大連松樹水庫浮游植物特征及對環(huán)境因子的響應(yīng)

楊瑞豐

(遼寧省大連水文局，遼寧 大連 116023)

松樹水庫坐落于大連市瓦房店松樹鎮(zhèn)境內(nèi)，位于復(fù)州河上游，總庫容為1.86億m3，是一座以灌溉、防洪和城市供水為主，結(jié)合發(fā)電、養(yǎng)魚等綜合功能的大型水庫，是大連市重要飲用水源地之一。

浮游植物作為水庫生態(tài)系統(tǒng)中重要的組成部分，在維持水體穩(wěn)定性及完整性等方面起著重要作用[1]。近年來，對水庫及河流湖泊中浮游植物的研究較多，結(jié)果表明水環(huán)境對浮游植物的數(shù)量和組成有很大影響，但不同水體條件對其影響存在較大差異。孫祥等[2]發(fā)現(xiàn)水溫、總磷、透明度是浮游植物時(shí)空差異的主要影響因子；吳文廣等[3]研究表明溫度、鹽度、磷酸鹽及硅酸鹽濃度是影響浮游植物組成的重要因素；胡俊等[4]闡明總磷、溶解氧和氧化還原位對浮游植物群落結(jié)構(gòu)存在顯著的影響。一般而言，不同水體的浮游植物群落結(jié)構(gòu)具有不同的特征[5]。松樹水庫的主要任務(wù)是為瓦房店周邊地區(qū)供水，其生態(tài)環(huán)境的優(yōu)劣直接關(guān)系到當(dāng)?shù)鼐用竦娘嬎踩?，但對該水庫中浮游植物的結(jié)構(gòu)特征鮮有報(bào)道。因此，本研究于2017年5—10月對松樹水庫浮游植物進(jìn)行采集，同時(shí)全面檢測了水文水質(zhì)數(shù)據(jù)，并結(jié)合冗余分析分析了浮游植物與環(huán)境因子的關(guān)系。探討松樹水庫浮游植物特征及對環(huán)境因子的響應(yīng)，旨在為改善松樹水庫水生態(tài)環(huán)境，優(yōu)化水庫管理，做好水華事件預(yù)警提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 采樣點(diǎn)布設(shè)

采樣斷面設(shè)在松樹水庫庫中心(39°48′34.2″N、122°06′48.9″E)，在水庫管理局協(xié)助下從船上獲取樣品。

1.2 樣品采集與測定

于2017年5—10月，每月采集2次，共計(jì)12組樣品。參照《內(nèi)陸水域浮游植物監(jiān)測技術(shù)規(guī)程》(SL 733—2016)，按要求采集藻類樣品，進(jìn)行定量和定性分析?，F(xiàn)場采集1 L定量樣品，加入魯哥氏液保存，沉降48 h后濃縮至30 mL，在400倍顯微鏡下鏡檢分析。參照《中國淡水藻類》[6],對浮游植物進(jìn)行鑒別分析。

1.3 理化指標(biāo)檢測

在采集浮游植物樣品的同時(shí)，現(xiàn)場采用WTW便攜式多參數(shù)水質(zhì)分析儀(Multi 3430)測定水溫、pH值和溶解氧(DO)，采用塞氏黑白盤測定水體透明度(SD)。其余指標(biāo)在實(shí)驗(yàn)室檢測，葉綠素a含量采用丙酮萃取分光光度法測定；總氮含量、總磷含量、氨氮含量、化學(xué)需氧量(COD)、5日生化量(BOD5)、高錳酸鹽指數(shù)的測定方法參考《水和廢水監(jiān)測分析方法》。

1.4 水文氣象數(shù)據(jù)

通過手持風(fēng)速儀(Kestrel 5500)，現(xiàn)場測定氣溫、風(fēng)速和風(fēng)向。瓦房店地區(qū)降水量及松樹水庫水位和蓄水量由遼寧省大連水文局提供。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010和Origin 8.5軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和圖形繪制，利用CANOCO 4.5軟件進(jìn)行除趨勢對應(yīng)分析(Detrended Correspondence Analysis，DCA)和冗余分析(Redundancy Analysis，RDA)。所有數(shù)值先進(jìn)行l(wèi)g(x+1)轉(zhuǎn)換，然后進(jìn)行DCA分析，得出的物種單峰響應(yīng)值小于3時(shí)進(jìn)行RDA分析，否則采用典范對應(yīng)分析(Canonical Correspondence Analysis，CCA)。

