青草沙水庫顫藻種群變化

王先云，吳雪飛，張 東，盧 寧

(城市水資源開發(fā)利用(南方)國(guó)家工程研究中心，上海城市水資源開發(fā)利用國(guó)家工程中心有限公司，上海 200082)

青草沙水庫位于長(zhǎng)江入海口，為江心取水人工水庫，呈魚形，最大水深13 m，平均水深11.4 m，水面面積為67 km2，日前供水量達(dá)500 萬m3/d。水庫除了發(fā)揮戰(zhàn)略水源地的功能外，在塑造城市景觀生態(tài)、優(yōu)化局域小氣候方面也發(fā)揮著重要作用。浮游植物作為水域生態(tài)系統(tǒng)初級(jí)生產(chǎn)力的重要組成部分，在水質(zhì)環(huán)境安全評(píng)價(jià)及制水工藝調(diào)整依據(jù)方面扮演重要角色，對(duì)該水庫建成及蓄水后浮游植物的群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行跟蹤調(diào)查，為該水庫水質(zhì)環(huán)境生態(tài)評(píng)估、湖庫富營(yíng)養(yǎng)化預(yù)控及制水工藝研究提供數(shù)據(jù)資料，是一項(xiàng)基礎(chǔ)而有意義的研究工作。

顫藻為多細(xì)胞原核生物，分布廣，種類多。由已有的研究可知某些種類的顫藻能夠產(chǎn)生微囊藻肝毒素(Microcystin，MC)或者土霉味次生代謝產(chǎn)物，水廠常規(guī)制水工藝對(duì)高濃度氣味物質(zhì)不能有效去除［1，2］。國(guó)內(nèi)對(duì)顫藻種群結(jié)構(gòu)的研究很少，本文對(duì)青草沙水庫建庫五年以來顫藻的種群結(jié)構(gòu)及時(shí)空變化進(jìn)行了重點(diǎn)關(guān)注和分析，以期為水庫的水質(zhì)安全保障提供基礎(chǔ)資料。

1 材料與方法

根據(jù)青草沙水庫水體流態(tài)及形狀，將庫區(qū)分為庫首、墾區(qū)、庫中、庫尾四個(gè)區(qū)域，代表庫區(qū)的整體情況，每個(gè)區(qū)域設(shè)置1 ～4 個(gè)采樣點(diǎn)，每個(gè)月每個(gè)點(diǎn)采樣1 ～4 次，每個(gè)區(qū)域數(shù)據(jù)為各采樣點(diǎn)平均后所得。采樣點(diǎn)分布如圖1 所示。

樣品采集及試驗(yàn)方法均參考《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》第四版。

顫藻檢出率:在浮游生物采樣調(diào)查中，有顫藻檢出的月份占所有調(diào)查月份的百分率。

文中涉及顫藻密度相關(guān)數(shù)據(jù)除明確說明外均為有顫藻檢出的樣品統(tǒng)計(jì)所得，無顫藻檢出的樣品不參與統(tǒng)計(jì)。

圖1 水庫采樣點(diǎn)分布Fig.1 Distribution of Sampling Sites in Qingcaosha Reservoir

2 結(jié)果與分析

2.1 青草沙水庫泵閘調(diào)度變化時(shí)間節(jié)點(diǎn)

本次對(duì)藻類和顫藻的群落結(jié)構(gòu)分析按照水庫建設(shè)及泵閘調(diào)度變化分為兩大階段:閉水期(2009 年1 月～2010 年9 月)和運(yùn)營(yíng)期(2010 年10 月～至今)。其中閉水期第一個(gè)月(2009 年1 月)為圍庫大壩合攏期，運(yùn)營(yíng)期第一年(2010 年10 月～2012 年3月)為試運(yùn)營(yíng)期，2012 年4 月進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)期至調(diào)查周期結(jié)束。非咸潮期水庫泵閘調(diào)度安排如表1所示。

2.2 青草沙水庫顫藻種群時(shí)空變化

2.2.1 水庫顫藻檢出情況

由于顫藻在青草沙水庫藻類群落結(jié)構(gòu)組成中屬于非主要優(yōu)勢(shì)種，故首先對(duì)顫藻的檢出情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表2 所示。

