王雪梅，趙劉平，胡金朝，楊 紅

（西昌學(xué)院資源與環(huán)境學(xué)院，四川 西昌 615013）

富營養(yǎng)化已經(jīng)成為目前世界上大多數(shù)淡水和近海生態(tài)系統(tǒng)所面臨的主要水質(zhì)問題，而氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)的大量輸入是引起富營養(yǎng)化的主要原因［1］。淡水水體中最主要的限制性營養(yǎng)元素是磷，因而浮游植物對(duì)磷的生物可利用性是引發(fā)富營養(yǎng)化的關(guān)鍵因子［2］。在磷的眾多形態(tài)中，浮游植物僅能夠直接利用正磷酸鹽，但其含量在水體中往往不足總磷的5%，因此會(huì)很快導(dǎo)致浮游植物的磷脅迫。在磷脅迫狀態(tài)下，藻類可以通過改變種類組分或分泌提高堿性磷酸酶（AP）活性，以催化水解不能被生物制劑吸收利用的非活性磷，因而堿性磷酸酶活性（APA）的大小可以用于指示水體中磷限制或磷脅迫的狀態(tài)。

四川省西昌市邛海入選國家優(yōu)良自然湖泊，因此對(duì)邛海的保護(hù)也越來越受到重視。但近年來由于城市發(fā)展和人工濕地建設(shè)，使其匯水河流和湖區(qū)的水文、水力特征都發(fā)生了改變，對(duì)其營養(yǎng)鹽平衡和浮游植物也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的影響。因此，本試驗(yàn)以邛海河-湖系統(tǒng)為研究對(duì)象，通過群落水平堿性磷酸酶活性分析的方法，研究其水體中浮游植物磷脅迫的狀況，探討邛海河-湖系統(tǒng)環(huán)境因子與磷酸酶活性的關(guān)系，旨在為邛海富營養(yǎng)化的防治提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

邛海位于四川省西昌市南7 km處，是攀西高原上最大的淡水湖，面積約31 km2，流域內(nèi)南高北低，湖泊南北分布，湖水平均深14 m，水位變幅小，年均水溫17.8℃左右。邛海的匯水河流北有高滄河，東有官壩河，南有鵝掌河，次一級(jí)的河流有青河、大溝河、踏溝河及海河等。除官壩河、鵝掌河外，其余多為季節(jié)性河流，以上河流匯入邛海后，由海河排泄。流域內(nèi)支溝、沖溝密布，長度大于1 km的支溝眾多，水系密度達(dá) 0.68 條 ／km2［3］。

1.2 樣品采集

經(jīng)現(xiàn)場踏查后，選取了邛海周邊有明顯徑流的6條河流設(shè)置采樣點(diǎn)，包括鵝掌河、踏溝河、青河、大溝河、官壩河和海河，因濕地三期封閉整修無法進(jìn)入，故濕地三期范圍內(nèi)的河流未進(jìn)行調(diào)查。分別在每條河流的下游、入湖河口和鄰近湖區(qū)設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)，其中海河在上游和出?？?，各個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的位置布局如圖1所示。于2016年4月12日使用有機(jī)玻璃采水器進(jìn)行水樣采集，每個(gè)監(jiān)測點(diǎn)采集樣品兩份，采樣點(diǎn)間距離不小于50 m，同時(shí)現(xiàn)場測定水體的溫度、pH和透明度［4］，并做好記錄。采集樣品送入實(shí)驗(yàn)室，并放于4℃冰箱中冷藏待分析。

圖1 邛海河-湖采樣點(diǎn)布設(shè)

1.3 水樣測定指標(biāo)及方法

1.3.1 葉綠素 水體中葉綠素a（Chla）的濃度主要表征浮游植物的生物量，葉綠素b（Chlb）和葉綠素c（Chlc）的濃度可用于表征浮游植物組成。采用熱乙醇-反復(fù)凍融法［5］提取葉綠素，利用分光光度計(jì)測定750、664、647、630 nm 波長處吸光度后計(jì)算各色素含量。

