《1 前言》
1 前言
滇池位于云贵高原中部，面积约 300 km2，是中国第六大淡水湖，地处长江、红河、珠江三大水系分水岭地带，属于长江水系[1]。随着流域内人口的增长及城市化进程的加快，滇池水质不断恶化，从 1992 年起滇池开始大规模爆发蓝藻水华。近年的滇池监测数据表明，滇池水华问题日趋严重。滇池水华多发生于海埂，晖湾一带，盛时延伸至观音山[2]。滇池外海北部水域位于昆明主城区下游，人口密度大，水体污染负荷大，成为滇池污染最为严重的水体区域。在夏秋季节，该水域蓝藻水华大量暴发，且因受主导风西南风及滇池湖流影响，致使滇池外海北部离湖岸约 200 m 的水域蓝藻水华大量富集，使该区域成为蓝藻水华发生最为严重的区域，严重影响了滇池水体生态环境。
“化学计量学”指的是化学反应里，反应物和生成物中，元素的比例模型，是利用限定比例法则和物质守恒定律进行研究的化学分支学科[3]。近年来，生态化学计量学在湖泊富营养化研究中有了深入发展，推动了从元素到生物圈水平尺度的研究[3,4]。在对滇池蓝藻季节性变动研究中，利用生态化学计量学方法研究 N∶P 比值变化，将能进一步有助于分析蓝藻的变化特性，为分析湖内营养物质循环有极大作用和意义[5~7]。
《2 材料与方法》
2 材料与方法
《2.1 采样点位布置及样品采集》
2.1 采样点位布置及样品采集
采样点布置：以滇池北部蓝藻常年爆发和富集的水域为主要研究对象，范围为从海埂公园南门经船闸到晖湾西端的近岸约 200 m 的区域。如图1所示：在滇池外海蓝藻分布的主要区域，布设 5 个水环境采样点，以样点附近地点命名为：公安码头、索道站、船闸、海埂和山邑村。此外，在距离公安码头约 3 km 处的湖中设一个对照点。
《图1》
Fig.1 The key area of Blue －green algae blooming and water quality monitoring sites
研究时段及采样频次： 2008 年 1 月到 2008 年 12 月为一个研究周期，在蓝藻爆发的淡季（1，2，3，4，11，12 月），每个月采样 １次，而蓝藻爆发的重点时期（5 月至 10 月），每个月采样 3 次。
样品采集方法：采用有机玻璃取样桶，采集了 0～0.5 m 水样，每个样点区域采集 3 个平行样，带回实验室，当天进行分析。
《2.2 分析项目及方法》
2.2 分析项目及方法
分析项目：将原水摇匀，分析原水中 TN ，TP ，Chl－a ；把原水用定量滤纸抽滤，取过滤出的净水，分析 TN，TP 的浓度。水体总氮用碱性过硫酸钾消解—紫外分光光度法（GB11894－89）；水质总磷用钼酸铵分光光度法（GB11893－89）；蓝藻叶绿素采用丙酮提取双波长分光光度法[8,9]。根据测定结果，利用 Excel 及 SPSS 等数理统计软件分析未过滤水和过滤水中 TN， TP 以及 N∶P 比值的月季动态变化，并分析这些指标与水体藻类之间的关系。
《3 结果与分析》
3 结果与分析
《3.1 蓝藻月季动态变化》
3.1 蓝藻月季动态变化
根据对藻类的定性和定量分析，研究区域的藻类均以蓝藻门占绝对优势，其中以微囊藻（ Microcystis）为优势种群，占据水体藻类生物量的 90% 以上。
衡量水体中藻类数量的多少，目前主要用单位体积中藻的个数和水体叶绿素浓度来表示。由于水体叶绿素测定相对便捷准确，因此，目前常把水体中叶绿素 a 含量作为表征水体中藻类的生物量的重要指标。
1）对照点蓝藻月季动态变化。通过对滇池外海 3 km 对照点全年水质进行监测，其结果表明：1 — 3 月及 9 — 12 月为藻量的低潮期，而从 4 — 8 月，藻量相对较高，但水体叶绿素全年相对趋于稳定，变化不是特别剧烈。与蓝藻富集区水体叶绿素含量相比，对照点水体月均叶绿素含量大大低于蓝藻富集区水体叶绿素含量。对照点水体叶绿素月季动态变化状况如图2所示。
《图2》
Fig.2 The variation of Chl －a concentrations both in control site and the key area of blue －green algae blooming