表1 水庫非咸潮期泵閘調(diào)度變化時(shí)間節(jié)點(diǎn)Tab.1 Changes of Time Nodes on Reservoir Pump Brake Controlling during Non-Salty Tide

表2 水庫不同調(diào)度運(yùn)行時(shí)期顫藻檢出統(tǒng)計(jì)Tab.2 Statistics of Oscillatoria Checkout on Reservoir during Different Pump Brake Periods

由表2 可知在閉水期顫藻檢出率為35.7%，除冬季外其他三個(gè)季節(jié)均有檢出，檢出位置主要位于水庫的中上游位置，即墾區(qū)和庫首;在試運(yùn)營(yíng)期顫藻檢出率為66.7%，春夏秋冬四季均有檢出，檢出位置主要位于中上游，但隨時(shí)間發(fā)生明顯遷移(中上游—全庫)，2011 年夏季開始，在庫首、墾區(qū)、庫中和庫尾四個(gè)區(qū)域均可檢測(cè)到;在穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)期至調(diào)查結(jié)束期間顫藻檢出率為42.3%，檢出位置基本位于中下游位置(庫中和庫尾)。水庫穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)之后，顫藻檢出率由2012 年的58. 3% 降為2013 年的41. 7%，2014 年顫藻未檢出。綜上可知:一是顫藻呈現(xiàn)出廣溫性特征，春夏秋冬均可檢測(cè)到;二是顫藻在水庫閉水期、試運(yùn)營(yíng)期、穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)期三個(gè)階段檢出率呈現(xiàn)單峰變化，且穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)期檢出率有明顯降低的趨勢(shì)，建庫以來顫藻種群在青草沙水庫檢出位置遷移方向?yàn)橹猩嫌巍珟靺^(qū)—中下游。

2.2.2 水庫顫藻密度時(shí)間變化

將調(diào)查周期內(nèi)檢出顫藻的樣品中顫藻密度、占總藻密度的百分比進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如圖2 所示。

圖2 水庫不同檢出月份顫藻密度和占總藻密度百分比Fig.2 Density of Oscillatoria and Percentage to Total Algae Density in Different Checkout Months

由圖2 可知檢出顫藻平均密度3. 02E +06 cells/L，顫藻最高密度出現(xiàn)在試運(yùn)營(yíng)期(2011 年7 月)，達(dá)1.54E +07 cells/L，其次在試運(yùn)營(yíng)期和穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)交界期(2012 年1 月)顫藻密度也達(dá)到107cells/L，最低密度出現(xiàn)在2013 年9 月，僅為1.85E+ 04 cells/L。檢出月份中顫藻占總藻密度百分比從0.28%到66.23%不等，所有采集樣品顫藻占總藻的百分比為4%，除顫藻占比最大時(shí)(即2011年7 月)成為優(yōu)勢(shì)種外，整體來看顫藻不屬于青草沙水庫優(yōu)勢(shì)藻類種群。

水庫泵閘不同調(diào)度階段統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 水庫不同調(diào)度時(shí)期檢出顫藻密度和占總藻密度平均百分比Tab.3 Density of Oscillatoria and Average Percentage to the Total Algae Density in Different Pump Brake Periods

由表3 可知檢出顫藻在運(yùn)營(yíng)期平均密度達(dá)106cells/L，占總藻密度百分比大于10%，在閉水期顫藻密度僅105cells/L。檢出顫藻平均密度表現(xiàn)為試運(yùn)營(yíng)期＞穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)期＞閉水期，占總藻密度百分比表現(xiàn)為穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)期＞試運(yùn)營(yíng)期＞閉水期，穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)期顫藻密度比試運(yùn)營(yíng)期低，占比卻升高，這與穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)期總藻密度的降低有關(guān)。

2.2.3 水庫顫藻密度空間分布變化

對(duì)調(diào)查周期內(nèi)不同時(shí)間顫藻在不同區(qū)域的密度和分布比例進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，進(jìn)一步了解建庫以來顫藻的分布變化，具體如圖3 所示。

圖3 水庫不同時(shí)間顫藻空間分布變化Fig.3 Variation of Spatial Distribution of Oscillatoria in Qingcaosha Reservoir in Different Checkout Months