1.3.2 水體中堿性磷酸酶活性 水體中堿性磷酸酶可分為游離態(tài)（＜0.22 μm）、微型浮游生物態(tài)（0.22～3 μm）、浮游植物態(tài)（＞3 μm）3 種形態(tài)。 將水樣經(jīng)0.22 μm和3 μm醋酸纖維膜過濾劃分為3種形態(tài)待測水樣，采用對(duì)硝基苯磷酸二鈉（PNPP）為底物，反應(yīng)2 h后在410 nm波長處測其水解底物吸光度，計(jì)算堿性磷酸酶活性［6］。

1.3.3 水質(zhì)因子 主要對(duì)與富營養(yǎng)化有關(guān)的水質(zhì)因子進(jìn)行測定，包括水中總氮（TN）、總磷（TP）和氨氮（NH4-N）濃度的測定。其中水中的總氮測定利用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法［7］，總磷測定采用鉬酸銨分光光度法［8］，氨氮的測定采用納氏試劑法［9］。

2 結(jié)果與分析

2.1 邛海河-湖系統(tǒng)浮游植物葉綠素濃度空間分布

邛海春季河-湖系統(tǒng)浮游植物葉綠素濃度空間分布特征如圖2所示。從葉綠素a濃度來看，C1（青河鄰近湖域）最高，為 6 μg／L，其次是 F3（海河河流）的5.9 μg／L、B3（踏溝河河流）的 5.8 μg／L、D2（大河溝河口）的 5.0 μg／L、D3（大河溝河流）的 4.7 μg／L，最少的是E2（官壩河河口），為 0.5 μg／L。 由此可見，青河、海河、踏溝河和大溝河的浮游植物生長較其他河流更快。

通過對(duì)葉綠素b／a和葉綠素c／a的計(jì)算可知，C2和C3兩樣點(diǎn)葉綠素b／a和葉綠素c／a顯著高于其他樣點(diǎn)（P＜0.05），說明青河河口和鄰近湖域水體中綠藻和其他藻類占優(yōu)勢。此外，不同河流間的其他葉綠素占比也存在差異，由此可知，不同河流藻類組成有所不同。

圖2 邛海主要河流、河口和鄰近湖域浮游植物葉綠素濃度

按河流不同位置區(qū)域進(jìn)行比較可知，不同河流的葉綠素濃度變化趨勢明顯不同。鵝掌河從河流到鄰近湖域葉綠素濃度逐漸下降，踏溝河葉綠素濃度從河流到河口下降，在鄰近湖域又有所升高，但河流的葉綠素濃度最高；青河和官壩河的葉綠素濃度從河流到河口下降，但河口到鄰近湖域急劇上升，鄰近湖域＞河流＞河口；大河溝葉綠素濃度從河流到河口上升，但在鄰近湖域濃度又下降且低于河流濃度；海河作為邛海的出水口，葉綠素濃度從河流到河口到臨近湖域呈逐漸下降趨勢。

綜上可見，邛海春季河-湖系統(tǒng)浮游植物葉綠素濃度存在明顯的空間異質(zhì)性，可能是受不同河流的水文、水質(zhì)影響［10］。

2.2 邛海河-湖系統(tǒng)堿性磷酸酶活性空間分布

邛海春季河-湖系統(tǒng)不同河流間海河的APA最高，其次是官壩河、青河，最低的是踏溝河，不同河流間的APA存在顯著差異（P＜0.05），其中海河和官壩河顯著高于其他河流（P＜0.05），其他河流間無顯著差異（P＞0.05）。

從同一河流不同位置的變化來看，鵝掌河APA從河流到河口有所增強(qiáng)，但變化很小，而從河口到鄰近湖域急劇增加；踏溝河APA從河流到河口急劇上升，從河口到鄰近湖域又急劇下降，河流和河口的APA無顯著差異；青河APA從河流到河口增強(qiáng)，從河口到鄰近湖域又急速下降，鄰近湖域小于河流；大溝河APA從河流到河口急劇上升，從河口到鄰近湖域又急劇減弱，且鄰近湖域高于河流；官壩河APA從河流到鄰近湖域逐步降低；海河從河流到河口到鄰近湖域無顯著差異（圖3）。

