水生生态系统初级生产力的测定——叶绿素法

华南师范大学实验报告

学生姓名刘璐学号20082501055

专业年级、班级

课程名称实验项目水生生态系统初级生产力的测定——叶绿素法实验类型验证设计综合实验时间2011年 3 月28 日

实验指导老师实验评分

水生生态系统初级生产力的测定——叶绿素法

一、实验目的

以叶绿素法为例学习测定水体生产力的原理和方法

二、实验原理

叶绿素a是植物光合作用的重要光和色素。在一定的光照强度下，叶绿素a的含量与光合作用强度之间存在密切关系，因此叶绿素a的含量是水生生态系统初级生产力的重要指标。同时叶绿素a的含量的测定，也可用于水体富营养化水平的评价，是水质检测的常规项目。浮游植物叶绿素的测定方法常用分光光度法。初级生产力Ps=C a·Q（Q=3.7）

三、方法和步骤

1、水体透明度的观测：透明度盘

2、水样采集与保存：采集华南师范大学情人湖的表层水样（1m以内）注入水样瓶中。马上

带回实验室进行抽滤。

3、抽滤：在抽滤器上装好乙酸纤维滤膜，倒入定量体积（500mL）的水样进行抽滤。水样

抽完后，继续抽1-2min，以减少滤膜上的水分。

4、提取：将载有浮游植物样品的滤膜放入研钵中，加入少量碳酸镁粉末及2-3mL90%丙酮，

充分研磨，提取叶绿素a 。将研磨后的匀浆物移入离心管中，用离心机（3000r/min）离心10min。将上清液移入10mL的容量瓶中。再用2-3mL90%丙酮，继续研磨提取，离心10min，并将上清液转入容量瓶中。重复1-2次后，在用90%丙酮定容为10mL，摇匀。

5、光密度测定：将上清液在分光光度计上，用1cm光程的比色皿，分别读取750nm、663nm、

645nm、630nm波长的吸光度，并以90%丙酮作空白吸光度测定，对样品吸光度进行校正。

其中，750nm的光密度用作校正样品的浑浊度，而663nm、645nm、630nm吸光度则用以测定叶绿素a 。

6、计算

1）叶绿素a含量的计算

按如下公式计算：

叶绿素a（mg/L）=[11.64×(D663-D750)-2.16×(D645-D750)+0.10×(D630-D750)]·V1

V·δ

式中，D为吸光度；V1为提取液定容后的体积（V1=10mL）；V为抽滤水样体积（V=0.5L）；δ为比色皿光程（δ=10mm）。

2）初级生产力的估算

表层水（1m以内）中浮游植物的潜在生产力（Ps）根据表层水叶绿素a的含量计算：

Ps（mg/m3•h）= 1000Ca·Q

式中，Ca为表层叶绿素a的含量（mg/m3）；Q为同化系数（mgC/mgChla·h），表层水的同化系数为3.7。

四、实验结果

1、情人湖水体的透明度及pH值

经过测定，情人湖水体的透明度为80cm，pH值为5.5。

2、情人湖表层水的叶绿素a含量

叶绿素a含量 = [11.64×(0.082-0.061)-2.16×(0.085-0.061)+0.10×(0.089-0.061)]·10

0.5·10

= 0.3908 mg/L = 390.8 mg/m3

3、情人湖水生生态系统的初级生产力大小

初级生产力大小Ps = 1000 × 0.3908 × 3.7 = 1445.96 mg/m3•h

五、分析与讨论

1、水体中叶绿素a的含量与浮游植物的数量有密切的关系，指示着浮游植物生物量的大小，

同时也可作为判断水体富营养化程度的指标[1]。湖泊的富营养化是由于氮、磷等营养物

质过多的排入而导致藻类大量繁殖，从而减少到达其他植物的光，降低了溶氧水平，而且致使鱼类及其它生物大量死亡的现象[2]。另外，当湖泊呈现富营养化状态时，水质会出现恶化，如变黑，发臭等[2]。本次实验参考美国环保总署（USEPA）有关标准（见表1），以叶绿素含量为单一评价标准对情人湖进行富营养化评价。

表1 叶绿素a含量与湖泊富营养化关系

叶绿素a含量（mg/m3）营养类型

＜4 贫营养型

4～10 中营养型

10～50 富营养型

＞50 高度富营养型实验结果显示，华南师范大学情人湖表层水的叶绿素a含量为390.8 mg/m3，根据上述评价标准，情人湖湖水呈高度富营养化。出现这种情况的原因可能是①情人湖的湖水是死水，水体更新时间长。②校园内存在将垃圾、生活污水等排放至湖中的情况，使得水中的氮磷含量较高。

2、浮游植物的初级生产力在海洋的物质循环和能量流动中起着重要作用，它代表着海水中

生产有机物质的能力,是海洋食物链中的最基础部分, 与叶绿素a含量密切相关，同时也受到诸多环境因素的制约[3]。

蒋万祥等对珠江口水域的初级生产力研究[4]以及张佳磊等对大宁河回水区初级生产力的研究[5]都表明，初级生产力与温度、透明度、pH值等因素相关。其中，水温的升高可为浮游生物生长提供适宜的生境条件，提高初级生产力。而水体透明度高，则可增强光线在水下的传播，充足的光线将有利于浮游植物生长繁殖，提高初级生产力。另外，浮游植物的适宜pH值在8. 0 - 9. 0之间，合适的pH值可促进浮游植物的生长，提高初级生产力，但杨正健等在香溪河库湾[6]的研究显示，pH等理化指标受浮游植物自身生理作用影响较大，不是影响初级生产力的主导因子。

表2 不同水域的叶绿素 a 含量和初级生产力比较

水域叶绿素a含量/ mg/m3初级生产力/ mg/m3•h参考文献

珠江口21.28 510.8 蒋万祥等[4]

南海＜2 250-350 宁修仁等[7]象山港对虾放流区 3.5 444.5 刘子琳等[8]