蘇煙水庫浮游植物研究及水體營養化評價

羅淞元

（玉林水文中心，廣西 玉林 537000）

浮游植物是水環境監測中指示水體水質狀況的敏感物質，其種群結構、密度、生物多樣性等能很好地反映水環境質量變化情況，是評價水域環境的重要指標[1]。近年來，隨著全球性環境氣候的變化，作為城市主要水源地的湖泊水庫，水生態監測備受人們關注。將水庫浮游植物的變化與水體理化項目結合，對水體環境進行綜合分析，可以對水庫水質變化盡早做出預警。

蘇煙水庫位于廣西玉林市玉州區大塘鎮蘇煙村，是玉林市城區生活飲用水的主要水源地，壩址以上集雨面積14.7 km2，總庫容為1934萬m3，設計供水規模為10萬m3/d，約占城區日供水量的80%。長期以來，因為上游生活污水、農業化肥、水土流失等產生的面源污染影響，水庫受到一定程度的污染。蘇煙水庫曾在2009年8月發生過藍藻水華，對玉林市城區供水安全構成很大的威脅。按2021年1月～9月不同時間段，本文分別對蘇煙水庫的浮游植物群落結構特征、季節性變化規律、浮游植物多樣性指數以及水體富營養化因子進行綜合分析、評價，了解蘇煙水庫的水生態現狀，以期對確保水庫水質水環境安全提供參考。

1 材料與方法

1.1 采樣時間和樣品采集

根據玉林當地氣候環境，分別于2021年冬季（1月）、春季（4月）、夏季（7月）和秋季（9月）在蘇煙水庫壩首進行采樣，時間均為每個月初采樣當天09：00～10：00時間段。

浮游植物定量采集方式：定量樣品用有機玻璃采樣器進行采集，采樣時將采樣器放到水面下約1 m處，采集1 L水樣于深色塑料瓶中，加入適量的魯哥試劑固定，帶回實驗室靜置48 h后，濃縮至30 mL。取0.1 mL濃縮水樣進行鏡檢計數。本次鏡檢采用的是徠卡光學顯微鏡，數據統一用Excel表格進行編輯計算。

1.2 監測項目

監測項目包括水溫、透明度、pH值、總氮、總磷、高錳酸鹽指數、葉綠素a、浮游植物密度（見表1）。

表1 水體監測項目檢測信息

4 5 6 7 8總磷總氮葉綠素a透明度浮游植物密度（104cells/L）《水質 磷酸鹽和總磷的測定連續流動-鉬酸銨分光光度法》（HJ 670-2013）《水質總氮的測定堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法》（HJ 636-2012）《水質葉綠素a的測定分光光度法》（HJ 897-2017）《透明度的測定透明度計法、圓盤法》（SL 87-1994）《內陸水域浮游植物監測技術規范》（SL 733-2016）連續流動注射分析儀141464紫外可見分光光度計076813090003紫外分光光度計076813090003塞氏圓盤徠卡顯微鏡（DM4B）43421

1.3 浮游植物鑒定[2]

1.3.1 浮游植物密度計算

將濃縮后的定量樣品充分搖勻，用移液槍準確移取0.1 mL樣品到計數框內，蓋上玻片后在10×40倍顯微鏡下進行鑒定、計數。浮游植物密度計算（以1L水樣計）方法為：

式中：N為1L水樣中浮游植物密度，cells/L；As為載玻片計算框面積，mm2；Fs為每個視野的面積，mm2；Fn為每片計數過的視野個數；U為1 L水樣濃縮后的體積，mL；U0為計數框體積，mL；Pn為經計數的浮游植物個數。

根據浮游植物密度的高低評價水華程度，其分級標準[3]見表2。

表2 基于浮游植物密度評價的水華程度分級標準

1.3.2 浮游植物優勢種

藻類群落組成分析法鑒定到屬，計算各種藻類種數量占比Pi，確定優勢種。優勢種對生物群落結構影響較大，當鑒定出的藻類Pi＞15%時，均為浮游植物優勢種[4]，計算公式為：

式中：Pi為1 L水樣中第i種浮游植物所占比例；Ni為第i種浮游植物密度，cells/L；N為1 L水樣中浮游植物密度，cells/L。

1.4 浮游植物狀況評價[5]

湖泊一般采用多樣性指數進行浮游植物狀況評價。浮游植物多樣性指數在一定程度上可以判斷水庫浮游植物群落結構或生態系統的穩定性。本文選用Shannon-Wiener指數H、Margalef豐富度指數M和Pielou均勻度指數J對水庫進行多樣性評價。

1.4.1 Shannon-Wiener指數H

Shannon-Wiener指數H值越高，說明藻類群落結構越復雜，生態系統的穩定性越大，水質越好；而當Shannon-Wiener指數H值減小，說明水體受到一定的污染，群落結構趨向單一化，生態系統的穩定性變差，水體質量有所下降。計算公式為：

