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《太湖水体叶绿素a含量与氮磷浓度的关系_陈永根》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
生态学杂志ChineseJournalofEcology2007,26(12):2062-2068*太湖水体叶绿素a含量与氮磷浓度的关系1,2222**陈永根刘伟龙韩红娟胡维平(1浙江林学院环境科技学院,浙江临安311300;2中国科学院南京地理与湖泊研究所,南京210008)摘要基于太湖水体1993)2002年5)9月监测资料,进行了叶绿素a含量与总氮(TN)、总磷(TP)浓度关系的分区统计分析,探讨了太湖藻类生长的TN、TP适宜浓度。结果表明:太湖叶绿素a含量与TN、TP浓度的关系存在显著的空间差异;在梅梁湾和西北区,当TN、TP浓度较低时,叶绿素a含量与TN、TP浓度呈正相关;当TN、TP浓度较高时(梅梁-1-1湾TN、TP浓度分别超过514和0131mg#L;西北区分别超过415和0127mg#L),叶绿素a含量与TN、TP浓度呈负相关;在湖心区和贡湖区,叶绿素a含量与TN、TP浓度呈正-1相关,尤其当TP浓度超过011mg#L时,叶绿素a含量随TP浓度增加而上升;在东太湖和湖东滨岸区,随TN、TP浓度的升高,叶绿素a含量变化较小;在西南区,叶绿素a含量与TN浓度无显著相关关系,与TP浓度呈正相关;太湖藻类生长的适宜浓度是TN<514mg#-1-1L,TP为011~0131mg#L。关键词太湖;叶绿素a;总氮;总磷;藻类生长;适宜浓度中图分类号X52文献标识码A文章编号1000-4890(2007)12-2062-07Relationshipsbetweenchlorophyl-lacontentandTNandTPconcentrationsinwater1,222bodiesofTaihuLake,China.CHENYong-gen,LIUWe-ilong,HANHong-juan,HU21We-iping(SchoolofEnvironmentalScienceandTechnology,ZhejiangForestryUniversity,Lin.2an311300,Zhejiang,China;NanjingInstituteofGeographyandLimnology,ChineseAcademyofSciences,Nanjing210008,China).ChineseJournalofEcology,2007,26(12):2062-2068.Abstract:BasedonthemonitoringdatafromMaytoSeptemberin1993-2002,thispaperstud-iedtherelationshipsbetweenthechlorophyll(Ch-la)contentinalgaeandlowerthetotalnitrogen(TN)andtotalphosphorus(TP)concentrationsinwaterbodiesofTaihuLake,withthefavora-bleTNandTPconcentrationsforalgaegrowthdiscussed.Theresultsshowedthattherelation-shipsbetweenCh-lacontentandTNandTPconcentrationswerequitedifferentinthemonitoringzones.TheCh-lacontentincreasedwithincreasingTNandTPconcentrationswhentheywere-1-1lowerthan514and0131mg#LinMeiliangBayandlowerthan415and0127mg#LinthenorthwestpartoftheLake,butdecreasedwithincreasingTNandTPconcentrationswhenthey-1werehigherthan514and0131mg#LinMeiliangBayandhigherthan415and0127mg#-1LinthenorthwestpartoftheLake,respectively.InGonghuBayandinthecentralpartoftheLake,Ch-lacontenthadpositivecorrelationswithTNandTPconcentrations,andincreasedvery-1fastwhentheTPconcentrationwashigherthan011mg#L.InDongtaihuBayandintheeastpartoftheLake,Ch-lacontentvariedlittlewiththechangesofTNandTPconcentrations;whileinthesouthwestpartoftheLake,Ch-lacontentincreasedwithincreasingTPconcentration,buthadnosignificantcorrelationwithTNconcentration.Thefavorablewaterbody.sTNandTPcon--1centrationsforalgaegrowthinTaihuLakewere<514and011-0131mg#L,respectively.Keywords:TaihuLake;chlorophyl-la;totalnitrogen;totalphosphorus;algaegrowth;favorableconcentrations.*中国科学院资源环境领域野外台站研究基金、中国科学院知识创新工程重大项目(KZCXI-SW-12-Ò-01)和水利部科技创新资助项目。**通讯作者E-mai:lwphu@niglas.ac.cn收稿日期:2007-01-23接受日期:2007-09-11 陈永根等:太湖水体叶绿素a含量与氮磷浓度的关系2063讨太湖水体叶绿素a含量和总氮(TN)、总磷(TP)1引言浓度关系,为揭示太湖富营养化机理提供依据。富营养化是中国湖泊普遍面临的重要环境问2材料与方法题,是湖泊水体营养盐含量不断上升、生产力从低的贫营养状态逐步向生产力高的富营养状态过渡的一211太湖叶绿素a、TN、TP监测资料种现象(蔡启铭等,1995;刘元波等,1997)。氮、磷本研究采用的基础资料主要为中国科学院太湖是导致湖泊发生富营养化的重要营养元素,对湖泊湖泊生态系统研究站(简称太湖站)和水利部太湖藻类生长和蓝藻的爆发具有重要的影响。它们与藻流域管理局(简称太湖局)的常规监测资料。其中类生物量之间的关系一直是研究湖泊富营养化的重太湖局的基础数据时段为2000)2002年,监测点共要内容之一(杨清心,1996;秦伯强等,2004)。由于19个,监测频次为每月1次。太湖站的基础数据时叶绿素a含量是表征藻类现存量的重要指标之一段为1993)2002年,监测点共12个,其中梅梁湾、(Lorenzen,1967)。因此,研究叶绿素a与总氮、总湖心区和贡湖区监测频率为每月1次,西南区和东磷浓度的关系,对认识湖泊富营养化的机理具有重太湖区监测频次为每季度1次。各监测点在太湖中要意义。的分布见图1。温度是藻类生长的重要限制因素,藻类在低温212数据处理季节难以生长,其生物量也往往与水体总氮、总磷浓21211空间分区由于太湖五大湖湾和湖中岛屿度不存在显著的相关关系,本研究的时间段仅针对影响着太湖吞吐流和风生流的方向和速度(胡维平温度适宜藻类生长的5)9月。影响叶绿素a与总等,1998,2000),使太湖的水动力环境特征存在着显氮、总磷浓度关系的因素较多,如藻类组成(Stein-著的空间差异。加之环湖河网的入流、出流水质的berg&Hartmann,1988)、水生植物的化感作用(唐不同和湖周地区排污量等的差别,太湖水质和生态萍等,2001;鲜啟鸣等,2005)、水动力条件(胡维平系统在水平空间存在着巨大的差异(秦伯强等,和秦伯强,2002;丁玲等,2005;孙小静等,2007)等。2004;胡志新等,2005ab),如太湖西部、北部基本无本文采用1993)2002年长时间序列的监测资料,探水生植物覆盖,而太湖东部水生植物生长茂盛,覆盖图1太湖分区及测点分布示意图Fig.1SubareasofTaihuLakeandlocationsoffieldobservation 2064生态学杂志第26卷第12期度较高。因此为准确描述太湖水环境,根据中国科个分区水体叶绿素a含量和TN、TP浓度的关系。学院南京地理与湖泊研究所(2004)及白晓华和胡从图2、图3可以看出:在梅梁湾区,当水体TN浓度-1-1维平(2006)对太湖的分区研究,将太湖分为梅梁<514mg#L或TP浓度<0131mg#L时,叶绿湖、西北区、湖心区、贡湖、西南区、东太湖和湖东滨素a含量与TN、TP浓度之间为正线性关系;但当岸区等7个区域(图1)。TN、TP大于上述浓度时,叶绿素a与TN、TP之间却21212随机性剔除影响湖泊水体叶绿素a、TN、呈负线性关系。