山仔水庫浮游植物時空分布特征及富營養化分析

林晶+馮美霞+翁笑艷+潘文

摘要：于2012年6月至2015年5月期間，對山仔水庫5個點位浮游植物和水質特征進行了研究，共鑒定了浮游植物6個門63屬108種。結果表明：山仔水庫在種群數量組成上是藍藻-硅藻類型。浮游植物周年變化規律表現為：冬、春季以硅藻為主，夏、秋季以藍藻為主，藻類爆發的季節藍藻通常為優勢種。浮游植物空間分布規律，總體上呈現從上游至下游、從進口到出口依次遞減的情況。根據浮游植物細胞密度指示法評價水體營養狀況，表明山仔庫區常年存在富營養化風險。庫區各點位間綜合營養狀態指數等級比較，總體趨勢為：皇帝洞>七里>日溪>庫心>壩前，監測期間庫區大多處于中營養-輕度富營養狀態。

關鍵詞：山仔水庫；浮游植物特征；富營養化

中圖分類號：X524

文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2017）6-0018-05

1 引言

在自然水體中，浮游植物的種類組成和數量變化與環境因子密切相關，一旦富營養水體中條件成熟，藻類就能在短期內大量繁殖，引發水華。眾多研究表明，擁有不同物理環境和營養狀況的湖泊或水庫，其浮游植物的群落結構時空變化相差很大[1～3]。本次研究對象山仔水庫位于福建省敖江中上游河段，庫容為1.67×108m3，1997年被確定為福州第二飲用水源地，并于2003年開始正式供水。近年來，由于人為活動對庫區生態系統的破壞，使得該水庫水體富營養化污染特征明顯，夏秋季時有藍藻水華發生，給城市供水質量造成安全隱患。本研究對2012年6月至2015年5月庫區浮游植物群落動態及部分理化指標進行了調查，旨在充實水庫藻類研究本底資料，掌握山仔庫區水體富營養化變化情況，以期為水華預警和防治提供科學的參考。

2 研究方法

2.1 采樣點位和頻次

在山仔水庫布設5個采樣點位，分別為壩前（出口）、庫心、七里（進口）、日溪（支流進口）、皇帝洞（圖1）。2012年6月至2015年5月期間，每月采集1次。

2.2 樣品采集和處理

樣品采集方法依照《湖泊生態調查觀測與分析》[4]進行。

水質監測項目主要有pH值、水溫（WT）、溶解氧（DO）、葉綠素a（Chl a）、透明度（SD）、總氮（TN）、氨氮（NH4-N）、硝酸鹽氮（NO3-N）、總磷（TP）、可溶性正磷酸鹽（PO3-4-P）、高錳酸鹽指數（CODMn），分析方法依據《水和廢水監測分析方法（第四版）》[5]。

浮游植物定量采集0.5m水深的表層水，取1L水樣置于塑料瓶中，現場用魯哥氏液固定，樣品帶回實驗室后靜置沉降48 h，沉淀濃縮后用浮游植物計數框計數。

3 統計分析方法

綜合營養狀態指數法：本研究采用國家環境保護總局推薦方法，以chl的狀態指數TLI（chla）為基準，選取TN、TP、SD、CODMn等4個參數的狀態指數，同TLI（chla）一起進行相關加權綜合。

相關加權綜合營養狀態指數的公式為：

TLI（∑）=∑mj=1Wj×TLI（j）（1）

式（1）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）代表第j種參數的營養狀態指數。以Chla作為基準參數，則第j種參數的歸一化的相關權重計算公式為：Wj=r21j∑mj=1r21j，式中，r21j為第j個參數與chla的相關系數，m為選出的主要參數數目。

綜合營養狀態指數計算式：

TLI（chla）=10（2.5+ 1.0861nchl）（2）

TLI（TP）=10（9.436+1.6241nTP）（3）

TLI（TN）=10（5.453+1.6941nTN）（4）

TLI（SD）=10（5.118-1.941nSD）（5）

TLI（CODMn）=10（0.109+2.661lnCOD）（6）

結果參照湖泊營養狀態分級指標：TLI（∑）<30貧營養；30≤TLI（∑）≤50中營養；TLI（∑）>50富營養；5070重度富營養；在同一營養狀態下，指數值越高，其營養程度越重。

