三峽澎溪河高陽平湖高水位時(shí)堿性磷酸酶活性及其動(dòng)力學(xué)特征*

張　萍，馮　婧，李　哲，郭勁松，，肖　艷，劉　靜

(1：重慶大學(xué)城市建設(shè)與環(huán)境工程學(xué)院，重慶 400045)

(2：中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院，重慶 400030)

(3：中國長江三峽集團(tuán)，北京 100030)

(4：中國科學(xué)院水庫水環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400030)

三峽澎溪河高陽平湖高水位時(shí)堿性磷酸酶活性及其動(dòng)力學(xué)特征*

張萍1，馮婧1，李哲2，3，4**，郭勁松1，2，4，肖艷2，4，劉靜1

(1：重慶大學(xué)城市建設(shè)與環(huán)境工程學(xué)院，重慶 400045)

(2：中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院，重慶 400030)

(3：中國長江三峽集團(tuán)，北京 100030)

(4：中國科學(xué)院水庫水環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400030)

摘要：三峽水庫汛末蓄水后易出現(xiàn)支流回水區(qū)磷累積現(xiàn)象，并在冬季末期常出現(xiàn)硅藻水華現(xiàn)象.為研究汛末蓄水的磷積累與冬季末期硅藻水華的相互關(guān)系，分析2013年1-3月三峽澎溪河高陽平湖庫灣水體中堿性磷酸酶活性、磷形態(tài)的轉(zhuǎn)化和藻類生長的協(xié)同過程.結(jié)果表明，總堿性磷酸酶活性(TAPA)及其最大反應(yīng)速率(Vmax)、特異性堿性磷酸酶活性(PAPA/Chl.a)及PAPA與TAPA的比值(PAPA/TAPA)隨著時(shí)間推移總體呈先增加后減小而后再增加減小的雙峰趨勢(shì)，分別在2月中旬和3月中旬達(dá)到峰值.根據(jù)冬季末期水華暴發(fā)程的特點(diǎn)將其分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ4個(gè)階段.Ⅰ階段為誘導(dǎo)期，水體活性磷主要來自藻類堿性磷酸酶分解的有機(jī)磷，藻類對(duì)磷過度攝取.Ⅱ階段為過渡期，溫度低，水體堿性磷酸酶活性相對(duì)較低.Ⅲ階段為水華時(shí)期，水中堿性磷酸酶主要來源于細(xì)菌，葉綠素a濃度達(dá)到最大，溶解態(tài)反應(yīng)性磷濃度達(dá)到最低；Ⅳ階段為水華末期，水體葉綠素a濃度逐漸下降，溶解態(tài)反應(yīng)性磷濃度回升，水中堿性磷酸酶主要來源于細(xì)菌.

關(guān)鍵詞：三峽水庫；高陽平湖；支流庫灣；冬季末期水華；堿性磷酸酶活性；藻類

*國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51179215， 51309220)和中國科學(xué)院西部行動(dòng)計(jì)劃項(xiàng)目(KZCX2-XB3-14)聯(lián)合資助.2014-08-11收稿；2014-10-17收修改稿.張萍(1989~)，女，博士研究生；E-mail：zhangping890511@163.com.

Alkaline phosphatase activity and its kinetics in Lake Gaoyang， Pengxi River during high water level of the Three Gorges Reservoir

磷是水生生態(tài)系統(tǒng)的重要生源要素，為藻類等初級(jí)生產(chǎn)者的必需營養(yǎng)物質(zhì)[1]，但卻常為水體初級(jí)生產(chǎn)者生長的限制因子.通常，采用鉬銻抗分光光度法所測(cè)得的溶解性正磷酸鹽被稱之為溶解態(tài)反應(yīng)性磷(soluble reactive phosphorus， SRP)，其他形態(tài)的磷只有轉(zhuǎn)化成SRP才能夠被藻類直接利用.在上述轉(zhuǎn)化過程中，堿性磷酸酶可以催化懸浮態(tài)顆粒磷和溶解態(tài)有機(jī)磷(dissolved organic phosphorus， DOP)水解成藻類可直接利用的生物活性磷，并在浮游植物吸收利用DOP的過程中起重要作用[2].

