水庫浮游植物群落結構與富營養化評價

夏春龍

(遼寧省撫順水文局，遼寧 撫順 113005)

浮游植物分布廣泛、種類繁多，是水生態系統的重要組成部分，能夠反映水體的富營養化程度，對保持生物圈的穩定性和維持生態系統的結構具有重要作用。同時，浮游植物能夠指示水體污染狀況，并對水體凈化有著積極的作用。近年來，水生態監測與評價備受關注，特別是湖泊水庫中，將浮游植物群落結構、種類等與水質化學指標結合，得出水質評價結果將更客觀、更科學，也得到了廣泛的應用。

大伙房水庫位于遼寧省撫順市，是一座以灌溉、城市生活用水、工業供水、防洪為主結合發電、養魚等綜合利用的大型水利樞紐工程，是撫順、沈陽等7城市的飲用水源地。由于近年來需水量不斷增加，水庫上游補給水量減少，不斷通過輸水工程補水[1]，上游生活、生產廢污水隨地表徑流直接進入到水庫中，導致水庫生態環境發生變化，生態系統比較脆弱，水源保護形勢嚴峻[2]。本文對2017年5月、7月2次大伙房水庫浮游植物生態調查的數據進行分析，了解了大伙房水庫浮游植物群落組成、密度范圍、優勢種和空間分布等情況，揭示大伙房水庫富營養化程度，為水庫的富營養化治理與調控、飲用水源風險分析提供必要的技術支持。

1 材料與方法

1.1 采樣點布設及采樣時間

根據大伙房水庫的大小、形狀、水文等特征，選取了9個采樣點，分別為壩前(a)、小青島(b)、二仙姑(c)、李家(d)、摩斯溝(e)、養殖場(f)、社河入庫口(g)、蘇子河入庫口(h)、渾河入庫口(i)，如圖1所示。本次研究采樣時間為2017年5月(春季)、7月(夏季)。

圖1 大伙房水庫藻類采樣點

1.2 采樣方法及鏡檢

按照SL 733—2016《內陸水域浮游植物監測技術規程》[3]進行采樣，每個點采集定性和定量樣品。定性樣品采樣方法：采用25號浮游生物網在表層按“∞”撈取，采集后加入1mL魯哥試劑固定，在實驗室顯微鏡下分類鑒定。定量樣品采樣方法：采用有機玻璃采樣器在水面下0.5m處采集，采集后1L水樣加入15mL魯哥試劑固定，實驗室靜止沉淀24h后，濃縮水樣至30mL，并搖勻后鏡檢計數。生物學指標評價[4]Margalef多樣性指數(M)計算公式為：

M=(S-1)/lnN

(1)

式中，S—浮游植物種屬數；N—總個數。

Shannon-Wiener多樣性指數(H)計算公式為：

(2)

式中，S—浮游植物種屬數；Pi—第i種藻類的比例。

1.3 富營養化評價

營養狀態評價按照SL 395—2007《地表水資源質量評價技術規程》進行。水庫營養狀態評價采用指數法進行評價，賦分時采用線性插值法將監測項目濃度值進行賦分。評價項目包括總磷、總氮、葉綠素α、高錳酸鹽指數和透明度。按營養狀態指數(EI)確定水庫營養狀態分級：0≤EI≤20，貧營養；20

(3)

式中，EI—營養狀態指數；EIn—評價項目賦分值；n—評價項目個數。

2 結果討論

2.1 浮游植物群落組成

大伙房水庫2次調查共采集鑒定到浮游植物8門48種(屬)。春季，浮游植物群落共檢出8門39種(屬)，以硅藻和綠藻為主，其中硅藻門最多，為14種(屬)，占藻類總種數的35.9%；綠藻門12種(屬)，占藻類總種數的30.8%；藍藻門6種(屬)，占藻類總種數的15.4%；裸藻和金藻門各有2種，各占藻類總種數的5.1%；隱藻、甲藻和黃藻門各有1種，各占藻類總種數的2.6%，如圖2(a)所示。夏季，浮游植物群落共檢出8門41種(屬)，以綠藻和硅藻為主，其中綠藻門最多，為17種(屬)，占藻類總種數的31.7%；硅藻門15種(屬)，占藻類總種數的29.3%；藍藻門8種(屬)，占藻類總種數的19.5%；金藻門4種(屬)，占藻類總種數的9.8%；隱藻、裸藻、甲藻和黃藻門各有1種，各占藻類總種數的2.4%，如圖2(b)所示。春季大伙房水庫的優勢種為硅藻門的針桿藻，出現概率為100%，該藻類在北方氣候條件下較為常見[5]，第二優勢種為綠藻門的衣藻，出現概率88.9%。夏季大伙房水庫的優勢種為硅藻門的針桿藻，出現概率為88.9%，第二優勢種為綠藻門的衣藻，出現概率66.6%，個別站點出現優勢種群小環藻。一般情況下，中營養型水庫以硅藻、隱藻、甲藻類浮游植物占優勢，富營養型水庫則常以綠藻、藍藻類浮游植物占優勢[6]。由此判斷，硅藻、綠藻和藍藻成為優勢種，說明大伙房水庫水體已經處于中-富營養狀態。