本實驗所有數據均采用Excel 2003和SPSS 17.0進行錄入，圖表處理和結果統計分析。

4 結果與分析

4.1 浮游植物種群特征

研究期間，山仔庫區各采樣點共鑒定出浮游植物6個門63屬108種，門類涵蓋藍藻門、硅藻門、裸藻門、隱藻門、綠藻門和甲藻門，各門類在一年四季均有出現。從種類上看（圖2），綠藻門遠高于其他門類，共鑒定出60種；其次為藍藻門和硅藻門，分別鑒定出18種和17種，甲藻門、裸藻門和隱藻門種數較少。各年份種類組成略有不同，但總體上看，年際間多樣性變化不大，優勢種以藍藻門的銅綠微囊藻、魚腥藻出現時間最長。

從浮游植物種群數量組成上看，藍藻門和硅藻門占絕對優勢，交替出現，以藍藻數量占優勢時間最長。由圖3可知，硅藻門細胞密度占優勢的時間較短，僅出現在2013年1月、2月，2014年1月、2月，2014年10月至2015年4月期間，優勢種多為顆粒直鏈藻和顆粒直鏈藻最窄螺旋變種，然而以上冬春時節浮游植物總數量少（小于1.0×107個/L），一般不發生水華。綠藻門數量比重始終較低，僅在2013年10月超過藍藻，占藻類數量總組成47%，優勢種為鼓藻，但此時浮游植物總數僅為7.58×105個/L。其余時間，特別是在水華高發的夏秋季，藍藻在數量組成上占壓倒性優勢。綜合看來，山仔水庫雖然綠藻門出現的種類數最多，但其在數量上不占優勢，因此可以判斷山仔水庫在浮游植物組成方面是藍藻-硅藻類型。

從浮游植物細胞密度上看，每年夏季為數量高峰期，冬季數量驟減。根據浮游植物指示法評價水體營養狀況，浮游植物細胞密度≤5×105個/L，水體處于極貧營養狀態，浮游植物細胞密度≤1.0×106cell/L，水體處于貧營養狀態。浮游植物細胞密度1.0×106～9.0×106個/L，水體處于貧中營養狀態。浮游植物細胞密度1.0×107～4.0×107個/L，水體處于中營養狀態；浮游植物細胞密度4.1×107～8.0×107個/L，水體處于中富營養狀態。浮游植物細胞密度8.1×107～9.9×107個/L，水體處于富營養狀態。浮游植物細胞密度>1.0×108個/L，水體處于極富營養狀態[6]。參照標準，綜合各點位浮游植物數量平均值情況如表1所示，2012年下半年山仔庫區處于貧營養-極富營養之間，2013年、2014年山仔水庫處于極貧營養-中營養之間，2015年1-5月處于貧營養-貧中營養之間。但是從各個點位具體來看，水質營養水平常有超過庫區均值水平的情況，如2013年5個點位在5～8月間分別出現過達到中富營養水平的高值；2014年庫心、七里、皇帝洞也分別在3月、6月、7月超過庫區平均水平，達到中富營養狀態。所以綜合考量，認為山仔水庫2013年、2014年處于極貧營養-中富營養之間，庫區常年存在富營養化風險，每年夏天更需要尤為關注。

4.2 浮游植物時間變化特征

從浮游植物周年變化規律來看，冬、春季以硅藻為主，其余季節尤其是藻類爆發的季節以藍藻為主，偶以綠藻門占優勢。從圖4可知，這幾年藻類爆發高峰期一般集中在5～8月，9月過后伴隨光照、溫度的降低，藻類數量逐漸減少，11月至次年2月多數藻類進入休眠狀態，3月后漸次復蘇。綜合各點位浮游植物數量平均值情況，庫區水華優勢種均為藍藻，研究期間藍藻細胞密度在1.0×107個/L級別上爆發過9次，優勢種以銅綠微囊藻居多，出現過6次（2012年8月，2013年7月、8月和2014年5月、6月、7月）；魚腥藻作為優勢種出現過2次（2013年5月和2014年3月）；依沙束絲藻作為優勢種出現過1次（2012年7月）。監測期間，浮游植物細胞密度極大值出現在2012年8月，達到1.2×108個/L，銅綠微囊藻為優勢種，細胞密度達到1.1×108個/L。

