摘要：本文介紹了一種活體浮游植物在線監測技術——延遲熒光測量技術及基于延遲熒光技術的DF藻類延遲熒光測量系統。活體藻類監測技術通過在線監測藻類的延遲熒光，自動記錄活的浮游植物的生物量和組成，適用于浮游植物的自動在線持續監測。結合其他系統所測得的生態因子參數，分析浮游植物的季節變化模式，作為動態變化環境的函數。最終建立隨季節而變化的生態因子和浮游植物生長之間的函數關系，可以充分地模擬各種水華的過程，從而達到預防水華發生的目的。本文還通過DF藻類延遲熒光測量系統舉例說明延遲熒光技術在實際湖體監測中的應用。

關鍵詞：活體浮游植物；水華；延遲熒光；在線監測

當一個流域的水流匯集到某一區域，隨著水流的減慢，營養物質逐漸富集，在適宜的光照和溫度下可以監測到藻類明顯的增長，極易造成水華。因此，水華的形成是由活體藻類的大量繁殖引起，并受水體溫度，營養鹽含量，輻射等環境因素的影響。當前，我國主要江河、湖泊水體的水質總體上呈惡化趨勢，水華事件頻發，水質監測任務十分繁重。

植物利用光能，合成自身生長所需的化合物，并維持新陳代謝的進行。植物體內的天線色素接收太陽光，將光能轉化成化學能。葉綠素在光合過程中起關鍵作用，和某些物質一樣，在光照條件下能夠釋放出光，這種光叫做熒光。在活的植物體內，激發態和短暫的暗適應后都能釋放出熒光，前者釋放直接熒光，后者釋放延遲熒光。

近20年來，出現了大量基于熒光理論的浮游植物監測儀器，大多是用于快速熒光的測量（Istvánovics et al. 2005）。Kautsky和Hirsch 早在1931年，就將快速熒光監測用于浮游植物的研究中。然而，快速熒光技術測量的是所有能釋放熒光的物質，包括死的浮游植物和腐殖質。

本文介紹一種活體藻類檢測技術——延遲熒光技術，以及活體浮游植物及生態環境在線監測系統（DF）。延遲熒光技術能夠排除浮游植物和腐殖質對測量結果的影響，使水華的預測和防治更加快速有效。

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除了快速熒光，當植物由光照條件轉到暗處時也會釋放出熒光，這種熒光更微弱，持續時間更長，稱為延遲熒光(DF)，由Strehler 和 Arnold (1951)發現。盡管延遲熒光發現得也很早，但一直沒有被重視。Volkmar Gerhardt和他的合作者（1981）最早研究出了延遲熒光光譜技術。這種技術與快速熒光技術相比，具有明顯的優勢。

延遲熒光由電子逆流導致的點和重組產生(Gerhardt & Bodemer, 2000)，因此，只有具有光合活性的細胞才能產程延遲熒光，即延遲熒光是活細胞光合的專屬特性，是光合效率的指示指標。延遲熒光技術可有效屏蔽再懸浮、死的生物和腐殖質對測量精度的干擾，其他熒光測量技術無法實現。延遲熒光技術和普通快速熒光技術的這一不同，對淺水湖或河流能起到決定性的作用，特別是那些經常發生再懸浮和洪浪而將一定量的退化藻類或沒有光合功能的藻類帶入水體的區域。因此，延遲熒光技術逐漸成為目前水華監測的研究熱點。

活體浮游植物及生態環境在線監測系統（DF）基于延遲熒光技術，可進行延遲熒光兩個方面的測量：延遲熒光動力學特征，即延遲熒光的消亡過程；延遲熒光光譜，即DF₀隨不同激發光源波長的變化。這兩個測量方法分別用于測量活體藻類的生物量及組成（系統工作流程如圖1所示）。

                                   

   

 

活體浮游植物及生態環境在線監測系統（DF）用于在線監測藻類的延遲熒光，并自動記錄活的浮游植物光合的生物量和組成，適用于天然浮游植物數量的持續和在線監測（系統在線監測如圖2所示）。