2 結(jié)果與分析

2.1 浮游植物變化特征分析

由表1可知，12次監(jiān)測的浮游植物密度變動(dòng)范圍為383.2萬～1 216.1萬個(gè)/L，峰值出現(xiàn)在7月下旬，平均值為735.1萬個(gè)/L。5月和6月硅藻門占優(yōu)，7月上旬硅藻門和藍(lán)藻門比例相當(dāng)，7月下旬到9月下旬藍(lán)藻門占優(yōu)，10月后又恢復(fù)到硅藻門為主的狀態(tài)。從浮游植物種類組成分析，硅藻門和綠藻門一直存在于水體中，綠藻門雖然不是密度最大的門類，但密度僅次于硅藻門和藍(lán)藻門。隱藻門、甲藻門和裸藻門藻類密度較小，其中甲藻門和裸藻門所占比例均小于3%，而隱藻門僅在9月的兩次監(jiān)測中比例達(dá)到5%左右。

由表1可知，硅藻門密度變化較小，最大為469.3萬個(gè)/L，出現(xiàn)在10月上旬，最小為106.6萬個(gè)/L，出現(xiàn)在8月下旬；而藍(lán)藻門變化明顯，從5月上旬的未檢出，到7月下旬高達(dá)1 024.7萬個(gè)/L。藍(lán)藻門的變化也直接影響到水體藻類的組成和密度大小，其占比隨時(shí)間變化呈先升高再降低的趨勢，7月下旬達(dá)到峰值，為84.26%，并持續(xù)1個(gè)半月比例均在80%以上，從9月開始逐漸減小，10月下旬已降至21.85%。硅藻門密度變化與藍(lán)藻門呈相反趨勢，在藍(lán)藻門生長最旺盛期(7月下旬至8月下旬)，硅藻門密度降至最低，并在藍(lán)藻門密度降低后逐漸恢復(fù)，10月后重新成為優(yōu)勢種。

表1 松樹水庫浮游植物密度變化

2.2 水質(zhì)理化因子的影響分析

將表1中浮游植物密度進(jìn)行DCA分析，響應(yīng)值為0.738，小于3，結(jié)果呈線性模型，所以選擇浮游植物密度和環(huán)境因子進(jìn)行RDA分析。

將浮游植物密度與水質(zhì)因子進(jìn)行RDA分析，如圖1顯示，與藻類總數(shù)呈正相關(guān)的為BOD5、葉綠素a含量、水溫和高錳酸鹽指數(shù)，呈負(fù)相關(guān)的為總氮、氨氮、總磷含量和SD、DO、pH值、COD值，其中BOD5和葉綠素a含量的正相關(guān)性較好?？偟⒖偭缀亢屯该鞫茸鳛樵u價(jià)水體富營養(yǎng)化的重要指標(biāo)，對松樹水庫中浮游植物總數(shù)的影響并不明顯，但與硅藻門的密度呈明顯的正相關(guān)關(guān)系，而水溫和高錳酸鹽指數(shù)的增加會(huì)導(dǎo)致藍(lán)藻門密度的升高。

2.3 水文氣象因子的影響分析

將浮游植物密度與水文氣象因子進(jìn)行RDA分析，如圖2顯示，藍(lán)藻門的密度變化規(guī)律和藻類總數(shù)基本一致，氣溫是影響它的決定性因素，氣溫的升高會(huì)使藍(lán)藻門大量繁殖，從而使藻類總數(shù)增加。同時(shí)藻類總數(shù)與風(fēng)速呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，綠藻門和硅藻門的密度與水位和蓄水量呈正相關(guān)關(guān)系。

圖1 浮游植物密度與水質(zhì)理化因子RDA排序

圖2 浮游植物密度與水文氣象因子RDA排序

3 討論

3.1 浮游植物的季節(jié)性演替

從松樹水庫浮游植物的組成和密度上看，主要是以硅藻門和藍(lán)藻門為主，其次為綠藻門，其他門類密度很小，這與國內(nèi)許多水庫浮游植物的組成相似[2,7-8]。整個(gè)水庫浮游植物特征隨季節(jié)性變化明顯，藻類總數(shù)在夏季達(dá)到峰值，春秋季相對較低，優(yōu)勢種夏季以藍(lán)藻門為主，春秋季為硅藻門。夏季溫度升高，光照加強(qiáng)，有利于藻類的光合作用和繁殖，從而使藻類總密度增加。藻類密度是評價(jià)河流水庫藻類豐度的重要指標(biāo)。硅藻門通常以個(gè)體形式呈現(xiàn)，體積較大，如松樹水庫中常見的針桿藻、小環(huán)藻等；而藍(lán)藻門多以成群的形式呈現(xiàn)，雖然體積較小，但數(shù)量眾多，束絲藻、魚腥藻和平裂藻在夏季常被鑒定為松樹水庫的優(yōu)勢種屬。夏季是所有藻類的繁殖旺盛期，藍(lán)藻門存在計(jì)數(shù)上的優(yōu)勢，因此更易成為優(yōu)勢種。

