摘要：本文介绍了一种活体浮游植物在线监测技术——延迟荧光测量技术及基于延迟荧光技术的DF藻类延迟荧光测量系统。活体藻类监测技术通过在线监测藻类的延迟荧光，自动记录活的浮游植物的生物量和组成，适用于浮游植物的自动在线持续监测。结合其他系统所测得的生态因子参数，分析浮游植物的季节变化模式，作为动态变化环境的函数。最终建立随季节而变化的生态因子和浮游植物生长之间的函数关系，可以充分地模拟各种水华的过程，从而达到预防水华发生的目的。本文还通过DF藻类延迟荧光测量系统举例说明延迟荧光技术在实际湖体监测中的应用。
关键词：活体浮游植物；水华；延迟荧光；在线监测
1 前言
当一个流域的水流汇集到某一区域，随着水流的减慢，营养物质逐渐富集，在适宜的光照和温度下可以监测到藻类明显的增长，极易造成水华。因此，水华的形成是由活体藻类的大量繁殖引起，并受水体温度，营养盐含量，辐射等环境因素的影响。当前，我国主要江河、湖泊水体的水质总体上呈恶化趋势，水华事件频发，水质监测任务十分繁重。
植物利用光能，合成自身生长所需的化合物，并维持新陈代谢的进行。植物体内的天线色素接收太阳光，将光能转化成化学能。叶绿素在光合过程中起关键作用，和某些物质一样，在光照条件下能够释放出光，这种光叫做荧光。在活的植物体内，激发态和短暂的暗适应后都能释放出荧光，前者释放直接荧光，后者释放延迟荧光。
近20年来，出现了大量基于荧光理论的浮游植物监测仪器，大多是用于快速荧光的测量（Istvánovics et al. 2005）。Kautsky和Hirsch 早在1931年，就将快速荧光监测用于浮游植物的研究中。然而，快速荧光技术测量的是所有能释放荧光的物质，包括死的浮游植物和腐殖质。
本文介绍一种活体藻类检测技术——延迟荧光技术，以及活体浮游植物及生态环境在线监测系统（DF）。延迟荧光技术能够排除浮游植物和腐殖质对测量结果的影响，使水华的预测和防治更加快速有效。
2 延迟荧光技术
除了快速荧光，当植物由光照条件转到暗处时也会释放出荧光，这种荧光更微弱，持续时间更长，称为延迟荧光(DF)，由Strehler 和 Arnold (1951)发现。尽管延迟荧光发现得也很早，但一直没有被重视。Volkmar Gerhardt和他的合作者（1981）最早研究出了延迟荧光光谱技术。这种技术与快速荧光技术相比，具有明显的优势。
延迟荧光由电子逆流导致的点和重组产生(Gerhardt & Bodemer, 2000)，因此，只有具有光合活性的细胞才能产程延迟荧光，即延迟荧光是活细胞光合的专属特性，是光合效率的指示指标。延迟荧光技术可有效屏蔽再悬浮、死的生物和腐殖质对测量精度的干扰，其他荧光测量技术无法实现。延迟荧光技术和普通快速荧光技术的这一不同，对浅水湖或河流能起到决定性的作用，特别是那些经常发生再悬浮和洪浪而将一定量的退化藻类或没有光合功能的藻类带入水体的区域。因此，延迟荧光技术逐渐成为目前水华监测的研究热点。
活体浮游植物及生态环境在线监测系统（DF）基于延迟荧光技术，可进行延迟荧光两个方面的测量：延迟荧光动力学特征，即延迟荧光的消亡过程；延迟荧光光谱，即DF0随不同激发光源波长的变化。这两个测量方法分别用于测量活体藻类的生物量及组成（系统工作流程如图1所示）。
Fig.1: Working schema of the DF spectrometer .图1系统工作流程图 |
活体浮游植物及生态环境在线监测系统（DF）用于在线监测藻类的延迟荧光，并自动记录活的浮游植物光合的生物量和组成，适用于天然浮游植物数量的持续和在线监测（系统在线监测如图2所示）。
Fig.2: Monitoring network of the DF spectrometer
图2 DF系统监测网络分布示意图
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