蘇煙水庫(kù)浮游植物研究及水體營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)

羅淞元

（玉林水文中心，廣西 玉林 537000）

浮游植物是水環(huán)境監(jiān)測(cè)中指示水體水質(zhì)狀況的敏感物質(zhì)，其種群結(jié)構(gòu)、密度、生物多樣性等能很好地反映水環(huán)境質(zhì)量變化情況，是評(píng)價(jià)水域環(huán)境的重要指標(biāo)[1]。近年來，隨著全球性環(huán)境氣候的變化，作為城市主要水源地的湖泊水庫(kù)，水生態(tài)監(jiān)測(cè)備受人們關(guān)注。將水庫(kù)浮游植物的變化與水體理化項(xiàng)目結(jié)合，對(duì)水體環(huán)境進(jìn)行綜合分析，可以對(duì)水庫(kù)水質(zhì)變化盡早做出預(yù)警。

蘇煙水庫(kù)位于廣西玉林市玉州區(qū)大塘鎮(zhèn)蘇煙村，是玉林市城區(qū)生活飲用水的主要水源地，壩址以上集雨面積14.7 km2，總庫(kù)容為1934萬m3，設(shè)計(jì)供水規(guī)模為10萬m3/d，約占城區(qū)日供水量的80%。長(zhǎng)期以來，因?yàn)樯嫌紊钗鬯⑥r(nóng)業(yè)化肥、水土流失等產(chǎn)生的面源污染影響，水庫(kù)受到一定程度的污染。蘇煙水庫(kù)曾在2009年8月發(fā)生過藍(lán)藻水華，對(duì)玉林市城區(qū)供水安全構(gòu)成很大的威脅。按2021年1月～9月不同時(shí)間段，本文分別對(duì)蘇煙水庫(kù)的浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征、季節(jié)性變化規(guī)律、浮游植物多樣性指數(shù)以及水體富營(yíng)養(yǎng)化因子進(jìn)行綜合分析、評(píng)價(jià)，了解蘇煙水庫(kù)的水生態(tài)現(xiàn)狀，以期對(duì)確保水庫(kù)水質(zhì)水環(huán)境安全提供參考。

1 材料與方法

1.1 采樣時(shí)間和樣品采集

根據(jù)玉林當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)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(kù)壩首進(jìn)行采樣，時(shí)間均為每個(gè)月初采樣當(dāng)天09：00～10：00時(shí)間段。

浮游植物定量采集方式：定量樣品用有機(jī)玻璃采樣器進(jìn)行采集，采樣時(shí)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(shí)驗(yàn)室靜置48 h后，濃縮至30 mL。取0.1 mL濃縮水樣進(jìn)行鏡檢計(jì)數(shù)。本次鏡檢采用的是徠卡光學(xué)顯微鏡，數(shù)據(jù)統(tǒng)一用Excel表格進(jìn)行編輯計(jì)算。

1.2 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括水溫、透明度、pH值、總氮、總磷、高錳酸鹽指數(shù)、葉綠素a、浮游植物密度（見表1）。

表1 水體監(jiān)測(cè)項(xiàng)目檢測(cè)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(zhì) 磷酸鹽和總磷的測(cè)定連續(xù)流動(dòng)-鉬酸銨分光光度法》（HJ 670-2013）《水質(zhì)總氮的測(cè)定堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法》（HJ 636-2012）《水質(zhì)葉綠素a的測(cè)定分光光度法》（HJ 897-2017）《透明度的測(cè)定透明度計(jì)法、圓盤法》（SL 87-1994）《內(nèi)陸水域浮游植物監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（SL 733-2016）連續(xù)流動(dòng)注射分析儀141464紫外可見分光光度計(jì)076813090003紫外分光光度計(jì)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(jì)算

將濃縮后的定量樣品充分搖勻，用移液槍準(zhǔn)確移取0.1 mL樣品到計(jì)數(shù)框內(nèi)，蓋上玻片后在10×40倍顯微鏡下進(jìn)行鑒定、計(jì)數(shù)。浮游植物密度計(jì)算（以1L水樣計(jì)）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(jì)算框面積，mm2；Fs為每個(gè)視野的面積，mm2；Fn為每片計(jì)數(shù)過的視野個(gè)數(shù)；U為1 L水樣濃縮后的體積，mL；U0為計(jì)數(shù)框體積，mL；Pn為經(jīng)計(jì)數(shù)的浮游植物個(gè)數(shù)。

