遼寧撫順平山水庫退役后河流浮游藻類季節動態及水質評價

王艷 董錫瑞 劉欣 蓋蕊萱 艾乾鳳

摘要 為了揭示遼寧省撫順市平山水庫退役后河道水體中藻類群落特征和水質狀況，分別于2018年3、5、7和10月調查分析了該河流浮游藻類的種類構成、優勢度和生物多樣性指數，并測定了水體的一些理化指標。結果共記錄到浮游植物藻類7門79種（屬），其中以硅藻門種類最多（34%），其次是藍藻門（32%），再次是綠藻門（18%）。3月河流中藻類有60種，是各季節中出現種類最多的。不同季節藻類豐度為1.6×104～2.2×106個/L。不同季節河流中的優勢種存在明顯變化，3月最占優勢的是硅藻門的羽紋藻（0.108），5月最占優勢的是多甲藻（0.194），7月最占優勢的是微囊藻（0.334），10月則以裸藻屬最占優勢（0.220）。全年浮游藻類豐富度指數（D）在0962～1.364，Shannon-Wiener多樣性指數（H′）在2.063～2.971。按生物多樣性指標評價，河流水體處于中-重污染水平。按照理化指標測定結果，夏秋季水質為劣V類，早春則為IV類水。污染超標的主要是總氮（TN），這與水庫退役后裸露庫底的農耕施肥密切相關。

關鍵詞 撫順平山水庫;退役;浮游藻類;水質評價

中圖分類號 S917.3文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2019）13-0058-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.13.019

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Seasonal Dynamics of Phytoplankton and Water Quality Evaluation of the River after Pingshan Reservoir Decommissioning in Fushun， Liaoning Province

Abstract The phytoplankton community， physical and chemical indicators were assessed in March， May， July and October， 2018 in order to investigate the seasonal dynamics of phytoplankton community and aquatic environment of the water after the Pingshan Reservoir decommissioning in Fushun， Liaoning Province. The result showed that total 79 species belonging 7 phyla were identified to be mainly composed of the Bacillariophyta， Cyanophyta and Chlorophyta in the proportion of 34%， 32% and 18%， respectively. The highest species number （60 species） occurred in March among 4 time samples. The abundances of algea were between 1.6×104-2.2×106 ind./L. The most dominant species changed obviously among different seasons and they were Pinnularia sp. in March （0.108）， Peridinium sp. in May （0.194）， Microcystis ichthyoblable （0.334） in July and Euglena sp. （0.220） in October. The Margalef indexes were between 0.962-1.364， the ShannonWiener indexes were between 2.063-2.971. The water was middle to heavily polluted evaluated by the biological indexes. The water quality level belonged to bad V in summer and autumn and IV in early spring. The total nitrogen was the main excessive factor and it was caused by farming on the naked reservoir bottom after the decommissioning of Pingshan Reservoir.

Key words Pingshan Reservoir， Fushun;Decommissioning;Phytoplankton;Water quality assessment

水庫在攔洪蓄水、調節徑流、供水發電、灌溉養魚等方面發揮了重要的作用，但對于水分循環與河流生態系統的健康存在一定的不良影響，因為水庫大壩改變了水流運動方式，影響了河流的自然形態和原有的水文條件，水體的溶解氧和營養物質含量等都會發生明顯的變化，對于水體的生物種類、生物多樣性等發生重要影響，岸邊的植被也會由于工程建設及水體形態和用途的改變而發生很大變化。為了恢復河流生態系統的結構和功能，國內外都在一定程度上開展了水庫拆壩的實踐工作，并對拆壩前后的河流變化開展了監測及研究工作，其中浮游藻類監測是一項重要工作。藻類是水體中的初級生產者，參與水環境中的物理、化學、生物過程，對環境反應敏感，其種類組成以及數量、生物多樣性等能很好地反映水環境質量好壞及其變化，是評價水域環境的重要指標[1]，因此，常被作為水體環境及生態系統健康的有效生物監測指標。

遼寧省開展了一些小型水庫退役的工作，撫順平山水庫（41°46′3″N，124°01′43″E）就是一個于2016年退役的小Ⅱ型水庫，該水庫位于撫順東洲區碾盤鄉丁家村，處于渾河的一級支流東洲河上。筆者于2018年在水庫的原庫底位置河段進行了4次采樣，分別是3月（早春）、5月（春季）、7月（夏季）和10月（秋季），研究其浮游藻類的種類、數量，并通過生物多樣性指數評價水環境質量，以期為退役水庫的相關研究奠定一定的基礎。