          

                           

 

結合其他水文、氣象與光學等水體生態因子，分析浮游植物的季節變化模式，作為動態變化環境的函數。最終建立隨季節而變化的生態因子和浮游植物生長之間的函數關系，可以充分地模擬各種水華的過程，精確探測藻類和水華的形成和消亡，從而達到預防水華發生的目的^[1]。

2003-2004年對巴拉頓湖區的水生態因子，如水溫、總輻射、光線垂直衰減、內部P負荷等進行監測，并以天為單位，使用DF藻類延遲熒光測量系統對藍藻、綠藻、硅藻和隱藻4種藻類進行監測，利用所得數據分析浮游植物的季節變化模式，模擬各種水華的發生過程。實驗結果表明，以上所測數據可以足夠地模擬各種水華的形成和衰敗。

DF藻類延遲熒光測量系統能夠測量4種浮游植物分類（可擴展到6種）及生物量，可選增強型群落識別及光合速率-光曲線；其檢測限為0.1 μg Chl/L，采樣頻率達6-10次/小時，可野外自動在線測量或便攜測量。

 

DF藻類延遲熒光測量系統對Balaton湖從2003年3月到10月份的藻類組成（4類藻類）和生物量變化情況監測如下，其中精細記錄了8月份的一次藍藻的爆發。

 

 

                                 

在自然溫度和光照條件下培養小球藻（Chlorella vulgaris），培養過程中，測量溫度、輻射和葉綠素（Chl）含量，檢測其DF（使用DF藻類延遲熒光測量系統）、量子效率（QE）和輻射能利用效率（ ）指數。數據分析表明，晝夜循環中DF信號與QE（ ）和 （r²=0.977,p＜0.01）均相關。

在瑞典的埃爾肯湖和匈牙利的巴拉頓湖，使用DF藻類延遲熒光測量系統記錄產生光合作用的浮游植物生物量和光合作用-光照曲線（PI），并估算浮游植物的初級生產力，同時記錄垂直方向的輻射衰減。分析表明，PI曲線在線檢測可顯著降低初級生產力估算的誤差。這表明，由于發生沉積物和浮游植物再懸浮，在光照會發生迅速變化的淺表渾濁湖水中，隨分鐘或季節的不同時間尺度的變化也符合這種規律。這項新的理論對研究初級生產力的規律和長期高頻率監測下水生態具有很好的前景。

 

                  

利用活體浮游植物及生態環境在線監測系統監測光合敏感藻類的時序數據，結合其他系統所測得的生態因子參數，分析浮游植物的季節變化模式，作為動態變化環境的函數。最終建立隨季節而變化的生態因子和浮游植物的生長之間的函數關系，因此可以充分地模擬各種水華的過程，從而達到預防水華發生的目的。

 

[1]Istvánovics V., Honti M., Osztoics A.,H. M. Shafik, Padisák J., Y. Yacobi and W. Eckert (2005) On-line delayed fluorescence excitation spectroscopy,as a tool for continuous monitoring of phytoplankton dynamics and itsapplication in shallow Lake Balaton (Hungary). Freshwater Biology 50:1950-1970.

[2]Honti M., Istvánovics V.and Osztoics A. (2005) Measuring and modelling in situ dynamic photosynthesis of various phytoplankton groups. Verh. Internat. Verein. Limnol.29:194-196.

[3]Honti M., Istvánovics V.and Osztoics A.(2007) Stability and change of phytoplankton communities in a highly dynamic environment ? the case of large, shallow Lake Balaton (Hungary). Hydrobiologia 581:225-240.

[4]Honti M., Istvánovics V.and Kozma Zs.(2008) Assessing phytoplankton growth in River Tisza (Hungary). Verh. Internat. Verein. Limnol.30(1):87-89.

[5]Istvánovics V. and Honti M.(2008) Longitudinal variability in phytoplankton and basic environmental drivers along Tisza River, Hungary. Verh. Internat. Verein. Limnol.30(1): 105-108.