水體中堿性磷酸酶是由細(xì)菌、浮游動(dòng)植物及其殘?bào)w在活性磷缺乏時(shí)分泌的一種促進(jìn)水體有機(jī)磷礦化的混合物.堿性磷酸酶與SRP間為典型的“抑制-誘導(dǎo)”關(guān)系，即當(dāng)水體SRP缺乏時(shí)，堿性磷酸酶分泌便會(huì)增多、活性增大，以便將水體中的DOP及懸浮態(tài)顆粒磷轉(zhuǎn)化成能夠被細(xì)菌和藻類直接利用的SRP；當(dāng)水體SRP充足時(shí)，堿性磷酸酶的分泌及其活性則受到抑制.其活性高低可反映營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能量代謝等的強(qiáng)弱[3]，Matavulj等[4-6]認(rèn)為水中堿性磷酸酶是正磷酸鹽來源的補(bǔ)償載體，提出將堿性磷酸酶活性(APA)作為評(píng)價(jià)水質(zhì)的新的生化參數(shù).此外，堿性磷酸酶還與維持一定的細(xì)胞磷及N/P比有關(guān)[7].Huang等[8]研究海灣中藻利用DOP與APA間的關(guān)系，結(jié)果表明堿性磷酸酶在藻利用DOP的過程中起著重要的作用.

近年，堿性磷酸酶與磷的地球化學(xué)循環(huán)間的關(guān)系廣受關(guān)注.然而，研究大多都集中在海洋[9-10]、淺水湖泊[11-12]以及土壤[13]中堿性磷酸酶分布、性質(zhì)及活性研究.三峽水庫支流中堿性磷酸酶的相關(guān)報(bào)道卻不多見[14]，有關(guān)三峽水庫中堿性磷酸酶與磷形態(tài)轉(zhuǎn)化間的關(guān)系更是鮮見報(bào)道.本文選擇三峽中段澎溪河高陽平湖為研究區(qū)域，研究冬季高陽平湖堿性磷酸酶與不同磷形態(tài)轉(zhuǎn)化的關(guān)系，以期說明冬末水華暴發(fā)與冬季蓄水導(dǎo)致的磷積累有直接聯(lián)系.

1 材料與方法

1.1 樣品采集

前期研究表明，冬季高水位期間澎溪河高陽平湖冬季末水華主要發(fā)生在每年的2-3月，3月下旬消失.該期間水華現(xiàn)象主要與同期易出現(xiàn)持續(xù)約2周的冬旱[15]以及連晴回暖的氣象條件有關(guān).

為研究水華暴發(fā)前至水華結(jié)束期間水體中堿性磷酸酶活性及藻-磷關(guān)系，實(shí)驗(yàn)時(shí)間設(shè)為2013年1-3月，涵蓋整個(gè)冬季末期水華易發(fā)季節(jié)并延續(xù)至冬季末期水華現(xiàn)象結(jié)束，地點(diǎn)選在水體流動(dòng)相對(duì)較弱且較易發(fā)生水華的高陽平湖李家壩庫灣野外試驗(yàn)平臺(tái)(31.104°N，108.674°E，圖1).

圖1 高陽平湖庫灣野外試驗(yàn)平臺(tái)位置Fig.1 The field experiment platform in Lake Gaoyang

Trimbee等[16-17]認(rèn)為藻類群落結(jié)構(gòu)(多樣性和演替速率)對(duì)外界擾動(dòng)響應(yīng)顯著的時(shí)段為5~15d；Reynolds[18]研究表明淡水水體中藻類世代周期一般為3~4d，兩到三倍世代周期(6~16d)可反映藻類群落演替特征. 因此，選擇采樣頻次為1-2月每月2次，3月水華暴發(fā)，每周1次. 采樣時(shí)間為每天9：30-16：30.為了把握磷庫垂向空間特征，采用分層采樣，水樣分別采自0.5、5、10、20、30、35m水深處(三峽壩前水位為163.76~172.42m，此時(shí)高陽平湖水深約為35m). 采樣時(shí)將一部分水樣放入預(yù)先經(jīng)高壓滅菌的玻璃瓶中用于酶的分析.