從不同形態(tài)APA來看，總體上3種粒徑對(duì)APA的貢獻(xiàn)無顯著差異（P＞0.05），但不同樣點(diǎn)有所不同，其中游離態(tài)（＜0.22 μm）E2 的貢獻(xiàn)最大，C2 的貢獻(xiàn)最??；微型浮游生物態(tài)（0.22～0.30 μm）C3 的貢獻(xiàn)最大，B1 的貢獻(xiàn)最??；浮游生物態(tài)（＞0.30 μm）B1 的貢獻(xiàn)最大，A2的貢獻(xiàn)最小。說明不同樣點(diǎn)的堿性磷酸酶的主要來源存在差異。

圖3 邛海主要河流、河口和鄰近湖域堿性磷酸酶活性

2.3 水質(zhì)因子測定結(jié)果

邛海主要河流、河口和鄰近湖域的水質(zhì)因子測定結(jié)果見表1，因邛海應(yīng)執(zhí)行國家Ⅱ類水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，可見6條河流從河流、河口到鄰近湖域水溫變化≤1℃，pH 6～9，水溫和pH符合標(biāo)準(zhǔn)。鵝掌河河流、河口、鄰近湖域總氮、總磷、氨氮含量均先減少后增加，河流（下游）總氮、總磷、最多，鄰近湖域氨氮最多，河流總氮、氨氮含量超標(biāo)，河口氨氮含量超標(biāo)，鄰近湖域總氮、氨氮含量超標(biāo)。踏溝河河流、河口、鄰近湖域總氮、總磷含量先減少后增加，氨氮含量先增加后減少，河流（下游）總磷、總氮含量最多，河口氨氮含量最多，河流總氮和氨氮含量超標(biāo)，河口氨氮含量超標(biāo)。青河河流、河口、鄰近湖域總氮含量先增加后減少，總磷含量先減少后增加，氨氮含量逐漸增加，鄰近湖域總磷、氨氮含量均最多，河口總氮含量最多，鄰近湖域和河口的總氮和氨氮含量嚴(yán)重超標(biāo)。大溝河河流、河口、鄰近湖域總氮和氨氮含量逐漸減少，總磷含量逐漸增加，河流（下游）總氮、氨氮含量最多，鄰近湖域總磷含量最多，河流、河口、鄰近湖域的總氮含量和河流、河口的氨氮含量嚴(yán)重超標(biāo)。官壩河河流、河口、鄰近湖域總氮含量先增加后減少，氨氮含量先減少后增加，總磷含量逐漸減少，河流（下游）總磷含量最多，河口總氮含量最多，鄰近湖域氨氮含量最多，河流、河口、鄰近湖域的總氮和河流、鄰近湖域的氨氮嚴(yán)重超標(biāo)。海河河流、河口、鄰近湖域總氮和總磷含量逐漸減少，氨氮含量先減少后增加，河流（上游）總氮、總磷和氨氮含量最多，河流、河口、鄰近湖域總氮含量和河流、鄰近湖域氨氮含量嚴(yán)重超標(biāo)。

表1 邛海主要河流、河口和鄰近湖域水質(zhì)參數(shù)

