寧德金涵水庫水質及浮游植物時空動態變化研究

孫成賢 林雄平 李鳳

摘 要：為了解寧德金涵水庫水質及浮游植物時空動態變化，于2019年四季分別在金涵水庫的8個樣點進行了取樣調查。結果表明，鑒定出的浮游植物有6門24屬32種，其中，綠藻門12種，藍藻門7種，硅藻門5種，甲藻門3種，隱藻門3種，裸藻門2種。金涵水庫浮游植物的細胞密度在2.9×106～2.4×107cells/L，平均值為9.86×106±4.8×106cells/L，春季較高，夏季達到最高水平，秋冬兩季逐漸下降。其生物量范圍為在3.64～50.14mg/L，平均值為16.30±11.25mg/L，四季變化趨勢為春>夏>秋>冬，最高點出現在春季的4號點。金涵水庫的Shannon-Wiener指數在1.36～2.87;分布均勻度平均值為0.859±0.056。各采集點四季溶氧量的平均值為10.1±1.01mg/L，硝酸鹽氮的含量為0.002～0.202mg/L;總氮含量為0.067～2.745mg/L;總磷含量為0.01～0.059mg/L;氨氮含量為0.112～0.287mg/L，均在地表水環境質量標準限值內，處于Ⅰ～Ⅱ類水源地。浮游植物群落變化的驅動因子為氨氮和總磷，浮游植物細胞密度與溫度和TP、TN等呈現顯著正相關。研究結果可為安全飲用水水源地的水污染預警提供依據。

關鍵詞：金涵水庫;浮游植物;動態變化;藻類

中圖分類號 Q178.3 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2021）21-0142-07

Abstract： In order to understand the spatiotemporal dynamic change of water quality and phytoplankton in Jinhan Reservoir， Ningde， China， a sampling survey was conducted at 8 sampling sites in spring， summer， autumn and winter of 2019. There were 6 Phyla， 24 Genera， 32 species of phytoplankton， 12 species of Chlorophyta， 7 species of Cyanophyta， 5 species of diatoms， 3 species of dinoflagellates， 3 species of cryptoalgae and 2 species of Gymnophyta. The abundance of planktonic algae in Jinhan reservoir was between 2.9×106 ～2.4×107 cells / L， with an average value of 9.86×106±4.8×106cells / L. The abundance of planktonic algae was higher in spring， reached the highest level in summer， and decreased gradually in autumn and winter. The biomass ranged from 0.434 mg/L to 4.692 mg /L， and the mean value was 3.64～50.14mg/L.The trend of seasonal variation was similar to that of cell density， and the highest point appears at the 4th site in summer. The Shannon-Wiener index of Jinhan Reservoir was 1.36～2.87， and the average distribution uniformity was 0.859±0.056. The average dissolved oxygen （DO） was 10.1±1.01 mg /L， the content of nitrate nitrogen was 0.002～0.202 mg /L， the content of total nitrogen was 0.067～2.745 mg/L， the content of total phosphorus was 0.01～0.059 mg /L， the content of ammonia nitrogen was 0.112～0.287 mg / L， all of them were within the limits of the environmental quality standard of surface water and were in the I-II water source area. The driving factors of phytoplankton community change were ammonia nitrogen and total phosphorus and the abundance of phytoplankton was positively correlated with Shannon Index， TP and TN. This study could provide an early warning of water pollution in safe drinking water sources.

Key words： Jinhan reservoir; Phytoplankton; Dynamics; Algae

寧德金涵水庫位于寧德市蕉城區金涵鄉，系寧德市重要的水工程，集發電、農業灌溉、水產養殖、居民飲水等多種功能于一身。作為寧德市居民最重要飲用水源地，其水質好壞直接關系著寧德人民的生活品質與安全。2003—2008年期間，金涵水庫的水質監測表明其屬于中貧營養狀態，水質屬于Ⅱ類水，適應于飲用[1-2]。