1.2 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.2.1 常規(guī)指標(biāo)測(cè)定方法水溫(T)用YSI63型pH計(jì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得；水質(zhì)測(cè)定指標(biāo)有SRP、溶解性總磷酸鹽(DTP)、DOP、總磷(TP)和葉綠素a(Chl.a). TP濃度的測(cè)定水樣為原水樣，其余指標(biāo)的測(cè)定水樣均經(jīng)0.45μm濾膜抽濾處理.所有指標(biāo)的測(cè)定均參照《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法(第四版)》進(jìn)行[19].

1.2.2 水體堿性磷酸酶活性(TAPA)和藻類堿性磷酸酶活性(PAPA)的測(cè)定堿性磷酸酶能催化水解對(duì)硝基苯磷酸二鈉(p-NPP)產(chǎn)生黃色穩(wěn)定的對(duì)硝基苯酚， 通過比色法測(cè)定對(duì)硝基苯酚的產(chǎn)生速率以確定堿性磷酸酶活性(APA)[20-21].實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法在李學(xué)禮等[20-21]的方法上改進(jìn)而得：6ml水樣加入1ml濃度為0.1mol/L的Tris緩沖液，2ml濃度為1mmol/L的p-NPP，于pH=8.4、溫度為30℃條件下反應(yīng)6h后用紫外可見分光光度計(jì)在405nm波長下測(cè)定.空白實(shí)驗(yàn)采用滅菌蒸餾水代替水樣，其他處理相同.堿性磷酸酶活性的計(jì)算公式為：

(1)

式中，APA為堿性磷酸酶活性(μmol/(L·h))，C為水解反應(yīng)后產(chǎn)生對(duì)硝苯酚的量(μmol)，V為水樣的體積(L)，t為反應(yīng)時(shí)間(6h).

忽略天然水體中浮游動(dòng)物體內(nèi)的堿性磷酸酶，故理論上采用3.0μm濾膜(Whatman公司)過濾可將藻類與細(xì)菌進(jìn)行分離. 過濾后濾液中的堿性磷酸酶活性為細(xì)菌堿性磷酸酶和溶解性堿性磷酸酶活性之和(BAPA+DAPA)，上述值同未過濾水樣所測(cè)得的總堿性磷酸酶活性(TAPA)之差可視為水中藻類生物體的堿性磷酸酶活性，即PAPA=TAPA-(BAPA+DAPA).

1.2.3 堿性磷酸酶動(dòng)力學(xué)參數(shù)測(cè)定設(shè)置0.5、1.0、1.5、2.0、2.5和3.0mmol/L共6個(gè)不同的底物(p-NPP)濃度，分別測(cè)定堿性磷酸酶的活性(APA)，進(jìn)而通過Michaelis-Menten方程求得堿性磷酸酶動(dòng)力學(xué)參數(shù)：

(2)

式中，V為堿性磷酸酶的反應(yīng)速率(μmol/(L·h))，Km為米氏常數(shù)(μmol/L)，Cs為底物濃度(μmol/L).

應(yīng)用Leneweaver-Burk作圖法[22]，將Michaelis-Menten方程兩邊分別取倒數(shù)得公式(3)，通過最小二乘法求得回歸直線斜率Km/Vmax和截距1/Vmax，最終求解動(dòng)力學(xué)參數(shù)Km和Vmax，水華暴發(fā)期間堿性磷酸酶動(dòng)力學(xué)參數(shù)擬合結(jié)果如圖2所示.

(3)

圖2 水華期高陽平湖堿性磷酸酶動(dòng)力學(xué)參數(shù)擬合Fig.2 Kinetic linear regression of TAPA and PAPA during the algal bloom in Lake Gaoyang

2 結(jié)果與討論

2.1 結(jié)果

2.1.1 水體總堿性磷酸酶活性及其動(dòng)力學(xué)參數(shù)的時(shí)空變化研究期間高陽平湖TAPA和Vmax的均值分別為11.20±6.53和30.45±19.55μmol/(L·h).TAPA和Vmax隨時(shí)間變化差異極顯著(P<0.01)，研究期間，TAPA變化范圍為4.75~28.62μmol/(L·h)，變異系數(shù)為58.29%，呈現(xiàn)出先小幅增加，隨后下降而后再次增加的趨勢(shì)，并在3月中旬出現(xiàn)最大值.總堿性磷酸酶Vmax的變化范圍為12.83~87.35μmol/(L·h)，變異系數(shù)為64.20%，其變化趨勢(shì)基本與TAPA一致，于2月中旬出現(xiàn)小幅度增加并在3月中旬出現(xiàn)最大值(圖3).