1 研究方法

1.1 水樣采集與處理

水庫大壩拆開泄水后，在裸露的庫底形成了一條水深不足1 m的小河，因此調查主要采取定量樣品的采集方法，用采水器采集水下10 cm深水樣1 L，加入魯哥氏液15 mL，將水樣帶回實驗室后，沉淀24～48 h，濃縮至50 mL，貯存于棕色瓶中。

1.2 藻類鑒定與數量統計

將濃縮水樣搖勻，用移液槍吸取0.1 mL水樣于浮游藻類計數框中，蓋上蓋玻片后在10×40倍顯微鏡下鑒定[2-4]并計數。浮游藻類計數需觀察至少2片計數框，每片計數框觀察50個視野，取其平均值為最終結果，若2片計數結果相差15%以上，則進行第3片計數，取其中個數相近2片的平均值[5]。

藻類計數后根據下面公式計算出1 L水中每種浮游藻類的豐度：

式中，Cs為計數框面積（mm2）;Fs為每個視野的面積（mm2）;Fn為計數過的視野數;V為1 L水樣經沉淀濃縮后的體積（mL）;U為計數框的體積（mL）;Pn為計數出的浮游植物個數（個/L）。

1.3 水體理化因子測定

根據《中華人民共和國-地表水環境質量標準》（GB 3838—2002）中規定的基本項目，該研究測定的水質指標有pH、電導率（EC）、溶解氧（DO）、化學需氧量（COD）、總懸浮固體（TSS）、總氮（TN）、總磷（TP）、氨氮（NH3-N）。其中pH、EC、DO 和TSS使用便攜式多參數測量儀（奧立龍 /ORION-520M-01A）測量。COD（重鉻酸鉀法）、TN（過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法）、TP（鉬銻抗分光光度法）和NH3-N（納氏試劑比色法）等指標使用國標方法測定。

1.4 藻類優勢度及多樣性指數

1.4.1 Simpson優勢度指數（Y）。

Simpson優勢度指數用于測定、篩選群落中比較占優勢的物種，用下面的公式計算：

Y=niN×fi

式中，ni表示樣品中第i種物種的個體數;N表示樣品中所有種類的總個體數;fi為第i種出現的頻率，當Y≥0.02時為優勢種[6]。

1.4.2 Shannon-Wiener 多樣性指數（H′）。

若Shannon-Wiener指數的數值大，則表示群落結構復雜，反饋調節功能較強，群落較穩定;數值小則相反，計算公式為：

H=-si=1（NiNlnNiN）

式中，Ni表示第i種的藻類個體數;N表示藻類個體總數。其評價水質狀況的標準：0～1為重污染，>1～3為中污染，>3為輕污染或無污染[7]。

1.4.3 Margalef多樣性指數（D）。

一般情況下，健康的水環境中，藻類種類較高;污染的水環境中，藻種類較少。Margalef指數主要反映群落物種的豐富度，計算公式為：

式中，S表示藻類各類種類數;N表示藻類總個體數。具體評價水質的標準：<3為重污染，3～4為中污染，>4～5為輕污染，>5為無污染[7]。

數據統一用Excel2007進行統計處理。

2 結果與分析

2.1 浮游藻類物種數及構成

4次采樣共統計到藻類79種，其中硅藻門27種，占總種類數的34%;藍藻門25種，占總種類數的32%;綠藻門14種，占總種類數的18%;裸藻門和甲藻門各6種，各約占總種數的7%;隱藻門和金藻門各1種。各門在不同采用時間的種類數及各門分布如表1所示。由表1可知，3月河流中藻類的種類數最多（60種），其他時間水樣中的藻類種類數接近。

2.2 藻類豐度分析

水體中豐度較高的藻類在不同季節有一定的變化，3月各種藻的細胞豐度是1.6×104～3.9×105個/L，其中豐度較高的有藍藻門的隱桿藻（Aphanothece sp.，3.9×105個/L）、水華微囊藻（Microcystis flosaquae，3.1×105個/L），綠藻門的鼓藻（Cosmarium sp.，2.4×105個/L），硅