2）滇池外海北部蓝藻富集区藻类生物量月季动态变化。对滇池外海北部蓝藻富集区水体叶绿素进行全年监测。结果表明：从 1—3 月及 12 月为藻量的低潮期，接近对照点的水平， 4 — 11 月为藻量的高潮期，其中 8 月达到最高峰，平均水体叶绿素为 1978 g/L 。在藻量高潮期，蓝藻富集区水体叶绿素月均浓度均远高于同期对照点浓度，显示出强烈的季节变动性。其变化状况如图2所示。
3.2 滇池外海北部水域水体 TN ， TP及 N∶P 比值月均变化
1）对照点水体 TN，TP 及 N∶P 比值月均变化。研究表明，滇池外海对照点水体 TN 和 TP 全年波动相对平缓。 TN 月均变化范围为 1.71 ～ 3.68 mg/L，TP月均变动范围为 0.131~０.410 mg/L，N∶P 比值范围为 6.38~ 13.1 。如图3所示，在 7，8 月份，水体 TN 和 TP 浓度有上升趋势，而在 4 — 8 月，水体 N∶P 比值略有下降趋势。从 4 — 8 月，水体叶绿素含量相对升高，表明蓝绿藻生物量增加。藻类对氮和磷均有富集作用，尤其是对磷的富集作用突出，才导致了该时段 N∶P 比值的降低。
《图3》
注：N : P比值为无量纲
Fig.3 The monthly variation of TN，TP and N∶P ratio in control site
2）蓝藻富集区原水中 TN ， TN ， TP 及 N∶P 比值月均变化。监测结果如图4所示，2008年1月到次年4月，水体总氮基本在 2～4 mg/L。4 月以后，水体总氮含量急剧上升，8 月达最高，为 17.2 mg/L。8 — 12 月，随水温下降之后，总氮也急剧下降。水体中总氮含量的季节变化趋势与蓝藻生物量的季节变化趋势相似。
《图4》
注：N : P比值为无量纲
Fig.4 The monthly variation of TN，TP and N∶P ratio in original water of the key area of blue－green algae blooming
水体总磷也体现出类似的变化趋势，从 2008 年 4 月开始，水体总磷急速上升。8 月达最高，为 2.9 mg/L ｡ 8 — 12 月，随水温下降之后，总磷也急剧下降。水体中总磷含量的季节变化趋势与蓝藻生物量的季节变化趋势相似。
计算水体 TN 和 Ｐ 月均浓度的比值，发现 N ∶ P 比值月均变化范围为 4.78 ~ 13.5 ,其季节变化无明显规律，表明水体中没有稳定的N∶P比值，蓝藻的季节变化没有导致水体具有稳定的化学计量特性。
3）蓝藻富集区过滤水中 TN，TP 及 N∶P比值月均变化。监测研究结果见图5，研究表明，在滇池外海北部蓝藻富集区过滤水中，TN 和 TP 全年波动相对平缓，TN 月均变化范围为 1.31 ～ 2.54 mg/L，TP月均变动范围为 0.153 ～ 0.362 mg/L，N∶P 比值范围为 6.42 ～ 13.7 。表明水体没有稳定的 N∶P 比值。
《图5》
注：N : P比值为无量纲
Fig.5 The monthly variation of TN，TP and N∶P ratio in the filtered water of the key area of blue －green algae blooming
《3.3 蓝藻季节性变动对水体 N∶P 比值影响分析》3.3 蓝藻季节性变动对水体 N∶P 比值影响分析
1）对照点蓝绿藻月季动态变化与 TN，TP 及 N∶P 比值间相关性分析。水体叶绿素含量是衡量水体蓝绿藻生物量的主要指标，通过对外海对照点水体叶绿素浓度与 TN ，TP 及 N∶P 比值间相关性分析，如表1所示，结果表明：水体叶绿素浓度与水体 TN，TP ，呈现明显的正相关关系，相关系数分别为 0.692 和 0.881 ；与原水 N∶P 比值呈现负相关性，相关系数为 -0.711 ；而与过滤水的 N∶P 比值呈正相关关系，相关系数为 0.526。
《表1》