圖3 高陽平湖TAPA和Vmax的垂向變化Fig.3 Vertical variations of TAPA and Vmax in Lake Gaoyang

研究期間不同水層的TAPA及其Vmax差異不顯著(P>0.05)，水體混合均勻，分層現(xiàn)象不明顯，僅在水華暴發(fā)期和水華后期(3月上旬至3月中旬)同時(shí)出現(xiàn)了較明顯的垂向分層，差異較顯著(P<0.05)，這與該時(shí)期水溫出現(xiàn)的弱分層以及水華暴發(fā)時(shí)水體中Chl.a濃度出現(xiàn)的分層相吻合.

2.1.2 水體中藻類堿性磷酸酶活性及其動(dòng)力學(xué)參數(shù)的時(shí)空變化采用藻類堿性磷酸酶活性與葉綠素a所代表的生物量的比值(PAPA/Chl.a)作為特異性活性來表征單位生物量所表現(xiàn)的活性，從實(shí)質(zhì)上反映酶的內(nèi)在催化效力.研究期間高陽平湖水體中特異性堿性磷酸酶活性(PAPA/Chl.a)、藻類堿性磷酸酶Vmax和PAPA/TAPA的均值分別為：1.05±1.06mol/(mg·h)、14.78±13.32μmol/(L·h)和36.91%±14.99%.從時(shí)間分布上來看，PAPA/Chl.a、Vmax和PAPA/TAPA隨著時(shí)間的變化差異極顯著(P<0.01)，研究期間，PAPA/Chl.a的變化范圍為0.093~3.680mol/(mg·h)，變異系數(shù)為101.15%，總呈現(xiàn)先增加后減少再增加的變化趨勢(shì)，于1月下旬和3月中旬呈現(xiàn)出兩個(gè)峰值；藻類堿性磷酸酶Vmax的變化范圍為0.50~60.87μmol/(L·h)，變異系數(shù)為90.14%，其變化趨勢(shì)與PAPA/Chl.a變化趨勢(shì)大體一致，在2月中旬出現(xiàn)小幅上升后下降并在3月中旬出現(xiàn)最大值；PAPA/TAPA的最大值出現(xiàn)在2月中旬，并在3月中旬出現(xiàn)一個(gè)短暫增長后回落(圖4).

圖4 高陽平湖PAPA/Chl.a、堿性磷酸酶Vmax和PAPA/TAPA的垂向變化Fig.4 Vertical variations of PAPA/Chl.a， Vmax and PAPA/TAPA in Lake Gaoyang

空間上，研究期間不同水深的PAPA/Chl.a、藻類堿性磷酸酶Vmax和PAPA/TAPA差異并不顯著(P>0.05)，水體混合均勻，分層不明顯，僅藻類堿性磷酸酶Vmax在水華后期(3月中旬至下旬)的表層水體中出現(xiàn)縱向遞減現(xiàn)象，但不同水層之間差異并不顯著，這與此時(shí)水溫出現(xiàn)弱分層以及水體Chl.a濃度出現(xiàn)的分層一致.

