有关指标的环境影响分析
为了使采样的指标测定更为科学，本书选择影响水体环境的几个主要因子进行环境影响分析(王振红，2005)。
2.1.2.1 透明度
水体中透明度大小是决定水体生产力高低的重要因子之一，也是测定最方便的富营养化指标。现已证明，射入水中的光强度大体上随水深呈指数关系减少(Beer定律):
煤矿塌陷塘环境生态学研究
式中:I0为表层水的光照度;It为深度为t的吸光度;α为吸光系数。
在贫营养湖中由于藻类等漂浮物质很少，α值较小，所以，入射光可以到达很深的部位。与此相反，在富营养湖中，如果藻类的现存量增加，则入射光急剧减少，透明度降低。美国环境保护署(EPA)把透明度作为湖泊分类的一个标准，即:透明度>3.7m的湖泊为贫营养，2.0～3.7m为中营养，<2.0m则为富营养。同时透明度还受外界污水注入和鱼类养殖的影响。
2.1.2.2 pH值
一般淡水水体由于碳酸系统的缓冲作用，pH值多在6～9之间变化，有时由于浮游植物强烈的光合作用，pH值在午后一段时间可达9～10以上(大连水产学院，1989)。
内陆水体按pH值可分为三类:①中碱性水体:pH值在6～10之间变化，塌陷塘的水属于此类水体;②酸性水体:pH值低于5，系沼泽之类;③碱性水体:pH值在9以上，一些盐碱性湖泊属此类，如青海湖、达里湖等。
按照与pH值的关系，可在水生生物中分出两种基本类型:
第一类为狭信辩酸碱性生物，它们主要出现于中碱性水体，生活的 pH 值幅度为 4.5 ～10.5 之间。常见的淡水生物都属于这一类。例如纤毛虫中的弯豆形虫 (Colpidium campy-lum) 生活的 pH 值幅度为 4.5 ～ 9，一种臂尾轮虫 (Brachionus urceolaris) 适应 pH 值为4.5 ～ 11，鲤鱼为 4.4 ～ 10.4，青、草、鲢、鳙四大类鱼适宜的 pH 值均为 4.6 ～ 10.2。
某些酸性和碱性水中的生物也是狭酸碱性生物。前者称喜酸生物，如某些轮虫 (Elo-sauorallii) 、原生动物 (Hyalosphaenia) 和无色鞭毛类 (素裸藻) ，它们仅在 pH 值为 3.8的水藓沼泽的中央部分出现; 后者称喜碱生物，如某些蓝藻和软体动物。
第二类称为广酸碱性生物，它们在酸性水体和中碱性水体中都可见到，例如长剑水蚤(Cyclops longuidus) 和卵形盘肠 (C.ovalis) ; 某些昆虫幼虫是非常强的广酸碱性生物。
通常酸性条件对许多动物的代谢作用是不利的。许多研究资料指出，pH 值的变化影响鱼类对氧的利用程度，并降低鱼类对低氧条件的耐力，而且在 pH 值过低或过高时，都将提高其窒息点。在酸性条件下，大多数鱼类对低氧耐力的减弱更为显著。在淡水鱼类中鲤鱼对酸性环境的反应比鲈鱼敏感，当 pH 值由 7.4 降至 5.5 时，鲤鱼每克体重每小时的耗氧量从 0.24 ～0.27 mg 降至 0.16 ～0.26 mg，每次呼吸所吸收的氧约减低 1/3 ～2/3。
pH 值的变化影响代谢过程也可以从摄食情况中看出，通常在酸性条件下，鱼类的食物吸收率降低。
pH 值的变化对水生生物繁殖和发育也有重要的影响。各种生物的生殖所要求的最适pH 值也不相同。例如某些刚毛藻 (Cladoora) 当 pH 值降至 7.2 ～ 7.4 时，即停止植物性繁殖而形成游动孢子; 而实球藻 (Pandorina) 则在弱碱性环境 (pH 值 7.8) 中繁殖最好。也有一些藻类在微酸性环境繁殖良好，如卵隐藻 (Cryptomonas ovata) 在 pH 值 5 ～7的环境中繁殖最快。
pH值对有机体的影响和溶解气体及某些离子浓度有关。当水中CO2浓度为10mg/L时，一种鲑鱼(Salmo gairdneri)半致死的pH值为4.5;CO2浓度增高到20mg/L时，pH值的半致死值升高到5.7;蓝鳃太阳鱼当盯坦毁水中溶解氧为5mg/L时，pH值升高到9.6即开始死亡，当溶解氧为10mg/L时则pH值9.5时无不良影响;Ca2+浓度的升高可减小低pH值的毒性，斑点鲑(Salvelinus fontinalis)在pH值为4时的存活率随凯备钙浓度的增加而延长。
