当前，大型浅水湖泊磷污染是我国地表水磷浓度控制和达标管理的难点^[1]。太湖是我国第三大浅水湖泊，也是整个流域的水资源调配中心和水生态系统核心。因此，太湖的富营养化问题一直受到社会各界的广泛关注^[2]。自2007年太湖水危机发生后，国务院、生态环境部、江苏省先后出台一系列政策及治理措施，持续治理太湖，太湖水质得到了总体改善，蓝藻水华问题基本得到控制，但总磷指标削减不理想，呈现“先降后升”的趋势，在近些年则处于高位波动^[3]。

大量研究表明，太湖湖体总磷的增加是由外源性磷和内源性磷两大因素引起^[1-5]。其中，外源性磷是由上游入湖河道输入水体中的磷负荷所致，但随着近些年针对外源输入削减力度的加强，外源性磷基本得到控制^[1]。除外源输入因素，内源性磷也是太湖总磷高位波动的重要原因之一^[4-6]，内源性磷主要由湖体内部的物理、化学、生物性状改变而循环产生，主要包括底泥释放性磷和藻源性磷两大类，其中底泥释放性磷是由湖体自然气候、化学环境改变，以及湖底微生物、浮游植物的代谢活动导致底泥中的结合态磷逐步转化为可溶性磷释放进入水体，使水体磷大量增加^[5-9]。近些年来，藻源性磷对湖体总磷贡献的重要性逐渐得到学界重视^[1-2]，藻类作为一种生物组织，其本身细胞体就可视作一种颗粒态磷，但尚未见关于定量分析藻源性磷的报道。

为探究藻源性磷在湖体总磷中所占的比重，通过对太湖无锡水域藻类聚集区域开展调查研究，分析主要优势藻种单位藻体的藻源性磷质量浓度(单位藻细胞平均磷质量浓度)，探究藻类密度与藻源性磷之间的定量关系，以期揭示藻类水华对太湖总磷监测的影响，为进一步了解太湖湖体总磷波动提供数据支撑。

1 研究方法 1.1 研究区域概况

太湖无锡水域位于江苏省无锡市南部、太湖北部、西北部，主要包括贡湖、梅梁湖、竺山湖、宜兴西部沿岸区等湖湾，总面积613 km²，该水域呈半封闭状，水体流动性及自净能力相对较弱^[10]，是太湖水华多发地区。2022年8月，无锡水域的梅梁湖、竺山湖一带出现藻类水华。

1.2 调查方法与实验设计 1.2.1 调查方法

于2022年8月3 — 11日对太湖无锡水域进行巡湖调查，巡查区域包括贡湖、梅梁湖、竺山湖及宜兴沿岸区，巡查区域涉及7个太湖国控点位(图 1)，根据《水华程度分级与监测技术规程》(DB44/T 2261—2020)，对调查区域湖体水华状态进行判断并对发生水华的湖区进行采样。样品采集原则依据《地表水环境质量监测技术规范》(HJ 91.2—2022) 相关规定开展实施，使用2 L采水器在水面下0.5 m处采集水样，取1 L水样装入棕色玻璃样品瓶中，随后放置于加冰袋保温箱内，于2 h内送回实验室进行分析，每个点位采集2份水样作为平行样。

1.2.2 实验设计

经现场巡湖调查，发现竺山湖、梅梁湖南部一带湖面存在藻类水华，并采集水华样本，采用藻类人工智能分析仪对采集到的2份样品进行扫描，分析藻种组成及藻类密度，经分析确认水华物种为微囊藻且优势度＞99.1%。随后将水样经25号筛网过滤得到藻类颗粒，并用超纯水小心冲洗藻类颗粒多次，每次冲洗时收集清洗液用于溶解态磷的分析，直至冲洗液无法检出溶解态磷后停止冲洗，随后将藻类颗粒转移至50 mL容量瓶中制成浓缩藻液，将浓缩藻液充分摇匀，立即取25 mL藻液与等体积超纯水混合，配制成稀释藻液并充分摇匀，随后再取25 mL稀释藻液与等体积超纯水混合，如此重复上述操作3次，获得共计5个系列的梯度稀释藻液(理论藻密度依次减半)，并设置平行组，随后分别对每个系列样品的藻类细胞密度、溶解态磷、总磷进行测定。其中，样品经过0.45 μm水系滤膜过滤后所得滤液用于溶解态磷的测定，样品不经过滤直接用于总磷的测定。

1.3 实验仪器

AH-20S藻类人工智能分析仪(中国宏众百德公司)；TU-1900紫外可见分光光度计(中国普析通用公司)；NIKON E1000生物光学显微镜(日本尼康仪器公司)。

