当蓝藻水华频发威胁水质安全，如何精准预警？本研究于2022年6-10月对福州某水库3个点位连续监测，首次揭示藻密度与叶绿素a变化趋势显著脱节（R²<0.67），挑战“叶绿素a=藻类丰度”的传统认知。本文通过系统监测与多维度分析，揭示了传统水质监测指标的局限性，提出需构建“藻密度-叶绿素a-藻种组成-环境因子”四位一体的水华预警模型，为富营养化水库的科学管理提供理论支持。
1研究背景近年来，随着社会经济的发展，水资源消耗成倍增加，水体富营养化等水体污染日趋严重，已成为制约经济进一步发展，威胁人民群众身体健康的主要环境问题之一。浮游植物是水生生态系统的重要组成部分，其群落结构和生物多样性能够对环境的变化做出反馈，并在调节水生态平衡方面发挥着重要作用。藻密度最能直接反应水体中浮游植物的数量和水华爆发的程度，藻类监测就是通过调查水体中藻类的种类、数量以及种群特征来判断污染水质的好坏以及污染情况。叶绿素a是表征浮游植物生物量的常用指标之一，所有藻类均含有叶绿素a，叶绿素a含量的高低与水体藻类的种类、数量等密切相关，也与水环境质量有关。
研究背景
近年来，随着社会经济的发展，水资源消耗成倍增加，水体富营养化等水体污染日趋严重，已成为制约经济进一步发展，威胁人民群众身体健康的主要环境问题之一。浮游植物是水生生态系统的重要组成部分，其群落结构和生物多样性能够对环境的变化做出反馈，并在调节水生态平衡方面发挥着重要作用。藻密度最能直接反应水体中浮游植物的数量和水华爆发的程度，藻类监测就是通过调查水体中藻类的种类、数量以及种群特征来判断污染水质的好坏以及污染情况。
叶绿素a是表征浮游植物生物量的常用指标之一，所有藻类均含有叶绿素a，叶绿素a含量的高低与水体藻类的种类、数量等密切相关，也与水环境质量有关。
2材料与方法根据水库的水质特定，选取藻类生长变化明显、具有代表性的点位，一共在水库入水口、库心、出水口处设置3个点位，进行连续监测，监测指标包括叶绿素a浓度、浮游植物种类和密度。采样时间从2022年6月下旬至10月下旬，每旬采样一次，并在现场记录水文、气候等状况。叶绿素a水样的采样方法按照《水质叶绿素a的测定分光光度法》(HJ 897-2017)的规定要求，在各监测点位分别采集1000 mL水样，加入1 mL 1%碳酸镁悬浊液，避光冷藏保存，并立即送至实验室进行分析检测。藻密度水样根据《水质浮游植物的测定显微镜计数法-0.1 mL计数框》(HJ 1216-2021)要求，用采水器采集不少于500 mL水样，加入5~10 mL鲁格氏液，并立即送至实验室进行种类鉴定及计数。微囊藻毒素检测色谱分析条件：色谱柱温度为40℃；流动相为甲醇与磷酸盐缓冲液按体积比(57:43)混合；流速为1 mL/min；检测波长为紫外可见光检测器波长238 nm。用进样器分别取10 μL标准系列溶液和试样注入高效液相色谱仪中，在上述色谱条件下测定响应峰面积，确定水样中微囊藻毒素的含量。3结果与讨论由图1可以看出叶绿素a含量不仅表现出明显的月度变化，变化范围在16 μg/L~49 μg/L，最高值出现在七月上旬，在六月下、八月中、十月上均出现了低值，季节变化较为复杂，呈无规律变化。根据监测结果显示，藻密度的变化趋势呈单峰型，自六月下旬至八月中旬，藻密度略有起伏，但变化不大，从8月下旬，藻密度直线上升，在八月末至九月处出现峰值，后开始逐渐下降，如图2所示。6月末到八月中藻密度值较低，9月份出现最高值，可能与水温有关，8月出现极端高温天气，水温也逐渐升高，藻类进入指数增长期，但藻密度值与其繁殖高发期具有一定时滞性，所以藻密度在8月末9月初出现最高值。图1. 叶绿素a含量和藻密度随时间变化情况对蓝藻水华程度进行分级，是开展环境管理和污染防治的有效手段。根据李颖等的对蓝藻水华的分级标准，蓝藻密度达到1.5×10⁷ cells/L以上时，为轻度的水华现象，但尚不足以称为水华爆发，当藻密度达到1.0×10⁸ cells/L以上时，水体会产生明显蓝藻漂浮带，形成蓝藻水华，并以此作为5级标准。据此评估，本次监测调查的结果显示（图2），在7月、8月、9月，均发生了蓝藻水华，且水华程度较为严重。图2. 2022.07~2022.10藻密度与叶绿素a的相关性分析对采集到的样品进行藻毒素分析，采用高效液相色谱法检测微囊藻毒素，该方法的检出限为0.1 μg/L。结果表明，所有分析的藻类样品中微囊藻毒素均未检出(图3)，说明水体中分布的藻类产毒量低于检测方法的检出限。图3. 