近幾年來，由于寧德經濟的快速發展，城市化水平逐步提高，人口快速增長，這些均對環境造成了極大的污染壓力。另外，金涵水庫周邊興起了農家樂等經濟開發活動，以及周邊村落居民的農業生產，除草劑、農藥和肥料的大量使用，加上全球氣候逐年變熱，這些因素都增加了金涵水庫整體暴發水華的風險。庫區雖然有環境監測站進行水質的實時監測，但是目前還未見有金涵水庫浮游植物群落結構動態變化的相關報道，說明福建省寧德地區的相關水生態調查和研究相對滯后。因此，對庫區水體的浮游植物進行本底調查以及藻類多樣性生態調查，可為福建省典型水體的浮游植物群落結構變化以及生物多樣性的保護提供參考，同時也可為深入了解水庫的營養狀態及其發展動態，為保障和改善水庫水質提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 水樣采集

1.1.1 采樣點分布 結合金涵水庫生態環境動態特征，參考寧德市環境監測站河流監測斷面的布設及衛星遙感數據的分析，篩選具體位點8個。具體采樣位點如圖1所示。

1.1.2 采樣方法 于2019年4月（春季）、7月（夏季）、10月（秋季）以及2020年1月（冬季），到達采樣位點后，使用YSI儀器現場原位測定以下指標：溫度（T）、pH、溶解氧（DO）、電導率（TDS），并對采樣地點、時間一一記錄。用5L的采水器取表水1L，并滴加5mL的魯哥試劑進行固定，帶回做定量分析。同時，取3L原水回實驗室進行水質參數分析。用浮游生物網（網孔直徑0.064mm）來回拖動采集活藻。然后裝入10mL的離心管中，回實驗室做定性觀察。

1.2 研究方法

1.2.1 水質指標測定 將采回的原水倒入燒杯中，按照國家水質監測標準的分析方法[3]對水樣進行檢測，根據地表水環境質量標準判斷金涵水庫的水質情況[4]。水體化學指標包括總氮、總磷、氨氮、硝酸鹽氮，將水樣采集回實驗室后，參照《水和廢水監測分析方法（第四版）》進行測定。葉綠素a測定參照楊玉珍等的方法進行[5]。

1.2.2 浮游植物定性和定量分析 定性分析：將采集在離心管里的藻用顯微鏡進行藻類的觀察，再根據《福建省大中型水庫常見淡水藻類圖集》[6]、《浙江省主要常見淡水藻類圖集（飲用水水源）》[7]和《中國淡水藻類——系統、分類及生態》[8]等微藻圖譜對其進行鑒定并拍照。若不能立即觀察可以放置4℃冰箱中保存1～2d。

定量分析：將加有魯哥試劑的水樣靜態沉淀并避光保存48h。48h后，采取虹吸法將上清液，獲取濃縮液50mL，裝入50mL樣品瓶中并標記。浮游植物定量樣品的計數方法，基本操作步驟如下：充分搖勻樣品后，取0.1mL滴入浮游植物計數框內，在光學顯微鏡400倍下計數50個視野中的浮游植物，每一樣品取樣和計數2次，2次結果與平均數之差不大于±15%時，計數結果方可信，否則須繼續取樣計數。

最后，將數據用Excel進行整理，再用canoco5、R語言、orgin對環境因子、細胞密度、生物量進行CDA分析、RDA分析、作圖表分析。

2 結果與分析

2.1 浮游植物群落組成 通過對浮游植物進行顯微鏡觀察及鑒定，金涵水庫浮游植物群落種類組成結果詳見圖2。共鑒定出浮游植物6門24屬32種，分別是綠藻門9屬12種，占總物種數37.5%，占比最高;其次為藍藻門，占總物種數21.88%;硅藻門4屬5種，占總物種數15.63%。可見，全年綠藻物種數普遍比其他藻類多，其次為藍藻。從種類組成來看，金涵水庫的群落結構組成為綠藻-藍藻型。

