显的差异性研究叶绿素a与氮、磷浓度的关系，对认识水体富营养化的形成机理及其影响因素之间的相互关系有重要意义[14，15]，也可为水体富营养化防治及水体水生态管理提供参考依据1 富营养化评价方法国内外关于水体富营养化程度的评价指标很多，不同评价方法所选取的参照因子也不相同目前通用的富营养化评价方法主要有5种：单因子含量评价法、综合营养状态指数法[16]、基于营养盐限制性的潜在性富营养化评价法[17]、美国河口营养状况评价法（ASSETS）[18]和欧盟综合评价法（OSPAR-COMPP）[19]其中美国和欧盟的2种方法所涉及到的评价指标较多，能够较为全面地评估导致富营养化的因素及其可能引起的各种富营养化症状，较基于单一的营养物质指标的评价方法有一定的优越性。

由于我国河流和近岸海域环境监测资料的不完整，尚不能完全应用以上2种评价方法故选取叶绿素a浓度作为检验评价指标，参照美国环保总署（USEPA）有关标准：[ρ]（Chl-a）>10mgm-3，富营养化;4mgm-3<[ρ]（Chl-a）<10mgm-3，中营养化;[ρ]（Chl-a）<4mgm-3，贫营养化，进行不同水体的富营养化程度的划分但在实际环境中，河流、湖泊、海洋等不同水體的水动力条件与特征存在明显差异，对于评价不同水体的富营养化程度的方法也不应一概而论根据《湖泊富营养调查规范（第2版）》的标准，采用0～100的连续数值对湖泊营养状态进行分类，评分值70，重度富营养化河流、湖泊、海洋都应根据各自水体特征，设置明确的关键性因素指标，对单一水体制定更为切合的富营养化评价标准，以便为富营养化监控和水环境的治理提供参考依据2 国内不同水体中叶绿素a与氮磷浓度关系及富营养化状况评价根据美国环保总署（USEPA）有关标准，选取所考察的叶绿素a浓度作为检验评价指标，考察国内不同水体中叶绿素a与氮、磷浓度相关关系，对其富营养化状况进行评价，结果如表1所示区铭亮等[20]研究表明，鄱阳湖2009年9月水体中氮磷盐与叶绿素a相关性最好，大量营养盐的排入驱动叶绿素a质量浓度的增加;7月的相关性较小;其他月份无明显相关。

说明季节性因素不同会使叶绿素a与营养盐的相关性会发生变化商立海等[21]分析发现，湖水上层（8m）叶绿素a与TP有明显的线性相关关系（r=0.965，P0.3mg/L时，叶绿素a的浓度与TP成正相关，高浓度的TP促进藻类生物量的进一步提高我国对于河流的监测仍停留在水质达标上，针对河流富营养化的关注不及湖泊和海域成都府南河[23]按照叶绿素a的含量标准可判定为基本属于贫营养化，但按照氮、磷含量评价标准已达到富营养化水平相关性分析显示叶绿素a和TDP含量呈显著正相关，府南河富营养化的主要污染因子为磷，限制因子为氮南京秦淮河水体叶绿素a浓度的对数与TP的对数呈正相关，氮磷比为26∶86，与氮磷比的对数呈负相关，表明磷可能是导致秦淮河水华暴发的主要影响因子[24]黄鸾玉等[25]在分析黔江不同河段的水质监测资料发现，叶绿素a随TN浓度升高而升高，可见TN浓度决定藻类生物量的高低，黔江TP浓度整体较低，与叶绿素a呈现不显著的负相关性在黔江的污染治理时，要首要控制氮元素海域水环境由于面积广阔，水动力条件存在较大差异叶绿素a含量与氮磷盐关系存在较明显的季节性和区域性差异北戴河夏季叶绿素a的分布受近岸水域和陆源环境影响较大，氮、磷浓度均与叶绿素a呈显著相关[26]。

河口附近海域在地表径流和潮汐的共同作用下，使水体得到充分混合，营养盐含量丰富，有利于藻类等浮游植物的大量繁殖，使得叶绿素a含量相对较高周艳蕾等[27]基于2013年夏、秋季和2014年春季黄渤海海域调查数据发现，不同水质参数对海水叶绿素a含量的影响相对重要性具有季节差异夏季，对海水叶绿素a含量影响最重要是磷酸盐和温度;春季，对于海水叶绿素a含量影响最重要的是盐度和溶解无机氮蒋玫和沈新强[28]调查杭州湾及邻近水域叶绿素a与氮磷盐的关系，杭州湾与舟山渔场叶绿素同氨氮呈现良好的负相关杭州湾强烈的潮汐运动使沉积物再悬浮，阻挡了阳光向较深水层投射，影响了浮游植物的光合作用，因而叶绿素含量相对较低;舟山渔场泥沙沉降扩散并经外海稀释，使得水体透明度提高，有利于浮游植物的生长与繁殖，导致叶绿素a含量出现较高值通过总结前人的研究结果可以看出不同水体中叶绿素a与氮、磷浓度相关关系各不相同，甚至同一水体环境中不同区域状况特征也存在差异所以，探究河流、湖泊、海洋不同水环境之间的叶绿素a与氮、磷浓度的关系异同，对于认识水体富营养化的形成机理十分必要3 不同水体之间的叶绿素a与氮、磷浓度的关系异同大量研究表明，水体中叶绿素a受营养盐、光照、温度、透明度和悬浮物等多种因素的影响和控制[29]，水体富营养化状况不一定导致水华、赤潮的暴发，水华、赤潮暴发也不能确定水体存在富营养化现象。

