伴隨著(zhù)我國經(jīng)濟快速發(fā)展的同時(shí),生態(tài)環(huán)境持續惡化。近年來(lái)我國水體中有害藻華(Harmful Algal Blooms,HABs)(包括海洋赤潮和淡水水華)持續高頻次發(fā)生,已嚴重影響到居民的飲水安全、水產(chǎn)養殖、水體景觀(guān)價(jià)值等方面,造成了巨大的經(jīng)濟損失。我國各級政府部門(mén)和科研機構對水體中浮游植物群落的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行快速監測、對淡水藍藻水華和海洋硅藻/甲藻赤潮進(jìn)行早期預警的需求越來(lái)越強烈。 | ||
現有的方法及局限性 | ||
目前我國浮游植物和有害藻華的監測主要采用顯微計數、葉綠素含量測定、衛星遙感、藻毒素監測等技術(shù)。 傳統顯微計數采集的樣品需要經(jīng)過(guò)魯格氏液、甲醛等固定液固定,帶回實(shí)驗室沉淀濃縮后進(jìn)行定性定量分析,需要花費的時(shí)間較長(cháng)。傳統的光學(xué)顯微鏡由于聚焦金和景深的限制,只能測量很小體積的樣品,且不能在水下原位測量。 葉綠素含量測定是一種相對較快速簡(jiǎn)單的測量技術(shù),但傳統的測量方法多為現場(chǎng)抽濾后帶回實(shí)驗室抽提,然后進(jìn)行分光光度計分析、熒光分光光度計分析或高效液相色普(HPLC)分析,但這種技術(shù)需要1-2天才能獲得結果。這兩種方法均不能立即反映出水體中的藻類(lèi)信息,而是要經(jīng)過(guò)一段分析時(shí)間,從而降低了生物監測的時(shí)效性,大大影響有害藻華的監測/預警。此外,葉綠素含量測定也可用原位傳感器進(jìn)行連續監測,但這種方法多采用若丹明法(化學(xué)法)校正數據,誤差大,且傳感器需要經(jīng)常維護。 衛星遙感具備監測范圍廣、數據多、不受地理位置和人為條件限制等優(yōu)點(diǎn),但其容易受天氣條件影響,且往往需要藻類(lèi)細胞累積到一定程度(可能已經(jīng)發(fā)生藻華)才能監測到,往往達不到預警的效果,而且購買(mǎi)衛星遙感數據費用高,分析復雜,因此衛星遙感多在專(zhuān)業(yè)機構進(jìn)行。 藻毒素監測目前主要采用HPLC和ELISA方法,兩種方法都可以精確的測量水體中的藻毒素含量,但都需要人工到現場(chǎng)采集樣品,帶回實(shí)驗室破碎細胞抽提毒素,過(guò)程復雜,速度慢,且不能長(cháng)期自動(dòng)連續監測。即使兩次采樣都未檢測到毒素,但也不能保證兩次采樣的間隔期藻類(lèi)沒(méi)有產(chǎn)毒,或毒素沒(méi)有釋放到水中。 | ||
新方案的監測功能 | ||
l 利用浮游植物熒光儀PHYTO-PAM-Ⅱ現場(chǎng)測量藍藻、綠藻、硅/甲藻、隱藻的葉綠素a含量和總葉綠素a含量,以及它們的光合活性(“生長(cháng)潛能”) l 利用水質(zhì)多參數儀及浮標監測平臺快速或實(shí)時(shí)監測水體富營(yíng)養化趨勢 l 利用便攜式浮游植物流式細胞儀CytoSense或水下浮游植物流式細胞儀CytoSub對浮游植物細胞數進(jìn)行快速計數,并獲知主要類(lèi)群的細胞濃度、細胞大小、細胞形態(tài)學(xué)信息;獲知微囊藻、棕囊藻等的群體(囊)動(dòng)力學(xué)變化情況;對于鏈狀藻類(lèi),可以測量每條鏈的細胞數;對于硅藻、甲藻等形狀特殊的藻類(lèi),可根據浮游植物專(zhuān)家庫進(jìn)行快速鑒定 l 利用CytoSense-Online系統或在線(xiàn)監測型浮游植物流式細胞儀CytoBuoy對水體中的浮游植物進(jìn)行長(cháng)期連續監測 l 利用產(chǎn)毒藻及藻毒素在線(xiàn)監測系統ESP,在水下利用分子探針技術(shù)和免疫技術(shù)原位、長(cháng)期監測產(chǎn)毒藻和藻毒素的變化
