遼河流域浮游藻類監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展探析

滕凡全

（遼寧省河庫管理服務(wù)中心，遼寧 沈陽 110003）

0 引言

遼河流域由遼河、渾河、太子河、大凌河和小凌河6 條主要河流及其支流組成，是我國七大流域之一，是國家重點(diǎn)治理的“三河三湖”之一，遼寧省境內(nèi)流域面積為9.49 萬km2。遼河流域?qū)偌竟?jié)性、受控型河流，水資源匱乏，枯水期河道內(nèi)基本無自然徑流，沿途城市密集、工業(yè)集中，排污量大，集中體現(xiàn)了我國重化工業(yè)密集的老工業(yè)基地結(jié)構(gòu)性、區(qū)域性污染特征，過度開發(fā)使遼河流域水質(zhì)綜合污染指數(shù)曾列七大流域第二位，2005年干流化學(xué)需氧量和氨氮年均值超V 類標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)位比例分別達(dá)到34.6%和84.6%[1]。

藻類是地球上一群古老的生物，絕大多數(shù)生活在水中，種類繁多，分布廣泛，在水生態(tài)系統(tǒng)中占有重要的地位，與人類生產(chǎn)、生活關(guān)系密切，具有重要的漁業(yè)、工業(yè)、農(nóng)業(yè)和藥用價(jià)值。天然水體中藻類種類繁多，生活習(xí)性多種多樣，其中浮游藻類對(duì)水質(zhì)變化敏感，隨水環(huán)境改變而變化，能夠指示水質(zhì)狀況和水體營養(yǎng)程度。而浮游藻類監(jiān)測(cè)具有長(zhǎng)期性、綜合性等特點(diǎn)，可廣泛運(yùn)用于河流、濕地、湖庫、海域水質(zhì)監(jiān)測(cè)群落結(jié)構(gòu)，因此可作為評(píng)價(jià)水質(zhì)的重要指標(biāo)。遼寧大學(xué)林碧琴教授早于1977年就開始開展藻類生態(tài)監(jiān)測(cè)法對(duì)遼河流域渾河水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)[2]。

1 遼河流域水生態(tài)監(jiān)測(cè)概況

按照水利部和遼寧省水利廳監(jiān)測(cè)要求，遼寧省遼河流域水質(zhì)監(jiān)測(cè)主要對(duì)地表水國家重點(diǎn)水質(zhì)站、國家（省）重要飲用水水源地及省直水庫、重要輸（供）水工程、主要飲用水水源保護(hù)區(qū)、地表水省級(jí)重點(diǎn)水質(zhì)站、常規(guī)地下水水質(zhì)監(jiān)測(cè)、水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)和水質(zhì)異常應(yīng)急監(jiān)測(cè)開展監(jiān)測(cè)工作。監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要為兩項(xiàng)：一是常規(guī)監(jiān)測(cè)，項(xiàng)目為GB 3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的水溫、pH 值、溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、化學(xué)需氧量（COD）、五日生化需氧量（BOD5）、氨氮、總磷、總氮、銅、鋅、氟化物、硒、砷、汞、鎘、鉻（六價(jià)）、鉛、氰化物、揮發(fā)酚、石油類、陰離子表面活性劑、硫化物、糞大腸菌群，以及流量、流速、電導(dǎo)率（河流型）共27 項(xiàng)參數(shù)，對(duì)于水庫類型的重點(diǎn)水質(zhì)站加測(cè)硫酸鹽、氯化物、硝酸鹽、鐵、錳等5 項(xiàng)參數(shù)和水位、蓄水量、葉綠素a、透明度、電導(dǎo)率共34 項(xiàng)參數(shù)，其中國家（?。┲匾嬘盟吹貞?yīng)加測(cè)總硬度、鋁共36 項(xiàng)參數(shù)，每月監(jiān)測(cè)1 次；二是地表水化學(xué)類型監(jiān)測(cè)，擬在每年4，7，11 月對(duì) 176個(gè)全國重點(diǎn)水質(zhì)站進(jìn)行 3 次監(jiān)測(cè)，參數(shù)為鉀、鈉、鈣、鎂、氯化物、硫酸鹽、硝酸鹽、亞硝酸鹽、總堿度（碳酸鹽和重碳酸鹽）、溶解性總固體、礦化度和總硬度，共12 項(xiàng)。另外，對(duì)國家、省重要飲用水水源地及省直水庫和重要輸供水工程還要開展定期藻類監(jiān)測(cè)。

