鶴地水庫浮游植物數量與環境因子的相關分析

劉華

（湛江師范學院 生態經濟研究所，廣東 湛江524048）

鶴 地 水 庫 （21°42′—22°22′N，109°54′—110°25′E）是于1958年在九洲江中游興建的一座國家級大（Ⅰ）型水庫。該水庫地跨廣東廣西兩省，主庫區位于廣東省湛江市廉江河唇鎮，庫區北起文官，南至渠首，控制地域廣闊，集雨面積1 496km2，庫長21.6km，平均水深10.1m，水庫最大庫容達1.19×1 010m3，是廣東省內最大的人造海，也是廣東省5個大型飲用水源地之一［1］，水庫年均供水量約1.55×1010m3，該水庫是粵西沿海地區重要的水源地，肩負著防洪、供水、灌溉和發電、觀光旅游等綜合功能。然而，近幾年隨著城市化、工業化程度的提高，農業化肥、農藥用量的增多，水庫上游的九洲江沿岸工業和生活污水、庫區周邊的農業污水不斷增多，使水庫水質受到嚴重影響，水質呈現富營養化趨勢，已引起相關部門的重視［2］。

浮游植物及其生產力在水庫的水環境中扮演著十分重要的角色，它是初級生產者和食物鏈的基礎，肩負著維持水庫水生態平衡的作用［3］。浮游植物又稱浮游藻類，是懸浮在水中的藻類植物的總稱。它屬于微型生物（Micro－organisms），對水體條件變化的響應靈敏，是水質監測的重要生物類群。浮游植物數量的變化與生長的水環境密切相關，因此本文根據2012年1—12月對鶴地水庫中的浮游植物和水環境因子的調查結果，探討鶴地水庫浮游植物數量與環境因子之間的關系。進一步探討控制庫區周邊生活污水和工業污水的過量排放，對維持鶴地水庫生態系統的健康具有重要意義，為水庫的水質保護和科學管理提供依據。

1 材料與方法

1.1 采樣時間與采樣地點

根據鶴地水庫的水文地理特征和進排水的特點，并結合支流位置，從上游入水口至大壩，依次設置了丹兜河口附近1號樣點（水庫上游）、蘭山河口附近2號樣點（水庫中游）和大壩附近3號樣點（水庫下游），共3個采樣位點（圖1）［4］。于2013年1月（冬季）、4月（春季）、7月（夏季）和10月（秋季）進行采樣。

1.2 樣品的采集與處理

浮游植物：定性樣品使用25號浮游生物網在不同方向和深度拖取，并用5%福爾馬林固定，帶回實驗室用顯微鏡進行鏡檢［5－6］。定量樣品在水表以下0.5m深處采l L水，用5%福爾馬林固定，帶回實驗室靜置沉淀，濃縮鏡檢計數。定量分析按照目鏡視野法進行記數。記數結果按照N＝［AVa／AcVs］×n計算［7］。其中，N表示每升原水樣中的浮游植物數量（個／L），A表示計數框面積（mm2），Va為計數框的體積（ml），Ac表示計數面積（mm2），Vs表示1L原水樣沉淀濃縮后的體積（ml），n表示計數所得浮游植物的數目。

圖1 鶴地水庫采樣點設置

在采集浮游植物樣品的同時，同步采集水質樣品，每次采樣于晴天上午9∶00—11∶00完成，用5L有機玻璃桶狀采水器采集每個站點離表層0.5m水樣，進行各指標的測定。其中水溫（T）、酸堿度（pH）、溶解氧（DO）用水質分析儀現場測定，透明度用塞氏羅盤（Secchi disk depth，SD）測定；總磷（TP）、總氮（TN）、銨態氮（NH4－N）、硝態氮（NO3－N）、化學需氧量（COD）參照《水和廢水監測分析方法》［8］中的方法在室內測定。葉綠素a（Chl a）采用改進后的反復凍融—浸提法測定［9］。

1.3 數據處理

利用SPSS 18.0統計學軟件對鶴地水庫環境因子的數據和浮游植物數量、生物量的數據進行單因素方差分析（ANOVA）和相關性分析，探討浮游植物數量、生物量和環境因子的時空差異以及它們之間相關性的強弱。