必须指出，天然水体pH值的反应是水的化学性质和生物活动综合作用的结果。因此，在研究pH值与生物关系时必须注意决定pH值的诸多因素，以及当pH值发生变化时所引起的其他因素的变化。例如在自然条件下，pH值的降低，同时伴随着CO2含量的增加和含氧量的下降，而很多动物在酸性水中，不能忍受低氧条件，在这种情况下，显然水中的含氧量、二氧化碳和pH值是同时对动物发生作用的。
此外，在pH值降低和氧气恶化的环境中，也可能有其他不利因素(如H2S)的产生。鉴于此，把pH值作为反映水体综合性质的特征应该是合理的。
2.1.2.3 溶解氧
水中溶解氧是水生生物生活和分布的重要因素，它在水中的状况直接决定着绝大多数水生生物能否生存。
绝大多数生物需要氧进行呼吸，缺氧可引起鱼类和其他水生生物的大量死亡，甚至全部死亡。仅在极少数情况下，出现过多氧对水生生物有害的情况。
氧的来源主要为大气溶解和水生植物的光合作用。在河川和贫营养型湖泊中，浮游植物较少，大气溶解起主要作用。因为氧在水中的溶解度较氮大得多。因此溶解水中的氧和氮的比例大于在大气中的比例:
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气体在水中的溶氧量还与温度和盐度有关，水温和盐度越低，气体的溶解量越大。
大气在水面的溶解过程除了结冰期外都在不断地进行，但是如果没有水团的各种混合(波动以及水平水流和垂直水流)，这种过程的作用只限于表层。气体在水中的扩散进行得很慢。根据粗略计算，平静的水面在一定温度下，每年只能扩散到6m深处，并且仅能使每升水含氧0.25mL。可见，仅凭借扩散作用不可能维持水中正常的含氧量。
因为大气中含有约21%的氧气，所以在水中也溶解着分子状态的氧。在完全不存在生物生产的纯水中，20℃下，水中溶解氧浓度约为8.8mg/L。在自然界里接近于纯水的贫营养湖中也具有相同的溶解氧浓度。但是，越是生物生长旺盛的富营养湖，其含氧量越受生物活动的影响。所以，溶解氧浓度可作为富营养化的良好指标。
在富营养型湖泊和肥水池塘，浮游植物的光合作用是氧的主要来源，大气溶解仅起次要作用。
水生动物的呼吸消耗大量的氧。冬季在透明的冰层下藻类仍可进行光合作用，为越冬的生物供给一定数量的氧气。白天水生植物在光合作用的同时也进行呼吸，不过呼吸的强度远低于光合强度，但在夜间，植物的呼吸(尤其是藻类)对于水中气体状况就有很大的影响。此外水中细菌的呼吸也是影响气体状况的极为重要的因素。在天然水中细菌的含量一般很高(约每毫升几百万个)，平均每个细菌细胞一小时内可消耗0.3×10-11mg氧，若以重量计，则干重1mg的细菌1小时消耗3.6～7.2mg氧。由此可见，细菌消耗氧之多，尤其是在有机质大量分解时。不过细菌的呼吸强度与营养情况有密切关系，当营养条件恶化时，细菌的呼吸强度可减小几十倍。
2.1.2.4 营养盐
天然水体中氮和磷的含量在一定程度上控制着藻类的生长和产量。这两种元素的增加，最容易刺激藻类的生长。
氮是蛋白质的重要成分，是构成生物体的最重要的基本物质。除某些蓝藻外，一般水生生物只能利用溶解的有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮，而不能利用溶解的气体氮，因而水中氮的含量常不能满足生物的需要。
磷也是蛋白质的重要成分，高等动物(包括鱼类)的脑和神经中也需要磷。水中磷的含量通常很微小，因此浮游植物的繁殖和发育常因磷的不足而受限制。
磷和氮是水生生物需要而水中含量又很微量的物质，一般称为营养盐类或生源物质。
2.1.2.5 光照强度和光合作用
