南丹縣天生橋水庫浮游植物與水環(huán)境營養(yǎng)狀態(tài)分析

狄 瑜，高何鳳，陳何瀟，李 楊，覃炳醒

(1.廣西壯族自治區(qū)環(huán)境保護科學研究院，南寧 530022;2.廣西博環(huán)環(huán)境咨詢服務有限公司，南寧 530000)

引 言

浮游生物是水庫生態(tài)系統(tǒng)中重要的生物類群之一，主要包括浮游植物和浮游動物，在水庫生態(tài)系統(tǒng)物質循環(huán)和能量流動中發(fā)揮著重要作用[1-2]。浮游生物的群落組成、豐富度、優(yōu)勢種群、生物多樣性等與水體的營養(yǎng)程度密切相關，是評價水質污染及營養(yǎng)水平的重要指標[3～8]。隨著水體污染程度的加劇，浮游生物群落結構、種群數(shù)量及多樣性也發(fā)生改變。通過研究水體浮游植物群落結構、多樣性、豐富度和均勻度指數(shù)的變化，客觀分析流域水體水質營養(yǎng)狀態(tài)[9～17]。

到目前為止，尚未對南丹天生橋水庫浮游植物群落結構特征與水體營養(yǎng)化進行任何研究報道。本文結合天生橋水庫水質監(jiān)測和流域浮游植物群落結構調查，初步研究水庫浮游植物群落結構特征與水體營養(yǎng)化的關系，針對水庫水質營養(yǎng)化水平，提出改善水質的防治措施，為天生橋水庫水環(huán)境保護和污染治理提供依據(jù)。

1 調查分析方法

天生橋水庫屬于龍江流域，位于南丹縣城西北15 km處的城關鎮(zhèn)關上村摩岜屯大村河谷上(下圖)。天生橋水庫大壩建于1978年9月，1980年投入運行。水庫壩址以上集雨面積98.9 km2(含巖溶匯流區(qū)39.7 km2)。天生橋水庫正常蓄水位664.50m，總庫容402萬m3，是一座以灌溉為主，兼顧發(fā)電、防洪等綜合利用的小(1)型水利工程。

圖 天生橋水庫采樣點分布Fig. Sampling sites of Tianshengqiao reservoir

1.1 調查范圍及采樣斷面

根據(jù)水庫分布的特點，主要調查水庫淹沒區(qū)回水點上游2 km至壩址下游2 km水生生態(tài)環(huán)境，分別在水庫庫尾上游200m處(庫尾上游)、水庫壩址上游80m處(庫區(qū)內)和水庫壩址下游1 500m處(壩址下游)，設置3個采樣點(見表1和上圖)，并于2017年12月采取水質樣品，于2018年1月采取水生生物樣品。

表1 水生生物和水質采樣點一覽表Tab.1 The list of sample sites for phytoplankton and water quality

1.2 調查方法

1.2.1 浮游生物采集與鑒定

定性用25號生物網(wǎng)采集浮游植物，并分別用盧戈氏碘液和甲醛溶液固定，帶回室內觀察分類。定量用2 500 mL采水器采水樣，取1 000 mL用盧戈氏碘液固定，帶回室內沉淀24 h，用虹吸法棄上清液，留30 mL沉淀濃縮液定量計數(shù)。

浮游植物定量：將濃縮液搖勻后吸取0.1 mL樣品置于0.1 mL計數(shù)框內，在顯微鏡下按視野法計數(shù)。每個樣品2次，取其平均值。每升水樣浮游植物數(shù)量的計算公式如下：

(1)

式中：N為一升水樣中浮游植物的數(shù)量(ind/L)；Cs為計數(shù)框的面積(mm2)；Fs為視野面積(mm2)；Fn為每片計數(shù)過的視野數(shù)；V為一升水樣經(jīng)濃縮后的體積(mL)；v為計數(shù)框的容積(mL)；Pn為計數(shù)所得個數(shù)(ind)。

1.2.2 水樣采集與分析

水樣采集與分析根據(jù)《地表水和污水監(jiān)測技術規(guī)范》和《水和廢水監(jiān)測分析方法》(第四版)規(guī)定的方法，在每個采樣點采集水樣，監(jiān)測總氮(TN)、總磷(TP)、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)、葉綠素a(Chla)、透明度(SD)等水體指標。

1.3 浮游植物群落特征指數(shù)

生物學指標采用Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)(H)、Margalef 豐富度指數(shù)(D)和Pielou均勻度指數(shù)(J)對浮游植物多樣性進行評價[18-19]。浮游植物多樣性指數(shù)評價標準：H：H>3為清潔，23指示輕污染或無污染，10.5為輕污染或無污染，0.3

(2)

D=(S-1)/lnN

(3)

J=H/lnS

(4)