由圖3 可知以密度百分比占比≥50%為準(zhǔn)，那么顫藻在庫區(qū)不同調(diào)度階段分布區(qū)域如下:閉水期檢出顫藻主要分布在墾區(qū)(2009 年4 月、7 月、9 月)和庫首(2009 年10 月、2010 年5 月)，試運(yùn)營(yíng)期檢出顫藻分布經(jīng)歷了庫中(2010 年10 月)—墾區(qū)(2010年11 月)—庫首(2010 年4 ～6 月)—庫尾(2011 年7 月)—庫中(2011 年8 ～10 月)—庫尾(2011 年11月、12 月)，穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)期檢出顫藻分布經(jīng)歷了庫中(2012 年1 月)—庫尾(2012 年5 月)—庫中(2012年6 ～9 月)—庫尾(2012 年11 月)，庫尾、庫中、墾區(qū)(2013 年5 ～6 月)—庫首(2013 年8 月)—庫中(2013 年9 ～10 月)，之后至調(diào)查周期結(jié)束(2014 年5 月)顫藻在水庫中未檢出。整體來看，閉水期顫藻主要分布在墾區(qū)和庫首，試運(yùn)營(yíng)期逐漸轉(zhuǎn)移至庫中庫尾區(qū)域，穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)期則呈現(xiàn)非常明顯規(guī)律的庫中庫尾分布。

青草沙水庫不同區(qū)域檢出顫藻密度時(shí)間變化如表4 所示。

表4 水庫不同區(qū)域檢出顫藻密度時(shí)間變化Tab.4 Temporal Variation of Oscillatoria in Qingcaosha Reservoir at Different Reservoir Regions

由表4 可知顫藻表現(xiàn)出廣溫特性，在不同季節(jié)均可檢出，但夏冬兩季密度(106cells/L)高于春秋兩季(105cells/L);從顫藻在各個(gè)區(qū)域的分布來看，庫尾密度最高，達(dá)2.51E+06 cells/L，其余三個(gè)區(qū)域都在105cells/L 水平;從階段變化來看，庫首、庫中、庫尾的分布密度高峰均出現(xiàn)在試運(yùn)營(yíng)期，達(dá)106cells/L，墾區(qū)分布密度高峰出現(xiàn)在穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)期，達(dá)105cells/L;從檢出顫藻在水庫不同區(qū)域季節(jié)分布角度來看，除墾區(qū)密度高峰出現(xiàn)在夏季外，其他三個(gè)區(qū)域季節(jié)密度高峰均出現(xiàn)在冬季。另外，庫尾顫藻密度比較穩(wěn)定，四個(gè)季節(jié)均維持在106cells/L 水平，庫首、墾區(qū)、庫中三個(gè)區(qū)域顫藻密度波動(dòng)較大，如墾區(qū)在冬季樣品中有未檢出情況，庫中在春季密度為103cells/L，僅從顫藻的密度和分布的角度可以推測(cè)，庫首、墾區(qū)、庫中區(qū)域開闊，容易受到風(fēng)浪等環(huán)境因素的影響，而庫尾區(qū)域受水庫大堤駁岸防風(fēng)消浪作用，相對(duì)穩(wěn)定。

顫藻檢出月份中于2009 年7 月23 日、2009 年7 月28 日、2009 年9 月28 日、2011 年8 月19 日、2011 年8 月24 日、2011 年9 月7 日對(duì)墾區(qū)、庫中或庫尾進(jìn)行了分層采樣，采樣區(qū)域水深及不同水層顫藻密度，如表5 所示。從有限的6 次分層數(shù)據(jù)中尚不能看出顫藻明顯分層分布規(guī)律，但可以看出一點(diǎn)，顫藻在各水層均可采集到。

表5 不同區(qū)域不同水層顫藻密度分布變化Tab.5 Variation of Oscillatoria Density Distribution at Different Reservoir Regions and Water Layers

