漳澤水庫藻類調查與富營養評價

劉 娜

（山西省水文水資源勘測局，山西太原 030001）

漳澤水庫位于山西省長治市北郊的濁漳南源上，是濁漳河流域最大的水庫。水庫集水面積3 176 km2，庫容 4.27 億 m3，水面面積 27 km2，是一座以工業和城市供水、灌溉、防洪為主，兼顧養魚、旅游的綜合大型水庫。水庫曾是長治市30萬人口的主要飲用水源，2000年以后隨著庫區水質惡化以及辛安泉供水工程的建成，逐漸結束了城市生活用水供水功能，目前主要向漳澤電廠、長治鋼鐵集團等十余家企業提供工業用水，年供水總量近5 000萬m3。

由于地處長治市下游，長期承擔著城市生活污水的受納及凈化任務，同時受到庫區養殖業和地表徑流帶來的面源污染影響，庫區水質呈一定的富營養化趨勢。20世紀90年代初期庫區浮游植物調查已經表明庫區水質基本屬于富營養型[1]。據山西省水環境監測中心監測數據，2000年之后庫區營養狀態呈逐年上升趨勢，2009年庫區營養狀態已達中度富營養。因此，加強庫區理化指標和藻類的監測與評價，對保護庫區水質、防治富營養化具有十分重要的意義。筆者根據2010年5月—2011年11月水庫藻類監測和理化監測數據，對藻類多樣性指數和營養狀態進行了分析評價。

1 材料與方法

1.1 采樣方案

由于地處北方冰凍地區，因此選擇在非冰凍期（5—11月）每月中旬進行一次采樣監測，采樣點布設在 S1（湖心島：N36°17′27″，E113°03′06″）、S2（出水口：N36°19′19″，E113°03′38″）以及 S3（養魚網箱附近：N36°19′19″，E113°03′21″）。 現場采樣選擇晴空、無風的天氣下進行。每個斷面采集水面以下0.5 m表層水樣和底層以上0.5 m底層水樣各500 mL，混合后加入15 mL魯哥氏液固定避光保存，帶回實驗室靜置24～36 h濃縮后進行定量測定。現場記錄水深、水溫、水色、透明度等生態環境指標，并同步采集水樣測定 pH 值、高錳酸鹽指數（CODMn）、總氮（TN）、總磷（TP）、溶解氧（DO）和葉綠素 a（Chl.a）等指標。

1.2 分析及測量方法

浮游植物計數和葉綠素a按照 《水和廢水監測分析方法》（第四版）執行，藻類計數采用視野計數法，葉綠素a采用Chl.a丙酮萃取分光光度法。pH值、高錳酸鹽指數等理化指標按照《地表水環境質量標準》（GB3838—2002）執行，pH 值、溶解氧、高錳酸鹽指數、總氮、總磷等分別通過玻璃電極法、碘量法、酸性高錳酸鹽法、堿性過硫酸鹽消解紫外分光光度法和鉬酸銨分光光度法獲取。

1.3 浮游植物多樣性指數和營養狀態指數評價方法

浮游藻類的群落構成在正常的水體中是相對穩定的，當水體受到不同程度污染后，群落中不耐污染的敏感種類往往會減少或消失，而耐污種類的個體數量則大大增加。因此，研究中[2-4]常引入生物多樣性結合理化指標評價水體水質。

浮游植物多樣性指數評價采用Shannon-Wiener和 Margalef分級標準[5-9]，其中 Shannon-Wiener多樣性指數計算公式為：

式中：s為種類數；Pi為樣品中第i種生物的個體數占總個體數的比值。當H’＜1時表示水體重度污染；H’＝1～3 時表示水體中度污染，其中當 H’＝1～2 時表示 α-中度污染（重中污染）、當 H’＝2～3 時表示 β-中度污染（輕中污染）；當H’＞3時表示水體輕污染；當H’＞6時表示水體無污染。

Margalef多樣性指數計算公式為：

式中：S為種類數；N為總個體數。當D＞5時表示水體清潔，當 D＝4～5時表示水體輕度污染，當 D＝3～4時表示水體中度污染，當D＜3時表示水體重度污染。

富營養化狀況評價采用綜合營養狀態指數法[10-12]，評價參數選用葉綠素 a（Chl.a）、總磷（TP）、總氮（TN）、透明度（SD）、高錳酸鹽指數（CODMn）。 綜合營養狀態指數計算公式為：