2 遼寧省段藻類監(jiān)測(cè)基本情況

2.1 監(jiān)測(cè)情況

遼寧省段藻類監(jiān)測(cè)主要包括國家、省重要飲用水水源地及省直水庫藻類和重要輸供水工程藻類監(jiān)測(cè)。其中國家、省重要飲用水水源地及省直水庫藻類主要開展富營養(yǎng)化和藻類監(jiān)測(cè)，項(xiàng)目為葉綠素α、透明度、藻類，5—10 月每月監(jiān)測(cè)1 次葉綠素α、透明度。5—10 月，國家重要水源地相關(guān)各水庫及清河、錦凌、青山水庫的壩前斷面每周監(jiān)測(cè)1 次藻類，其它水庫壩前斷面每月監(jiān)測(cè)2 次藻類；所有水庫庫中心各斷面每月監(jiān)測(cè)1 次。而重要輸供水工程藻類監(jiān)測(cè)主要對(duì)大伙房水庫輸水工程和省管水庫供水工程的取水口、配水站、分水口、凈水廠進(jìn)水口進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)，共設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)33個(gè)，其中，大伙房水庫輸水工程設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)22個(gè)，分別設(shè)在鳳鳴取水口、蘇子河隧道出口、大伙房取水口、8個(gè)配水站（撫順東、撫順西、沈陽東、沈陽西、遼陽、鞍鋼、鞍山、營盤）、10個(gè)凈水廠進(jìn)水口（沈陽東、沈陽西、遼陽中信環(huán)境、遼陽、鞍鋼、鞍山、大石橋、營口、遼東灣新區(qū)、盤錦）和應(yīng)急入連出水口；其它水庫供水工程設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)11個(gè)，分別設(shè)在桓仁水庫桓仁縣取水口、大伙房水庫撫順和沈陽取水口、湯河水庫遼陽和鞍山取水口、柴河水庫鐵嶺取水口、老官砬子（觀音閣水庫本溪取水口）、鬧德海水庫阜新庫區(qū)取水口、碧流河水庫大連取水口、白石水庫北票和阜新取水口。富營養(yǎng)化及余氯監(jiān)測(cè)，項(xiàng)目為葉綠素α、藻類和余氯3個(gè)參數(shù)，葉綠素α和藻類每年5—10 月每月監(jiān)測(cè)2 次，范圍為大伙房輸水工程取水口和配水站等12個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)以及其它水庫供水工程取水口和配水站11個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)；余氯待潤中公司在取水頭部加氯后每周監(jiān)測(cè)1次，范圍為大伙房水庫輸水二期工程配水站、凈水廠進(jìn)水口的19個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

2.2 浮游藻類樣品采集及保存

浮游藻類樣品分定量樣品和定性樣品，不同樣品采集方式不同，其中定量樣品采集可采用有機(jī)玻璃采水器。使用時(shí)，先夾住出水口橡皮管，再將兩個(gè)半圓形上蓋打開，讓采水器沉入水中，底部入水口自動(dòng)開啟。下沉深度應(yīng)在系繩上有所標(biāo)記，當(dāng)沉入所需深度時(shí)，即上提系繩，上蓋和下入水口自動(dòng)關(guān)閉，提出水面后，不碰及下底，以免水樣泄露。將出水口橡皮管鐵夾松開，水樣即流入收集瓶中。定性樣品采集用25 號(hào)浮游生物網(wǎng)，在水面以下以20～30 cm/s 的速度作“∞”形來回緩慢拖動(dòng)約3 min。水樣采集后應(yīng)立即加固定液固定，目的是立即殺死水樣中的藻類和其它生物，以免時(shí)間延長(zhǎng)標(biāo)本變質(zhì)。 每升加入約15 ml 魯戈氏液（Lugols solution）固定保存，可將15 ml 魯戈氏液事先加入1 L 的玻璃瓶中，帶到現(xiàn)場(chǎng)采樣。固定后，送實(shí)驗(yàn)室保存。保存時(shí)間較長(zhǎng)或需長(zhǎng)期保存的樣品，應(yīng)將水樣濃縮至30 ml，并在水樣中加入1 ml的福爾馬林液后密封保存。在采樣現(xiàn)場(chǎng)同時(shí)進(jìn)行記錄，記錄內(nèi)容包括采樣時(shí)間、采樣地點(diǎn)、深度、采樣量等內(nèi)容。

2.3 浮游藻類監(jiān)測(cè)方法

目前，藻類鑒定主要以藻類的形態(tài)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，結(jié)合生理、生化和生態(tài)等特點(diǎn)為補(bǔ)充的傳統(tǒng)分類系統(tǒng)為依據(jù)，采用光學(xué)顯微鏡進(jìn)行形態(tài)學(xué)鑒定，并采用計(jì)數(shù)框進(jìn)行計(jì)數(shù)。

2.4 浮游藻類監(jiān)測(cè)評(píng)估報(bào)告

監(jiān)測(cè)報(bào)告的編制內(nèi)容包括監(jiān)測(cè)對(duì)象或范圍、監(jiān)測(cè)方法、監(jiān)測(cè)結(jié)果及結(jié)果解讀。監(jiān)測(cè)結(jié)果要重點(diǎn)描述基本理化狀況；藻類種群的組成與結(jié)構(gòu)、常見種或優(yōu)勢(shì)種；藻密度及組成；水華期要描述水華的時(shí)間和空間分布狀況，做水華區(qū)域與正常區(qū)域藻密度及相關(guān)理化參數(shù)的比對(duì)。結(jié)果解讀包括水質(zhì)評(píng)價(jià)、富營養(yǎng)化狀態(tài)評(píng)價(jià)、水華預(yù)警及水華程度等內(nèi)容。