2.4 邛海河-湖系統(tǒng)浮游植物磷脅迫

通過將總APA歸一化為單位葉綠素活性（APAChla）進(jìn)行對(duì)比分析，以消除生物量的影響。研究表明，APAChla可以作為水體磷是否缺乏狀態(tài)的一種良好指示參數(shù)。由圖4可見，E3（官壩河河流）APAchla最高，其次是 E2（官壩河河口）、C2（青河河口）、A1（鵝掌河鄰近湖域），而C1（青河鄰近湖域）APAchla最低。表明官壩河的河流受磷脅迫的程度最高，而官壩河附近主要為農(nóng)田和居住區(qū)，結(jié)合水質(zhì)測定結(jié)果中官壩河的總氮和氨氮含量嚴(yán)重超標(biāo)，分析原因可能是由于該區(qū)域居住人口多，農(nóng)業(yè)活動(dòng)發(fā)達(dá)，人類生活和生產(chǎn)中大量廢水排入河流導(dǎo)致營養(yǎng)鹽的大量輸入，但由于主要污水為含氮污水，使得氮磷比升高，而磷成為限制因子。青河鄰近湖域受磷脅迫的程度最小，但其河口受磷脅迫的程度較其他位置高，主要因?yàn)榍嗪雍涌跒槁糜螀^(qū)，商業(yè)活動(dòng)發(fā)達(dá)，導(dǎo)致其污水集中排放，從水質(zhì)指標(biāo)可見該處總氮和氨氮含量超標(biāo)，氮磷比增大導(dǎo)致該區(qū)域浮游植物磷脅迫，而青河鄰近湖域是邛海水體透明度最高的區(qū)域，因此到鄰近湖域由于水體擴(kuò)散稀釋作用及光照條件的改善使得浮游植物快速生長，解除了磷脅迫。踏溝河和大溝河在河口位置的APAchla也較河流和鄰近湖域高，可能也是由于河口人類活動(dòng)較頻繁，污水排放影響了氮磷比。鵝掌河的APAChla最大值出現(xiàn)在鄰近湖域，可能因?yàn)樵搮^(qū)域底質(zhì)主要為泥沙，河流水體到湖域后流速降低，水面變寬，大量泥沙攜帶營養(yǎng)鹽沉淀，導(dǎo)致該區(qū)域的浮游植物磷脅迫。海河作為邛海的出海河流，從鄰近湖域、河口河流（上游）APAChla不斷降低，主要因?yàn)楹：又苓吷虡I(yè)發(fā)達(dá)，大量的污水排入，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)污水倒灌的情況，所以鄰近湖域的磷脅迫程度更高。

此外，研究表明，高APA尤其是高比例的游離態(tài)APA（粒級(jí)＜0.22 μm）能反映過去一段時(shí)間浮游植物群落的磷脅迫或限制狀態(tài)［11］。本研究中河流和鄰近湖域的游離態(tài)APA與葉綠素a呈正相關(guān)（P＜0.01），表明游離態(tài)的APA主要是由浮游植物產(chǎn)生，河流和鄰近湖域浮游植物長時(shí)間受磷脅迫；而河口的游離態(tài) APA 與葉綠素呈負(fù)相關(guān)（r＝-0.65，P＞0.05），不能由此判斷其磷脅迫狀態(tài)。

圖4 邛海主要河流、河口和鄰近湖域單位葉綠素堿性磷酸酶活性

2.5 水質(zhì)因子對(duì)堿性磷酸酶活性的影響

對(duì)邛海河-海系統(tǒng)不同區(qū)域單位葉綠素堿性磷酸酶活性與水質(zhì)因子的相關(guān)性進(jìn)行分析，結(jié)果（表2）表明，APAchla與總氮、總磷、氨氮含量及氮磷比在鄰近湖域均呈負(fù)相關(guān)，在河流均呈正相關(guān)，而在河口APAchla與氨氮含量呈負(fù)相關(guān)，與其他3個(gè)水質(zhì)因子呈正相關(guān)。研究表明，磷脅迫不僅取決于磷含量，還取決于浮游植物對(duì)磷的需求［12］，鄰近湖域APAchla與氮磷比呈負(fù)相關(guān)，說明氮的輸入相對(duì)于磷過量時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致磷的相對(duì)缺乏，過高的氮磷比也會(huì)導(dǎo)致潛在的磷脅迫與限制；而在河口APAchla與氮磷比呈顯著正相關(guān)，說明堿性磷酸酶在一定范圍內(nèi)受氮磷比的控制；河流中APAchla與氮磷比雖然呈正相關(guān)，但不顯著，說明該區(qū)域還有其他影響因子起作用。

表2 邛海河-海系統(tǒng)不同區(qū)域單位葉綠素堿性磷酸酶活性與水質(zhì)因子的皮爾遜相關(guān)系數(shù)