4.3 浮游植物空間變化特征

從浮游植物空間分布格局來看（圖5），總體上呈現從上游至下游、從進口到出口依次遞減的情況。大多時候，藻類數量為皇帝洞>七里>日溪≈庫心>壩前。2012年情況與此后年份有所不同，2012年8月七里進口處藻類爆發，細胞密度高達3.8×108個/L ，為各點位歷年最高，日溪點位藻類數量明顯高于皇帝洞、庫心、壩前區域。5個點位中，藻類數量最低值出現在2013年1月壩前，僅為1.0×104個/L。2013年至今，庫心和日溪藻類數量平均值差別不大，皇帝洞為最容易發生水華區域，壩前出口區域藻類密度相對較小。

4.4 藍藻水華與水庫富營養化相關性

綜合營養狀態指數結果顯示（圖6），2012年下半年，庫區各樣點的TLI值介于41～62之間，水體處于中營養-中度富營養狀態，最小值出現在11月壩前，最大值出現在6月皇帝洞；2013年，庫區各樣點的TLI值介于39～60之間，水體處于中營養-輕度富營養狀態，最小值出現在1月壩前、日溪，最大值出現在5月皇帝洞；2014年庫區各樣點的TLI值介于31～60之間，水體處于中營養-輕度富營養狀態，最小值出現在11月日溪，最大值出現在5月皇帝洞；2015年1～5月，庫區各樣點的TLI值介于32～54之間，水體處于中營養-輕度富營養狀態，最小值出現在3月壩前，最大值出現在5月七里、皇帝洞。

庫區各點位間綜合營養狀態指數等級比較，總體趨勢為：皇帝洞>七里>日溪>庫心>壩前。年際間變化趨勢相近，TLI值一年中冬春季較低，4～8月間升幅明顯，夏秋季多數處于輕度富營養狀態，10月過后TLI值開始回落。監測期間，TLI值超過60達到中度富營養狀態的情況，僅在2012年6月皇帝洞出現過一次，其余時間庫區各點位均處于中營養-輕度富營養狀態。

TLI（∑）綜合營養狀態指數是基于葉綠素a的多因子評價指數，能較為客觀、全面地體現水體水質。對比前文浮游植物細胞密度評價法，雖然兩種方法結果有些差異，但兩者在大方向上基本可以達成共識，即山仔水庫每年3～9月藻類生長高峰期，不同點位都存在富營養化風險，容易引發藻類水華爆發，必須加大關注和治理力度。

結合水庫藍藻水華爆發情況，對藍藻細胞密度與TLI值進行相關性分析。鑒于藻類細胞密度數量級別太大，與其他變量的對應關系中往往會造成相關分析結果失真，為了更準確地發現數據間的關聯性，以便統計推斷，以下對藻類細胞密度數值采取對數處理，SPSS處理系統剔除少量數值為0的樣本。結果如表2所示，ln藍藻與TLI值在0.01 水平（雙側）上顯著相關。被指存在明顯的富營養化污染特征的銅綠微囊藻和魚腥藻，在山仔庫區經常作為藍藻門優勢種出現，相關性分析表明，兩者也均與水庫富營養狀態顯著相關。

5 結論

（1）2012年6月至2015年5月期間，山仔水庫鑒定出浮游植物6個門63屬108種。從種數上看，綠藻門種數最多；藍藻門、硅藻門次之；甲藻門、裸藻門和隱藻門種數最少。從浮游植物種群數量組成上看，山仔水庫是藍藻-硅藻類型。

（2）根據浮游植物細胞密度指示法評價水體營養狀況，山仔庫區2012年6～12月處于貧營養-極富營養之間，2013年、2014年處于極貧營養-中富營養之間，2015年1-5月處于貧營養-貧中營養之間。

（3）從浮游植物周年變化規律來看，冬、春季以硅藻為主，夏、秋季以藍藻為主。尤其是藻類爆發的季節，藍藻通常為優勢種，偶以綠藻門占優勢。

（4）從浮游植物空間分布格局來看，總體上呈現從上游至下游、從進口到出口依次遞減的情況。藻類數量基本為皇帝洞>七里>日溪≈庫心>壩前。

（5）庫區各點位間綜合營養狀態指數等級比較，總體趨勢為：皇帝洞>七里>日溪>庫心>壩前。冬春季較低，夏秋季較高。監測期間，庫區絕大部分處于中營養-輕度富營養狀態，夏秋高峰期基本處于輕度富營養狀態。相關性分析表明，藍藻及優勢種銅綠微囊藻、魚腥藻，均與水庫富營養狀態顯著相關，表明山仔水庫存在藍藻水華風險。

參考文獻：

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