根據(jù)浮游植物密度的高低評(píng)價(jià)水華程度，其分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[3]見表2。

表2 基于浮游植物密度評(píng)價(jià)的水華程度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

1.3.2 浮游植物優(yōu)勢(shì)種

藻類群落組成分析法鑒定到屬，計(jì)算各種藻類種數(shù)量占比Pi，確定優(yōu)勢(shì)種。優(yōu)勢(shì)種對(duì)生物群落結(jié)構(gòu)影響較大，當(dāng)鑒定出的藻類Pi＞15%時(shí)，均為浮游植物優(yōu)勢(shì)種[4]，計(jì)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(píng)價(jià)[5]

湖泊一般采用多樣性指數(shù)進(jìn)行浮游植物狀況評(píng)價(jià)。浮游植物多樣性指數(shù)在一定程度上可以判斷水庫(kù)浮游植物群落結(jié)構(gòu)或生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本文選用Shannon-Wiener指數(shù)H、Margalef豐富度指數(shù)M和Pielou均勻度指數(shù)J對(duì)水庫(kù)進(jìn)行多樣性評(píng)價(jià)。

1.4.1 Shannon-Wiener指數(shù)H

Shannon-Wiener指數(shù)H值越高，說明藻類群落結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性越大，水質(zhì)越好；而當(dāng)Shannon-Wiener指數(shù)H值減小，說明水體受到一定的污染，群落結(jié)構(gòu)趨向單一化，生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差，水體質(zhì)量有所下降。計(jì)算公式為：

式中：S為浮游植物屬數(shù)；Pi為第i個(gè)物種的相對(duì)密度。

1.4.2 Margalef豐富度指數(shù)M

Margalef豐富度指數(shù)，用于不同環(huán)境中生物的的多樣性比較，敏感性好。計(jì)算公式為：

式中：S為浮游植物屬數(shù)；D為浮游植物的個(gè)體總數(shù)。

1.4.3 Pielou均勻度指數(shù)J

均勻度指數(shù)J能很好地表現(xiàn)出物種的均勻度。計(jì)算公式為：

式中：H為Shannon-Wiener指數(shù)；S為浮游植物屬數(shù)。

水庫(kù)浮游植物營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表3。

表3 水庫(kù)浮游植物營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

1.5 水體營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)

水庫(kù)營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)采用指數(shù)法進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)項(xiàng)目有總磷、總氮、葉綠素a、高錳酸鹽指數(shù)和透明度，運(yùn)用線性插值法將水質(zhì)項(xiàng)目濃度值轉(zhuǎn)換成賦分值，按照營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)EI大小來確定水庫(kù)營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)分級(jí)。計(jì)算公式為：

式中：EI為營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；En為評(píng)價(jià)項(xiàng)目賦分值；N為評(píng)價(jià)項(xiàng)目個(gè)數(shù)。

水庫(kù)營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及分級(jí)方法[6]見表4。

表4 水庫(kù)營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及分級(jí)方法

2 結(jié)果與分析

2.1 水庫(kù)浮游植物群落結(jié)構(gòu)

2021年1月～9月不同季節(jié)當(dāng)中，在蘇煙水庫(kù)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(shù)的44.4%；硅藻門15種，占總數(shù)的27.8%。其次為藍(lán)藻門8種，占總數(shù)的14.8%；裸藻門、隱藻門和甲藻門均為2種，均占總數(shù)的3.7%，最少的是金藻門，檢出1種，占總數(shù)的1.9%。蘇煙水庫(kù)浮游植物種類組成見圖1。

圖1 蘇煙水庫(kù)浮游植物種類組成

浮游植物群落結(jié)構(gòu)的季節(jié)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(shù)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(yōu)勢(shì)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(jié)（1月、7月、9月）的優(yōu)勢(shì)類群為綠藻門。

