玉溪飛井水庫浮游植物群落結構周年變化特征及水質生物評價

楊曉楠

(玉溪市生態環境質量分析中心，云南 玉溪 653100)

0 引言

飛井水庫位于玉溪市紅塔區西寺河下游倪井村附近，始建于1953年，1957年擴建，于1958年建成，是云南省首座中型水庫，庫容1080萬m3，是玉溪市市級城市集中式飲用水源地，主要承擔玉溪中心城區城鎮生活用水的供應。當前，隨著玉溪城區的不斷擴大和人口的持續增長，城鎮生活用水的需求量大幅度增加，飛井水庫作為城鎮生活用水水源地的作用日益突出，其水質的好壞直接關系到玉溪中心城區的用水安全。浮游植物群落能對環境條件的變化做出復雜而快速的響應，其結構變化是評價水體富營養化和污染狀況的重要指標，因此，浮游植物群落結構特征在湖泊、水庫等水體環境的監測中起到極為重要的作用[1]，被廣泛應用于對水質進行監測和評價[2-4]。

目前，關于飛井水庫浮游植物群落結構的研究未見報道。本研究于2019年6月—2020年5月每月對飛井水庫浮游植物群落結構進行屬類鑒定和密度統計，分析了浮游植物的種群組成、優勢度、多樣性、均勻度及群落結構的年變化特征，旨在探討該水域浮游植物群落結構特征，科學評價其水質和營養狀態，為該流域內水資源保護和開發利用提供基礎性資料。

1 材料與方法

1.1 采樣點的設置及采集時間

按照《水和廢水監測分析方法》(第四版)中浮游生物測定的點位設置要求[5]，結合飛井水庫地形地貌特征，在飛井水庫庫心設置一個采樣點(圖1)，于2019年6月—2020年5月每月月初在采樣點采集浮游植物樣品。

圖1 飛井水庫采樣點位

1.2 樣品采集和分析方法

浮游植物樣品采集及鑒定方法參照《水和廢水監測分析方法》(第四版)[5]。定性樣品的采集：使用25號浮游生物網在水體表層～0.5m深處以20～30cm/s的速度作∞形循回緩慢拖動2min，收集過濾水樣50mL裝入50mL塑料水樣瓶中帶回實驗室制片觀察。定量樣品采集：使用有機玻璃采水器，采集0.5m處水樣1L，現場加入15mL魯哥試劑固定，帶回實驗室后靜置沉淀24h，沉淀濃縮后取0.1mL濃縮液進行顯微分類計數。

1.3 數據處理和分析

1.3.1 優勢屬和優勢度

通過各屬密度和總密度計算出各屬密度占比，結合各屬出現頻率，通過公式計算出優勢度，優勢度>0.02的屬即為優勢屬。

式中：Ni為第i個屬的個體數；N為所有屬的總個體數；fi為第i個屬出現的頻率。

1.3.2 多樣性分析

采用Shannon-Wienerer多樣性指數(H′)和Pielou均勻度指數(J)來分析浮游植物的多樣性[6-7]。

(1)多樣性指數

Shannon-Wienerer指數：

(2)均勻度指數

Pielou均勻度指數：

式中：Pi=ni/N，為第i個屬細胞密度(ni)占總細胞密度(N)的比例；S為測點定量樣品中浮游植物總屬數。

1.3.3 水質和營養類型生物評價標準

(1)水質評價標準

Shannon-Wienerer多樣性指數H′為0～1表示重污染，H′為1～2表示中污染，H′為2～3表示輕污染，H′>3表示清潔[6]。

Pielou均勻度指數J為0～0.3表示重污染，J為0.3～0.5表示中污染，J>0.5表示輕污染或無污染[6]。

(2)營養類型評價標準

浮游植物細胞密度≤0.5×106cells/L表示極貧營養，0.5～1×106cells/L表示貧營養，1～9×106cells/L表示貧中營養，10～40×106cells/L表示中營養，41～80×106cells/L表示中富營養，81～99×106cells/L表示富營養，≥100×106cells/L表示極富營養[7]。

