叶绿素a含量与pH-DO-氮磷浓度关系研究-以杨溪水库为例

工业与工程技术现代商贸工业２０１５年第９期（上）２０８叶绿素ａ含量与ｐＨ、ＤＯ、氮磷浓度关系研究———以杨溪水库为例曹樱樱（浙江省金华市水文站，浙江金华３２１０１３）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：１６７２－３１９８（２０１５）１７－０２０８－０２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＋６Ｏ２Ｃ６Ｈ１２Ｏ６＋６Ｏ２→６ＣＯ２＋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＜ｔ＜ｔｓ）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：现代商贸工业２０１５年第９期（上）２０９Ｐｔ＝Ｐｍａｘ＝ＩｔＩｋ１＋ＩｔＩ（）ｋ槡２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月份水温／℃ｐＨＤＯ（ｍｇ／ｌ）总磷（ｍｇ／ｌ）总氮（ｍｇ／ｌ）透明度（ｍ）叶绿色ａ（ｕｇ／