圖2 春季(a)和夏季(b)浮游植物群落組成

2.2 浮游植物密度

大伙房水庫浮游植物密度春季和夏季差異較大，特別是庫區內。不同采樣點春季、夏季浮游植物密度如圖3所示。春季浮游植物密度在94.47×104～335.06×104個/L范圍內，平均密度是211.17×104個/L，不同點位密度差異明顯，a、f點位密度較大，c、d點位密度較小。夏季浮游植物密度范圍在242.84×104～882.05×104個/L范圍內，平均密度是494.36×104個/L，不同點位密度變化較大，a、f點位密度較大，g、h、i點位密度較小。庫中心各點(a-f)春、夏季藻密度差別較大，入庫口三個點(g-i)春、夏季藻密度差別較小。

圖3 大伙房水庫不同采樣點藻類密度

浮游植物密度能夠反映水體的營養類型。按照水庫營養狀態分級標準[7- 9]，見表1，春季大伙房水庫各采樣點均處于中營養狀態，平均處于中營養狀態；夏季b、c、g、h、i 5個采樣點處于中營養狀態，其余4點處于中至富營養狀態，平均處于中營養狀態，但接近中至富營養的臨界值。

2.3 浮游植物多樣性指數與分布特征

大伙房水庫春季、夏季不同采樣點位浮游植物多樣性指數如圖4所示。圖4中y=2為Shannon-Wiener多樣性指數中營養和中至富營養臨界值；y=4為Margale多樣性指數中營養和中至富營養臨界值。

圖4 大伙房水庫浮游植物多樣性指數

春季浮游植物Margalef多樣性指數為3.93～4.40，平均4.19，a點最高，f點最低。春季浮游植物Shannon-Wiener多樣性指數為1.45～2.08，平均1.78，a、i兩點較高，分別為2.07和2.08，f點最低。兩種多樣性指數在空間分布趨勢較一致。夏季浮游植物Margalef多樣性指數為3.84～4.43，平均4.02，i點最高，b、d點指數相同，最低。夏季浮游植物Shannon-Wiener多樣性指數為1.29～2.12，平均1.76，g、i兩點較高，分別為2.11和2.12，c點最低。夏季兩種多樣性指數在空間分布趨勢有差異。由此看來，大伙房水庫春季和夏季浮游植物種類差別較小，各采樣點生物多樣性指數變化不大，群落以硅藻、綠藻為主，優勢種群為針桿藻和衣藻。

多樣性指數也能反映水庫的營養狀態。根據水庫營養狀態分級標準表1和圖4，從Margalef多樣性指數來看，春季只有f點為中至富營養，其余均為中營養，夏季除a、h、i點為中營養，其余均為中至富營養；從Shannon-Wiener多樣性指數看，春季a、i點為中營養，其余均為中至富營養，夏季g、i點為中營養，其余均為中至富營養。總的來看，大伙房水庫從春季到夏季，營養狀態趨勢從中營養過渡到中至富營養狀態。

2.4 富營養化因子評價

水庫的富營養化評價能夠表征水中浮游植物的增長狀況，能夠反映水體的營養狀態。富營養化程度主要以富營養化因子(葉綠素、總磷、總氮、高錳酸鹽指數和透明度)為主要評價指標。葉綠素為必評指標，從水庫營養狀態分級標準表1可見，春季g點為貧營養，其余各點均為中營養，夏季f點為中至富營養，其余各點均為中營養。總體來看，以葉綠素指標評價，大伙房水庫整體處于中營養狀態。

大伙房水庫各點位5月和7月的富營養化評價見表2。春季大伙房水庫各采樣點營養狀態指數為46.41～54.43，平均49.57，最大點為f。夏季各采樣點營養狀態指數為45.63～56.85，平均50.68，最大點也是f。f點為養殖場區域，受養殖等人類活動影響較大，營養狀態偏高。從富營養化因子角度看，大伙房水庫春季偏中營養狀態，夏季偏輕度富營養狀態。結合以上浮游植物定性定量及多樣性指數分析結果看，大伙房水庫處于中營養到輕度富營養的臨界狀態，且夏季營養狀態等級更高。

表2 大伙房水庫各點位富營養化程度評價

3 結語

深入研究大伙房水庫的浮游植物組成、結構、分布及季節變化規律，能科學的了解水生態現狀，對水庫的富營養化防治調控對策研究，水生態系統生生物多樣性的保護具有重要意義和應用價值。

(1)兩次調查共發現浮游植物8門48種(屬)，夏季浮游植物種類略多于春季，但種類差別較小，生物多樣性指數變化不大，均以硅藻、綠藻和藍藻為主，優勢種為針桿藻和衣藻。夏季浮游植物平均密度明顯高于春季。

(2)綜合浮游植物種類、密度、多樣性指數等指標評價，并結合富營養化因子評價，大伙房水庫水體處于中營養到富營養的臨界狀態，夏季營養狀態等級更高。因此，急需加強對大伙房水庫的水質改善和水生態治理，并采取有效治理措施，遏制其富營養化程度的發展，維護水生態的穩定性。