1.3.4 統計分析

使用WPSOffice2019表格對基礎數據進行圖表分析處理。

2 結果與分析

2.1 浮游植物種群組成及變化

2019年6月—2020年5月，飛井水庫庫區共鑒定出浮游植物7門40屬，其中，綠藻門(Chlorophyta)19屬，占總屬數的47.5%；硅藻門(Bacillariophyta)9屬，占22.5%；藍藻門(Cyanophyta)7屬，占17.5%；甲藻門(Pyrrophyta)2屬，占5%；隱藻門(Cryptophyta)、金藻門(Chrysophyta)和裸藻門(Euglenophyta)均為1屬，各占2.5%。

飛井水庫浮游植物種群組成在不同月份上有所差異(表1)，次年5月份浮游植物種群最多，為7門28屬；11月和次年2月最少，為5門18屬。各月份浮游植物種群組成均以綠、硅、藍藻門為主。綠藻門屬數在次年4、5月最多，為14屬，次年2月最少，為6屬，其中柵藻屬(ScenedesmusMeyen)、四角藻屬(Tetraedrom)、新月藻屬(ClosteriumNitzsch)3屬在全年各月均出現；藍藻門屬數在7、9、11、12月和次年1、5月最多，為5屬，10月最少，為3屬，其中，偽魚腥藻屬(Pseudanabaena)、藍纖維藻屬(Dactylococcpsis)、色球藻屬(Chroococcus)3屬在全年各月均出現；硅藻門屬數在次年4月最多，為7屬，11月最少，為4屬，其中，小環藻屬(Cyclotella)和針桿藻屬(Synedra)2屬在全年各月均出現；隱藻門全年各月只有隱藻屬(Cryptomonas)1屬出現；甲藻門在6月最多，為2屬，8、9、10月和次年1、3、5月均出現1屬，其余月份未出現；金藻門除了12月以外其余各月均出現錐囊藻屬(Dinobryon)1屬。裸藻門在次年3、5月出現1屬，其余各月份未出現。

2.2 浮游植物密度

2.2.1 浮游植物密度組成

飛井水庫浮游植物密度年平均值為816.93×104Cells/L，根據定量結果，從各門類占比來看(圖2)，各門類占比從大到小順序依次為硅藻門>藍藻門>綠藻門>其它藻類，由此可看出，飛井水庫浮游植物密度組成類型為“硅藻-藍藻-綠藻”型。

表1 飛井水庫不同月份浮游植物門屬數

圖2 飛井水庫浮游植物周年細胞密度占比示意圖

2.2.2 浮游植物密度周年變化

總體來看，飛井水庫浮游植物細胞密度各月份間波動性較大，變化范圍為269×104Cells/L～1980×104Cells/L，最低出現在次年3月，最高出現在6月，相差1711×104Cells/L。

從各月份各門類來看，不同月份各門類浮游植物密度組成有明顯的差異。6月硅藻門密度最高，達到全年最高值，其次為藍藻門；7月各門類密度均下降，藍藻門密度急劇下降，其密度低于綠藻門；8月硅藻門和藍藻門密度上升，綠藻門密度下降；9月藍藻門密度最高，達到全年最高值，硅藻門和綠藻門密度均下降；10月藍藻門密度下降，硅藻門和綠藻門數量有所上升；11月藍藻門數量持續下降，硅藻門數量持續上升，硅藻門密度超過藍藻門；12月各門類密度均上升；次年1月硅藻門和藍藻門數量下降，綠藻門密度持續上升，其密度超過藍藻門，達到全年最高值；次年2月各門類密度均下降，綠藻門密度降到全年最低值；次年3月綠藻門密度有所上升，占比最高，其它門類持續下降，藍藻門和硅藻門密度均達到全年最低值；次年4月硅藻門密度上升超過綠藻門；5月硅藻門和藍藻門密度持續上升，綠藻門密度下降。在6—8月、11月—次年2月、次年4月和5月硅藻門密度占比最高，在9月和10月藍藻門密度占比最高，在次年3月綠藻門占比最高。