對(duì)邛海主要河流單位葉綠素堿性磷酸酶活性與水質(zhì)因子的相關(guān)性分析見表3。鵝掌河APAchla與氨氮、總磷含量呈正相關(guān)，與氮磷比、總氮含量呈負(fù)相關(guān)，其中與氨氮含量相關(guān)性最強(qiáng)；踏溝河除了氨氮以外，其他環(huán)境因子都與 APAchla呈負(fù)相關(guān)，其中APAchla與氨氮含量的相關(guān)性最強(qiáng)，與氮磷比的相關(guān)性最弱；青河APAchla與總氮含量、氮磷比呈正相關(guān)，與其他兩個(gè)環(huán)境因子呈負(fù)相關(guān)；大溝河APAchla與總氮、總磷含量及氮磷比均呈正相關(guān)，與氨氮含量呈負(fù)相關(guān)，其中與氨氮含量的相關(guān)性最強(qiáng)，與總磷含量的相關(guān)性最弱；官壩河APAchla與總氮、總磷含量呈正相關(guān)，與其他兩個(gè)因子呈負(fù)相關(guān)；海河APAchla與總氮、總磷含量呈負(fù)相關(guān)，與其他兩個(gè)因子呈正相關(guān)。但所有河流APAchla與水質(zhì)因子的相關(guān)性都不顯著，因?yàn)楦骱恿鞒|(zhì)因子外還有其他因子對(duì)浮游植物影響較大，不同河流由于周邊人類活動(dòng)情況不同所以其相關(guān)性也不同。因此不同河流在控制富營養(yǎng)化時(shí)應(yīng)采取不同的措施，可參考河流水質(zhì)因子與單位葉綠素APA的相關(guān)性選擇水質(zhì)的控制指標(biāo)。

表3 邛海主要河流單位葉綠素堿性磷酸酶活性與水質(zhì)因子的皮爾遜相關(guān)系數(shù)

3 結(jié)論

通過對(duì)邛海河-湖系統(tǒng)春季浮游植物葉綠素濃度空間分布、堿性磷酸酶活性及水質(zhì)因子的分析得到以下結(jié)論。

1）邛海春季河-湖系統(tǒng)浮游植物葉綠素濃度和堿性磷酸酶活性存在明顯的空間異質(zhì)性，進(jìn)而導(dǎo)致不同河流和不同區(qū)域存在不同程度的磷脅迫。官壩河河流的脅迫程度最高，其次是官壩河河口、青河河口、鵝掌河鄰近湖域，而青河鄰近湖域的脅迫程度最低。

2）邛海春季河-湖系統(tǒng)中河流和鄰近湖域的游離態(tài)堿性磷酸酶與葉綠素a含量呈正相關(guān)（P＜0.01），河流和鄰近湖域浮游植物長時(shí)間受磷脅迫，而河口的游離態(tài)堿性磷酸酶與葉綠素呈負(fù)相關(guān) （r＝-0.65，P＞0.05），不能由此判斷其磷脅迫狀態(tài)。

3）邛海春季河-湖系統(tǒng)中鄰近湖域的單位葉綠素堿性磷酸酶與氮磷比呈負(fù)相關(guān)，說明氮的輸入相對(duì)于磷過量時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致磷的相對(duì)缺乏，過高的氮磷比也會(huì)導(dǎo)致潛在的磷脅迫與限制；而在河口單位葉綠素堿性磷酸酶與氮磷比呈顯著正相關(guān)，說明堿性磷酸酶在一定范圍內(nèi)受氮磷比的控制；河流單位葉綠素堿性磷酸酶與氮磷比雖然呈正相關(guān)，但不顯著，說明該區(qū)域還有其他影響因子起作用。

4）邛海春季河-湖系統(tǒng)不同河流水質(zhì)因子與單位葉綠素堿性磷酸酶存在相關(guān)性但不顯著，說明各河流除水質(zhì)因子外還有其他因子對(duì)浮游植物影響較大。因此不同河流在控制富營養(yǎng)化時(shí)應(yīng)采取不同的措施，可參考河流水質(zhì)因子與單位葉綠素堿性磷酸酶的相關(guān)性選擇水質(zhì)的控制指標(biāo)。