1. 引言
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 [1]，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 [2]，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 [3]。郭劲松等研究了三峡小江回水去叶绿素a与主要藻类的关系，发现叶绿素a ≤ 5 μg/L时，绿藻、硅藻与叶绿素a呈显著正相关关系，当5 μg/L < 叶绿素a ≤ 19 μg/L时，仅有蓝藻与叶绿素a呈显著正相关关系，叶绿素a大于19 μg/L时，仅有甲藻与叶绿素a呈显著正相关关系 [4]。王伟等分析了华南沿海地区12座小型水库叶绿素a含量与环境因子的关系，发现叶绿素a与总磷有显著相关，与总氮呈正相关关系 [5]。近年来，叶绿素a在水体富营养化评价中发挥着显著作用 [6]。
水华的发生主要源于水体富集了过多的氮、磷等营养物质，是水体富营养化的一种表现形式 [7]。构成水华的浮游生物种类很多，在淡水中大多数为蓝藻。绝大部分的水华蓝藻都会产生次生代谢产物—微囊藻毒素。当蓝藻大量生长改变水体的理化环境，当水体中的营养盐被蓝藻耗尽，蓝藻大量死亡，被细菌分解过程中仍然可以释放藻毒素，最终将导致水生生态系统的崩溃 [8]。
本文通过对水华水体的监测，数据分析，以期找到藻类发生过程中指标数据之间的关联性。
2. 材料与方法
2.1. 采样点设置与采样时间
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。
2.2. 采样方法
叶绿素a水样的采样方法样按照《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。
2.3. 藻密度与叶绿素a的测定
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。
叶绿素a测定：用0.45 μm玻璃纤维滤膜过滤一定体积的水样后将滤膜放入10 mL离心管中，加入90%丙酮10 mL，充分振荡，放置4℃冰箱冷藏提取24 h，然后离心(4000 r/min, 10 min)，取上清液于1 cm比色皿中比色，以90%丙酮溶液作参比，用分光光度计分别测定750、663、645、630 nm处的吸光度，计算得出叶绿素a含量。
藻密度的测定：将采集的藻类水样充分摇匀，取0.1 mL于计数框中，在10 × 40倍显微镜下进行种类鉴定及计数。采用行格法，逐一观察计数框中第2、5、8行，分类计数每个小方格内所有藻类，并记录每个小方格的分类结果。
2.4. 微囊藻毒素检测
水样的处理：将1000 mL经0.45 μm乙酸纤维脂滤膜过滤的水样，注入SPE固相萃取装置中，使水样滤液流经预先活化的C18固相萃取小柱进行富集，完成后一次用淋洗液淋洗C18固相萃取小柱，再用10 mL洗脱液洗脱微囊藻毒素。保留富集后的水样，再次富集和洗脱。将两次洗脱液混合，在40℃下用氮吹浓缩至干，用1 mL甲醇分两次溶解浓缩至干的物质，用涡旋混合器充分混合1 min，吸管取出后，氮气流吹干，加50%甲醇溶液定容至100 μL。
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
3.1. 叶绿素a与藻密度的变化情况
Figure 1. Changes of chlorophyll a content and algal density with time
图1. 叶绿素a含量和藻密度随时间变化情况
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。
3.2. 蓝藻水华
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 [9] 的对蓝藻水华的分级标准，蓝藻密度达到1.5 × 107 cell/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 cell/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，在7月、8月、9月，均发生了蓝藻水华，且水华程度较为严重。
Figure 2. Correlation analysis between algae density and chlorophyll a in 2022.07~2022.10
图2. 2022.07~2022.10藻密度与叶绿素a的相关性分析
3.3. 叶绿素a与藻密度的相关性分析
在天然水体中，环境状况复杂多样，叶绿素a与藻密度之间的相关性也呈多样性。根据藻密度和叶绿素a的监测结果显示，对两者进行相关性分析，结果表明，叶绿素a与藻密度无明显相关性，如图2，这可能是由于各个时间上在浮游植物群落结构不同，并且不同种类的浮游植物细胞大小具有明显差异，每个细胞叶绿素a的含量不同，导致藻密度和叶绿素a变化趋势不一致 [10]。罗宜富等 [11] 研究了阿哈尔水库叶绿素a与藻类的关系表明叶绿素a仅与甲藻有显著的相关关系与其他组门类无显著相关关系。但也有研究表明，当藻密度相对较低时，优势藻种发生明显更替的情况下，叶绿素a与藻密度可能相关或不相关 [12] [13] [14] [15]。具体原因有待进一步研究。
3.4. 微囊藻毒素的分析结果
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。
Figure 3. High performance liquid chromatography of microcystin analysis results
图3. 微囊藻毒素分析结果高效液相色谱图
4. 结论
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 [16]。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。