TP浓度等水质参数的因素较多,如船对样点的扰在西北区,叶绿素a与总TN、TP浓度的关系与动、采样时水动力条件等,所以实际观测值具有一定梅梁湾类似。当TN、TP浓度分别小于415和0127的随机性。为去除随机因素的影响,本研究首先分mg#L-1时,叶绿素a含量与TN、TP关系为正线性别将TN、TP浓度按由从小到大排列顺序把各区监-1关系;当TN、TP浓度分别大于415和0127mg#L测数据进行排序,并将数据列分成n个区段(X1,时,叶绿素a与TN、TP也变为负线性关系。结果表X2,,Xn)(表1),计算落于该区段Xi-Xi+1TN、TP明,在西北区和梅梁湖,过高的TN、TP浓度会对藻浓度的平均值,然后依据监测值,计算落于各区段类生长产生抑制作用。TN、TP浓度对应的叶绿素a含量的平均值,这样在在湖心区,叶绿素a含量随TN浓度的增加而太湖7个分区内均可得到两组新的TN、TP浓度和上升,即与TN呈正线性关系;当TP浓度较低时,叶对应叶绿素a含量的参数值,基本上可剔除随机因绿素a随TP的增加小幅上升,但是当TP浓度超过素的影响。-1011mg#L时,叶绿素a随TP的增加而迅速上升。3结果与分析在贡湖区,叶绿素a与TN、TP浓度的关系与湖心区图2、图3为1993)2002年5)9月时段太湖7相似。-1表1TN、TP浓度分段平均处理表(mg#L)Tab.1SubsectionofTNandTPconcentrations梅梁湾西北区西南区东太湖湖东滨岸区贡湖区湖心区序号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陈永根等:太湖水体叶绿素a含量与氮磷浓度的关系2065图2叶绿素a含量与总氮浓度的关系Fig.2RelationshipofCh-laconcentrationtoTNconcentration-1在东太湖和湖东滨岸区,随着TN、TP浓度的变下波动,当TN浓度介于110~214mg#L时,水体化,叶绿素a变化较小,即叶绿素a浓度基本不受叶绿素a含量随TN浓度的增加显著降低,而当TN-1TN、TP浓度变化的影响。浓度介于214~410mg#L时,叶绿素a含量随TN在西南区,叶绿素a含量与TN、TP浓度之间的浓度的增加显著增加。叶绿素a含量随TP浓度升关系差异明显。叶绿素a含量随TN浓度的变化上高呈指数上升,表明在该水域总磷增加会促使水体 2066生态学杂志第26卷第12期图3叶绿素a含量与总磷浓度的关系Fig.3RelationshipofCh-laconcentrationtoTPconcentration叶绿素a含量上升。量与TN、TP浓度关系的分析是必要的。1993)2002年梅梁湾通过直湖港和武进港接4讨论纳了大量的无锡、常州工业废水和生活污水,大量411空间差异的原因氮、磷进入梅梁湖,加上马山围垦对梅梁湖与太湖水研究表明,太湖叶绿素a含量与TN、TP浓度之体交换的阻碍作用(胡维平等,2000),水体TN、TP的关系存在明显的空间差异,分区进行叶绿素a含浓度快速升高,使水体富营养化急速发展,藻类生长 陈永根等:太湖水体叶绿素a含量与氮磷浓度的关系2067-1繁殖速度加快,生物量升高,藻类叶绿素a含量也升此当TP超过011mg#L时,叶绿素a随着TP浓高。但是随着梅梁湖接纳的TN、TP浓度的进一步度的增加迅速升高。-1升高,最高浓度分别达1418和0193mg#L,超过东太湖和湖东滨岸区水生植被覆盖度较高,其杨顶田等(2003)获得的微囊藻生长最适宜的TN、生态健康状况为全湖最好(胡志新等,2005a,TP浓度上限,说明水体存在氮、磷含量过剩现象。2005b)。由于沉水植被具有克藻能力(唐萍等,据Steinberg和Hartmann(1988)引起水华的藻类都2001;Ruggieroetal.,2003;鲜啟鸣等,2005),水体有其特定合适的营养盐浓度的理论,梅梁湖溶液水氮、磷浓度升高,促进水生植物生长,导致水生植物势可能大于发生水华的微囊藻细胞水势,造成微囊的克藻作用进一步增强。虽然这2湖区TN、TP浓藻细胞死亡(潘瑞炽和董愚得,1995),继而使水体度与湖心区、贡湖区一样,未超过藻类生长限制值,叶绿素a含量下降。随着适应相对较低浓度藻类细但是这2湖区叶绿素a随TN、TP的增加不发生变胞的死亡,适应较高浓度的藻类成为优势种,藻类组化,维持较低的含量。成发生变化(Chenetal.,2003),如在武汉东湖,因西南区除沿岸区,有部分挺水植物外,未有大面水体富营养化的发展,至20世纪80年代,藻类从微积水草分布,水体中TN、TP含量主要受笤溪河、西囊藻(Microcystisspp.)