Table 1 Correlation analysis between Different factors
2）外海北部重点水域蓝藻月季动态变化与 TN，TP 及 N∶P 比值间相关性分析。通过对外海北部重点水域水体叶绿素浓度与 TN ， TP 及 N∶P 比值间相关性分析，如表1所示，结果表明：水体叶绿素浓度与水体 TN ， TP ，呈现极其显著的正相关关系，相关系数分别为 0.955 和 0.992 ；与原水 N∶P 比值相关系数为 -0.308 ，相关不显著；与过滤水的 N∶P 比值相关系数为 0.420 。从相关性上看，可分析出蓝藻水体的氮和磷具有很强的吸收能力，并且蓝藻的季节性变动将主导水体 TN 和 TP 浓度的变化。
《4 结语》4 结语
对滇池北部蓝藻富集的重点区域进行了 12 个月的研究，通过对数据的分析，结合相关研究结果，得出如下的结论：
1）滇池北部水域的所有研究点在研究时段内，水质总氮和总磷含量均达到地表水 V 类或 V 类标准以上，氮磷浓度远远超过蓝藻大爆发所需的浓度水平。水体总氮、总磷在秋冬季节月季变化不太明显，但是从 4 月份开始，水体总氮变动幅度大，到 8 月份达到最高值。对照点水体氮磷全年变化相对平缓。
2）监测研究结果表明，滇池外海北部蓝藻富集的重点区域，藻类均以蓝藻门占绝对优势，全年以微囊藻（Microcystis）为优势种，这与李原等（2005 年）关于滇池蓝藻种类季节性分布状况相符[10]。每年 4 — 11 月份，滇池北部水域叶绿素含量普遍都高，与光照、水温及主导风向和湖流都有关。刘丽萍（1999 年）对滇池蓝藻成因进行分析，蓝藻消长和分布特征和笔者研究总体相似[2]。孔繁翔（2005 年）对大型浅水湖湾蓝藻复苏影响因素也进行了综合阐述，涉及蓝藻生物特性、水质、光照、水温及主导风向和湖流等几个方面的因素[11]。
3）在滇池外海北部蓝藻富集区域，水体叶绿素浓度与水体 TN ， TP ，呈现极其显著的正相关关系，相关系数分别为 0.955 和 0.992 ；与原水 N∶P 比值相关系数为 -0.308 ，相关不显著；与过滤水的 N∶P 比值相关系数为 0.420 。从相关性上看，可分析出蓝藻对水体的氮和磷具有很强的吸收能力，并且蓝藻的季节性变动将主导水体 TN 和 TP 浓度的变化。
在国内外早期和近期研究中，关于水体中 N 和 P 对蓝藻爆发的影响的研究取得了很大进展，很多研究发现，合适的 N∶P 浓度比值对蓝藻的增长有很大的影响[12~14]，合适的比值有的认为是 7.2[14]。而滇池北部水域，原水 N∶P 比值范围为 4.78 ～ 13.5 ，过滤水 N∶P 比值范围为 6.42 ～ 13.7 。表明蓝藻富集区水体中没有稳定的 N∶P比值，也就没有显著的生态化学计量特性。水体叶绿素与 N∶P 比值相关系数为 -0.308，无明显相关性。表明在蓝藻富集严重的区域，蓝藻生物量与 N∶P 比值间无明显相关性，蓝藻生物量的富集受环境因子的综合影响[15~17]。
4）对照点水体 N∶P比值范围为 6.38 ～ 13.1 ，也表明水体中没有稳定的 N∶P比值。但水体叶绿素和 N ∶ P 比值间有明显的负相关关系，相关系数为 -0.711。J. J. Elser et al.（2000）认为，在生物增长和迅速生长阶段，将需要摄入大量的磷酸盐，以利于形成足够RNA模板，以合成各种蛋白质。如此以来，使体内磷的含量相对升高，导致 N∶P 比下降[18,19]。
总之，对于富营养化湖泊，在 N 和 P 浓度超出蓝藻爆发的水平后，由于水体和淡水藻类无明显的 N∶P 化学计量特性。但生态化学计量学的理论在研究湖泊生态系统物质循环中是具有重要的作用和意义[20]。由于在适宜的水温、光照条件下，蓝藻爆发的根本性制约因子为富营养化水体中的氮和磷浓度。而水体 N∶P 比值的变化受生物因素和非生物因素的综合影响，直接与蓝藻生物量间关联性不显著。因此，在湖泊治理中，只有通过降低水体 N ，P 浓度，才能从根本上控制蓝藻水华的爆发。
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