2.1.3 不同形態(tài)磷濃度、葉綠素a和水溫的時(shí)空變化研究期間，水體中TP、SRP、DOP、Chl.a和水溫的均值分別為：0.071±0.012g/m3、0.044±0.015g/m3、0.011±0.007g/m3、8.60±10.85mg/L和13.33±1.86℃，其時(shí)空變化趨勢(shì)如圖5所示.從時(shí)間分布上來看，在整個(gè)研究期間，TP、SRP和DOP濃度均呈先減小后增大的趨勢(shì)，其變化范圍分別為0.049~0.096、0.010~0.058和0~0.026g/m3，其中DOP濃度在1月下旬至2月下旬期間降到整個(gè)研究期間最低值(0.0036±0.0019g/m3)，SRP濃度在3月中旬降至最低(0.014±0.0020g/m3)，而后逐漸升高；Chl.a濃度的變化范圍為1.15~47.85mg/L，其變化趨勢(shì)卻同SRP濃度變化趨勢(shì)相反，總體呈先增加后下降的趨勢(shì)，在3月中旬達(dá)峰值(29.64±14.27g/m3)，而后逐漸下降；水溫的變化范圍為11.2~18.9℃，其變化趨勢(shì)與TP和SRP濃度的變化趨勢(shì)一致.從空間分布上來看，在整個(gè)研究期間不同水深的TP、SRP和DOP濃度差異并不顯著(P>0.05)，水質(zhì)混合較均勻，水質(zhì)分層現(xiàn)象總體并不明顯. 隨著氣溫回暖，在研究末期(3月中旬至下旬)水溫出現(xiàn)弱分層現(xiàn)象，受溫度和光照的影響Chl.a濃度也在該時(shí)段出現(xiàn)一定的分層，垂向空間差異并不顯著(P>0.05).

3 分析與討論

TAPA及其Vmax、PAPA及其Vmax、各種形態(tài)磷濃度、Chl.a濃度等均隨時(shí)間變化顯著，這主要是受溫度和水體活性磷的影響.溫度可以影響酶活性，低溫抑制酶活性，一定范圍內(nèi)溫度升高則會(huì)使酶活性增加，周易勇等[23]研究表明水體堿性磷酸酶活性表達(dá)的最佳溫度范圍為25~40℃，溫度過高或過低均不利于活性的表達(dá).SRP則通過與堿性磷酸酶間的“抑制-誘導(dǎo)”關(guān)系來影響其含量及活性，從而影響水體中各種形態(tài)的磷濃度；由于SRP是藻類等直接利用的磷營養(yǎng)鹽，因而其與水體Chl.a濃度呈現(xiàn)出典型的正相關(guān)關(guān)系.它們?cè)诳v向上差異較小，表明研究期間水體總體混合較均勻；然而水華后期(3月中旬至下旬)，水體呈現(xiàn)較明顯的垂向分布，可能是由水溫的弱分層及光照變化引起Chl.a呈現(xiàn)出分層的原因引起，這也與圖2中0.5m處的藻類堿性磷酸酶內(nèi)在催化活性高于30m處的研究結(jié)果相符.水華暴發(fā)時(shí)(約3月中旬)，水體表層Chl.a濃度陡增，且整個(gè)水體呈現(xiàn)出較明顯的分層現(xiàn)象，由于能夠被藻類利用的磷主要是SRP，因此，水華暴發(fā)時(shí)，水體SRP含量降到了最低(圖5).

磷素通常是水體的限制性營養(yǎng)鹽，能夠被藻類和細(xì)菌直接利用的活性磷SRP僅占總磷的5%左右[24].Vmax和Km是酶的兩個(gè)動(dòng)力學(xué)參數(shù)，Vmax表征酶的內(nèi)在催化速率，而Km表征對(duì)底物的親和力，其值越小則表明對(duì)底物的親和力越強(qiáng)[21]，Km/Vmax則可以表征DOP的周轉(zhuǎn)時(shí)間，其值越小，DOP的周轉(zhuǎn)時(shí)間越短[25].表1顯示，實(shí)驗(yàn)中TAPA及其動(dòng)力學(xué)參數(shù)Vmax與SRP濃度呈顯著負(fù)相關(guān)，這和堿性磷酸酶與SRP間的“抑制-誘導(dǎo)”機(jī)制相符，當(dāng)水體SRP濃度不能滿足細(xì)菌和藻類生長需要時(shí)，細(xì)菌或藻類便會(huì)分泌堿性磷酸酶以分解溶解性有機(jī)磷和懸浮態(tài)有機(jī)磷從而使水體中SRP得到補(bǔ)償[26-27]，水體堿性磷酸酶活性增大，催化反應(yīng)速率加快；當(dāng)SRP充足時(shí)，其活性便會(huì)受到抑制，藻類、細(xì)菌等分泌堿性磷酸酶的能力亦受到抑制.此外，TAPA與Chl.a濃度呈顯著正相關(guān)(表1)，這與Jones的研究相符[28]，表明總堿性磷酸酶含量可以在一定程度上表征水體生物量.TAPA與水溫、DOP、TP濃度均呈正相關(guān)，總堿性磷酸酶Vmax與各環(huán)境變量間的相互關(guān)系與TAPA一致.TAPA及其Vmax與環(huán)境因子間呈現(xiàn)的相關(guān)關(guān)系均為溫度、SRP、磷素等綜合影響的結(jié)果.