、鱼腥藻(Anabaenasp.)占优北区和湖心区的影响,其浓度与湖心区、贡湖区相逐步发展为隐藻(Cryptomonassp.)和蓝隐藻仿,叶绿素a随TP含量上升呈正指数增长,其与TN(Chromonassp.)占优(刘健康,1990),进而也可导的复杂关系有待于进一步深入研究。致藻类叶绿素a含量发生变化。412太湖藻类生长的适宜TN、TP浓度与高浓度西北区和梅梁湖相似,也接纳了大量来自太滆氮、磷对太湖藻类水华的抑制运河、宜溧河和漕桥河的氮磷,水体氮磷浓度上升速Steinberg和Hartmann(1988)认为,引起水华的率也较大,富营养化严重,水体透明度低,水生植被各种藻类都有其特定合适的营养盐浓度。依据梅梁特别是沉水植被消失(秦伯强,2004)。在氮磷未达湾和西北区藻类叶绿素a含量与TN、TP浓度的关到水华藻类生长浓度上限时,藻类叶绿素a含量随系,可以看出,适宜太湖藻类生长的TN浓度上限约-1TN、TP浓度的升高而上升。该水域水体最大TN、为514mg#L,大于太湖水华藻类的微囊藻适宜-1-1TP浓度分别达1016和0140mg#L,也超过杨顶浓度上限410mg#L(杨顶田等,2003);TP浓度-1田等(2003)获得的微囊藻生长最适宜TN、TP浓度上限约0131mg#L,大于太湖水华藻类的微囊藻-1的上限。因此,该区域存在氮、磷含量相对微囊藻过适宜浓度上限0130mg#L。表明,在太湖藻类种剩的现象,与梅梁湖相似,氮、磷过剩时,水体叶绿素群受水体氮磷的影响和其优势种所受的影响存在一a含量反而下降。定的差异。导致这种差异原因:一方面,可能与杨顶湖心区是一开敞水域,水体中TN、TP浓度主要田等在实验中选用氮盐与磷盐的形态与梅梁湖、西受梅梁湾、西北区等水体的影响。由于梅梁湾、西北北区的水体的氮磷形态存在一定差异有关;另一方区自净、稀释作用,水体进入该区的过程,其氮、磷含面,太湖水体中藻类种类繁多,并不仅为微囊藻,还量不断下降(蔡启铭等,1995;陈宇炜等,1998;杨顶包含隐藻和蓝隐藻,当水体中总氮的含量超过410-1田等,2003),湖心区TN、TP浓度相对较低,最大浓mg#L时,水体中微囊藻比重下降,蓝隐藻等其他-1度分别为419和0125mg#L,除总氮超过杨顶田藻类含量上升,水体藻类总含量仍继续升高,因而水等(2003)获得的微囊藻生长最适宜的TN浓度上限体中叶绿素a仍继续升高,就整个藻类种群而言,适-1(410mg#L)外,磷小于微囊藻生长最适宜浓度宜其生长的总氮浓度上限因而高于单一微囊藻。因上限,因而该区叶绿素a含量与TN、TP浓度呈正相此,为揭示高浓度营养盐对藻类生长抑制作用,需进关关系。贡湖区是太湖主要出湖望虞河与大太湖连行混合藻类的培养实验。接的通道,其水体TN、TP、叶绿素a含量受湖心区的据1993)2002年的监测资料,梅梁湾TN、TP-1影响较大。该水域TN、TP浓度较低,与湖心区相超过514和0131mg#L的频率分别为1613%和-1似,藻类叶绿素a含量与TN、TP浓度呈正相关关713%;西北区TN、TP超过415和0127mg#L的系。由于这2湖区水体中磷相对于氮含量来说偏频率为2017%和413%,这2水域高浓度TN对藻类少,磷为藻类生长限制性因素(秦伯强等,2004),因生长具有一定抑制作用,但是高浓度TP的抑制作 2068生态学杂志第26卷第12期用较弱。在适宜的光热条件下,上述区域容易暴发蔡启铭,高锡芸,陈宇炜,等.1995.太湖水质的动态变化及影响因子的多元分析.湖泊科学,7(2):97-106.大规模水华,应对此高度重视。陈开宁,包先明,史龙新,等.2006.太湖五里湖生态重建413富营养化湖泊水质改善进程中的藻类水华回示范工程)))大型围隔试验.湖泊科学,18(2):139-149.复陈宇炜,高锡芸,秦伯强.1998.西太湖北部夏季藻类种间梅梁湖和西北区水体叶绿素a含量随TN、TP关系的初步研究.湖泊科学,10(4):35-40.丁玲,逄勇,李凌,等.2005.水动力条件下藻类模浓度的变化曲线显示:在对严重富营养化湖泊进行拟.生态学报,25(8):1863-1868.治理的过程中,随着水体中TN、TP浓度下降,湖泊胡维平,濮培民,秦伯强.1998.太湖水动力学三维数值试会出现藻类叶绿素a含量升高,水华趋于严重的局验研究:2.典型风场风生流的数值计算.湖泊科学,10(4):26-34.面。2004年5)9月五里湖工程示范区外TN浓度胡维平,秦伯强,濮培民.2000.太湖水动力学三维数值试从610mg#L-1降至215mg#L-1后,叶绿素a则从验研究:3.马山围垦对太湖风生流的影响.