2 結果與分析

2.1 浮游植物

采用SPSS 18.0統計軟件，對鶴地水庫3個樣點浮游植物數量、生物量進行單因素方差分析的Tukey HsD多重比較，得出以下時空分布規律。

2.1.1 浮游植物數量分布特征 如圖2所示，鶴地水庫浮游植物數量在132～3 584萬個／L，3個樣點Tukey HsD多重比較，組內差異是樣點的差異；組間差異是季節差異。分析結果是：各季節各采樣點間均存在顯著差異（P＜0.05）。浮游植物數量在時間分布上以夏季最多（2 794.67萬個／L），春秋季次之（1 999.88萬個／L），冬季最低（194.31萬個／L）；在空間分布上，表現為2號樣點最多（c），1號次之（b），3號最低（a），但秋季3號略高于1號。從單因素方差分析的F值看出，水庫浮游植物數量在水庫上游（1號）、中游（2號）、下游（3號）的差異大小順序是：夏季＞春季＞秋季＞冬季，可見，夏季水庫浮游植物數量最多，各點差異也最大；冬季最少，各點差異也最小。

圖2 鶴地水庫浮游植物數量分布特征

2.1.2 浮游植物生物量分布特征 如圖3所示，鶴地水庫浮游植物生物量在0.156～2.688mg／L，3個樣點Tukey HsD多重比較，組內差異是樣點的差異；組間差異是季節差異。分析結果是：各季節間均存在顯著差異（P＜0.05）。浮游植物生物量在時間分布上以夏季最多（2.617mg／L），春秋季次之（1.931 mg／L），冬季最低（0.316mg／L）；在空間分布上，表現為1號樣點最多（c），2號次之（b），3號最低（a），并且每個季節都表現為相同的空間分布規律。從單因素方差分析的F值看出，水庫浮游植物生物量在水庫上游（1號）、中游（2號）、下游（3號）的差異大小順序是：秋季＞冬季＞春季＞夏季，可見，夏季水庫浮游植物生物量最多，各點差異最小，1號與2號樣點之間無顯著差異（P＝0.304）；冬季水庫浮游植物生物量最少，但秋季各點差異最大。

圖3 鶴地水庫浮游植物生物量分布特征

2.2 環境因子特征

上述鶴地水庫浮游生物數量和生物量的時空分布規律是由水庫環境因子所決定的。通過調查測定，鶴地水庫環境因子如表1所示。3個樣點單因素方差分析Tukey HsD多重比較，分析結果為：

（1）水庫水溫15.199～32.821℃，年均值為25.7℃，夏季最高，春秋季節過度，冬季最低；水溫季節差異顯著；空間差異不顯著，既各采樣點之間的水溫空間上變化不大。

（2）透明度1.089～1.533m，年均值為1.32m，秋冬兩季較高，夏春兩季較低；春夏差異不顯著（P＝0.261），秋冬差異不顯著（P＝0.098），春夏與秋冬差異顯著（P＜0.05）；空間上表現為1號春季水溫偏低，但各點差異不顯著。

（3）pH值6.766～7.447，年均值為7.198；溶解氧在4.568～10.435mg／L，年均值為7.710mg／L。pH值和溶解氧的季節變化相似，其中在春季最大，夏季次之，秋季最低；且在2號樣點較高，3號樣點較低。

（4）化學需氧量為3.21～6.30mg／L，年均值為5.211mg／L。夏季最大，冬季最低，春秋過渡；但是，春夏秋之間差異不顯著（P＝0.349），它們與冬季差異顯著（P＜0.05）。春夏都是上游量大，秋是中游量大，冬是下游量大，但各點差異不顯著。

（5）作為浮游植物生長的重要營養物質的N，P營養鹽，其中，總磷夏季達到最大值，冬季最小，但是春與冬、秋差異都不顯著（P＝0.157，0.573），冬與夏差異顯著。

所以冬季，磷成為微生物生長的限制性因素。全磷的空間分布上，除春季外，其他季節都是上游（1號）量較大。總氮、氨氮和硝態氮都是在冬季達到最大值，在春、夏、秋三季的值相近；空間分布上表現為下游偏大，但各點差異不顯著。尤其是硝態氮各季節各樣點差異都不顯著；全氮春季與其它季節之間差異顯著，夏、秋、冬之間差異不顯著（P＝0.66）；氨氮夏、秋之間差異不顯著（P＝0.083），春、秋、冬之間差異不顯著（P＝0.478）；夏與春、冬之間差異顯著，夏與秋之間有差異，但不顯著。各樣點空間分布規律不明顯。