表1 TAPA及其動(dòng)力學(xué)參數(shù)Vmax與環(huán)境因子的相關(guān)性分析

*表示在0.05水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)，**表示在0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)， -表示無顯著相關(guān)性.

根據(jù)堿性磷酸酶及環(huán)境因子的變化規(guī)律，可初步將2013年高陽平湖高水位水華期劃分成4個(gè)階段.Ⅰ階段(1月中旬至2月中旬)為水華暴發(fā)前期，當(dāng)SRP濃度降到0.057g/m3時(shí)，水體中SRP濃度已不能滿足藻類對(duì)磷濃度的吸收要求，藻類被誘導(dǎo)產(chǎn)生大量AP，特異性堿性磷酸酶活性相對(duì)較高，期間水體中AP主要是藻類堿性磷酸酶，約占50%.由此可知，研究期間高陽平湖藻類對(duì)SRP濃度降低的反應(yīng)較細(xì)菌敏感，這與Fitzgerald等[29]研究結(jié)果一致.Ⅱ階段(2月中旬至3月上旬)，水體中SRP濃度已不能滿足藻類和細(xì)菌的需求，但此時(shí)水溫太低不利于堿性磷酸酶活性的表達(dá)[30]，水體中TAPA和PAPA/Chl.a及其相關(guān)動(dòng)力學(xué)參數(shù)值均較低.Ⅲ階段(3月上旬至中旬)，光熱條件適合藻類生長，冬季末暴發(fā)水華，水體中藻類、浮游動(dòng)物和細(xì)菌等對(duì)SRP消耗增加，SRP濃度持續(xù)降低，當(dāng)降至0.041g/m3時(shí)，SRP已不能滿足細(xì)菌生長需要，細(xì)菌被刺激而大量分泌堿性磷酸酶，TAPA逐漸增大，PAPA/Chl.a較小，在3月中旬SRP降至最低值、Chl.a濃度達(dá)到最大值，水體中的堿性磷酸酶主要由細(xì)菌產(chǎn)生.Ⅳ階段(3月中旬至下旬)，冬季末水華結(jié)束，藻類逐漸死亡，TAPA達(dá)到最大以分解藻類合成的有機(jī)物質(zhì)，SRP濃度逐漸回升，水中堿性磷酸酶主要來自于細(xì)菌.文中藻類對(duì)水體缺磷的響應(yīng)閾值相比高光等[31]研究太湖得到的藻類堿性磷酸酶分泌閾值大，這也體現(xiàn)了三峽水庫水體的獨(dú)特性.水華期各階段內(nèi)堿性磷酸酶及環(huán)境因子均值變化如圖6所示.

4 結(jié)論

1) 2013年三峽高水位高陽平湖冬末水華過程中，PAPA/TAPA及其動(dòng)力學(xué)參數(shù)Vmax、水體TAPA及其Vmax均呈現(xiàn)出先增加后減小再增加的趨勢(shì)，約2月中旬和3月中旬出現(xiàn)峰值；PAPA/TAPA先增加后減小，水華暴發(fā)前期達(dá)最大值，表明水華暴發(fā)前水體中活性磷主要來自藻類堿性磷酸酶；水體Chl.a濃度呈先增加后減小的趨勢(shì)，于3月中旬達(dá)到最大，SRP濃度變化趨勢(shì)則與Chl.a濃度相反；影響藻類和細(xì)菌堿性磷酸酶合成的SRP濃度分別為0.057和0.041g/m3，表明藻類對(duì)于磷濃度降低的反應(yīng)較細(xì)菌敏感.