式中，S為物種數(shù)目，N為群落中同類物種個體總數(shù)，ni為第i種的個體數(shù)。

1.4 富營養(yǎng)化評價

采用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)TLI(Σ)[20-21]來評價水庫的富營養(yǎng)化狀況，并用0～100的一系列連續(xù)數(shù)字對湖泊營養(yǎng)狀態(tài)進行分級評價。評價分級：TLI(Σ) <30，貧營養(yǎng)；30≤TLI(Σ)≤50，中營養(yǎng)；5070，重度富營養(yǎng)。

(5)

式中：TLI(Σ)為綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；wj為第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的相關權重；TLI(j)為代表第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)。

2 結果與分析

2.1 浮游植物

2.1.1 種類組成

調查發(fā)現(xiàn)浮游植物有31種，隸屬于5門27屬，其中綠藻門和硅藻門各13種，占41.9%；藍藻門3種9.6%；隱藻門和黃藻門各1種，各占3.3%。浮游植物呈現(xiàn)出河流浮游植物群落組成特征，以硅藻-綠藻為主。1#采樣點以小個體的舟形藻為優(yōu)勢種，2#和3#采樣點以個體稍大的針桿藻為優(yōu)勢種。從浮游生物的生活習性看，以浮游藻類為主，共23種，占74.2%，固著種類只有8種，占25.8%。

2.1.2 浮游植物密度和生物量

根據(jù)鏡檢結果，按公式(1)計算出浮游植物的密度和生物量，見表2。

表2 浮游植物密度和生物量Tab.2 The density and biomass of phytoplankton

從生物量和密度看，密度為1#>2#>3#；生物量為2#>1#>3#。1#采樣點位于庫尾上游，流速較大，浮游植物密度最大。2#采樣點位于庫區(qū)內，流速緩慢；3#采樣點位于壩址下游，水量小，為淺水環(huán)境，故3#采樣點浮游植物密度最小。而2#采樣點有機物豐富，生物量最大。

2.1.3 浮游植物多樣性分析

按公式(2)～(4)計算浮游植物多樣性指數(shù)，浮游植物多樣性水平分布變化見表3。

表3 浮游植物群落特征指數(shù)Tab.3 The biodiversity index of phytoplankton community structure

浮游植物群落從Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H)、Margalef豐富度指數(shù)(D)和Pielou均勻度指數(shù)(J)來看，1#～3#采樣點變化趨勢相同，均呈現(xiàn)為3#(壩址下游)>1#(庫尾上游)>2#(庫區(qū)內)。

2.2 理化參數(shù)及富營養(yǎng)化評價

天生橋水庫水質執(zhí)行《地表水環(huán)境質量標準》(GB3838-2002)Ⅲ類標準，本文采用單項水質參數(shù)評價方法中標準指數(shù)法，對2017年12月天生橋水庫水質監(jiān)測數(shù)據(jù)進行對標分析，具體監(jiān)測結果見表4。評價結果表明，除了2#采樣點總磷超過《地表水環(huán)境質量標準》(GB3838-2002)Ⅲ類標準的湖庫水質標準外；其余各采樣點水質參數(shù)監(jiān)測值均滿足《地表水環(huán)境質量標準》(GB3838-2002)Ⅲ類標準要求。

表4 天生橋水庫水質監(jiān)測結果Tab.4 The water quality monitoring results of Tianshengqiao rReservoir

高錳酸鹽指數(shù)CODMn作為有機污染的指標，當其超過4 mg/L時，表示水體已受到有機污染[19]。而本次調查的3個采樣點CODMn均低于4mg/L，表明水庫水體受有機污染影響不大。根據(jù)國內有關湖泊富營養(yǎng)化評價標準，結合綜合營養(yǎng)狀態(tài)指標，1#和3#采樣點水質現(xiàn)狀為貧營養(yǎng)，2#采樣點水質現(xiàn)狀為貧～中營養(yǎng)，其中綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)均呈現(xiàn)相同變化趨勢：2#>1#>3#。

2.3 討論

天生橋水庫庫尾上游和庫區(qū)內Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H)分別為1.32和1.15，水質受到中度污染；壩址下游Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H)為2.18，水質受到輕度污染。天生橋水庫庫尾上游和庫區(qū)內Margalef豐富度指數(shù)(D)分別為2.79和2.61，水質受到中度污染；壩址下游Margalef豐富度指數(shù)(D)為3.40，水質受到輕度污染。天生橋水庫庫尾上游和庫區(qū)內Pielou均勻度指數(shù)(J)為分別為0.43和0.39，水質受到中污染；壩址下游Pielou均勻度指數(shù)(J)為0.69，水質受到輕度污染。依據(jù)多樣性指數(shù)、豐富度指數(shù)和均勻度指數(shù)對天生橋水庫浮游植物進行評價，3個指標結果一致，表明天生橋水庫庫尾上游和庫區(qū)內處于中度污染水平，壩址下游為輕度污染水平。