2.2 浮游植物細胞密度 金涵水庫浮游植物的細胞密度總體平均值為9.9×106±4.8×106cells/L，變幅在2.9×106～2.4×107cells/L，其中，夏季浮游植物細胞密度最高，平均值在1.4×107±5.2×106cells/L，夏季的4號位點浮游植物細胞密度最大為2.4×107cells/L，金涵水庫四季浮游植物細胞密度的變化趨勢為夏季>春季>秋季>冬季。浮游植物細胞密度在春夏兩季較多，其中在夏季4號點的細胞密度明顯突出，其可能原因為夏季溫度升高，適合藍藻門植物生長，且4號點常有游客釣魚聚集等行為，可能人為導致該點水體總氮總磷升高以至于水體中的藻類大量繁殖。秋季與冬季細胞密度較低，也比較平穩，春季藻類細胞密度略微低于夏季。四季藻類細胞密度分布見圖3。

2.3 浮游藻類生物量 金涵水庫浮游植物生物量密度總體平均值為16.30±11.25mg/L，變幅在3.64～50.14mg/L，其四季各樣點的生物量分布見圖4。金涵水庫浮游植物在春夏季的生物量密度變化較大，而其他兩季都較為穩定，其中春季4號點生物量密度最大，四季度平均生物量密度變化趨勢為春季>夏季>冬季>秋季。

圖5為金涵水庫各樣點浮游植物生物量占比看出，春、夏季的優勢種為綠藻門，分別為49.38%、71.97%;秋冬季優勢種均為硅藻門，分別占生物量的54.09%、71.35%。可以看出，金涵水庫四季群落演替為綠藻-綠藻-硅藻-硅藻。隨著溫度的升高，夏季綠藻門生物量增加，硅藻門減少，而在秋季，硅藻門逐漸開始上升，其中裸藻門生物量也有所提高，約占總生物量的27.16%。在冬季，隨著溫度下降，硅藻占比達到最高。值得關注的是藍藻植物在四季生物量比例均較為低，所占比例為0.6%～7%，還是具有引發藍藻水華的潛在風險。

2.4 浮游藻類的多樣性

2.4.1 豐富度 多樣性是種群的主要特征之一，多樣性越大則群內物種愈豐富。對于金涵水庫采集點數據進行分析，發現其豐富度[R=S（物種數）]范圍為8～23，其中豐富度最高點位的是春季的8號點，豐富度指數為23，最低的是秋季的8號點，豐富度指數是8。四季物種數豐富度見圖6。綜合全年數據來看，在春季的豐富度是最高的，這可能是因為春季氣溫適宜以及水體養分充足，適合大部分藻類生存，于是藻類物種數變多。

2.4.2 均勻度 判斷群落結構特征也可以將其分布均勻度[Jsw=-∑（PilnPi）/lns]作為一項重要指標。金涵水庫的物種均勻度指數平均值為0.855，其不同采集地點以及不同季節均勻度指數均有小范圍浮動，在冬季的2號點出現最高值0.975，說明在此時間的2號點藻類分布較均勻。具體指數值分布見圖7。全年的各樣點均勻度變化幅度不大，只有秋季5號點的均勻度指數發生較大變化，降到了0.618。

Shannon-Wiener指數H′=-∑（Pi×lnPi）可反映群落的復雜程度，群落越復雜，它的指數越高，則群落結構越穩定，水質較好。金涵水庫的Shannon-Wiener指數在1.36～2.87，最高點出現在冬季的2號點，最低點出現在秋季的5號點（圖8）。

對于全年的Shannon-Wiener指數進行分析，春夏兩季的多樣性變化不顯著，藻類群落處于一個較為穩定的狀態，說明大部分藻類植物比較適合生存在這2個季節，而秋冬兩季多樣性變化顯著，群落結構變化較大，其原因可能是溫度的變化導致藻類不能很好地生長;其中，5號點、7號點在秋冬兩季變化明顯，說明這2個點對季節的變化反應更加明顯。

對浮游藻類的各樣點季節性Shannon-Wiener指數變化進行分析，發現其變化規律與均勻度指數變化規律是一樣的，最高值和最低值出現在冬季的2號點和秋季的5號點。

2.5 水質指標

2.5.1 氮磷指標 根據水和廢水監測分析方法（第四版）中的要求，分別對于硝酸鹽氮、總磷、總氮、氨氮等值進行檢測分析。分析整理實驗數據如圖9，各采集點四季溶氧量的平均值為10.1±1.01mg/L，總氮含量為0.067～2.745mg/L;總磷含量為0.01～0.067mg/L;硝酸鹽氮的含量為0.002～0.202mg/L;氨氮含量為0.112～0.287mg/L。在冬季，總氮和總磷含量都比較低，分析其原因為冬季藻類溫度下降開始休眠，于是大量吸收總氮總磷以維持休眠期的能量消耗。