1.4 数据分析与处理

使用藻类人工智能分析仪对梯度稀释藻液样品进行藻种识别及藻密度计数。溶解态磷、总磷的测定依据《水质总磷的测定钼酸铵分光光度法》(GB 11893—89)。

数据分析：采用AlgAI 1.0软件(中国宏众百德公司)分析全片电子化图像；对水样进行藻种鉴别、藻密度计数以及藻种优势度分析；利用WPS 2023(中国金山软件公司)进行数据整理；利用Origin 2019(美国OriginLab公司)进行数据统计、相关性分析及图表绘制。相关性分析采用皮尔逊相关系数(P)判定，P＜0.001为极显著相关。

2 结果与分析 2.1 藻源性磷质量浓度分析

对选择的水华样品进行藻类群落结构分析，共鉴定出藻类4门12属(种)。分别为：蓝藻门3属(种)，绿藻门5属(种)，硅藻门3属(种)，隐藻门1属(种)。其中，微囊藻(Microcystis sp.)为优势属(种)，其优势度＞99.1%，占据绝对优势地位。因此，为便于后续实验研究，可将采集的样品视作微囊藻浓缩液。

梯度稀释藻液系列藻密度及磷质量浓度见表 1。由表 1可见，选定样本的藻液梯度系列的藻密度为2.84×10⁸ ~ 7.13×10⁹个/L，基本处于蓝藻水华暴发时的藻密度范围；梯度系列样品经0.45 μm滤膜过滤所得的滤液中均未检测出磷，表明原滤得的藻类颗粒经过纯水清洗并配制的梯度系列藻液中已经不含溶解态磷；梯度系列的总磷质量浓度为0.04 ~ 1.05 mg/L，其中，总磷最高质量浓度对应的藻密度为7.13×10⁹个/L的样品，在梯度系列样品中，总磷的质量浓度与藻密度呈正相关性。

天然水体中的磷以多种形态共存，总磷(TP)主要由总溶解态磷(TDP)和总颗粒态磷(TPP)构成，其中总颗粒态磷又可分为藻源性磷(ADP)与非藻源性磷(NADP)，因此，水体中总磷质量浓度可以由式(1)计算得到。

$ \rho(\mathrm{TP})=\rho(\mathrm{TDP})+\rho(\mathrm{ADP})+\rho(\mathrm{NADP}) $

(1)

在本研究中，总溶解态磷均未检出，此外，通过对梯度系列样本进行显微镜观察，未发现有其他非藻类微生物及杂质颗粒，表明原水样中的总溶解态磷、颗粒态杂质通过前处理的过筛冲洗已经去除，梯度系列藻液中的总溶解态磷、非藻源性磷可以忽略不计。因此，本研究中梯度系列藻液的总磷质量浓度公式可简化为式(2)。

$ \rho(\mathrm{TP})=\rho(\mathrm{ADP}) $

(2)

在本研究中，梯度系列藻液中几乎只有微囊藻，即总藻源性磷质量浓度只由微囊藻贡献，因此，式(2)又可表达为式(3)。

$ \rho(\mathrm{TP})=C_M \times N $

(3)

式中：C_M——单个微囊藻细胞平均磷质量，mg；N——梯度系列藻液中的微囊藻密度，个/L。

基于式(3)，对表 1的梯度稀释藻液系列中的藻密度与总磷质量浓度进行线性回归分析，即可得到该系列中微囊藻细胞的平均总磷质量浓度(图 2)。

由图 2可见，梯度系列藻液中的总磷质量浓度与藻密度呈现良好的线性关系，相关系数P＜0.001，呈极显著相关性。总磷质量浓度与藻密度之间的线性相关表达式为式(4)，C_M值为1.46×10^-10 mg，即当水体中微囊藻密度为10⁸个/L时，对水体总磷贡献量为0.014 6 mg/L。

$ \rho(\text { TP })=1.46 \times 10^{-10} \times N $

(4)

2.2 藻源性磷在水华湖体中对总磷的贡献

为进一步探究藻源性磷在水华湖体中占水体总磷的比例，于2022年8月8 —11日对太湖无锡水域不同水华程度的区域进行调查采样。调查区域湖面状态及藻密度见表 2。由表 2可见，4个点位的藻密度为2.72×10⁷ ~ 2.52×10⁹个/L，其中微囊藻优势度为77.1% ~ 99.3%，根据《DB44/T 2261—2020》，调查区域湖体处于轻度水华至重度水华状态。