2) 根據(jù)堿性磷酸酶活性變化特征，高陽平湖冬末水華過程可分為4個(gè)階段.Ⅰ階段為誘導(dǎo)期，水體活性磷主要來自藻類堿性磷酸酶分解的有機(jī)磷，藻類對(duì)磷過度攝取.Ⅱ階段為過渡期，溫度低，水體堿性磷酸酶活性相對(duì)較低.Ⅲ階段為水華時(shí)期，水中堿性磷酸酶主要來源于細(xì)菌，Chl.a濃度達(dá)到最大，SRP濃度達(dá)到最低.Ⅳ階段為水華末期，水體Chl.a濃度逐漸下降，SRP濃度回升，水中堿性磷酸酶主要來源于細(xì)菌.

參考文獻(xiàn)5

[1]Wetzel RG. Limnology-Lake and river ecosystems： third edition. New York： Academic Press， 2001：266-269.

[2]Chrost RJ， Siuda W， Halemejko GZ. Long term studies on alkaline phosphatase activity(APA) in a lake with fish-aquaculture in relation to lake eutrophication and phosphorus cycle.ArchivfürHydrobiologieSupplement， 1984， 70(1)：1-32.

[3]Nannipier P， Bollag JM. Use of enzymes to detoxify pestucide-contaminated soils and waters.JournalofEnvironmentalQuality， 1991， 20(3)：510-517.

[4]Matavulj M， Gajin S， Gantar Metal. Phosphatase activity as an additional parameter of water condition estimate in some lakes of Vojvodina Province.Actaboilingosl， 1984， 21(1)：53-62.

[5]Matavulj M. The nonspecific phosphomonoester-hydrolases of microorganisms and their significance in phosphorus cycle in aquatic environments[Dissertation]. Serbian： University of Zagreb， 1986.

[6]Matavulj M， Gajin S， Erbeznik Metal. Phosphatase activity of water as a parameter of the river tisa water monitoring.Tiscia(Szeged)， 1989， 23：29-36.

[7]Waiser MJ， Robarts RD. Microbial nutrient limitation in prairie saline lakes with high sulfate concentration.LimnologyandOceanography， 1995， 40(3)：566-574.

[8]Huang BQ， Hong HS. Alkaline phosphatase activity and utilization of dissolved organic phosphorus by algae in subtropical coastal waters.MarinePollutionBulletin， 1999， 39(1-12)：205-211.

[9]Huang B， Ou L， Wang Xetal. Alkaline phosphatase activity of phytoplankton in East China Sea coastal waters with frequent harmful algal bloom occurrences.AquaticMicrobialEcology， 2007， 49(2)： 195.

[10]唐洪杰，楊茹君，張傳松等.幾種海洋微藻的堿性磷酸酶性質(zhì)初步研究.海洋科學(xué)，2006，30(10)：61-64.

[11]徐爽，劉存歧，董夢(mèng)薈等.白洋淀水體和沉積物中堿性磷酸酶活性的時(shí)空分布及其影響因素.環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2013，33(12)：3317-3323.

[12]張成艷，成小英，王建軍等.傀儡湖水體中堿性磷酸酶活性的時(shí)空變化及其影響因素.應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào)，2013，19(3)：489-494.

[13]姜經(jīng)梅，趙慧，沈銘能等.長江口潮灘表層沉積物中堿性磷酸酶活性及其影響因素.環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2011，31(10)：2233-2239.

[14]袁軼君，畢永紅，朱孔賢等.三峽水庫沉積物中堿性磷酸酶的活性.環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2014，37(1)：60-64.

[15]http：//www.cqmb.gov.cn/ecms/qixiangfuwu/skfb/2008-12-29/318.html.

[16]Trimbee AM， Harris G. Use of time-series analysis to demonstrate advection rates of different variables in a small lake.JournalofPlanktonResearch， 1983， 5(6)：819-833.

[17]Gaedeke A， Sommer U. The influence of the frequency of periodic disturbances on the maintenance of phytoplankton diversity.Oecologia， 1986， 71(1)：25-28.

[18]Reynolds CS. Scales of disturbance and their role in plankton ecology.Hydrobiologia， 1993， 249(1-3)：157-171.

[19]國家環(huán)境保護(hù)總局《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》編委會(huì).水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法：第4版.北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2002：243-285.

[20]李學(xué)禮，周曉霞.生物化學(xué)與分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)教程.上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2008.