2.5.2 葉綠素濃度 浮游藻類葉綠素a濃度變幅在0.69～4.24μg/L，平均值為2.04±1.08μg/L。冬季7號點的葉綠素a最高為4.24μg/L，冬季3號點葉綠素a濃度最低為0.69μg/L。春季平均值為2.7±0.76μg/L，夏季平均值2.47±0.91μg/L，秋季是1.27±0.47μg/L，冬季為1.7±1.41μg/L。春季葉綠素a含量最高，秋季最低。在金涵水庫8個位點中，春、夏、秋、冬3個季度平均葉綠素a含量達到貧營養化水平（<3μg/L），春季的4、5和8位點，夏季4和5位點，冬季6和7號位點達到中營養化水平。4個季節的葉綠素a濃度變化如圖10所示。四季8個位點的水質營養化水平均較低，水質較好。其中除了6號、7號和8號位點外，其他位點葉綠素含量的變化均隨著溫度的降低而降低，大部分浮游植物進入休眠期。

2.5.3 其他環境因子 金涵水庫不同季節的環境因子見表1，其中包括水溫、pH、溶解氧、電導率。水溫變動范圍為17.8～31.6℃，溫度差異較為明顯，夏季溫度達到最高，平均溫度在30.43℃。其中夏季8號位點出現最高溫，在冬季的8號位點出現最低溫。其各季度區域水溫差異不明顯。水體中平均溶解氧含量在10.07±0.33mg/L，在季節差異上，隨著季節變換逐漸降低。從溶解氧看，金涵水庫的水質屬于Ⅰ類，所有點位均大于8mg/L。pH年平均為6.94±0.27，水體呈弱酸性，四季pH值變動范圍為5.96～8.08，變化幅度不大。四個季度電導率差異不明顯，總平均值在40.41±2.03mS/cm，變幅為30.9～58.5mS/cm。其中冬季1號位點電導率最高，夏季7號位點最低，其變化趨勢為冬季>秋季>春季>夏季。

4個季度水質在pH、溫度、溶解氧等方面的差異較大，這可能是因為各種無機鹽的含量差異所引起的，以上理化指標對于后續浮游生物的分布和群落特具有重要的參考價值。

2.6 浮游植物與環境因子的關系

2.6.1 浮游植物細胞密度優勢種與環境因子的關系 DCA分析結果顯示細胞密度及生物量均小于4，選用冗余分析（RDA）分析進行約束性排序。最后得出結果是氨氮（N-NH4）、總磷（TP）、總氮（TN）、溶解氧（DO）是影響金涵水庫浮游植物細胞密度分布的主要環境因子（P<0.05）。浮游植物與環境因子的RDA排序圖表面圖11，金涵水庫的浮游植物大部分在第一象限和第四象限，細胞密度優勢種隱球藻、長孢藻、直鏈藻、小環藻、束絲藻、隱桿藻與氨氮呈正相關;顫藻、鼓藻、衣藻、具星小環藻、叉星鼓藻、微囊藻、小球藻與總磷、總氮、溶解氧呈正相關;說明金涵水庫群落季節演替的主要驅動因子為氨氮和總磷。

2.6.2 浮游植物生物量優勢種與環境因子的關系 基于生物量確定的優勢種所確立的RDA分析（圖12）。金涵水庫藻類優勢種的影響因子明顯跟細胞密度確定的優勢種有所不同，浮游植物大部分分布于第一象限和第二象限。其中環境因子電導率，總氮，溶解氧，總磷，硝酸鹽氮，pH對生物量優勢物種的影響較大。裸藻，針桿藻，鼓藻與溶解氧。pH呈正相關，物種越多，溶解氧濃度和pH就會越大。另外囊裸藻和放射性針桿藻也受pH影響較大呈正相關關系。對囊裸藻、放射性針桿藻、實球藻、直鏈藻、短棘盤星藻、卵形藻與電導率呈正相關關系;叉星鼓藻、新月藻、水華束絲藻、囊裸藻與總氮、溶解氧、總磷呈正相關關系。說明電導率、總氮、溶解氧、總磷對生物量優勢種的影響較大。