根據(jù)綜合營養(yǎng)狀態(tài)指標計算結果分析，天生橋水庫庫尾上游水質為貧營養(yǎng)、庫區(qū)內水質為貧～中營養(yǎng)、壩址下游水質為貧營養(yǎng)。3個采樣點水體受到一定程度的有機污染，但影響不大，受影響較大的為庫區(qū)內水體，其次庫尾上游水體，影響最小是壩址下游水體。綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的變化趨勢與多樣性指數(shù)變化趨勢一致，即3#(壩址下游)>1#(庫尾上游)>2#(庫區(qū)內)。

與國內外研究結果基本一致，均表明浮游植物的多樣性指數(shù)、豐富度指數(shù)、均勻度指數(shù)可用于水體營養(yǎng)狀態(tài)的評價，浮游植物群落特征變化過程與水環(huán)境因子存在密切聯(lián)系，浮游植物多樣性指數(shù)越高，水體富營養(yǎng)化程度越低，水質受污染程度越低，水質狀況越好；反之多樣性指數(shù)較低，水質越差[8～10,16,22-23]。

3 建議與措施

根據(jù)相關規(guī)劃，將對南丹縣天生橋水庫進行擴容，該水庫主要任務調整為以供水、灌溉為主，為南丹縣城和車河鎮(zhèn)提供生活用水。針對現(xiàn)狀天生橋水庫庫區(qū)水體貧～中營養(yǎng)化水平，為了有效保證水庫的飲用水水源功能和水質安全，必須采取有力措施對整個庫區(qū)進行綜合防治。

3.1 劃定飲用水水源保護區(qū)

水庫擴容運行后，相關部門應根據(jù)《中華人民共和國水污染防治法》(2018年)、《廣西壯族自治區(qū)飲用水水源保護條例》(2017年)和《飲用水水源保護區(qū)劃分技術規(guī)范》(HJT338-2018)等的保護要求，及時劃定飲用水水源保護區(qū)，設立飲用水水源保護區(qū)界標、交通警示牌、告示牌和宣傳牌等，完善飲用水源保護體制和管理機制，對水庫水源進行保護與管理。

3.2 建立環(huán)境監(jiān)測體系

建立環(huán)境監(jiān)測體系，在定期觀測水體水質變化情況，建立水質監(jiān)測、預測預報工作，為水庫環(huán)境保護提供準確的信息，建立健全水源地突發(fā)環(huán)境事件預警體系和應急反應體系。

3.3 庫區(qū)底泥治理

底泥在一定程度上會吸附氮、磷等污染物，同時在一定條件下會重新釋放污染物，產(chǎn)生二次污染，引起庫區(qū)水體富營養(yǎng)化[24]。應及時清理庫區(qū)底泥沉積物和殘留物，并開展衛(wèi)生清理和消毒工作，有效治理內源污染。

3.4 生活面源治理與控制

重點控制庫區(qū)周圍村屯生活污水，要求村屯統(tǒng)一配套污水處理設施和收集管網(wǎng)，未設置化糞池的農戶補設化糞池，將村屯化糞池處理后的生活污水統(tǒng)一收集，納入污水處理設施處理達標后，將處理后尾水引到水源保護區(qū)以外進行排放或用于水源保護區(qū)以外林地灌溉。加強庫區(qū)周邊村屯生活垃圾管理，要求對村屯生活垃圾統(tǒng)一收集，定期清運至當?shù)厣罾幚韴鏊幚?，禁止向庫區(qū)上游大村河和庫區(qū)內傾倒生活垃圾。

3.5 農業(yè)面源治理與控制

禁止在水源保護區(qū)內禁止開展規(guī)?；蛯I(yè)戶畜禽養(yǎng)殖。水源保護區(qū)內的分散式畜禽養(yǎng)殖圈舍應盡量遠離取水口，禁止向水體直接傾倒畜禽糞便和污水。對于水源保護區(qū)以外可能對水源產(chǎn)生影響的畜禽養(yǎng)殖，參考《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染防治技術規(guī)范》(HJ/T81-2001)采取污染防治措施，鼓勵種養(yǎng)結合和生態(tài)養(yǎng)殖，推動畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物的減量化、無害化和資源化處置。

嚴格控制庫區(qū)周邊農藥、化肥等的使用品種和數(shù)量，積極發(fā)展生態(tài)農業(yè)，科學施肥，節(jié)水灌溉，減少農田退水，降低化肥、農藥的入河量。

禁止飲用水水源保護區(qū)內網(wǎng)箱養(yǎng)殖。

4 結 論

4.1 天生橋水庫浮游植物Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Margalef豐富度指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)和營養(yǎng)化變化水平均呈現(xiàn)相似的趨勢，即壩址下游>庫尾上游>庫區(qū)內，指數(shù)數(shù)值越高，水體富營養(yǎng)化水平越低，水質受污染程度越低，水質狀況越好，反之水質越差。

4.2 本文對天生橋水庫流域浮游植物群落特征和水質營養(yǎng)化狀態(tài)進行的調查研究成果，為天生橋水庫水資源管理和水生態(tài)保護提供理論依據(jù)。