圖2 浮游植物群落結(jié)構(gòu)季節(jié)性變化

2.2 浮游植物密度及優(yōu)勢(shì)種類

不同的季節(jié)，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(yōu)勢(shì)種類也不同，蘇煙水庫(kù)浮游植物密度狀況見表5。由表5可以看出蘇煙水庫(kù)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(zhǎng)旺盛，數(shù)量最多，夏秋兩季（7月和9月），綠藻門數(shù)量最多，優(yōu)勢(shì)明顯。其中冬季（1月）硅藻門密度高達(dá)357.6×104cells/L，占總量的62.4%，其次為藍(lán)藻門和綠藻門，分別占15.5%和13.8%，優(yōu)勢(shì)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(dāng)，各占31.6%和33.3%，優(yōu)勢(shì)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(duì)優(yōu)勢(shì)，優(yōu)勢(shì)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(yōu)勢(shì)明顯，其他各門藻類較少，優(yōu)勢(shì)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(kù)浮游植物密度狀況104 cells/L

從水庫(kù)浮游植物總密度來看，季節(jié)變化明顯。其中夏季（7月）水庫(kù)浮游植物密度最高，達(dá)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(jù)藻密度的高低評(píng)價(jià)水華程度，夏季（7月）水華風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)為輕度水華，優(yōu)勢(shì)類群為綠藻門，其他季節(jié)（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(xì)胞分裂速度和葉綠素生產(chǎn)力的改變來適應(yīng)水體溫度的變化，當(dāng)溫度出現(xiàn)變化有利于浮游植物的生長(zhǎng)時(shí)，細(xì)胞分裂速度增加，浮游植物生物量也隨之增長(zhǎng)。所以當(dāng)溫度較高時(shí)，尤其是夏季和秋季，適合浮游植物生長(zhǎng)，要注意防范蘇煙水庫(kù)發(fā)生綠藻水華。

2.3 浮游植物生態(tài)狀況分析

浮游植物多樣性指數(shù)分析及營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)見表6。

表6 浮游植物多樣性指數(shù)分析及營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)

（1）Shannon-Wiener指數(shù)H。Shannon-Wiener指數(shù)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(shù)H最大，為2.80，營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)為中營(yíng)養(yǎng)，夏季7月份最小，僅為1.23，營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)為中～富營(yíng)養(yǎng)。不同季節(jié)的Shannon-Wiener指數(shù)H表明：春季期，氣候溫度適合部分藻類生長(zhǎng)，蘇煙水庫(kù)浮游植物多樣性指數(shù)大，群落結(jié)構(gòu)復(fù)雜，水體營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)良好，水生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)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(shù)減小，浮游植物群落結(jié)構(gòu)趨于簡(jiǎn)單，水庫(kù)水生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差，水體質(zhì)量有所下降。

（2）Margalef豐富度指數(shù)M。Margalef豐富度指數(shù)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(shù)M最大，達(dá)到5.16，營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)為貧營(yíng)養(yǎng)，表明該月份水庫(kù)浮游植物物種數(shù)目多，豐富度大，水質(zhì)較好；夏季（7月）Margalef豐富度指數(shù)最小，僅為3.59，營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)為中～富營(yíng)養(yǎng)，表明夏季蘇煙水庫(kù)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(shù)M分別為4.34和4.92，營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)均為中營(yíng)養(yǎng)。

（3）Pielou均勻度指數(shù)J。Pielou均勻度指數(shù)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(shù)J最小，僅為0.37，營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)為中～富營(yíng)養(yǎng)；秋季（9月）和冬季（1月）Pielou均勻度指數(shù)J相差不大，分別為0.77和0.65，營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)為中營(yíng)養(yǎng)；春季（4月）Pielou均勻度指數(shù)J最大，為0.82，說明種群均勻度最高，水庫(kù)評(píng)價(jià)為貧營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)。Pielou均勻度指數(shù)表明，蘇煙水庫(kù)在春季期具有更均勻的物種數(shù)目存在。

蘇煙水庫(kù)不同季節(jié)（1月～9月）Shannon-Wie?ner指數(shù)H、Margalef豐富度指數(shù)M和Pielou均勻度指數(shù)J指標(biāo)的變化趨勢(shì)均相似，表明夏季（7月）水庫(kù)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)均為中～富營(yíng)養(yǎng)；其他季節(jié)（1月、4月和9月）營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)為中營(yíng)養(yǎng)或貧營(yíng)養(yǎng)，綜合評(píng)價(jià)為中營(yíng)養(yǎng)。浮游植物多樣性指數(shù)能夠反映水庫(kù)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，此次研究采用浮游植物多樣性指數(shù)3項(xiàng)指標(biāo)對(duì)營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)，均能說明水庫(kù)從春季到夏季其營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)趨勢(shì)從中營(yíng)養(yǎng)過渡到中～富營(yíng)養(yǎng)。