2.6.3 水質指標與浮游植物的相關性 從圖11可以看出，浮游植物葉綠素a濃度與其細胞密度、生物量呈現正相關，且極顯著，葉綠素a濃度越高，細胞密度及生物量越大。此外，葉綠素a與TN、TP具有一定的相關性，相關系數分別為0.34、0.49，另外，浮游植物細胞密度與TP、TN兩者呈現正相關，相關性系數分別為0.60、0.57。可以看出總氮、總磷還是可以影響細胞密度的。從圖11還可以看出，溫度對浮游藻類細胞密度也有影響，其呈現正相關，相關性系數為0.55，說明金涵水庫的浮游植物對溫度的變化較為敏感，其細胞密度會受到溫度的影響。

3 討論

通過實地勘察、采樣，對寧德市金涵水庫進行了采樣，共選取8個樣點對水源進行采樣，對其進行了水源質量的部分指標的檢測與分析以及浮游藻類不同時間空間上的定性定量分析，最終在金涵水庫各采集點中共發現浮游藻類6門22屬32種，其中綠藻門占比最高，達到總數的38%，藍藻門略低于綠藻門，占總數的22%。而對于整體分布的藻類細胞密度來說，總量在2.9×106～2.4×107cell/L，達到了中富營養級別[9]，在夏季4號點達到了全年的最高值。分析其原因可能是夏季溫度升高，大量藻類進行繁殖，而且在夏季該點人為活動多，對藻類的生長繁殖產生了巨大的影響。縱觀全年，夏季的細胞密度最高，春季略低，秋冬2季各點趨于平衡，處于較低水平。

對其浮游藻類的生物量來說，全年的平均值為16.30±11.25mg/L，最高時出現在春季4號點，最低值出現在夏季1號點，這與細胞密度的分布變化是不完全一致的，說明細胞密度與生物量還是有所差異。縱觀全年，比較其生物量占比，在春夏兩季的優勢種群為綠藻門，但在夏季藍藻門占比明顯增多，秋冬季的優勢種群為硅藻門，說明金涵水庫的群落結構為硅藻-綠藻型水庫。藍藻門大多好高溫，于是隨著溫度上升逐漸增多，而硅藻門適合在10～25℃的溫度下生活，于是在炎熱的夏季數量較少，到了秋季溫度下降，數量就逐漸增多。

Shannon-Wiener指數通常在0～1，在中-富營養化湖泊水庫中，Shannon-Wiener指數通常在1～2，在中營養化湖泊水庫中，Shannon-Wiener指數通常在2～3，在寡營養湖泊水庫中，Shannon-Wiener 指數通常大于3[10]。從生物多樣性要素角度運用Shannon-Wiener多樣性指數（H′）和Pielou均勻度指數（J）對金涵水庫進行分析，結果為Shannon-Wiener多樣性指數（H′）范圍為1.36～2.87，均值為2.37，表明水體處于中營養狀態，金涵水庫可歸類為中營養化水庫。J值在0～0.3為重度污染，0.3～0.5為中度污染，0.5～0.8為輕度污染，>0.8為無污染[11];而金涵水庫的Pielou均勻度指數（J）范圍在0.618～0.975，均值為0.86，說明金涵水庫除個別位點外，水體狀況為無污染。這與藍華秀以及范小萍等[1-2]的報道基本一致，說明金涵水庫水質還是比較適合于飲用的。

基于皮爾森的相關性分析和冗余分析（RDA分析）發現，溫度、總氮、總磷是決定金涵水庫四季變換的關鍵環境因子，而從細胞密度優勢種發現，驅動全湖浮游植物細胞密度優勢種的驅動因子為氨氮、總磷，說明溫度和營養鹽在金涵水庫群落結構和四季演替過程中起到了十分重要的作用，這與王遠飛等[12]的報道一致。

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（責編：張宏民）