式中：TLI（∑）為綜合營養狀態指數；Wj為第j種參數的營養狀態指數的相關權重；TLI（j）為第j種參數的營養狀態指數。

以Chl.a作為基準參數，則第j種參數的歸一化相關權重計算公式為：

式中：rij為第j種參數與基準參數Chl.a的相關系數；m為評價參數的個數。

各項參數營養狀態指數計算公式為：

式中：葉綠素Chl.a單位為mg/m3，透明度SD單位為m，其他指標單位為mg/L。

采用0～100連續數字對水庫營養狀態進行分級：TLI（∑）＜30 為貧營養；30≤TLI（∑）≤50 為中營養；50＜TLI （∑）≤60 為輕度富營養；60＜TLI （∑）≤70為中度富營養；TLI（∑）＞70為重度富營養[4-6]。

2 結果與討論

2.1 浮游植物種類構成

在2010年5—11月漳澤水庫藻類監測結果中共觀察到浮游植物6門48屬，其中綠藻門30屬、占62.5%，硅藻門7屬、占14.6%，藍藻門5屬、占10.4%，裸藻門3屬、占6.2%，甲藻門1屬、占2.1%，隱藻門2屬、占4.2%。不同監測站點中，S1處共觀察到6門43屬，S2處6門42屬，S3處6門41屬。各站點不同季節浮游植物的群落構成及所占比例，見表1。

表1 2010年漳澤水庫浮游植物群落構成及所占比例

由表1可見，浮游植物群落構成無明顯的空間分布規律，同一季節3個站點浮游植物種類構成相差不大，最高均為綠藻門，占種類比例的53%～65%；其次是硅藻門，占13%～19%；甲藻門、隱藻門最少，為2%～6%。庫區浮游植物構成種類數則隨季節變化較為明顯，秋季（9—11月）發現浮游植物種類最多為 6門 41屬，夏季（6—8月）減少到 6屬，春季（5月）減少到16屬，種類數遞減趨勢明顯，尤其是綠藻門。這與當地夏秋季節光照充足以及氣候溫度相對較高等環境有關。

與以往調查相比，2010年秋季綠藻種類所占比例比鐘海秀2002年10月調查結果[13]提高9.4%，甲藻所占比例降低4%；2010年春季與鐘海秀2003年4月調查結果[13]相比綠藻種類比例提高了5.4%，硅藻種類比例降低了18%；2010年浮游植物構成中還增加了隱藻。綠藻種類比例的提高以及隱藻的出現說明了庫區水體呈一定惡化趨勢。

2.2 浮游植物群落結構變化

圖1給出了2010年3個監測站點不同藻類細胞數量百分比逐月的變化。

由圖1可見，綠藻細胞數量在2010年5—11月均占最大優勢，所占比例范圍為43%～76%，與劉瑞祥等2004年調查結果 （綠藻占有比例為57.6%）[14]和鐘海秀 2002、2003年調查結果（綠藻占有比例為39.1%～69.3%）[13]相似。隱藻細胞數量所占比例隨時間則呈u字形變化，即9月之前由20%左右逐漸降低到10%左右，之后逐漸上升，至11月達到最高，成為5、10和11月除綠藻之外的第二優勢種。藍藻細胞數量所占比例則與隱藻相反，即5和11月所占比例小于隱藻，6—10月所占比例則快速增加并超過隱藻比例成為此期間的第二優勢種。因此，可以總結為：5、11月漳澤水庫浮游植物以綠藻-隱藻為優勢種，6—10月則以綠藻-藍藻為優勢種。

圖1 2010年漳澤水庫不同藻類細胞數量百分比逐月變化

2.3 浮游植物多樣性指數評價及結果

浮游植物的生長、繁殖與無機環境有著密切的關系，其豐盛程度反映了水體生產力的大小，同時也反映水質狀況，因而常常采用藻類生物多樣性來評價水質和生態環境的健康程度[15]。表2列出了2010年逐月浮游植物種類多樣性評價結果。