從季節來看，飛井水庫浮游植物細胞密度最高值出現在夏季初，這可能與夏季水溫高、光照時間長引起浮游植物生長較快有關；最低值出現在春季初，原因可能是冬季到春季初，水溫持續下降、光照時間短，浮游植物生長慢，繁殖率低，數量在春季初下降到最低值。硅藻門密度最高值出現在夏季，最低值出現在春季初；藍藻門密度最高值出現在秋季初，最低值出現在冬季末；綠藻門密度最高值出現在夏季初，最低值出現在冬季末；硅藻門密度最高值出現在夏季初，最低值出現在春季初。

2.3 優勢屬和優勢度

調查期間，飛井水庫共發現優勢屬20屬，分別屬5個門類，全年絕對優勢屬為硅藻門小環藻屬。綠藻門優勢屬有10屬，柵藻屬除9月份外，其余各月為優勢屬；藍藻門優勢屬有6屬，偽魚腥藻屬除了11月外其余各月均為優勢屬，平裂藻屬在9月份占絕對優勢，優勢度為0.338；硅藻門優勢屬有2屬，小環藻屬為全年優勢屬，優勢度在次年2月達到最高，為0.781，除了9月外，其余各月占絕對優勢；金藻門錐囊藻屬在次年3月為優勢屬；隱藻門隱藻屬在6、7、8、10、11月和次年3月為優勢屬。

2.4 浮游植物多樣性變化

調查期間，飛井水庫多樣性指數(H′)變化范圍為1.42～3.17，平均為2.45，次年3月最高為3.17，次年2月最低為1.80；均勻度指數(J)變化范圍為0.37～0.75，平均為0.59，次年3月最高為0.75，次年2月份最低為0.3。

圖3 飛井水庫各月份浮游植物密度示意圖

表2 飛井水庫浮游植物優勢屬和優勢度

浮游植物多樣性指數和均勻度指數均在次年2月最低，次年3月最高，這可能與季節變化和絕對優勢屬優勢度下降有關。由于冬季水溫低，光照時間短，各屬浮游植物密度下降到最低值，屬類別數在次年2月減少到全年最低18屬，引起多樣性指數和均勻度指數在次年2月最低；次年3月，絕對優勢屬小環藻屬在冬季密度下降，浮游植物密度最低，導致種間競爭減弱，有利于競爭優勢差的屬種生長，使得多樣性指數升高到最高值。

2.5 水質和營養類型生物評價

按照常用的浮游植物生物學評價水質和營養類型的方法[6-7]，根據生物學指標Shannon-Wiener多樣性指數(H′)、Pielou均勻度指數(J)評價飛井水庫水質，細胞密度評價營養程度，結果見表3。飛井水庫Shannon-Wiener多樣性指數(H′)評價結果次年3月、4月為清潔，6—10月、12月、次年1月、5月為輕污染，11月和次年2月為中污染；Pielou均勻度指數(J)6—10月、12月、次年1月、3月、4月為輕污染，11月和次年2月、5月為中污染。細胞密度評價結果6月、9月、12月為中營養，其余月份為貧中營養。綜合各月結果來看，飛井水庫水質為輕污染，營養類型為貧中營養。

圖4 飛井水庫各月多樣性指數(H′)和均勻度指數(J)

表3 飛井水庫水質和營養類型生物學評價結果

3 結論

(1)調查期間，飛井水庫庫區共發現浮游植物7門40屬，屬數以綠藻門最多，其次是硅藻門和藍藻門。周年各門類浮游植物密度硅藻門>藍藻門>綠藻門>其它藻類。浮游植物密度年平均值為816.93×104Cells/L，變化范圍為269×104Cells/L～1980×104Cells/L，最低出現在次年3月，最高出現在6月。優勢屬20屬，所屬5個門類，全年絕對優勢屬為硅藻門小環藻屬，除了9月平裂藻屬占據絕對優勢外，其余各月小環藻屬占據絕對優勢。

(2)飛井水庫多樣性指數(H′)變化范圍為1.42～3.17，平均為2.45，次年3月最高為3.17，次年2月最低為1.80；均勻度指數(J)變化范圍為0.37～0.75，平均為0.59，次年3月最高為0.75，次年2月份最低為0.3。

(3)根據生物學指標Shannon-Wiener多樣性指數(H′)、Pielou均勻度指數(J)評價飛井水庫水質，細胞密度來評價營養程度，綜合各月評價結果來看，飛井水庫水質為輕污染，營養類型為貧中營養。