太湖是中国五大淡水湖之一, 太湖蓝藻最早出现在1960年夏季, 但是经历的时间一般都不长, 一到初秋便慢慢消失。从20世纪90年代开始, 太湖梅梁湖区域连续几年出现蓝藻爆发现象[1]。因此, 研究蓝藻爆发原因以及随时掌握蓝藻的生长动态显得很有意义。研究太湖蓝藻的途径很多, 大致可以分为两大类:一是利用传感器进行遥感监测, 根据监测到的蓝藻的密度变化, 采取及时有效的防治措施来控制蓝藻的爆发, 这类监测在近几年应用很多[2,3];二是在实验室利用实验仪器来分析太湖水质的荧光光谱, 根据荧光光谱的变化来分析判断蓝藻生长的动向[4～8]。
与上面的研究方法不同, 本文对不同时期的太湖水在紫外光的激发下得到的荧光光谱进行研究分析, 根据得到的荧光光谱强度的变化来判断蓝藻的生长趋势。
1 实验方法
本实验以太湖梅梁湾处的太湖水为试样, 取试样盛于石英比色皿中, 放置在光谱测量系统样品室, 由Xe灯通过激发单色器获得所需的各种不同波长的激光, 激励样品, 然后采用荧光分光光度计测量其荧光光谱特性。实验原理图如图1所示。
2 结果与分析
2.1 太湖水试样和培养液在270nm和290nm激发下的荧光光谱
为了便于更好地对太湖水的荧光光谱进行对比分析, 我们选取紫外光波长范围内激发得到荧光谱图效果较好的270nm和290nm作为激发波长。同时为了探索出这些荧光峰的来源, 我们利用NaNO3和K2HPO4作为氮源和磷源, 用蒸馏水配制P质量浓度分别0.02mg/l, 0.1mg/l, 0.4mg/l和2.0mg/l的培养。图2所示为太湖水试样和培养液中P质量浓度为2.0mg/l时所得到的光谱图 (已滤去激发光) 。从图中可以看到, 两种试样在用270nm激发时300nm～380nm范围内出现了两个明显的荧光峰, 所对应的波长分别为307nm和318nm;用290nm激发的时候300nm～380nm出现了一个明显的荧光峰, 所对应的波长为319nm。两条荧光光谱线的荧光谱峰是对应的。因为培养液是加入在蒸馏水中, 而水分子本身是不产生荧光的, 所以蒸馏水在这个波段范围内不会产生任何的荧光谱峰[9], 因此, 我们可以认为, 图2中所示的太湖水在300nm～380nm波长范围内的荧光光谱是由其中的NP化合物造成, 也即说明了在太湖水中含有一定浓度的NP化合物。
2.2 4月、6月和8月太湖水试样在紫外光激发下的荧光光谱比较
采用270nm和290nm作为激发波长, 我们分别对4月、6月和8月的太湖水进行研究, 如图3a和3b所示。图中可以看到, 4月和6月试样的荧光谱并没有发生太大的变化, 只是荧光峰的相对强度发生了稍许改变, 8月份的荧光相对强度明显增加。
为了研究NP化合物中的P质量浓度和荧光谱峰相对强度的关系, 我们又做了P质量浓度不同的NP化合物培养液的荧光光谱图, 如图4a和4b所示 (图中已滤去激发光) 。从图4可以看出, 随着NP化合物中的P浓度的逐渐变大, 其对应的荧光光谱强度也在逐渐增加。比较图2和图4, 我们可以得到:NP化合物中的P的浓度和荧光的强度之间呈正相关;4月、6月和8月的太湖水中NP化合物中的P的浓度在逐渐变大。
2.3 氮磷化合物中的P质量浓度对蓝藻生长的影响
为了分析氮磷化合物中的P质量浓度对蓝藻生长的影响, 我们对4月、6月、8月和10月取得的太湖水试样分别用270nm和290nm的激发光进行激发, 得到的荧光光谱图如图5所示 (图中已滤去激发光) 。从图中可以看到, 4月、6月和8月的荧光谱相对强度在逐渐增加, 而10月份的荧光谱相对强度比8月份要小, 而从前面2.2节中我们已经得出, NP化合物中的P质量浓度与荧光的强度之间呈正相关。因此, 从图5我们可以得到, 4月、6月、8月这段时间内, 太湖水中NP化合物的中的P质量浓度在逐渐变大, 而8月份到10月份这段时间内, NP化合物的中的P浓度又在逐渐变小。
鉴于我们在4月、6月、8月和10月对太湖梅梁湾湖体进行的实地观察, 我们发现, 在4月份时, 太湖湖体中几乎没有任何蓝藻;6月份时, 湖水已经出现了零星蓝藻, 但不明显;到8月份时, 湖水中的蓝藻数量明显增多;到10月份时, 相对于8月, 湖水中的蓝藻数量明显减少。由此, 根据图5, 我们可以推断, NP化合物的中的P质量浓度与蓝藻的生长呈正相关, 也即NP化合物中的P质量浓度的提高对蓝藻的生长起促进作用。
参考其他相关研究人员的研究, 他们指出, NP化合物浓度的N或P质量浓度的提高对蓝藻的生长起促进作用是在一定的范围之内的, 即N或P浓度有一个阈值, 在阈值以下, 浓度的提高对蓝藻的生长起到促进作用, 但在阈值以上, 浓度越大, 反而对蓝藻的生长起到限制作用[10]。不过从2010年我们对太湖蓝藻爆发情况的研究中, 并不能观察到这种限制作用。同时也说明了人们已经开始对含有NP化合物的污染物排放进行了有效的控制。
3 结语
本文利用分子荧光光谱分析法, 根据太湖水在紫外光激发时所产生的荧光光谱, 对2010年太湖不同时期蓝藻的生长情况做了持续的监测。经过实验分析, 我们得到以下三个结论: (1) 在紫外光的激发下, 太湖水能产生典型的荧光光谱, 且光谱强度较大, 光谱范围较宽, 用270nm激发产生的荧光光谱中有两个明显的荧光峰, 290nm激发产生的荧光光谱中有一个明显的荧光峰, 均由太湖水中含有的NP化合物引起; (2) 太湖水荧光光谱强度由其中含有的NP化合物中的P质量浓度决定, 并且NP化合物中的P质量浓度与荧光光谱的强度之间呈正相关; (3) 根据实地考察和实验分析2010年太湖中蓝藻的数量与其中的NP化合物中的P质量浓度呈正相关, 即NP化合物中的P质量浓度会促进蓝藻的生长。
摘要：2007年无锡太湖蓝藻爆发之后, 对太湖水质的研究成为热点。本文对2010年4月、6月、8月和10月的太湖梅梁湾处水体进行取样, 利用WGY-10型荧光分光光度计, 对蓝藻出现前后的太湖水的荧光光谱进行研究。通过研究发现: (1) 太湖水荧光光谱在300nm～380nm带宽内的谱峰由氮磷化合物引起; (2) 太湖水中氮磷化合物中的磷浓度越大, 对应的光谱峰值越高; (3) 2010年太湖中蓝藻的数量与其中的氮磷化合物中的磷的浓度呈正相关, 即湖水中氮磷化合物中的磷会促进蓝藻的生长。
关键词：太湖水,紫外光,激发荧光光谱,氮磷化合物
参考文献
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