遼寧撫順平山水庫退役后河流浮游藻類季節(jié)動態(tài)及水質(zhì)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(zhì)狀況，分別于2018年3、5、7和10月調(diào)查分析了該河流浮游藻類的種類構(gòu)成、優(yōu)勢度和生物多樣性指數(shù)，并測定了水體的一些理化指標。結(jié)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(jié)中出現(xiàn)種類最多的。不同季節(jié)藻類豐度為1.6×104～2.2×106個/L。不同季節(jié)河流中的優(yōu)勢種存在明顯變化，3月最占優(yōu)勢的是硅藻門的羽紋藻（0.108），5月最占優(yōu)勢的是多甲藻（0.194），7月最占優(yōu)勢的是微囊藻（0.334），10月則以裸藻屬最占優(yōu)勢（0.220）。全年浮游藻類豐富度指數(shù)（D）在0962～1.364，Shannon-Wiener多樣性指數(shù)（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(jié)果，夏秋季水質(zhì)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(nóng)耕施肥密切相關(guān)。

關(guān)鍵詞 撫順平山水庫;退役;浮游藻類;水質(zhì)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(wù)）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(diào)節(jié)徑流、供水發(fā)電、灌溉養(yǎng)魚等方面發(fā)揮了重要的作用，但對于水分循環(huán)與河流生態(tài)系統(tǒng)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(tài)和原有的水文條件，水體的溶解氧和營養(yǎng)物質(zhì)含量等都會發(fā)生明顯的變化，對于水體的生物種類、生物多樣性等發(fā)生重要影響，岸邊的植被也會由于工程建設(shè)及水體形態(tài)和用途的改變而發(fā)生很大變化。為了恢復(fù)河流生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，國內(nèi)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(jiān)測及研究工作，其中浮游藻類監(jiān)測是一項重要工作。藻類是水體中的初級生產(chǎn)者，參與水環(huán)境中的物理、化學、生物過程，對環(huán)境反應(yīng)敏感，其種類組成以及數(shù)量、生物多樣性等能很好地反映水環(huán)境質(zhì)量好壞及其變化，是評價水域環(huán)境的重要指標[1]，因此，常被作為水體環(huán)境及生態(tài)系統(tǒng)健康的有效生物監(jiān)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?、蛐退畮?，該水庫位于撫順東洲區(qū)碾盤鄉(xiāng)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(shù)量，并通過生物多樣性指數(shù)評價水環(huán)境質(zhì)量，以期為退役水庫的相關(guān)研究奠定一定的基礎(chǔ)。

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(diào)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(shù)量統(tǒng)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(shù)框中，蓋上蓋玻片后在10×40倍顯微鏡下鑒定[2-4]并計數(shù)。浮游藻類計數(shù)需觀察至少2片計數(shù)框，每片計數(shù)框觀察50個視野，取其平均值為最終結(jié)果，若2片計數(shù)結(jié)果相差15%以上，則進行第3片計數(shù)，取其中個數(shù)相近2片的平均值[5]。

藻類計數(shù)后根據(jù)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(shù)框面積（mm2）;Fs為每個視野的面積（mm2）;Fn為計數(shù)過的視野數(shù);V為1 L水樣經(jīng)沉淀濃縮后的體積（mL）;U為計數(shù)框的體積（mL）;Pn為計數(shù)出的浮游植物個數(shù)（個/L）。

1.3 水體理化因子測定

根據(jù)《中華人民共和國-地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB 3838—2002）中規(guī)定的基本項目，該研究測定的水質(zhì)指標有pH、電導(dǎo)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(shù)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(yōu)勢度及多樣性指數(shù)

1.4.1 Simpson優(yōu)勢度指數(shù)（Y）。

Simpson優(yōu)勢度指數(shù)用于測定、篩選群落中比較占優(yōu)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(shù);N表示樣品中所有種類的總個體數(shù);fi為第i種出現(xiàn)的頻率，當Y≥0.02時為優(yōu)勢種[6]。