微囊藻毒素分析结果高效液相色谱图对水库监测结果显示，叶绿素a与藻密度对变化趋势并不一致，未发现二者有线性相关关系。这可能与浮游植物种类组成有关，研究期间，蓝藻门丰度最高，但占绝对优势的假鱼腥藻和拟柱胞藻这种小型丝状藻种，其单个藻细胞生物量较低，对叶绿素a含量的贡献不大。同时，也应当注意，在监测都大多数月份中都显示水体都存在蓝藻水华情况，应加强水库对浮游植物的监测，以对蓝藻水华风险进行预警。对微囊藻毒素的分析结果显示，水库分布的藻类产生的毒素较低，低于方法检出限，但对藻毒素的安全风险不能因此而忽视。应加强对水库周边流域进行合理规划，有效减少外源性营养盐入库，减少水体滞留，促进水库水体的流动，多方面管理控制水质，保障水库供水的安全。
材料与方法
根据水库的水质特定，选取藻类生长变化明显、具有代表性的点位，一共在水库入水口、库心、出水口处设置3个点位，进行连续监测，监测指标包括叶绿素a浓度、浮游植物种类和密度。采样时间从2022年6月下旬至10月下旬，每旬采样一次，并在现场记录水文、气候等状况。
叶绿素a水样的采样方法按照《水质叶绿素a的测定分光光度法》(HJ 897-2017)的规定要求，在各监测点位分别采集1000 mL水样，加入1 mL 1%碳酸镁悬浊液，避光冷藏保存，并立即送至实验室进行分析检测。
藻密度水样根据《水质浮游植物的测定显微镜计数法-0.1 mL计数框》(HJ 1216-2021)要求，用采水器采集不少于500 mL水样，加入5~10 mL鲁格氏液，并立即送至实验室进行种类鉴定及计数。
微囊藻毒素检测色谱分析条件：色谱柱温度为40℃；流动相为甲醇与磷酸盐缓冲液按体积比(57:43)混合；流速为1 mL/min；检测波长为紫外可见光检测器波长238 nm。用进样器分别取10 μL标准系列溶液和试样注入高效液相色谱仪中，在上述色谱条件下测定响应峰面积，确定水样中微囊藻毒素的含量。
结果与讨论
由图1可以看出叶绿素a含量不仅表现出明显的月度变化，变化范围在16 μg/L~49 μg/L，最高值出现在七月上旬，在六月下、八月中、十月上均出现了低值，季节变化较为复杂，呈无规律变化。
根据监测结果显示，藻密度的变化趋势呈单峰型，自六月下旬至八月中旬，藻密度略有起伏，但变化不大，从8月下旬，藻密度直线上升，在八月末至九月处出现峰值，后开始逐渐下降，如图2所示。6月末到八月中藻密度值较低，9月份出现最高值，可能与水温有关，8月出现极端高温天气，水温也逐渐升高，藻类进入指数增长期，但藻密度值与其繁殖高发期具有一定时滞性，所以藻密度在8月末9月初出现最高值。
图1. 叶绿素a含量和藻密度随时间变化情况
对蓝藻水华程度进行分级，是开展环境管理和污染防治的有效手段。根据李颖等的对蓝藻水华的分级标准，蓝藻密度达到1.5×10⁷ cells/L以上时，为轻度的水华现象，但尚不足以称为水华爆发，当藻密度达到1.0×10⁸ cells/L以上时，水体会产生明显蓝藻漂浮带，形成蓝藻水华，并以此作为5级标准。据此评估，本次监测调查的结果显示（图2），在7月、8月、9月，均发生了蓝藻水华，且水华程度较为严重。
图2. 2022.07~2022.10藻密度与叶绿素a的相关性分析
对采集到的样品进行藻毒素分析，采用高效液相色谱法检测微囊藻毒素，该方法的检出限为0.1 μg/L。结果表明，所有分析的藻类样品中微囊藻毒素均未检出(图3)，说明水体中分布的藻类产毒量低于检测方法的检出限。
图3. 微囊藻毒素分析结果高效液相色谱图
对水库监测结果显示，叶绿素a与藻密度对变化趋势并不一致，未发现二者有线性相关关系。这可能与浮游植物种类组成有关，研究期间，蓝藻门丰度最高，但占绝对优势的假鱼腥藻和拟柱胞藻这种小型丝状藻种，其单个藻细胞生物量较低，对叶绿素a含量的贡献不大。同时，也应当注意，在监测都大多数月份中都显示水体都存在蓝藻水华情况，应加强水库对浮游植物的监测，以对蓝藻水华风险进行预警。
对微囊藻毒素的分析结果显示，水库分布的藻类产生的毒素较低，低于方法检出限，但对藻毒素的安全风险不能因此而忽视。应加强对水库周边流域进行合理规划，有效减少外源性营养盐入库，减少水体滞留，促进水库水体的流动，多方面管理控制水质，保障水库供水的安全。
来源
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标题：水库水质监测中藻类密度与叶绿素a相关性分析
作者：陈奇, 林永辉, 林永祥, 郑芝芳, 毕佛春, 黄华国：广电计量检测(福州)有限公司，福建 福州