藻門中舟形藻（Navicula sp.，4.4×105個/L）、羽紋藻（Pinnularia sp.，2.2×105個/L）、針桿藻（Synedra sp.，2.0×105個/L）、線形雙菱藻（Surirella linearis，1.3×105個/L），甲藻門中的多甲藻（Peridinium sp.，3.5×105個/L）;5月各種藻類細胞豐度為1.6×104～6.0×105個/L，其中豐度較高的有藍藻門中的隱桿藻（Aphanothece sp.，1.2×105個/L）、束絲藻（Aphanizomenon sp.，7.8×104個/L），綠藻門中小球藻（Chlorella sp.，9.4×104個/L），硅藻門羽紋藻（4.2×105個/L）、針桿藻（1.6×105個/L）、根管藻（Rhizosolenia sp.，1.4×105個/L），裸藻門中的裸藻（Euglena sp.，2.0×105個/L），甲藻門的多甲藻（6.0×105個/L）;7月各種藻類細胞豐度為16×104～6.9×105個/L，其中豐度較高的藻類有藍藻門中的微囊藻（Microcystis? ichthyoblable，2.2×106個/L）、隱球藻（Aphanocapsa sp.，1.1×105個/L），硅藻門的菱形藻（Nitzschia sp.，1.6×105個/L）、舟形藻（Navicula sp.，1.4×105個/L），隱藻門中的隱藻（Cryptomonas sp.，1.3×105個/L），甲藻門中的多甲藻（6.9×105個/L）;10月水體中各種藻類細胞豐度為1.6×104～1.2×106個/L，其中豐度較高的藻類有藍藻門中的黏球藻（Gloeocapsa sp.，3.6×105個/L）、綠色微囊藻（Microcystis viridis，2.4×105個/L）、水華微囊藻（Microcystis flosaquae，1.6×105個/L），硅藻門的直鏈藻（Melosira sp.，1.9×105）、舟形藻（1.7×105個/L）、肋縫藻（Frustulia? sp.，1.6×105個/L）、針桿藻（1.2×105個/L），裸藻門的裸藻（1.2×106個/L），甲藻門的多甲藻（5.6×105個/L）。

2.3 不同季節的優勢種

通過Simpson優勢度指數分析，3月河流中優勢度較高的有硅藻門的羽紋藻（Simpson優勢度指數為0.108）、針桿藻（0.092）、透明雙肋藻（Amphipleura sp.，0.046）和甲藻門的多甲藻（0.052）;5月優勢度較高的種為甲藻門的多甲藻（0.194），藍藻門的隱桿藻（0.097），硅藻門的針桿藻（0.095）、脆桿藻（0.082）和直鏈藻（0.063）;7月優勢度較高的種為藍藻門的微囊藻（0.334），硅藻門的舟形藻（0.247）、菱形藻（0.163）、針桿藻（0.096），甲藻門的多甲藻（0.063）;10月優勢度較高的種為裸藻門的裸藻（0.220），藍藻門的黏球藻（0.150），硅藻門的直鏈藻（0.080）。由以上結果可見，河流中的優勢藻類隨著季節變化而有明顯更替。從優勢度分析，平山水庫退役后東洲河庫底段浮游藻類群落結構在早春（3月）呈現硅藻型，春末（5月）為甲藻-藍藻-硅藻型，夏季（7月）呈藍藻-硅藻-甲藻型，秋季（10月）則為裸藻-藍藻-硅藻型。

溫度及營養物質等多種因素可以影響水體中浮游植物群落結構的季節變化[8]。該研究發現藍藻門的微囊藻屬藻類在夏季（7月）是較重要的優勢種，這一方面與藍藻能夠適應高溫水體有關，另外與庫底農田的化肥施用有關。藍藻尤其是微囊藻屬是耐污性比較強的藻類，其藻細胞密度越高，水體富營養化程度越嚴重[9-10]。多甲藻在3月和5月為優勢種，它也是污染指示藻類，可產生多種毒素，導致魚類死亡。

硅藻適應低溫能力強，易在春季形成優勢[2]，這在該研究中有很好體現。該研究結果還表明，各季節中硅藻不論是在種類還是優勢度方面都是比較重要的類群。鄧建明等[11]研究發現洪湖浮游植物以硅藻為主，楊宋琪等[12]對黑河張掖段浮游植物群落結構的研究結果也與該研究結論相似。