3 討論

關(guān)于藻類的分類系統(tǒng)比較復(fù)雜且一直處于發(fā)展當(dāng)中［3］，原先的顫藻屬(Oscillatoria)屬于藍(lán)藻門顫藻目(Osillatoriales)顫 藻 科(Oscillatoriaceae)［4，5］。20 世紀(jì)末分類學(xué)者對(duì)顫藻目重新進(jìn)行了界定，陳宇煒等［6］在2003 年結(jié)合國(guó)內(nèi)常用藻類分類工具書將原顫藻屬中學(xué)名發(fā)生變更的種類進(jìn)行了梳理，提到大部分浮游種類分到了浮游藍(lán)絲藻屬，另有4 種浮游種類分到了湖生藍(lán)絲藻屬，約70 種分到了膠鞘藻屬。國(guó)際上早已有關(guān)于能夠產(chǎn)生2-甲基異莰醇的顫藻的報(bào)道，包括小顫藻(Oscillatoria tenuis)、浮顫藻(Planktothrix)和泥污顫藻(Oscillatoria limosa)等［7-9］，這些藻種在普通光學(xué)顯微鏡下形態(tài)學(xué)特征相近，不易區(qū)分，報(bào)道種類較少，本次統(tǒng)計(jì)顫藻屬分類主是以胡鴻鈞的《中國(guó)淡水藻類——系統(tǒng)、分類及生態(tài)》和朱浩然主編的《中國(guó)淡水藻志-藍(lán)藻門-藻殖段綱》為依據(jù)，構(gòu)成顫藻基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，進(jìn)一步分類或者嗅味溯源研究需結(jié)合分子生物學(xué)手段進(jìn)一步鑒定。

關(guān)于顫藻生境的描述比較復(fù)雜:顫藻可生長(zhǎng)于湖泊、溝渠、沼澤等不同環(huán)境中，既有浮游種類亦有底棲種類，如近旋顫藻(Oscillatoria subcontorta)適宜靜止水體，巨顫藻(Oscillatoria princes)既適合靜止水體亦適宜稻田底泥［4］。本文水體分層采樣數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)各個(gè)水層均可檢測(cè)到顫藻且顫藻密度在各水層無明顯規(guī)律便不難理解，另外，由于調(diào)研周期短，分層采樣頻次低，顫藻檢出率低，也可能是分層分布不規(guī)律的一個(gè)原因，了解科學(xué)的分布規(guī)律還有待繼續(xù)深入的調(diào)查分析。

關(guān)于溫度和光照對(duì)顫藻生長(zhǎng)的影響。有研究得出光照對(duì)沉積物中顫藻的復(fù)蘇影響不顯著，溫度影響比較明顯［10］;另有研究指出巨顫藻在30 ℃生長(zhǎng)最好［11］;還有學(xué)者發(fā)現(xiàn)顫藻可以成為溫泉中的優(yōu)勢(shì)種［12］;也 有 學(xué) 者 指 出 阿 氏 顫 藻(Oscillatoria agardhii)在自然水體中適宜生長(zhǎng)溫度可以低至13 ℃，不同光照強(qiáng)度影響阿氏顫藻生長(zhǎng)數(shù)目［13］。青草沙水庫地處長(zhǎng)江入海口位置，根據(jù)中國(guó)天氣網(wǎng)崇明天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，冬季最高氣溫多在0 ℃以上，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)青草沙水庫全年水溫變化范圍5 ～32 ℃，一年四季、不同水層均可采集到顫藻，顫藻密度高峰出現(xiàn)在冬季和夏季，這與前人研究發(fā)現(xiàn)具備統(tǒng)一性。

關(guān)于顫藻與嗅味關(guān)系的研究，國(guó)內(nèi)外報(bào)道很多，有學(xué)者對(duì)東太湖嗅味溯源的研究發(fā)現(xiàn)顫藻與致嗅物質(zhì)2-甲基異莰醇呈明顯的線性相關(guān)［14］，還有學(xué)者從顫藻樣品中檢測(cè)出了致嗅基因［15］。本文基于風(fēng)險(xiǎn)預(yù)案的目的對(duì)青草沙水庫建庫五年來顫藻種群的變化特征進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，為今后研究及風(fēng)險(xiǎn)控制奠定了基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

通過對(duì)青草沙建庫以來顫藻種群的時(shí)空分布變化調(diào)查研究分析，可以得出如下結(jié)論。

(1)顫藻檢出率明顯降低，建庫五年來平均密度占總藻密度比例僅4%，顫藻屬于非青草沙水庫優(yōu)勢(shì)種群。

(2)建庫以來青草沙水庫顫藻種群分布存在遷移現(xiàn)象:檢出區(qū)域和主要分布區(qū)域由中上游遷移至中下游。

(3)顫藻種群在青草沙水庫曾一年四季、不同水層均可檢出，密度高峰出現(xiàn)在冬季和夏季。

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