水利開發對二灘水庫浮游植物及水質狀況季節性影響

鄧金燕

(內江職業技術學院 建筑工程系, 四川 內江 641100)

-N，TP，高錳酸鉀指數，BOD5和CODcr濃度呈一致的變化規律，隨季節的變化呈先增加后降低趨勢，秋季最高，春季和冬季較低，其中水溫在夏季最高，透明度隨季節變化呈“V”字形規律，在春季最高，秋季最低，而水溫和TP濃度在水利開發區和對照區并沒有明顯差異；不同季節

-N，高錳酸鉀指數，BOD5和CODcr濃度均表現為水利開發區高于對照區，局部有所波動，在冬季二者的差異不明顯，說明了水利開發對二灘水庫冬季水質的影響較小；(4) 相關性分析表明二灘水庫浮游植物群落多樣性與水溫和TN濃度呈顯著或極顯著正相關，與pH呈顯著負相關，說明pH、水溫和TN含量是影響二灘水庫浮游植物多樣性的主要因素。

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水利開發對二灘水庫浮游植物及水質狀況季節性影響

鄧金燕

(內江職業技術學院 建筑工程系, 四川 內江 641100)

水利開發; 二灘水庫; 浮游植物; 水質狀況; 季節變化

浮游植物作為淡水生態系統中的初級生產者，是生態系統中物質循環和能量流動的基礎，其群落結構會引起生態系統中食物網結構的改變[1-3]，從而影響著水生生態系統的功能、結構和信息傳遞[4-6]。由于浮游植物對環境因子的響應十分敏感，其種類組成、數量分布、群落結構等是評價水環境質量的重要指示作用，成為用來評價江河、湖泊、水庫等水質變化的敏感指標，在水體的監測和評價中起極為重要的應用意義[1,7-8]。浮游植物的群落結構與生活的水質狀況密切相關，利用浮游植物來評價和監測水質的研究也在逐步開展[9-11]。近年來，對水庫水質理化指標的研究比較多，但關于浮游植物群落結構及水質的季節變化較少。

二灘水庫是四川省重要的生態屏障，也是重要的漁業基地和水利區，發揮著調節氣候[12]、保護生物多樣性[13]、發展生態經濟[14]、維護生態平衡[15]、水土保持[16]等重要功能。在全球氣候變化和人類活動影響下二灘水庫水環境發生了嚴重的改變，已面臨農業面源污染、有機污染、生活垃圾污染等嚴峻的生態環境問題[17-19]。一方面，水利開發和建設帶來了灌溉、供水、旅游、航運、養殖等經濟效益，在保障電網安全、節能減排等方面也發揮了重要的作用[20]；另一方面，水利開發尤其是水電站的建設，改變了天然河道浮游植物及水質分布規律，不可避免地給流域生物多樣性和生態環境帶來一些負面影響，已成為水利開發建設與管理中不容忽視的環境問題[21-22]。本文連續5 a較系統地調查和分析不同季節二灘水庫浮游植物群落組成及水質狀況特征，應用冗余分析(RDA)探討二灘水庫浮游植物群落與環境因子間的關系和評價其水質狀況，以期為二灘水庫水資源開發、水環境保護及污染防治對策提供生物學依據。

1　材料與方法

1.1樣點布設

二灘水庫位于四川省攀枝花市境內的雅礱江下游河段二灘峽谷區域(河道型水庫)，距攀枝花市約46 km，系雅礱江梯級開發的第一期開發工程，最大水深188 m，干流庫區水面平均寬度約400 m，形成前河段為連續天然河道，平均流速為1.0～2.5 m/s，水深5.5～9.4 m，年平均水溫11.7～15℃，水位500～1 000 m；水庫形成后二灘大壩將研究河段一分為二，水庫上游仍維持天然河道的特征，最大水深增至180 m，流速大幅度減少，呈現湖庫特征；水庫下游除了水溫等指標發生變化外，仍保持天然河道的特征[17]。本研究中水利開發區選擇二灘水庫下游距離水電站周邊5 km的區域，該區域位于雅礱江下游金龍溝和中灘溝之間長約1 km的峽谷內，最大壩高240 m；對照區選擇水庫上游，距離水電站約50 km。

1.2采樣方法

2010—2014年連續5 a不同季節(春季2月、夏季5月、秋季8月、冬季11月)定期(月中)、定點(每個區15個采樣點)采集樣品(采集深度50 cm)，現場測定水溫、透明度，pH采用多參數水質監測儀(HI9828)，定性、定量采集樣品測定浮游植物多樣性及水質狀況。浮游植物(定性測量樣品)以國際標準的25號浮游生物網在水面表層呈“∞”字形緩慢來回拖取3～5 min撈取浮游植物樣品，濃縮生物網中的水到100 ml后1～2 ml魯哥試劑固定，帶回實驗室以備鏡檢，另取表層水樣1 L，搖勻后帶回實驗室用于測定水質狀況；浮游植物(定量測量樣品)使用有機玻璃采水器在表層采取水樣1 L，10～15 ml魯哥試劑固定，帶回實驗室后經24 h沉淀濃縮至30 ml，加入4%甲醛溶液保存以備鏡檢[7-8]。