3.2 不同種類浮游植物的競爭關(guān)系

在硅藻門密度較大時(shí)段，藍(lán)藻門密度較小甚至無法檢出，而在藍(lán)藻門生長最旺盛的夏季，硅藻門密度處于最低值，所以硅藻門和藍(lán)藻門存在競爭關(guān)系。這是由于相比于硅藻門，夏季高溫(25～35 ℃)更有利于藍(lán)藻門的生長，而藍(lán)藻門的大量繁殖極度消耗了水中的營養(yǎng)物質(zhì)，導(dǎo)致硅藻門在此階段生長受到抑制。同時(shí)有文獻(xiàn)報(bào)道，藍(lán)藻門代謝過程中釋放的有機(jī)物質(zhì)會(huì)影響硅藻類的生長[9]。

3.3 浮游植物與水質(zhì)因子的相關(guān)性

RDA分析結(jié)果表明，藻類總數(shù)與BOD5和葉綠素a含量呈正相關(guān)關(guān)系，與透明度、pH值和溶解氧呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。這是由于大量的有機(jī)質(zhì)給藻類生長提供了充足的食物，藻類細(xì)胞合成增加，葉綠素a含量會(huì)有明顯的提升，藻類的大量存在會(huì)降低透明度，同時(shí)在進(jìn)行呼吸作用時(shí)消耗了水中的氧氣，從而導(dǎo)致溶解氧下降，而pH值下降說明藻類在代謝過程中會(huì)產(chǎn)生酸性的物質(zhì)。松樹水庫主要的藻類中，藍(lán)藻門適宜高溫和有機(jī)物質(zhì)較多的水體，而高氮磷條件則利于硅藻門的生長。夏季高溫，藍(lán)藻門大量繁殖，消耗水中氮磷等營養(yǎng)元素，從而一定程度上限制了硅藻門的生長。如圖1所示，總磷含量是影響硅藻門密度的決定性因素，其次是總氮和氨氮含量。雖然在松樹水庫監(jiān)測的這半年期間并未發(fā)生水華等水污染事件，但是一旦氮磷等污染物過度排放，則有可能引起水華，而根據(jù)研究結(jié)果可知水華類型為硅藻門水華，因此可第一時(shí)間進(jìn)行有針對性的治理。

3.4 浮游植物與水文因子的相關(guān)性

浮游植物自身的遷移能力有限，大風(fēng)天氣有利于藻類的擴(kuò)散，從而使庫中的藻類密度降低。水位和蓄水量對藻類總數(shù)的影響不大，但硅藻門和綠藻門對水位和蓄水量較為敏感。綠藻門和硅藻門相對更喜歡在水位高、水量大的庫區(qū)繁殖，這與孫祥等[10]的研究結(jié)果一致。降水量的影響是綜合性的，一方面會(huì)改變庫區(qū)水位，另一方面會(huì)通過地表徑流使氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)增多，透明度也會(huì)有顯著降低。

3.5 庫區(qū)藻類控制方法

由于松樹水庫的藻類存在季節(jié)性演替規(guī)律，所以在不同時(shí)期可以進(jìn)行有針對性的防護(hù)控制。夏季藻類繁殖旺盛，易發(fā)生藍(lán)藻門水華，需控制水中有機(jī)質(zhì)的含量，減少垃圾和牲畜糞便的排放，保證水體清潔。尤其在炎熱無風(fēng)的氣候狀況下，更要加強(qiáng)對庫區(qū)的巡視，監(jiān)測水生生物的狀況，以免水污染事件的發(fā)生。春秋季水庫以硅藻門為主，需減少水中氮磷等元素的含量，嚴(yán)格控制庫區(qū)上游農(nóng)藥的排放及灌溉殘留，加強(qiáng)監(jiān)督管理，避免硅藻門水華。

4 結(jié) 論

(1)松樹水庫浮游植物組成結(jié)構(gòu)為硅藻門-藍(lán)藻門型，藻類種類及密度季節(jié)性演替，硅藻門與藍(lán)藻門存在競爭關(guān)系。

(2)BOD5和葉綠素a含量與藻類總數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系，總氮、總磷含量和透明度與硅藻門密度正相關(guān)性較好，而水溫和高錳酸鹽指數(shù)的增加則會(huì)導(dǎo)致藍(lán)藻門密度的升高。藍(lán)藻門密度和藻類總數(shù)與氣溫呈正相關(guān)關(guān)系，與風(fēng)速呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，而硅藻門和綠藻門對水位和蓄水量較為敏感。

(3)根據(jù)本研究，應(yīng)在不同季節(jié)預(yù)防庫區(qū)不同水華事件的發(fā)生。夏季尤其在炎熱無風(fēng)天氣，應(yīng)控制水中有機(jī)質(zhì)含量，避免藍(lán)藻水華；春秋季則需著重減少氮磷的輸入，控制硅藻水華的發(fā)生。