式中：S為浮游植物屬數；Pi為第i個物種的相對密度。

1.4.2 Margalef豐富度指數M

Margalef豐富度指數，用于不同環境中生物的的多樣性比較，敏感性好。計算公式為：

式中：S為浮游植物屬數；D為浮游植物的個體總數。

1.4.3 Pielou均勻度指數J

均勻度指數J能很好地表現出物種的均勻度。計算公式為：

式中：H為Shannon-Wiener指數；S為浮游植物屬數。

水庫浮游植物營養狀態分級標準見表3。

表3 水庫浮游植物營養狀態分級標準

1.5 水體營養狀態評價

水庫營養狀態采用指數法進行評價，評價項目有總磷、總氮、葉綠素a、高錳酸鹽指數和透明度，運用線性插值法將水質項目濃度值轉換成賦分值，按照營養狀態指數EI大小來確定水庫營養狀態分級。計算公式為：

式中：EI為營養狀態指數；En為評價項目賦分值；N為評價項目個數。

水庫營養狀態評價標準及分級方法[6]見表4。

表4 水庫營養狀態評價標準及分級方法

2 結果與分析

2.1 水庫浮游植物群落結構

2021年1月～9月不同季節當中，在蘇煙水庫共檢出浮游植物7門54種，以綠藻門和硅藻門為主，其中綠藻門最多，共24種，占總數的44.4%；硅藻門15種，占總數的27.8%。其次為藍藻門8種，占總數的14.8%；裸藻門、隱藻門和甲藻門均為2種，均占總數的3.7%，最少的是金藻門，檢出1種，占總數的1.9%。蘇煙水庫浮游植物種類組成見圖1。

圖1 蘇煙水庫浮游植物種類組成

浮游植物群落結構的季節性變化明顯（見圖2）。1月份種類最多，共鑒定出7門40種，其中綠藻門最多，為15種，占總門數的37.5%；4月份鑒定出6門31種，其中硅藻門最多，占41.9%；7月份種類最少，僅鑒定出6門28種，其中綠藻門為優勢類群，占50%；9月份鑒定出6門37種，其中綠藻門占51.3%。由此可見，除了春季（4月）硅藻門種類最多外，其他季節（1月、7月、9月）的優勢類群為綠藻門。

圖2 浮游植物群落結構季節性變化

2.2 浮游植物密度及優勢種類

不同的季節，由于溫度、水量等其他外界因素的影響，浮游植物的密度及優勢種類也不同，蘇煙水庫浮游植物密度狀況見表5。由表5可以看出蘇煙水庫2021年1月～9月浮游植物各門類密度所占比例差異較大。在浮游植物種類中，春冬兩季（1月和4月），硅藻門生長旺盛，數量最多，夏秋兩季（7月和9月），綠藻門數量最多，優勢明顯。其中冬季（1月）硅藻門密度高達357.6×104cells/L，占總量的62.4%，其次為藍藻門和綠藻門，分別占15.5%和13.8%，優勢種為硅藻門的星桿藻；春季（4月）硅藻門密度為141.6×104cells/L，占總量的47.7%，綠藻門和隱藻門相當，各占31.6%和33.3%，優勢種為硅藻門的直鏈藻；夏季（7月）綠藻門997.8×104cells/L，占總量的90.1%，占絕對優勢，優勢種為綠藻門的腎形藻，其他各門藻類較少；秋季（9月）綠藻門為360.6×104cells/L，占總量的80.1%，優勢明顯，其他各門藻類較少，優勢種有兩種，分別為綠藻門的角星鼓藻和叉星鼓藻。

表5 蘇煙水庫浮游植物密度狀況104 cells/L

從水庫浮游植物總密度來看，季節變化明顯。其中夏季（7月）水庫浮游植物密度最高，達到1108×104cells/L，其次冬秋兩季（1月、9月），分別為573×104cells/L和450×104cells/L，春季（4月）最小，僅為297×104cells/L。根據藻密度的高低評價水華程度，夏季（7月）水華風險評價為輕度水華，優勢類群為綠藻門，其他季節（1月、4月和9月）為無明顯水華。一般來說，浮游植物是通過細胞分裂速度和葉綠素生產力的改變來適應水體溫度的變化，當溫度出現變化有利于浮游植物的生長時，細胞分裂速度增加，浮游植物生物量也隨之增長。所以當溫度較高時，尤其是夏季和秋季，適合浮游植物生長，要注意防范蘇煙水庫發生綠藻水華。

2.3 浮游植物生態狀況分析

浮游植物多樣性指數分析及營養狀態評價見表6。

表6 浮游植物多樣性指數分析及營養狀態評價

（1）Shannon-Wiener指數H。Shannon-Wiener指數H值排列為春季（4月）＞秋季（9月）＞冬季（1月）＞夏季（7月），變化范圍在1.23～2.80之間。其中，春季4月份浮游植物的Shannon-Wiener指數H最大，為2.80，營養狀態評價為中營養，夏季7月份最小，僅為1.23，營養狀態評價為中～富營養。不同季節的Shannon-Wiener指數H表明：春季期，氣候溫度適合部分藻類生長，蘇煙水庫浮游植物多樣性指數大，群落結構復雜，水體營養狀態良好，水生態系統穩定性好；從春季到夏季過程中，氣溫上升，敏感型種類消失，多樣性指數減小，浮游植物群落結構趨于簡單，水庫水生態系統的穩定性變差，水體質量有所下降。

