葉綠素a與初級生產力檢測：關鍵檢測項目與方法詳解

一、檢測原理與意義

1. 葉綠素a 光合作用的關鍵色素，濃度直接反映浮游植物生物量，是評估水體富營養化、藻華風險的核心指標。
2. 初級生產力 單位時間內浮游植物通過光合作用將無機碳轉化為有機物的速率，表征生態系統的能量轉化效率。

二、檢測方法詳解

（一）葉綠素a測定技術

1. • 步驟：樣品過濾→冷凍干燥→丙酮提取（90%丙酮，24h避光）→離心→測定750nm、664nm、647nm、630nm波長吸光度。
   • 公式：Chl-a (μg/L) = 11.85×(E664-E750) - 1.54×(E647-E750) - 0.08×(E630-E750)
   • 適用場景：常規水質監測，成本低但需注意脫鎂葉綠素干擾。
2. • 原理：葉綠素a在特定激發光下發射熒光，通過熒光強度定量（如Turner Designs熒光計）。
   • 優勢：無需提取，快速檢測（如原位剖面儀實時監測）。
3. • 流程：甲醇/丙酮混合提取→色譜柱分離（C18柱）→檢測器定量。
   • 特點：區分葉綠素a與其他衍生色素，精度高，適用于科研級分析。

（二）初級生產力測定方法

1. • 操作：
     • 分裝水樣至透明瓶（白瓶）與不透光瓶（黑瓶）。
     • 原位懸掛或模擬光照培養24h。
     • Winkler法測定溶解氧（DO）變化。
   • 計算：
     • 凈初級生產力（NPP）= 白瓶DO - 初始DO
     • 呼吸作用（R）= 初始DO - 黑瓶DO
     • 總初級生產力（GPP）= NPP + R
2. • 步驟：添加NaH¹?CO?至水樣→光照培養→過濾收集浮游植物→液閃儀測定放射性強度。
   • 公式：生產力（mg C/m³/h）= (樣品放射性 - 本底) / (添加總放射性) × 溶解無機碳濃度 × 1.05
   • 優勢：靈敏度高，可檢測低生物量水體。

三、核心檢測項目與指標解析

1. • 檢測意義：確定水體透光層（如溫躍層位置）、藻類最大光合層（通常位于表層以下1-3米）。
   • 方法：分層采樣（如0m、2m、5m、10m）+ HPLC分析。
2. • 高頻監測：春夏季藻類爆發期每小時連續測定，結合溫度、光照數據建模。
   • 案例：太湖藍藻水華期間生產力可達10-20 mg C/m³/h，為日常值的3-5倍。
3. • 指標：最大光合速率（Pmax）、光飽和點（Ik）、暗呼吸速率（Rd）。
   • 方法：多梯度光照強度實驗（0-2000 μmol photons/m²/s）。
4. • 設計：添加N（NaNO?）、P（KH?PO?）、Fe等，測定Chl-a和生產力變化。
   • 判定：若加N后生產力提升50%以上，表明氮限制。

四、質量控制關鍵點

1. • 濾膜選擇：GF/F（0.7μm孔徑）避免細胞破裂。
   • 提取避光：葉綠素a遇光降解速率達5%/h（常溫下）。
2. • 分光光度計每日用重鉻酸鉀標準液校驗吸光度。
   • 熒光計采用已知濃度的純葉綠素a標準曲線校正。
3. • 葉綠素a與初級生產力的理論比值范圍：0.1-0.3 mg C/μg Chl-a/h，顯著偏離需復核。

五、應用場景與案例

1. • 閾值：Chl-a >10 μg/L且生產力突增3倍，觸發預警（如渤海灣監測體系）。
2. • 調控依據：生產力>50 mg C/m³/d時減少人工投餌，防止富營養化。
3. • 計算模型：初級生產力×水體面積×生長期天數→估算年固碳量（如南海年均固碳2.4×10¹³ g C）。

六、未來技術方向

1. 多光譜遙感反演
   • 衛星波段：MODIS Band 8-16分析Chl-a空間分布，分辨率達1km²。
2. 分子探針技術
   • 如qPCR定量產氧光合菌的psbA基因，區分功能群落。
3. 自動化剖面系統
   • 集成CTD、熒光傳感器、¹?C培養艙，實現實時剖面監測。

結語