| ||
新方案的預警功能 | ||
l 根據葉綠素a含量和細胞數變化趨勢進(jìn)行預警 l 根據水質(zhì)變化趨勢對富營(yíng)養化水域進(jìn)行監測 l 浮游植物的光合活性(“生長(cháng)潛能”)預示著(zhù)未來(lái)的生長(cháng)潛力,光合活性高、耐強光的浮游植物在環(huán)境條件(營(yíng)養鹽、光照、溫度)適合時(shí)更容易發(fā)生藻華 l 微囊藻、棕囊藻等帶囊的藻類(lèi),不形成囊不發(fā)生藻華,而利用CytoSense等可長(cháng)期監測水體中微囊藻、棕囊藻等“囊”的變化,進(jìn)行早期預警 l 根據產(chǎn)毒藻和藻毒素的變化(與供水、水產(chǎn)養殖密切相關(guān)!!)進(jìn)行預警 | ||
新方案所需設備及用途 | ||
1)浮游植物熒光儀PHYTO-PAM-Ⅱ u 現場(chǎng)快速對水樣中的藍藻、綠藻、硅/甲藻、隱藻自動(dòng)定性(分類(lèi))定量(測葉綠素a) u 現場(chǎng)快速測量藍藻、綠藻、硅/甲藻、隱藻的光合活性(“生長(cháng)潛能”) 2) Xylem便攜式水質(zhì)多參數檢測儀 u 550A型便攜式溶解氧測量?jì)x u ProODO光學(xué)溶解氧測量?jì)x u YSI ProPlus型多參數水質(zhì)測量?jì)x u pH100A便攜式pH計 3)GreenEyes營(yíng)養鹽原位監測系統(EcoLABⅡ、Nulab4) u 將濕化學(xué)法應用于野外 u 實(shí)時(shí)觀(guān)測水體氮、磷等藻類(lèi)生長(cháng)要素的變化 4) 海洋/淡水浮標生態(tài)監測系統 u 實(shí)現水文水質(zhì)實(shí)時(shí)監測 u 水體葉綠素及浮游植物在線(xiàn)監測 5) CytoBuoy系列浮游植物流式細胞儀(CytoSense、CytoBuoy、CytoSub) u 現場(chǎng)快速計數水體中浮游植物細胞總數 u 現場(chǎng)快速獲取浮游植物細胞類(lèi)群信息(濃度、大小、類(lèi)群、定種) u 現場(chǎng)快速測量微囊藻、棕囊藻等細胞數以及“囊”的比例 6) 產(chǎn)毒藻及藻毒素在線(xiàn)監測系統ESP u 長(cháng)期、自動(dòng)、連續監測產(chǎn)毒藻和/或藻毒素的變化 u 長(cháng)期、自動(dòng)、連續監測特定藻、細菌、浮游動(dòng)物等的變化 u 提供定制化分子探針組合套裝,完善解決客戶(hù)的特殊需求 u 監測結果可無(wú)線(xiàn)傳輸到岸上基站 u 可水下原位工作(耐受50m水壓),也可在監測平臺或水站房中工作 u 可在水下采集并保存樣品,等回收后在實(shí)驗室 | ||
利用浮游植物光合活性進(jìn)行藻化預警的原理 | ||