[21]高光，朱廣偉，秦伯強(qiáng)等.太湖水體中堿性磷酸酶的活性及磷的礦化速率.中國科學(xué)：D輯：地球科學(xué)，2005，35(Ⅱ)：157-165.

[22]戚以政，汪叔雄.生化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)與反應(yīng)器：第2版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1999.

[23]周易勇，付永清.水體磷酸酶：來源，特征及其生態(tài)學(xué)意義.湖泊科學(xué)，1999，11(3)：274-282.

[24]Halemejko GZ. The role of phosphatases in phosphorus mineralization during decomposition of lake phytoplankton blooms.ArchivfürHydrobiologie， 1984， 101(4)：489-502.

[25]Reynolds S， Wolff GA， Williams RGetal. Phosphorus cycling in the North and South Atlantic Ocean subtropical gyres.NatureGeoscience， 2008， 1(7)：439-443.

[26]孔繁翔，宋立榮.藍(lán)藻水華形成過程及其環(huán)境特征研究.北京：科學(xué)出版社，2011.

[27]Hapman A， Foster I， Lees Jetal. Particulate phosphorus transport by sub-surface drainage from agricultural land in the UK. Environmental significance at the catchment and national scale.ScienceoftheTotalEnvironment， 2001， 266(1)：95-102.

[28]Jones JG. Studies on freshwater micro-organisms： phosphatase activity in lakes of differing degrees of eutrophication.TheJournalofEcology， 1972， 60：777-791.

[29]Fitzgerald GP， Nelson TC. Extractive and enzymatic analyses for limiting or surplus phosphorus in algae.JournalofPhycology， 1975， 11(S1)：32-37.

[30]Healey F， Hendzel L. Fluorometric measurement of alkaline phosphatase activity in algae.FreshwaterBiology， 1979， 9(5)：429-439.

[31]高光，高錫蕓，秦伯強(qiáng)等.太湖水體中堿性磷酸酶的作用閾值.湖泊科學(xué)，2000，12(4)：353-358.

J.LakeSci.(湖泊科學(xué))， 2015， 27(4)： 629-636

?2015 byJournalofLakeSciences

ZHANG Ping1， FENG Jing1， LI Zhe2，3，4， GUO Jinsong1，2，4， XIAO Yan2，4& LIU Jing1

(1：FacultyofUrbanConstructionandEnvironmentalEngineering，ChongqingUniversity，Chongqing400045，P.R.China)

(2：ChongqingInstituteofGreenandIntelligentTechnology，ChineseAcademyofSciences，Chongqing400030，P.R.China)

(3：ChinaThreeGorgesCorporation，Beijing100030，P.R.China)

(4：KeyLaboratoryofReservoirWaterEnvironmentforChineseAcademyofSciences，Chongqing400030，P.R.China)

Abstract：In the tributary backwater area， the Three Gorges Reservoir， impoundment after flooding season often results in phosphorus accumulation. Meanwhile， algal blooms occur almost every year in late winter. To find their relationship， we studied the activity of alkaline phosphatase(alkaline phosphatase activity of phytoplankton-PAPA and total alkaline phosphatase activity-TAPA) and different phosphorus forms during January and March 2013. Results showed that TAPA， maximum reaction rate for total alkaline phosphatase Vmax， PAPA/TAPA and PAPA/Chl.a flunctuated greatly， reaching the first and second peak at the middle of February and March respectively. According to the characteristics of the algal blooms， we divided it into four periods Ⅰ， Ⅱ， Ⅲ and Ⅳ. The first is induction period， during which SPR was mainly from the decomposition of organic phosphorus by alkaline phosphatase of phytoplankton and meanwhile， algae presented excessive intake of phosphate. The second is transition period， when water temperature and alkaline phosphatase activity was relatively low. The third is bloom stage， during which the alkaline phosphatase was mainly from the germs， chlorophyll-a concentration reached the maximum and SPR the minimum. The last is the ending period of the algal bloom， the alkaline phosphatase was also mainly from the germs， chlorophyll-a concentration decreased and soluble reactive phosphorus concentration increased gradually.

Keywords：Three Gorges Reservoir； Lake Gaoyang； tributary backwater area； late winter algal blooms； alkaline phosphatase activity； algae

通信作者**； E-mail： zheli81@sina.com.

DOI10.18307/2015.0410