水体初级生产力的测定

(1)实验目的。

①了解测定水体生态系统中初级生产力的意义和方法。

②以黑白瓶测氧法为例学习测定水体初级生产力的原理和过程。

(2)实验原理。生态系统中的生产过程主要是植物通过光合作用生产有机物的过程，起主要作用的是浮游植物。在光合作用与呼吸作用两个过程中，在单位时间、单位体积内所生产的有机物量，即为该生态系统的初级生产力。测定水体初级生产力*通行的方法是黑白瓶测氧

法：黑瓶内的浮游植物，在无光条件下只进行呼吸作用，瓶内氧气将会被逐渐消耗而减少，而白瓶在光照条件下，瓶内植物进行光合作用与呼吸作用两个过程，但以光合作用为主，所以白瓶中的溶解氧量会逐渐增加。光合作用的过程可以用下列化学反应式来表示：

6CO₂+12H₂O→C₆H₁₂O₆+6H₂O+6O₂

其简化式为

CO₂+H₂O→[CH₂O]_n+O₂

由反应式可以看出，氧气的生成量与有机物的生成量之间存在着一定的当量关系，所以可以通过测定瓶中溶解氧的变化，用O₂量间接表示生产量，也可以将O₂量转换成C量，从O₂量转换成C量的转换系数是0.375。因此通过测定水体中溶解氧的变化可间接测量水体初级生产力。

(3)实验材料。溶氧仪、照度计、电导率仪、采水器、透明度盘、黑白瓶、水桶、pH计、洗瓶、洗耳球、乳胶管、滤纸、卷尺、曲别针。

(4)实验步骤。

①本实验可以在室内大水族箱内进行模拟，也可以到现场(湖或河)中进行。

②挂瓶，用采水器采0～1m深度的水样(采样深度可分别取0.00 m、0.05 m、0.10 m、0.15m、0.20m、0.25m、0.30m、0.35 m、0.40m、0.50 m、0.60 m和1.0m),装满实验瓶，灌水时要使水满溢出2～3倍的量。每组3个实验瓶(瓶的容积通常为125～300 mL),其中一瓶水应立即进行溶氧测定(为IB瓶),测定原初溶氧量，另一白瓶(为LB瓶)与另一黑瓶(为DB瓶)装满水后挂入与采水相同深度的水层中，放置一定时间后(通常是4 h,也可到24 h)便从水体中取出，用溶氧仪分别测定黑瓶、白瓶的溶解氧(先测黑瓶，再测白瓶)。

③采样的同时做好测定点水温、透明度、pH值、水深、电导等水质状态参数的测定记录。野外工作还要详细记录当天的天气情况，如晴、阴、雨、风向、风力等，以备实验分析时参考。

④在野外测定时，要选择晴天。在室内进行时，水族箱应放在靠窗户位置，或加人工光源。不论室内或室外，均可用照度计定时测定光照度。

(5)数据记录与处理。

①溶氧量单位均用mg/(L·h)表示。

呼吸量(R)=IB-DB

总生产力(PG)=LB-DB

静生产力(PN)=LB-IB

式中：IB为原初溶氧量；LB为白瓶溶氧量；DB为黑瓶溶氧量。

②各水层日生产力的计算方法：

PG₁[O₂(mg)/L*d]=PG×每日光周期时间/暴露时间

③水柱日生产力的计算方法：水柱日生产力指的是1m²水面下，从水表面一直到水底整个柱形水体的总生产力。可用各水层日生产力算术平均值累计法计算，即

PG₂[O₂(mg)/L*d]=PG×每日光期时间/暴露时间×10³×水深(m)

式中：10³为体积浓度，mg/L,换算为mg/m³的系数。

④假设全日24h呼吸作用保持不变，计算日呼吸量：

R[O₂(mg)/L*d]=PG×24/暴露时间(h)×10³×水深(m)

⑤计算日净生产力：

PN[O₂(mg)/L*d]=日PG-日R

⑥将O₂量转换成C量：假设符合光合作用的理想方程(CO_:+H_:O-CH.O+.)将O₂生产力的单位转换成固定碳的单位：CO₂+H₂O→CH₂O+O₂,则

日PM[O₂(mg)/L*d]=日PN[O₂(mg)/L*d]×12/32

【注意事项】

①开始取的水样中若溶解氧过饱和，则应缓缓地给水样通气，以除去过剩的氧，并重新测定溶解氧。

②黑白瓶分别悬挂在与取水样相同的水深位置，调整这些瓶子，使阳光能充分照射。一般将瓶子暴露几个小时，暴露期为清晨至中午，或中午至黄昏，也可清晨至黄昏。