2.4 藻類多樣性指數分析

多樣性指數結果如表2所示。按照Margalef 多樣性指數結果判斷，各時期的水體均呈重污染狀態;按照Shannon-Wiener多樣性指數，各季節則均處于中污染狀態。因此，東洲河該段水體基本呈中-重污染狀態。

2.5 水環境理化因子結果分析

根據我國地表水環境質量標準（GB3838—2002）和該研究測定的理化指標結果（表3），該水體的水質在夏季和秋季為劣V類，早春為IV類，導致水質差的主要因素是TN指標偏高，而這主要是由于水庫退役后，露出的庫底不淹水的部分變成了農田，而農田施用的氮肥隨地表徑流進入河流導致水體污染。早春時（3月）農田尚未開始耕作，所以水質略好于其他季節。

3 討論

水庫大壩的建設阻斷了河流的自然流動，影響了河道中生物的自然交流，對于下游水體中水的流量、水中生物群落構成都會產生重要影響。水庫拆壩退役的目的有很多，有從安全角度考慮，有從其他實用性角度考慮，但其中一個重要的方面是使被水庫阻斷的河流水體恢復自然流動，使其下游的水量和水質得到提升，并恢復其生物多樣性及上下游的生物交流。

該研究從浮游藻類角度開展了相關研究，初步揭示了退役水庫庫底段河流中浮游藻類群落構成及季節動態，對其水質狀況進行了初步的評價，發現河流水質呈中-重度污染，理化指標也揭示了其水體的主要污染物是TN。如果不進行控制，將對該段河流水體及其下游水體造成重要影響，對河流的生物多樣性恢復必將產生不良影響。孫衛紅等[13]研究發現太湖入湖河流中，52.8% 斷面的水為 Ⅴ 類和劣 Ⅴ 類，而太湖80%以上的污染物都由入湖河流輸入，多數太湖入湖河流中 TN、NH3-N 是造成水質惡化的主要原因。結合該研究結果，無論是水庫還是河流的污染都與人類的活動息息相關。水庫退役后其生態系統恢復是一個長期的過程，但人為積極而正向的干預將發揮重要作用，庫底農田的退耕、河岸帶植被恢復是相關決策部門應該采取的對策。

參考文獻

[1] 李德亮，張婷，肖調義，等.大通湖浮游植物群落結構及其與環境因子關系[J].應用生態學報，2012，23（8）：2107-2113.

[2] 胡鴻鈞，魏印心.中國淡水藻類：系統、分類及生態[M].北京：科學出版社，2006.

[3] 《浙江省主要常見淡水藻類圖集（飲用水水源）》編委會.浙江省主要常見淡水藻類圖集（飲用水水源）[M].北京：中國環境科學出版社，2010.

[4] 福建省環境監測中心站.福建省大中型水庫常見淡水藻類圖集[M].北京：中國環境科學出版社，2012.

[5] 孟順龍，陳家長，范立民，等.2007年太湖五里湖浮游植物生態學特征[J].湖泊科學，2009，21（6）：845-854.

[6] LAMPITT R S，WISHNER K F，TURLEY C M，et al.Marine snow studies in the Northeast Atlantic Ocean：Distribution，compositionand role as a food source for migrating plankton[J].Marine biology，1993，116（4）：689-702.

[7] 馬永紅，曾燏，任麗萍，等.嘉陵江四川段藻類植物群落結構及水質評價[J].應用生態學報，2012，23（9）：2573-2579.

[8] 張云，馬徐發，郭飛飛，等.湖北金沙河水庫浮游植物群落結構及其與水環境因子的關系[J].湖泊科學，2015，27（5）：902-910.

[9] 王瑜，劉錄三，舒儉民，等.白洋淀浮游植物群落結構與水質評價[J].湖泊科學，2011，23（4）：575-580.

[10] 王朝暉，林秋奇，胡韌，等.廣東省水庫的藍藻污染狀況與水質評價[J].熱帶亞熱帶植物學報，2004，12（2）：117-123.

[11] 鄧建明，蔡永久，陳宗煒，等.洪湖浮游植物群落結構及其與環境因子的關系[J].湖泊科學，2010，22（1）：70-78.

[12] 楊宋琪，祖廷勛，王懷斌，等.黑河張掖段浮游植物群落結構及其與環境因子的關系[J].湖泊科學，2019，31（1）：159-170.

[13] 孫衛紅，程煒，崔云霞，等.太湖流域主要入湖河流水環境綜合治理[J].中國資源綜合利用，2009，27（11）：39-42.