湖泊科学,-1-112(4):335-342.20ug#L上升到60ug#L(陈开宁等,2006)。胡维平,秦伯强.2002.太湖水动力学三维数值试验研究:因此,富营养化湖泊治理的效果不能仅采用藻类叶4.保守物质输移扩散.湖泊科学,14(4):310-316.胡志新,胡维平,陈永根,等.2005a.太湖不同湖区生态系绿素a含量指标来评判,应结合水体氮磷等含量综统健康评价方法研究.农村生态环境,21(4):28-32.合判断;对重富营养化湖泊治理水华回复必须予以胡志新,胡维平,谷孝鸿,等.2005b.太湖湖泊生态系统健康评价.湖泊科学,17(3):256-262.高度重视,制定相关策略以应对藻类水华的回复可刘健康.1990.东湖生态学研究(一).北京:科学出版社.能带来的问题。刘元波,高锡云.1997.太湖北部梅梁湾水域水质聚类分析.湖泊科学,9(3):255-260.5结论潘瑞炽,董愚得.1995.植物生理学(第3版).北京:高等教育出版社.秦伯强,胡维平,陈伟民.2004.太湖水环境演化过程与机通过对1993)2002年5)9月太湖叶绿素a、理.北京:科学出版社.TN和TP浓度的分区统计分析表明:1)太湖叶绿素孙小静,秦伯强,朱光伟,等.2007.风浪对太湖水体中胶a含量与TN、TP浓度之间的关系具有显著的空间差体态营养盐和浮游植物的影响.环境科学,28(3):506-511.异,进行太湖叶绿素a含量和TN、TP浓度的分区分唐萍,吴国荣,陆长梅,等.2001.太湖水域几种高等水析是必要的;2)在梅梁湾和西北区,当TN、TP浓度生植物的克藻效应.农村生态环境,17(3):42-44,47.较低时,叶绿素a含量与TN、TP浓度成正相关;当鲜啟鸣,陈海东,邹惠仙,等.2005.四种沉水植物的克藻TN、TP浓度较高时,叶绿素a含量与TN、TP浓度效应.湖泊科学,17(1):75-80.杨顶田,陈伟民,江晶,等.2003.藻类爆发对太湖梅梁则呈负相关;在湖心区、贡湖区,叶绿素a含量与湾水体中NPK含量的影响.应用生态学报,14(6):TN、TP浓度呈正相关关系,且当TP浓度超过011969-972.-1杨清心.1996.太湖水华成因及控制途径初探.湖泊科学,8mg#L时,叶绿素a随TP浓度的增加迅速升高;(1):67-74.在东太湖和湖东滨岸区,叶绿素a含量对水体中中国科学院南京地理与湖泊研究所.2004.引江济太对太湖水环境影响效果评估.TN、TP浓度增加未有明显响应;在西南区,叶绿素aChenYW,FanCX,TeubnerK,etal.2003.Changesofnutr-i含量与TN浓度无明显相关性,但与TP浓度有明显entsandphytoplanktonchlorophyl-lainalargeshallowlake,Taihu,China:An8-yearinvestigation.Hydrobiolo-正相关关系;3)导致水华的藻类生长适宜的TN、TPgia,506/509:273-279.-1浓度为TN:<514mg#L,TP:011~0131mg#LorenzenCJ.1967.Determinationofchlorophyl-laandphae-L-1;4)在重富营养化湖泊治理过程中,随着水质改opigments:Spectrophotometricequations.LimnologyandOceanography,12:343-346.善以及TN和TP浓度的下降,水体可能出现藻类水SteinbergCEW,HartmannHM.1988.Planktonicbloom-form-华回复的现象,应予重视和科学认识。ingcyanobacteriaandtheeutrophicationoflakesandriv-ers.FreshwaterBiology,20:279-287.RuggieroA,SoliminiAG,CarchiniG.2003.Nutrientand致谢感谢中国科学院太湖湖泊生态系统研究站和水利部chlorophyllatemporalpatternsineutrophicmountainponds太湖流域管理局提供叶绿素a、总氮和总磷浓度的监测资withcontrastingmacrophytecoverage.Hydrobiologia,506/料。509:657-663.参考文献作者简介陈永根,男,1978年生,讲师。主要从事水体保护和富营养化治理研究。E-mai:lyonggenchen@hotmai.lcom白晓华,胡维平.2006.太湖水深变化对氮磷浓度和叶绿素责任编辑李凤芹a浓度的影响.水科学进展,17(5):727-732.