不同水华区域藻源性磷对湖体总磷贡献分析见图 3。由图 3可见，1#—4#点位的藻源性磷、总溶解态磷、总磷质量浓度分别为0.004 ~ 0.36，0.07 ~ 0.16，0.15 ~ 0.65 mg/L，相对应的藻源性磷占总磷比例为2.7% ~ 55.4%，此外，藻源性磷与总溶解态磷质量浓度之和小于总磷质量浓度，表明水体中还存在非藻源性颗粒态磷。以上结果说明，在发生水华的水体中，藻源性磷质量浓度不仅随着藻密度的增加而升高，且其占湖体总磷的比例也在迅速上升，4#点位的藻源性磷占比达到55.4%，相较1#点位增加近21倍，表明在重度水华水域中藻源性磷是总磷的主要组成部分。

3 讨论

磷是构成浮游植物细胞体组织、活性酶和遗传物质的重要元素之一，且各种溶解态无机磷、有机磷也广泛存在于细胞液中，因此，藻类细胞体本身就属于颗粒态磷的一种^[11-14]。太湖作为浅水型湖泊，通常认为颗粒态磷是太湖湖体中磷的主要形态，近20年的调查结果表明，颗粒态磷占总磷的比例均值达到了66%^[1]。其中，颗粒态磷包括藻源性磷与非藻源性磷，在无水华发生、水体中藻密度较低时，非藻源性磷为颗粒态磷的主要形式，主要包括一些磷吸附型矿物颗粒、底泥含磷颗粒等，后者常在湖体处于强对流气象条件下由于水力搅动作用发生再悬浮导致总磷异常升高^[15]。当水华暴发时，水体中藻密度大幅上升，藻源性磷则可能成为颗粒态磷的主要贡献者。本研究调查结果也表明，在水华区域中，藻源性磷占总磷比例显著提升，且其占总磷的比例与水华程度呈正相关趋势，表明重度水华区域中藻源性磷是湖体总磷的主要构成者。

由于藻源性磷对总磷的贡献作用，在太湖蓝藻水华尚未得到根治的前提下，总磷可能处于较高水平，特别是当暴雨、高温、风速等气候因素发生变化时引起藻情变动，也会导致太湖湖体总磷异常波动^[1]。相关研究也表明，2017年太湖湖体出现总磷反弹与气候因素诱发的藻情变化有关^{[3, 7]}。

尽管湖体中的磷(尤其是游离态的溶解态磷)会有一部分被藻类在生长过程中摄取从而转化为藻源性磷，但湖体的总磷在藻类摄取磷前后并非处于一种质量守恒状态，由于外源输入性磷持续存在，而藻类吸收同化过程相当于将磷固定在太湖湖内，起到富集效应^[1]；同时，由于水华聚集成片的藻类区域并不一定均匀分布于采样点位所在的整个网格，且藻类聚集体可以随风浪水流移动，如其只是恰巧聚集/漂移于采样点位附近水域，则会导致总磷的手工/自动监测结果高于该点位代表的整个网格水域的实际值；此外，藻类生物量的增加乃至聚集形成水华后反过来对磷等营养盐浓度的影响同样不可忽视^{[1, 8]}，对于浅水型湖泊而言，水华暴发时高水平的藻类生物量会对水体溶解氧、pH值等理化因素造成显著影响^{[9, 16]}，进而改变水环境化学性状，促进底泥泥水界面的磷释放，进一步拉升水体中的总磷浓度^[2]。因此，蓝藻水华暴发时不仅可直接提供藻源性磷贡献，还可通过代谢循环间接促进底泥磷释放，产生额外的总磷增量，上述因素共同作用，最终导致湖体总磷高位波动。

4 结论

(1) 针对太湖无锡水域进行调研采样，水华主要优势种为微囊藻，建立了藻源性磷与微囊藻密度的定量关系模型。研究表明，夏季太湖无锡水域中微囊藻细胞平均磷质量为1.46×10^-10 mg，即平均每1亿个微囊藻带来的藻源性磷贡献约为0.014 6 mg。

(2) 湖体发生水华时，藻源性磷对总磷具有明显贡献，本研究调查的3种不同水华程度的4个点位中，藻源性磷占总磷比例为2.7% ~ 55.4%。藻源性磷贡献率与藻密度呈正相关，在重度水华水体中(蓝藻藻密度>1.0×10⁸个/L)，藻源性磷对总磷的贡献更为显著。

(3) 藻类生长、聚集可强化湖体对输入性磷的固定作用，在外源持续性输入的情况下进一步提高太湖水体总磷水平，当藻类聚集成团形成于或漂移至监测点位附近水域，经样品采集后进入分析水样中，可引起总磷监测结果异常偏高进而造成湖体总磷示值高位波动。

(4) 针对太湖蓝藻水华带来的藻源性磷贡献导致的湖体总磷高位波动，除继续保持对外源输入性营养盐的削减，还应加强对藻情与总磷的关联性监测、分析及预警，更好地摸清太湖藻源性磷与总磷异常波动之间的规律。同时可加强以渔控藻等手段，稳定降低太湖藻类生物量水平，从而更好地实现抑藻控磷的目标。