（2）Margalef豐富度指數M。Margalef豐富度指數M值排列為冬季（1月）＞秋季（9月）＞春季（4月）＞夏季（7月）。其中冬季（1月）Margalef豐富度指數M最大，達到5.16，營養狀態評價為貧營養，表明該月份水庫浮游植物物種數目多，豐富度大，水質較好；夏季（7月）Margalef豐富度指數最小，僅為3.59，營養狀態評價為中～富營養，表明夏季蘇煙水庫浮游植物物種減少，較為單一；春季（4月）和秋季（9月）Margalef豐富度指數M分別為4.34和4.92，營養狀態評價均為中營養。

（3）Pielou均勻度指數J。Pielou均勻度指數J值排列為春季（4月）＞秋季（9月）＞冬季（1月）＞夏季（7月）。夏季（7月）Pielou均勻度指數J最小，僅為0.37，營養狀態評價為中～富營養；秋季（9月）和冬季（1月）Pielou均勻度指數J相差不大，分別為0.77和0.65，營養狀態評價為中營養；春季（4月）Pielou均勻度指數J最大，為0.82，說明種群均勻度最高，水庫評價為貧營養狀態。Pielou均勻度指數表明，蘇煙水庫在春季期具有更均勻的物種數目存在。

蘇煙水庫不同季節（1月～9月）Shannon-Wie?ner指數H、Margalef豐富度指數M和Pielou均勻度指數J指標的變化趨勢均相似，表明夏季（7月）水庫的營養狀態均為中～富營養；其他季節（1月、4月和9月）營養狀態評價為中營養或貧營養，綜合評價為中營養。浮游植物多樣性指數能夠反映水庫的營養狀態，此次研究采用浮游植物多樣性指數3項指標對營養狀態進行評價，均能說明水庫從春季到夏季其營養狀態趨勢從中營養過渡到中～富營養。

2.4 富營養化因子評價

水庫富營養化程度主要以總磷、總氮、高錳酸鹽指數、葉綠素a和透明度為評價指標，其中必評項目為葉綠素a。水庫水體營養狀態指數EI隨時間變化情況見圖3，從圖3可以看出，春季期（4月）水庫的營養狀態指數EI比其他月份的營養狀態指數EI略高，水庫營養狀態指數EI變化范圍在41.6～44.5之間，最大值出現在春季（4月），營養狀態指數EI為44.5，最小值出現在夏季（7月），營養狀態指數EI為41.6。根據《地表水資源質量評價技術規程》（SL 395-2007）水庫營養狀態評價標準及分級方法，蘇煙水庫各個季節當中，水庫營養狀態評價均為中營養。

圖3 蘇煙水庫1月～9月水體營養狀態指數變化情況

3 結果與討論

（1）本次蘇煙水庫研究調查共檢出浮游植物7門54屬，夏季浮游植物種類小于其他季節，優勢門以綠藻門和硅藻門為主，生物多樣性指數變化不大。冬季優勢種為硅藻門的星桿藻，春季種群優勢種硅藻門的直鏈藻，夏季種群優勢種為綠藻門的腎形藻，秋季種群優勢種為綠藻門的叉星鼓噪和角星鼓藻。夏季浮游植物密度明顯大于其他季節，水華風險評估為輕度水華，其他季節為無明顯水華。

（2）多樣性指數分析中，Shannon-Wiener指數H變化范圍為1.23～2.80，Margalef豐富度指數M為3.59～5.16，Pielou均勻度指數J為0.37～0.82；營養狀態指數EI為41.6～44.5。結合浮游植物Shan?non-Wiener指數H、Margalef豐富度指數M和Pielou均勻度指數J以及富營養化因子評價，蘇煙水庫水體處于中營養到中～富營養的臨界狀態。特別是夏季，營養狀態處于中～富營養狀態，初具水華爆發的條件。因此，有關部門應引起重視，加強對蘇煙水庫的水生態保護，科學治理，遏制水體富營養化程度的發展，確保蘇煙水庫供水用水安全。

4 建議

蘇煙水庫作為玉林最大的飲用水源地，前期（2010年）保護治理水環境的工程措施（沼氣池，庫前人工濕地，庫中生物浮床）對水庫水質起到一定的改善作用，但是如今水庫水體仍處于中～富營養的臨界狀態，顯然這些工程措施沒有從根本上達到消除污染、標本兼治的目的。在蘇煙水庫水環境尚未完全惡化，富營養化及水華尚未爆發前，建議在現有的工程設施基礎上，繼續完善建設立體式的生物生態鏈治理技術保護工程。將蘇煙水庫二庫生物浮床覆蓋區通過設置水中軟體墻，對水質較差的部分水域進行隔離，形成相對獨立的區域，并在區域內布設人工介質、生態網膜和微生物附著基等，通過定期清除其中的附著物來降低水中營養鹽濃度；另外，在庫區內水質營養化程度較高的區域，適量投放水生動物（如鰱魚、鳙魚等），有利于抑制藻類的瘋長，從而提高水庫透明度，維護水庫水生態系統的穩定性。