1.3樣品測定

將定量樣品搖勻后，在顯微鏡(400 x)下進行，采用特定的浮游生物計數框(Palmer Counting Cell)計數，選取20～40個視野，每個樣本重復計數3次，有效統計數值。計算結果為藻類細胞密度，即單位體積內藻類細胞個體數表示，對于比較難判斷的藻類，則任選20個個體在高倍鏡下觀察，測出細胞數取均值，依據《中國淡水藻類志》鑒定藻類組成[23]。

選用Margalef豐富度指數(S)、Shannon-Wiener多樣性指數(H)、Simpson優勢度指數和Pielou均勻度指數(JP)分析浮游植物物種多樣性[1-2]：

S=(N-1)/lnN

(1)

H=-∑(PilnPi)

(2)

JP=H/lnS

(3)

式中：S——總物種數；N——樣品中生物總個體數量；Pi——第i種的個體數量(ni)在總個體數量(N)中的比例。Shannon-Wiener指數值為0～1時，水體為重污染；值為1～3時，水體為中污染，其中，值為1～2時，水體為α-中污染，值為2～3時，水體為β-中污染；其值>3時，水體為輕污染或無污染[1-2,7-8]。

1.4數據處理

采用Excel 2003和SPSS 17.0進行數據統計和方差分析檢驗，以平均值±標準誤差表示(Mean±SD)，所有原始數據進行對數轉換，變量的顯著性通過蒙特卡洛(Monte Carlo)檢驗(499次)，CANOCO 4.5對浮游植物多樣性與環境因子進行RDA(Redundancy Analysis)冗余分析[26]；采用Pearson相關分析法檢驗各環境因子的獨立性與浮游植物多樣性的相關性[27]，利用Origin 7.5作圖。

2　結果與分析

2.1水利開發對二灘水庫浮游植物群落結構的影響

由表1可知，在四川二灘水庫采樣水體中，水利開發區共檢出浮游植物7門251種，其中，綠藻門90種，所占比例為35.86%，硅藻門65種，所占比例為25.90%，藍藻門36種，所占比例為14.34%，隱藻門30種，所占比例為11.95%，甲藻門17種，所占比例為6.77%，金藻門8種，所占比例為3.19%，裸藻門5種，所占比例為1.99%；對照區共檢出浮游植物7門166種，其中，綠藻門68種，所占比例為40.96%，硅藻門51種，所占比例為30.72%，藍藻門20種，所占比例為12.05%，隱藻門11種，所占比例為6.63%，甲藻門6種，所占比例為3.61%，金藻門5種，所占比例為3.01%，裸藻門5種，所占比例為3.01%。水利開發區和對照區浮游植物種類在夏季和秋季達到較高，春季和冬季較低。

表1水利開發對二灘水庫浮游植物群落結構的影響種

區域季節綠藻門硅藻門藍藻門隱藻門甲藻門金藻門裸藻門合計春季24178652264水利開發區夏季211510752161秋季261911943173冬季19147831153春季18135422145對照區夏季15115321138秋季19156211246冬季16124211137

2.2水利開發對二灘水庫浮游植物多樣性的影響

浮游植物群落的多樣性指數具有生態學指示作用，為避免采用單一的多樣性指數來解釋浮游植物群落的多樣性出現偏差，本研究采用以浮游植物數量進行計算的Shannon-Wiener多樣性指數(H)、Pielou均勻度指數(JP)、Margalef種類豐富度指數(S)以及浮游植物密度(D)，從不同季節對二灘水庫春、夏、秋、冬季浮游植物多樣性進行分析。4種多樣性指數顯示(圖1)，二灘水庫水利開發區和對照區浮游植物Shannon-Wiener多樣性指數、Pielou均勻度指數、Margalef種類豐富度指數在夏季和秋季較高，春季和冬季較低，隨季節呈先增加后降低趨勢，而浮游密度在秋季達到最低。水利開發區浮游植物密度變化范圍為5×105～1.9×106cells/L，多樣性指數變化范圍為0.72～1.68，均勻度指數變化范圍為6.2～9.5，豐富度指數變化范圍為0.53～0.82；對照區浮游植物密度變化范圍為3×105～1.6×106cells/L，多樣性指數變化范圍為2.45～3.14，均勻度指數變化范圍為5.2～6.7，豐富度指數變化范圍為0.74～0.93。不同季節浮游植物密度和豐富度指數均表現為水利開發區顯著或者極顯著高于對照區，多樣性指數和均勻度指數均表現為對照區極顯著高于水利開發區(p<0.01)。