我国赤潮多发区（如长江口）显示出强烈的季节性，虽然水质处于贫营养化水平，但在适宜的环境条件下也能够产生水华由于湖泊温度、水深、形态及营养物质的浓度不同，其富营养化时水华产生的特点也存在很大差别，特别是在大型湖泊中，影响水华产生的因素更加复杂，仅仅依据叶绿素a与氮、磷浓度的关系来判断水体是否处于富营养化水平是不够的叶绿素a有明显的季节节律和时空差异，分布格局受到湖流、风动等因素综合影响湖泊底部沉积物释放氮磷盐的内源作用是控制湖泊富营养化的关键城市河流受人类影响更为直接，营养盐浓度较湖泊高了1个数量级[23]然而，吴怡等[23]的研究中也指出在相对较高的氮、磷浓度下，河流叶绿素a浓度仅为湖泊的1/10乃至1/100，出现这种现象的原因可能是由于河流的水动力条件制约了浮游植物的生长营养盐的输入对于水体富营养化起到重要作用，水动力条件也是一项关键因素河流的快速流动性加快了溶解氧的补充，对叶绿素a含量的增加有一定程度的抑制作用河流与湖泊、海洋相比，很大的不同在于河流所接纳的营养盐输入方式更广，随流经区域不同而存在较大差异，从而造成叶绿素a的时空分布差异而当承载高浓度营养盐的河水汇入湖泊和海洋，无疑将增加湖泊和海域的富营养化压力。

海洋水环境除了携带大量营养物质的河流输入外，容易受到湍流等海水独有的特殊水动力条件影响如南黄海的中部受到黄海暖流和黑潮余脉的影响形成低营养盐分布海域，限制了浮游植物的生长[27]另外，有些海域存在冷水团，即使氮、磷等营养盐充足，浮游植物也会因温度低生长受到抑制，进而叶绿素a的含量较低但是，如杭州湾东部的舟山渔场潮流强，致使水体交换较为充分，营养盐稳定，也有利于浮游植物生长和繁殖[28]4 研究展望水体富营养化问题日益突出，氮、磷是导致水体发生富营养化的重要营养元素，研究叶绿素a与总氮、总磷浓度的关系，对认识水体富营养化的机理及富营养化的控制有重要意义目前，已有研究对于不同水体的富营养化状况评判标准不统一，水文调查资料不全面因此，需进一步加强以下几个方面的研究：（1）针对河流、湖泊、海洋等不同水体的特点制定更全面、更切合的富营养化状况评判标准，多指标综合考量的评判体系可依据3种水环境特征建立，对不同水体采用不同的评判标准在采样过程中，对各指标进行细化，避免遗漏水文数据，影响后续进一步的评判和监控2）对于同一水域的研究设置长期观测，以观察季节性变化对叶绿素a含量的影响，提高富营养化的治理的及时性，并在一定程度上起到预测性的作用，以便更好地进行水污染防控和治理。

3）除研究叶绿素a与氮、磷浓度的相关关系外，对光照、温度、透明度和水动力条件等因素综合考量，为预防大规模水华的发生和湖泊富营养化的治理提供科学数据及决策依据参考文献[1]Anderson D M，Glibert P M，Burkholder J M. Harmful algal blooms and eutrophication：nutrient sources，composition，and consequences[J]. Estuaries，2002，25（4）：704-726.[2]Glibert P M，Burkholder J A M. Harmful algal blooms and eutrophication：“strategies” for nutrient uptake and growth outside the Redfield comfort zone[J]. Chinese Journal of Oceanology and Limnology，2011，29（4）：724-738.[3]Chen H，Sun C，Wu Y. Analysis of trend of nutrient structure and influencing factors in Changjiang Estuary and its adjacent sea during 23 years[J]. Marine environmental science，2011，30（4）：551.[4]吳怡，邓天龙，廖梦霞，等.天然水体沉积物中有机氮的研究进展[J].广东微量元素科学，2006，13（11）：7-13.[5]Wiley M J，Hyndman D W，Pijanowski B C，et al. A multi-modeling approach to evaluating climate and land use change impacts inaGreat Lakes River Basin[M]//Global Change and River Ecosystems—Implications for Structure，Function and Ecosystem Services. Springer，Dordrecht，2010：243-262.[6]Li X，Yang L，Yan W. Model analysis of dissolved inorganic phosphorus exports f。