在水中，光线作为生态学的因子具有明显的效果(林碧琴，1988)。Maucha(1937，1942)曾计算过，在地球上任何一处的水表面的光强度，对藻类的同化作用是足够利用的，因此水表面的光线，对于藻类的出现来说不是一个限制的因素。只要有实际光照的一小部分，就足够藻类进行适度的光合作用。在欧洲中部，夏天大概只有实际光照的1/20，藻类便可达到光合作用的最大限度。由于这个原因，许多浮游藻类，其发生的适宜条件决不是在水的表面，而是在一定的深度中。在湖泊或海洋的深处，光线很快被吸收，并且光的性质也有明显的改变;在湖泊10m深处，光强度仅为水表面的10%，即使在最清洁的湖水中，也只有大约40%的光透入到1m深处。在海洋100m深处，则仅保留水表面光强的1%。
污染造成水中悬浮物质过多，由于悬浮物散射和吸收光线，妨碍光的透入，严重时可导致水环境光合作用的几乎完全停止，因而使整个水生态系统趋于瓦解。当水体富营养化造成浮游藻类生长过多时，也影响光线透入水层，降低水的透明度，反过来又影响浮游藻类的生长，造成它们大量死亡，使水的透明度又提高。
淡水浮游藻类中绿藻的最适光照度最高，硅藻次之，蓝藻更次之。光照过度对藻类是有害的，如小球藻在过强的光线下培养，细胞颜色为淡绿色，生长缓慢，最后会失绿而死亡。
由于水中光照强度随水的深度而递减，因此水层中的光合作用率也随水的深度而逐渐减弱，到了某一深度，光照强度已减弱到使植物在光合作用中所生成的氧量，仅能满足本身呼吸作用中的消耗，这时的光照度称为这种植物的补偿点。补偿点所存在的深度称为补偿深度。在补偿点的照度下植物尚能生存，但不能繁殖;补偿深度是植物向水深层分布的界限。补偿点随温度的降低而降低。
由于太阳辐射能因地理纬度、季节、昼夜等而有明显的变化，所以补偿深度不仅在不同地理区域内不同，而且同一水体在一年中的不同月份和同一月的不同时间内都有可能变化。一般来说，补偿深度约为水透明度的1.5～2.5倍。
2.1.2.6 金属元素(微量元素)
镁是藻类叶绿素成分之一，但需要量较低，天然水体中一般不缺乏，但在极贫营养型的湖泊中，镁不足时会成为限制浮游藻类生产力的因素。
铁能促进叶绿素正常发育，植物缺铁时常会发生缺绿现象。浮游藻类对铁的利用能力很强，加上其体表常吸附有相当数量的铁化合物，因此一般情况下不致缺铁。铁过多时则不利于藻类生长，在培养液中铁超过1.4mg/L时，浮游藻类的产生即受到抑制，超过2.9mg/L时，大量藻类会死亡。但在天然水中有时超过5mg/L时仍无毒害，这可能与其他离子的解毒作用有关。
微量锰存在时对浮游藻类的生长有刺激作用，超过0.01～0.02mg/L时即对藻类产生毒害。
硅是硅藻细胞壁和某些动物骨骼所必需的成分，从朱树屏(1949)的培养试验看，天然水中硅的不足对硅藻有限制作用。Wetzel(1976)也认为春季末浮游藻类中硅藻种群的消退是由于硅酸盐被消耗而降到0.5mg/L以下所致。但在一般情况下，淡水中硅的含量能满足硅藻的需要。
锌、硼、钴、钼、铜的微量存在对藻类生长有刺激作用，稍多量即有毒害。
2.1.2.7 叶绿素a
藻类和其他绿色植物一样具有叶绿素、叶黄素和胡萝卜素等多种色素。而叶绿素含量最大，而且几乎存在于所有藻类中，藻类中最常见的三种叶绿素是叶绿素a、b、c。由于叶绿素a在活的藻类中含量高，约占有机物干重的1%～2%，因此把叶绿素a的测定作为藻类现存量的一个重要指标，也可作为生物量的重要指标。此外，叶绿素a的测定方法简单，叶绿素a含量通常可以表示藻类含量的高低。叶绿素a含量随藻类类群而有不同，同时还受年龄、生长率、光和营养条件的影响。同时生物量和叶绿素a之比(自养指数)是很有价值的水质指标。在未受污染的水体中，浮游生物种群主要是自养的绿色藻类组成，随着水体污染，水中有机质逐渐增加，异养生物，如丝状细菌和着生原生动物的比例随之增加。
叶绿素a是富营养化水体监测中的一个重要生物学参数，同时也是水质动态变化的综合反映指标。该指标峰值的分布对湖泊水质管理具有重要作用。了解叶绿素a的含量及其主控因子分析是水体富营养化评价的重要前提，是治理水体富营养化的基础，对水体水质的管理很有意义。