2.3水利開發對二灘水庫水質狀況的影響

注：**表示差異性在0.01水平顯著；*表示差異性0.05水平上顯著，下圖同。

圖1水利開發對浮游植物多樣性的影響

圖2水利開發對二灘水庫水質狀況的影響

2.4二灘水庫浮游植物群落指標與水體理化因子的關系

將各環境因子與二灘水庫浮游植物群落多樣性分別進行相關分析，以水利開發區和對照區的每個樣本的水質指標為自變量，浮游植物群落指標為因變量作相關分析。

表2二灘水庫浮游植物群落多樣性與水質指標的關系

影響因子水利開發區Margalef豐富度指數Shannon-Wiener多樣性指數Pielou均勻度指數對照區Margalef豐富度指數Shannon-Wiener多樣性指數Pielou均勻度指數水溫0.562**0.661**0.489*0.671**0.714**0.501**透明度-0.1400.0560.0980.2100.1070.051pH-0.103-0.256-0.173-0.230-0.114-0.205TN濃度0.703**0.569**0.662**0.485*0.512**0.301TP濃度0.351-0.271-0.3010.105-0.214-0.109NH+4-N濃度0.556**0.423*0.621**0.712**0.605**0.463*BOD5濃度-0.169-0.0140.078-0.321-0.1070.185CODcr濃度-0.125-0.231-0.089-0.235-0.421*-0.124高錳酸鉀指數-0.089-0.1230.231-0.301-0.256-0.157

注：**表示相關性在0.01水平上極顯著(雙尾)；*表示相關性在0.05水平上顯著(雙尾)，下表同。

2.5二灘水庫浮游植物多樣性與環境因子的RDA冗余分析

表3RDA排序結果

排序軸軸1軸2特征值0.6280.205變量累積百分比——物種數據62.80082.300物種—環境關系62.80082.300蒙卡羅檢驗499.000499.000p值0.0010.001F值5.6904.120物種—環境相關性1.0001.000變量解釋98.240—所有特征值之和1.000—所有典范特征值之和1.000—水溫0.856**0.713**透明度0.234-0.103pH-0.592*-0.231TN濃度0.763**0.551*TP濃度0.2560.378NH+4-N濃度0.658**0.613**BOD5濃度0.2210.357CODcr濃度0.104-0.059高錳酸鉀指數0.4130.310

3　討論與結論

本研究中，二灘水庫水利開發區共檢出浮游植物7門251種，對照區共檢出浮游植物7門166種，主要種類為綠藻門，可以初步推斷二灘水庫藻類植物的群落組成主要為綠藻類型；水利開發區和對照區浮游植物種類在夏季和秋季達到較高，春季和冬季較低，水利開發區浮游植物總數顯著高于對照區，但二者浮游植物種類保持不變，并且水利開發區和對照區浮游植物Shannon-Wiener多樣性指數、Pielou均勻度指數、Margalef種類豐富度指數隨季節呈先增加后降低趨勢，在春季和冬季溫度較低時，二灘水庫的浮游植物種類比較少，但仍然是綠藻門和硅藻門浮游植物占主導，與前人的研究結果相一致[4-5,28-29]。夏季和秋季，水溫較高，在加上水質中TN和TP濃度較高，導致浮游植物種類數豐富[7-8]。受水利開發等條件的影響，浮游植物密度在秋季達到最低，不同季節浮游植物密度和豐富度指數均表現為水利開發區顯著或者極顯著高于對照區，多樣性指數和均勻度指數均表現為對照區極顯著高于水利開發區(p<0.01)，由此表明，水利開發增加了二灘水庫浮游植物總數和密度，而降低了浮游植物的多樣性指數和均勻度指數，對浮游植物多樣性的季節分布影響并不大。

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Effect of Development of Water Conservancy on Seasonal Community Structure of Phytoplankton and Water Quality of Ertan Reservoir, Sichuan Province

DENG Jinyan

(DepartmentofArchitecturalEngineering,NeijiangVocational&TechnicalCollege,Neijiang,Sichuan641100,China)

water conservancy development; Ertan reservoir; phytoplankton; water quality; seasonal change

2015-06-24

2015-07-22

四川省科技廳應用基礎研究規劃項目(2010JY0089)

鄧金燕(1983—),女,四川內江人,本科,講師,主要從事水利工程、水利資源開發研究與教學工作。E-mail:dengjinyan_008@163.com

-N，高錳酸鉀指數，BOD5和CODcr濃度均表現為水利開發區高于對照區，局部有所波動，在冬季二者的差異不明顯，說明了水利開發對二灘水庫冬季水質的影響較小；(4) 相關性分析表明二灘水庫浮游植物群落多樣性與水溫和TN濃度呈顯著或極顯著正相關，與pH呈顯著負相關，說明pH、水溫和TN含量是影響二灘水庫浮游植物多樣性的主要因素。

Q178; X524

A

1005-3409(2016)01-0349-07