3 遼河流域遼寧段藻類監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀

遼寧段承載了遼寧省重工業(yè)基地經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的資源和環(huán)境壓力，且屬于典型的北方氣候缺水流域。文獻(xiàn)記載，1977年遼河水質(zhì)按污染帶藻類劃分為中污帶和多污帶[2]。而縱觀2005—2020年大伙房水庫和湯河水庫浮游藻類監(jiān)測(cè)結(jié)果，根據(jù)《地表水資源質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)程》水質(zhì)均能達(dá)到Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)，水質(zhì)狀況良好。說明近年來，遼寧省加大了遼河流域治理和生態(tài)恢復(fù)的工作力度，取得了較好的效果，遼河流域水質(zhì)得到了明顯改善。

4 藻類監(jiān)測(cè)面臨的問題及發(fā)展方向

藻類鑒定作為水生態(tài)監(jiān)測(cè)中的重要組成部分，一直以來主要以藻類的形態(tài)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，結(jié)合生理、生化和生態(tài)等特點(diǎn)為補(bǔ)充的傳統(tǒng)分類系統(tǒng)為依據(jù)。目前，遼河流域浮游藻類的監(jiān)測(cè)主要建立在傳統(tǒng)的通過光學(xué)顯微鏡觀察鑒定的基礎(chǔ)上定性定量分析，研究群落結(jié)構(gòu)，開展藻類監(jiān)測(cè)日常工作。而基于形態(tài)的藻種鑒定對(duì)分類學(xué)專業(yè)知識(shí)依賴度高，工作量大且主觀性強(qiáng)，技術(shù)人員需要經(jīng)多年培養(yǎng)和實(shí)踐才能擅長(zhǎng)某一門類的分類，且基于形態(tài)特征描述不可避免地存在主觀理解和判斷的偏差，不同的工作人員鑒定會(huì)產(chǎn)生更大的誤差，因此藻類監(jiān)測(cè)崗位工作人員應(yīng)盡量減少流動(dòng)。與此同時(shí)，因各種因素影響傳統(tǒng)藻類分類鑒定學(xué)的專家隊(duì)伍正在急劇縮減，遇到技術(shù)難點(diǎn)時(shí)無法進(jìn)一步確定。

近年來，隨著分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，以DNA 指紋圖譜為基礎(chǔ)的分子標(biāo)記技術(shù)被廣泛應(yīng)用于微生物多樣性的研究。分子生物學(xué)是目前除顯微鏡檢分析外，另一種能在種的水平上對(duì)浮游植物多樣性進(jìn)行鑒定的技術(shù)，而且這種鑒定既不依賴于形態(tài)觀察，也不依賴對(duì)浮游植物的純化和培養(yǎng)，因而在浮游植物多樣性檢測(cè)方面日益受到重視。如DNA 條形碼技術(shù)[3]、隨機(jī)擴(kuò)增多態(tài)性DNA 即 RAPD（random amplified polymorphism DNA）技術(shù)[4]、限制性內(nèi)切酶片段長(zhǎng)度多態(tài)性分析技 術(shù)（restriction fragments length polymorphism，RFLP）[5]、變性梯度凝膠電泳技術(shù)等?；诜肿訕?biāo)記的藻類鑒定是通過獲取和分析一段或多段基因序列實(shí)現(xiàn)藻種鑒定，具有高效、可靠、易于標(biāo)準(zhǔn)化等優(yōu)點(diǎn)，是生態(tài)學(xué)研究和藻類監(jiān)測(cè)的重要手段。分子標(biāo)記作為藻類鑒定的通用手段已經(jīng)被廣泛應(yīng)用[6，7]。王靖淇等[8]運(yùn)用基于 18SrRNA 基因的高通量技術(shù)研究遼河環(huán)境樣本中真核浮游藻類的多樣性及群落組成，其結(jié)果可彌補(bǔ)光學(xué)顯微鏡觀察結(jié)果的不足，在生物監(jiān)測(cè)和水質(zhì)評(píng)價(jià)方面有巨大的應(yīng)用潛力。

形態(tài)鑒定和分子鑒定方法是區(qū)分藻類的兩種主要方法，都是基于藻類的特征進(jìn)行多樣性研究。兩種鑒定方法都各有優(yōu)勢(shì)，但由于標(biāo)準(zhǔn)不一樣，不同方法得出的藻類之間親緣關(guān)系仍存在一些分歧。這種現(xiàn)象可能是分子鑒定所選取的標(biāo)記基因不太合適，無法在各個(gè)分類層級(jí)上完美表達(dá)遺傳關(guān)系，也可能是因?yàn)樾螒B(tài)學(xué)鑒定存在一些認(rèn)識(shí)不足。在未來的工作中，隨著測(cè)序技術(shù)的發(fā)展及分類計(jì)算方法的優(yōu)化調(diào)整，形態(tài)學(xué)鑒定結(jié)合分子鑒定兩種方法互相印證，將在藻類日常監(jiān)測(cè)中發(fā)揮更重要的作用，成為主要的技術(shù)手段。