藻類(lèi)的生長(cháng)靠光合作用,藻華的爆發(fā)是在特定的環(huán)境條件下(富營(yíng)養、高光、高溫)由藻類(lèi)短期快速暴增造成的,這其間藻類(lèi)必須具備極強的光合作用才能快速生長(cháng)。 監測葉綠素a含量可以了解目前水體中的藻類(lèi)生物量,但這只代表歷史(如果營(yíng)養鹽很低,即使當前藻類(lèi)生物量高,也不具備發(fā)生藻華的可能);而監測藻類(lèi)的光合作 用活性可以了解藻類(lèi)的“生長(cháng)潛能”,結合其它環(huán)境條件可以預測未來(lái)(富營(yíng)養條件且高光高溫下,即使當前藻類(lèi)生物量不高,但只要光合作用活性強,就具有極大的 發(fā)生藻華的可能)。由于PHYTO-PAM-Ⅱ可以測量自然水樣中藍藻、綠藻和硅/甲藻、隱藻各自的光合作用,就可以對藻華發(fā)生時(shí)不同藻類(lèi)類(lèi)群進(jìn)行分析。利用PHYTO- PAM-Ⅱ測量不同藻類(lèi)葉綠素a含量和光合作用活性的功能,可以長(cháng)期監測自然水體中浮游植物種群生物量的動(dòng)力學(xué)變化和不同類(lèi)群光合作用潛力的變化趨勢,這對于藻 華的預警具有重要參考價(jià)值。 | ||
利用浮游植物流式細胞儀進(jìn)行藻化預警的原理 | ||
藍藻水華多由微囊藻引起,而微囊藻形成水華的前提是藻細胞聚集形成群體(“囊”)并浮到水面。如果沒(méi)有群體細胞的形成,就不會(huì )形成水華。微囊藻的群體比較大,一般的流式細胞儀不能直接進(jìn)樣測量,但CytoBuoy系列浮游植物流式細胞儀可以直接進(jìn)樣測量,并且可以獲知群體細胞的粒徑大小和不同大小的群體所占的比例。從春季開(kāi)始,定期監測不同水層的微囊藻群體細胞的粒徑變化和所占比例的變化,就可以對微囊藻水華進(jìn)行早期預警。當群體細胞占的比例越來(lái)越高并且從下層水面遷移時(shí),就預示著(zhù)形成水華的條件逐漸成熟了,可以啟動(dòng)預警方案。 有些藍藻水華或海洋赤潮是由鏈狀細胞形成的。對這些細胞而言,細胞鏈的長(cháng)度有助于藻增加浮力獲得充足的光照,如果營(yíng)養鹽豐富、氣象條件合適,細胞鏈長(cháng)的藻類(lèi)就更可能形成水華。因此,利用CytoBuoy系列浮游植物流式細胞儀來(lái)測量細胞鏈的長(cháng)度是可以用于水華預警的。 對于形狀特殊的赤潮硅藻和甲藻而言,利用CytoBuoy系列浮游植物流式細胞儀可以建立專(zhuān)家庫,進(jìn)而對自然水樣進(jìn)行有害藻的快速篩選/預警。 | ||
有害藻華監測/預警展望 | ||
綜上所述,浮游植物熒光儀PHYTO-PAM-Ⅱ、水質(zhì)便攜/在線(xiàn)監測技術(shù)、CytoBuoy系列浮游植物流式細胞儀和產(chǎn)毒藻及藻毒素在線(xiàn)監測系統ESP在有害藻華的監測/預警方面具有非常大的應用潛力:PHYTO-PAM-Ⅱ重在自動(dòng)分類(lèi)的基礎上同時(shí)了解生物量和光合活性(“生長(cháng)潛能”);水下原位營(yíng)養鹽系統將濕化學(xué)方法應用于野外,實(shí)時(shí)觀(guān)測水體氮、磷等藻類(lèi)生長(cháng)要素的變化,水質(zhì)多參數監測儀及浮標在線(xiàn)監測系統可快速、實(shí)時(shí)監測水質(zhì)水文要素的動(dòng)態(tài)變化;CytoBuoy重在專(zhuān)門(mén)針對浮游植物的細胞計數,且可直接測量微囊藻,對形狀特殊的藻可鑒定到種;ESP重在對于產(chǎn)毒藻和藻毒素進(jìn)行長(cháng)期、連續、在線(xiàn)監測。四種計數都是前沿的技術(shù),且儀器都是為了野外應用而設計,充分考慮到了現場(chǎng)監測的困難。四種技術(shù)可分別用于有害藻華的監測/預警,如果結合使用,對于監測/預警的效果會(huì )更好。相信四種技術(shù)對于我們淡水與海洋的環(huán)境的有害藻華監測/預警都會(huì )發(fā)揮極大的助力作用。 | ||