2.4 富營(yíng)養(yǎng)化因子評(píng)價(jià)

水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化程度主要以總磷、總氮、高錳酸鹽指數(shù)、葉綠素a和透明度為評(píng)價(jià)指標(biāo)，其中必評(píng)項(xiàng)目為葉綠素a。水庫(kù)水體營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)EI隨時(shí)間變化情況見圖3，從圖3可以看出，春季期（4月）水庫(kù)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)EI比其他月份的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)EI略高，水庫(kù)營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)EI變化范圍在41.6～44.5之間，最大值出現(xiàn)在春季（4月），營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)EI為44.5，最小值出現(xiàn)在夏季（7月），營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)EI為41.6。根據(jù)《地表水資源質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)程》（SL 395-2007）水庫(kù)營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及分級(jí)方法，蘇煙水庫(kù)各個(gè)季節(jié)當(dāng)中，水庫(kù)營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)均為中營(yíng)養(yǎng)。

圖3 蘇煙水庫(kù)1月～9月水體營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)變化情況

3 結(jié)果與討論

（1）本次蘇煙水庫(kù)研究調(diào)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(jié)，優(yōu)勢(shì)門以綠藻門和硅藻門為主，生物多樣性指數(shù)變化不大。冬季優(yōu)勢(shì)種為硅藻門的星桿藻，春季種群優(yōu)勢(shì)種硅藻門的直鏈藻，夏季種群優(yōu)勢(shì)種為綠藻門的腎形藻，秋季種群優(yōu)勢(shì)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(jié)，水華風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估為輕度水華，其他季節(jié)為無明顯水華。

（2）多樣性指數(shù)分析中，Shannon-Wiener指數(shù)H變化范圍為1.23～2.80，Margalef豐富度指數(shù)M為3.59～5.16，Pielou均勻度指數(shù)J為0.37～0.82；營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)EI為41.6～44.5。結(jié)合浮游植物Shan?non-Wiener指數(shù)H、Margalef豐富度指數(shù)M和Pielou均勻度指數(shù)J以及富營(yíng)養(yǎng)化因子評(píng)價(jià)，蘇煙水庫(kù)水體處于中營(yíng)養(yǎng)到中～富營(yíng)養(yǎng)的臨界狀態(tài)。特別是夏季，營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)處于中～富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，初具水華爆發(fā)的條件。因此，有關(guān)部門應(yīng)引起重視，加強(qiáng)對(duì)蘇煙水庫(kù)的水生態(tài)保護(hù)，科學(xué)治理，遏制水體富營(yíng)養(yǎng)化程度的發(fā)展，確保蘇煙水庫(kù)供水用水安全。

4 建議

蘇煙水庫(kù)作為玉林最大的飲用水源地，前期（2010年）保護(hù)治理水環(huán)境的工程措施（沼氣池，庫(kù)前人工濕地，庫(kù)中生物浮床）對(duì)水庫(kù)水質(zhì)起到一定的改善作用，但是如今水庫(kù)水體仍處于中～富營(yíng)養(yǎng)的臨界狀態(tài)，顯然這些工程措施沒有從根本上達(dá)到消除污染、標(biāo)本兼治的目的。在蘇煙水庫(kù)水環(huán)境尚未完全惡化，富營(yíng)養(yǎng)化及水華尚未爆發(fā)前，建議在現(xiàn)有的工程設(shè)施基礎(chǔ)上，繼續(xù)完善建設(shè)立體式的生物生態(tài)鏈治理技術(shù)保護(hù)工程。將蘇煙水庫(kù)二庫(kù)生物浮床覆蓋區(qū)通過設(shè)置水中軟體墻，對(duì)水質(zhì)較差的部分水域進(jìn)行隔離，形成相對(duì)獨(dú)立的區(qū)域，并在區(qū)域內(nèi)布設(shè)人工介質(zhì)、生態(tài)網(wǎng)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(yíng)養(yǎng)鹽濃度；另外，在庫(kù)區(qū)內(nèi)水質(zhì)營(yíng)養(yǎng)化程度較高的區(qū)域，適量投放水生動(dòng)物（如鰱魚、鳙魚等），有利于抑制藻類的瘋長(zhǎng)，從而提高水庫(kù)透明度，維護(hù)水庫(kù)水生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。