2.3 浮游植物與環境因子相關性分析

采用SPSS 18.0統計軟件，對鶴地水庫浮游植物數量、生物量與水溫、透明度、pH值、溶解氧等共9項理化環境因子進行Pearson相關性分析，結果表明：（1）浮游植物生物量和生物數量與環境因子中水溫、pH值、溶解氧、化學需氧量、全磷呈正相關，其中與水溫、化學需氧量呈極顯著正相關（P＜0.01），與全磷呈顯著正相關（P＜0.05）；浮游植物生物量和生物數量與透明度、全氮、氨氮、硝態氮呈負相關，其中與透明度、氨氮呈顯著負相關（P＜0.05）。（2）浮游植物數量與生物量呈極顯著正相關（P＜0.01）。（3）環境因子之間水溫影響最大，透明度、pH值其次，其他影響較小。各參數指標間的相關系數見表2。

表1 鶴地水庫環境因子基本特征

表2 鶴地水庫浮游植物與環境因子相關系數矩陣

3 結論與討論

3.1 結 論

（1）單因素方差多重比較的結果表明，鶴地水庫浮游植物數量和生物量，各季節各采樣點間除夏季水庫生物量1，2號之間差異不顯著外，都存在顯著差異（P＜0.05）；都是夏季多，冬季少，受水溫顯著影響。空間分布上，浮游植物數量2號樣點最多，生物量1號最多，3號最低。原因是水庫上游河流注入的污染物多導致浮游植物生物量大；在水庫中游（2號），水域面積大，水流平穩，利于浮游植物生長繁殖，故浮游植物數量增多。

（2）相關分析的結果表明，水庫浮游植物生物量和生物數量主要受環境因子中的水溫和化學需氧量影響；其次受全磷、透明度和氨氮影響，其他環境因子影響不顯著。

水溫是影響浮游植物生長和數量變化的極為重要的環境因子，也是影響浮游植物水平分布的一個重要因素［10－12］，鶴地水庫浮游植物生物量和數量與水溫呈極顯著正相關（r＝0.963，0.923，P＜0.01，n＝12），既隨水溫的升高而增多。

化學需氧量是以化學方法測量水樣中有機物被強氧化劑氧化時所消耗之氧的相當量，用以表示水中有機物量的多寡，它作為有機物相對含量的綜合指標之一，與水庫浮游植物生物量和生物數量呈極顯著正相關（r＝0.903，0.897，P＜0.01，n＝12）。

透明度能從一定程度上反映水體中浮游植物的量，浮游植物越多，水體透明度越低；反之，則透明度越高。鶴地水庫浮游植物生物量和生物數量與透明度呈顯著負相關（r＝－0.757，－0.707，P＜0.05，n＝12）［13］。透明度對浮游生物的影響屬于間接作用，主要通過對葉綠素的影響而間接影響浮游生物的生物量和數量。

一般來說，氮、磷是浮游植物生長最重要的營養物質，又是常見的限制營養元素［14］，氮、磷營養元素能調節浮游植物的生長，影響浮游植物的生物量和數量［15］，鶴地水庫TN、TP的全年平均值分別為1.356和0.038mg／L，N／P＝35.68。大量研究表明，氮、磷濃度的絕對數量及相對比例與藻類增殖有密切關系，當水庫總氮和總磷濃度的比例值在10～15時最適宜于藻類增殖，而近幾年來水庫的氮、磷比一直在35以上。當＞10，說明水庫主要受到氮的污染，處于富營養化狀態。

3.2 討 論

（1）鶴地水庫浮游植物數量和生物量，各季節各采樣點間除夏季水庫生物量1，2號之間差異不顯著外，都存在顯著差異（P＜0.05）；都是夏季多，冬季少，受水溫顯著影響。但浮游植物數量是夏季各點差異最大，冬季各點差異最小；而浮游植物生物量是夏季各點差異最小，1號與2號樣點之間無顯著差異（P＝0.304），秋季各點差異最大。與鄒紅菊［4］研究結果“同一采樣點浮游植物的生物量在不同季節有顯著性差異（P＜0.05），但采樣點間無顯著性差異（P＞0.05）”不同，原因有待于進一步研究。

（2）相關分析看出，鶴地水庫浮游植物數量和生物量的主要環境影響因子是水溫、透明度和全磷，說明水庫主要是氮污染。這個結論與許多研究相同［4］。但為什么不同的水庫影響浮游植物數量和生物量的主要環境因子不同，尤其是營養元素（TN，TP等）和pH，結論相差很大，有正相關有是負相關。磷則是水庫藻類生長速率的限制因子，豐水期極度缺乏［2］。鶴地水庫營養元素中，總磷與浮游植物的生物量和數量有正顯著相關（r＝0.692，0.680，P＜0.05，n＝12）；氨氮與浮游植物的生物量和數量有負顯著相關（r＝－0.628，－0.645，P＜0.05，n＝12）；硝態氮、總氮是負相關，但影響不顯著。原因有待進一步探討。

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