表2 2010年5—11月浮游植物多樣性指數值

由表2可見，2010年漳澤水庫藻類Margalef多樣性指數（D）值范圍為 2.30～4.12、平均值為 3.42±0.49，Shannon-Wiener多樣性指數 （H'）值范圍為1.92～3.79、平均值為 3.17±0.45，D 值和 H’值極值出現的時間及位置均相同，其中最低值出現在8月18日的出水口，最高值則出現在6月13日的湖心島。季節變化上，10月多樣性指數D和H’最高，平均值分別為3.89和3.71；其次是6、9和11月，D值最低為5月，H'值最低為7月。Margalef指數（D）空間分布上總體為 S1>S3>S2，Shannon-Wiener指數（H'）空間分布則無明顯規律。根據Margalef多樣性指數評價標準，站點S1水質為輕度-中度污染，S3為中度污染，S2為中度-重度污染。根據Shannon-Wiener多樣性指數標準，站點S1水質為輕度-β中度污染，S3為β中度污染，S2為輕度-β中度污染。兩種多樣性指數評價的結果基本一致，可以得出漳澤水庫2010年水質狀況為中度污染，與鐘海秀2002-2003年評價結果（寡污-β中污型）[13]相比水質狀況略有惡化，說明從2002年以來漳澤水庫水體污染程度略有增加。

2.4 營養狀態指數評價及結果

運用綜合營養狀態指數法對2010年漳澤水庫3個監測站點每月水質進行營養狀態評價，評價結果見表3。

表3 綜合營養狀態指數值及營養狀態評價結果

圖2 浮游植物多樣性指數與綜合營養指數的擬合

從表3可以看出，TLI（Chl.a）值變化幅度最大，其次是 TLI（TN）、TLI（TP）和 TLI（SD），TLI（CODMn）變幅最小。綜合營養指數值變化范圍為50.6～65.5，平均值為56.3，變幅為±3.8，評價結果為輕度-中度富營養。一年中綜合營養指數最高為溫度較高的夏季（7—9月），最低為溫度較低的秋季（10—11月）和春季（5—6月），主要是夏季浮游植物細胞密度大、水體葉綠素含量高和透明度低所致。根據綜合營養指數評價標準，春季（5—6月）和秋季（10—11月）為輕度富營養，夏季（7—9月）為輕度-中度富營養。在空間分布上，各站點綜合營養指數分布規律不明顯，站點S1和S3為輕度-中度富營養，S2為輕度富營養。

2.5 藻類多樣性指數與營養指數的關系

本次調查結果表明利用浮游植物多樣性指數和綜合營養指數對水體進行評價，結果不完全一致。利用生物多樣性指標評價結果為中度污染，而用綜合污染指數評價結果為輕度-中度富營養。圖2給出了浮游植物多樣性指數與綜合營養狀態指數擬合狀況，可以看出Margalef指數和Shannon-Wiener指數與營養狀態指數的擬合效果均比較差，表明了水質化學評價方法與浮游植物多樣性評價結果有一定偏差，這與國內一些學者的研究結果[15，16]相似。究其原因，一方面因為化學指標測定的是采樣瞬間的水質理化狀況，另一方面因為浮游植物多樣性變化比理化指標的變化滯后一定時間。

3 結論

（1）漳澤水庫是濁漳河流域最大的水庫，庫區集水面積3 176 km2，庫容4.27億m3，是一座以工業和城市供水、灌溉、防洪為主，兼顧養魚、旅游的綜合大型水庫。根據浮游植物調查，5和11月庫區浮游植物細胞密度以綠藻-隱藻為主要優勢，6—10月藍藻細胞密度大幅增加甚至超過隱藻成為綠藻-藍藻型。

（2）庫區藻類 Margalef多樣性指數（D）值在2.30～4.12 范圍波動、 平均值為 3.42±0.49，Shannon-Wiener多樣性指數（H）值在1.91～3.79范圍波動、平均值為3.17±0.45。兩個指數波動范圍及均值差別不大，由于兩個指數評價體系略有不同，Margalef多樣性指數評價結果為中度污染，Shannon-Wiener多樣性指數評價結果為輕度-β中度污染，但從結果可以看出兩種指數平均值均在輕度污染與中度污染的臨界值附近，因此說明庫區水體已經受到一定污染。

（3）2010年庫區水體綜合營養狀態指數波動范圍為50.6～65.5，其中以溫度較高的夏季最高，溫度較低的秋季、春季較低，評價結果為春、秋季輕度富營養，夏季輕度-中度富營養，可以說明水體為輕度富營養并向中度富營養過渡。

（4）采用浮游植物多樣性指數評價水體污染狀況與理化指標評價結果略有差別，但是仍可以一定程度反映庫區環境的污染形勢。因此，在實際評價中需合理分析各類指數值波動范圍，綜合分析才能得到符合實際的結論。

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