1.4.2 Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)（H′）。

若Shannon-Wiener指數(shù)的數(shù)值大，則表示群落結(jié)構(gòu)復(fù)雜，反饋調(diào)節(jié)功能較強，群落較穩(wěn)定;數(shù)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(shù);N表示藻類個體總數(shù)。其評價水質(zhì)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(shù)（D）。

一般情況下，健康的水環(huán)境中，藻類種類較高;污染的水環(huán)境中，藻種類較少。Margalef指數(shù)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(shù);N表示藻類總個體數(shù)。具體評價水質(zhì)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(shù)據(jù)統(tǒng)一用Excel2007進行統(tǒng)計處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 浮游藻類物種數(shù)及構(gòu)成

4次采樣共統(tǒng)計到藻類79種，其中硅藻門27種，占總種類數(shù)的34%;藍藻門25種，占總種類數(shù)的32%;綠藻門14種，占總種類數(shù)的18%;裸藻門和甲藻門各6種，各約占總種數(shù)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(shù)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(shù)最多（60種），其他時間水樣中的藻類種類數(shù)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(jié)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(jié)的優(yōu)勢種

通過Simpson優(yōu)勢度指數(shù)分析，3月河流中優(yōu)勢度較高的有硅藻門的羽紋藻（Simpson優(yōu)勢度指數(shù)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(yōu)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(yōu)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(yōu)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(jié)果可見，河流中的優(yōu)勢藻類隨著季節(jié)變化而有明顯更替。從優(yōu)勢度分析，平山水庫退役后東洲河庫底段浮游藻類群落結(jié)構(gòu)在早春（3月）呈現(xiàn)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(yǎng)物質(zhì)等多種因素可以影響水體中浮游植物群落結(jié)構(gòu)的季節(jié)變化[8]。該研究發(fā)現(xiàn)藍藻門的微囊藻屬藻類在夏季（7月）是較重要的優(yōu)勢種，這一方面與藍藻能夠適應(yīng)高溫水體有關(guān)，另外與庫底農(nóng)田的化肥施用有關(guān)。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(yǎng)化程度越嚴重[9-10]。多甲藻在3月和5月為優(yōu)勢種，它也是污染指示藻類，可產(chǎn)生多種毒素，導(dǎo)致魚類死亡。

硅藻適應(yīng)低溫能力強，易在春季形成優(yōu)勢[2]，這在該研究中有很好體現(xiàn)。該研究結(jié)果還表明，各季節(jié)中硅藻不論是在種類還是優(yōu)勢度方面都是比較重要的類群。鄧建明等[11]研究發(fā)現(xiàn)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(jié)構(gòu)的研究結(jié)果也與該研究結(jié)論相似。

2.4 藻類多樣性指數(shù)分析

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

2.5 水環(huán)境理化因子結(jié)果分析

根據(jù)我國地表水環(huán)境質(zhì)量標準（GB3838—2002）和該研究測定的理化指標結(jié)果（表3），該水體的水質(zhì)在夏季和秋季為劣V類，早春為IV類，導(dǎo)致水質(zhì)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(nóng)田，而農(nóng)田施用的氮肥隨地表徑流進入河流導(dǎo)致水體污染。早春時（3月）農(nóng)田尚未開始耕作，所以水質(zhì)略好于其他季節(jié)。

3 討論

水庫大壩的建設(shè)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(gòu)成都會產(chǎn)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(fù)自然流動，使其下游的水量和水質(zhì)得到提升，并恢復(fù)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(guān)研究，初步揭示了退役水庫庫底段河流中浮游藻類群落構(gòu)成及季節(jié)動態(tài)，對其水質(zhì)狀況進行了初步的評價，發(fā)現(xiàn)河流水質(zhì)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(fù)必將產(chǎn)生不良影響。孫衛(wèi)紅等[13]研究發(fā)現(xiàn)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(shù)太湖入湖河流中 TN、NH3-N 是造成水質(zhì)惡化的主要原因。結(jié)合該研究結(jié)果，無論是水庫還是河流的污染都與人類的活動息息相關(guān)。水庫退役后其生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)是一個長期的過程，但人為積極而正向的干預(yù)將發(fā)揮重要作用，庫底農(nóng)田的退耕、河岸帶植被恢復(fù)是相關(guān)決策部門應(yīng)該采取的對策。

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