烏溪江水庫遂昌段浮游生物調(diào)查與水質(zhì)評價

周海東，高心明，高 遐

（1.遂昌縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，浙江 遂昌 323300；2.麗水學院生態(tài)學院，浙江 麗水 323000）

烏溪江水庫為浙江省第三大水庫，水庫呈河道形分支狀，橫跨衢州市衢江區(qū)、麗水市遂昌縣兩個縣區(qū)。水域總面積41.7 km2，總庫容為21.45億m3，集雨區(qū)面積為2 197 km2。其中遂昌縣境內(nèi)集雨面積達1 510 km2，死庫容為2.17 億m3。該水庫以發(fā)電和灌溉為主，結合水產(chǎn)養(yǎng)殖、旅游觀光等綜合開發(fā)利用，近年來還成為飲用水水源，具有重要的社會經(jīng)濟和生態(tài)安全價值。

浮游生物是水生態(tài)系統(tǒng)中重要的組成部分，對于維持水生態(tài)系統(tǒng)的結構和功能，尤其是在物質(zhì)循環(huán)、能量流動、信息傳遞等方面發(fā)揮著極其重要的作用［1-2］。浮游生物群落特征和多樣性指數(shù)是反映水生態(tài)健康的重要指標之一［3-5］。探究河流水生態(tài)系統(tǒng)生物群落結構以及動態(tài)變化規(guī)律，為保護河流水生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性提供理論基礎［3］。

為保護烏溪江水庫的生態(tài)環(huán)境和飲用水安全，充分發(fā)揮水庫 “潔水保水” 的功能，實現(xiàn)人類與自然和諧共存，漁業(yè)產(chǎn)業(yè)與旅游等產(chǎn)業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展，確保水庫健康可持續(xù)發(fā)展，筆者基于烏溪江水庫水質(zhì)理化性質(zhì)和浮游生物的調(diào)查數(shù)據(jù)，分析了水庫水生態(tài)環(huán)境的生物群落結構和多樣性指數(shù)，進行了水庫的營養(yǎng)型評價，以期為遂昌縣水庫水生態(tài)資源的保護和開發(fā)利用提供數(shù)據(jù)基礎。

1 材料與方法

1.1 采樣點布設

在遂昌縣境內(nèi)，沿烏溪江水庫布設5 個采樣點，分別為S1（118°57 3.60"N，28°36 8.96"E）、S2（118°56 16.51"N，28°35 39.27"E）、S3（118°57 4.63"N，28°34 29.39"E）、S4（118°56 22.72"N，28°33 19.50"E）、S5（118°58 33.63"N，28°33′33.21"E），如圖1所示。采樣時間根據(jù)春夏秋冬四個季節(jié)分別為2021年4月、7月、10月和2022年1月。

圖1 采樣點分布圖

1.2 樣品采集與處理

采用5 L 不銹鋼采水器進行水樣和浮游生物樣品的采集。按照《水質(zhì)·采樣技術指導》（HJ 494—2009）的要求，所采集的樣品均為綜合水樣，采樣前用超聲波水深儀測定采樣點的深度，再分別采集表層、中層和底層水樣，在水桶內(nèi)混合均勻后，分裝保存水樣、浮游植物和浮游動物樣品。

按照《水質(zhì)·樣品的保存和管理技術規(guī)定》（HJ 493—2009）的要求，將采集的水樣分成2 份，其中一份加酸固定用于總氮（TN）和總磷（TP）濃度的測定，另一份冷藏后用于高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）和葉綠素a（Chla）濃度的測定。常規(guī)理化指標，包括水溫、pH、透明度、溶解氧（DO）等分別利用水溫計、pH 計、透明度盤和溶解氧測定儀現(xiàn)場測定。TN、TP 及CODMn測定方法參考《水和廢水監(jiān)測分析方法》［6］。

浮游植物樣品用魯哥試液固定，靜置24 h 后抽去上清液至沉淀物體積約20 mL，再用少許上層清液沖洗后定容至30 mL待分析。浮游植物全部鑒定到種，分類鑒定參考《中國淡水藻類：系統(tǒng)、分類及生態(tài)》《中國常見淡水浮游藻類圖譜》等書籍［7-11］。浮游動物樣品用體積分數(shù)為4%的福爾馬林溶液固定，分類鑒定參考《淡水浮游生物研究方法》《中國淡水輪蟲志》等書籍［12-15］。

1.3 數(shù)據(jù)分析與評價標準

采用Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)H、Pielou均勻度指數(shù)J和物種優(yōu)勢度Y等參數(shù)進行物種群落特征分析［16-18］。各參數(shù)計算公式如下：

式中：N為群落中所有物種的個體數(shù)；S為物種數(shù)；Ni為第i個分類單元個體數(shù)；fi表示第i物種的出現(xiàn)頻率；Y≥0.02 確定為優(yōu)勢種。

選取Chla、TP、TN、SD、CODMn等5 項指標作為湖泊富營養(yǎng)化評價的統(tǒng)一指標，采用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法對烏溪江水庫遂昌縣境內(nèi)的水質(zhì)進行分析評價［19-21］。綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)公式為

式中：TLI( ∑)表示營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；TLI(j)代表第j種參數(shù)的營養(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。Chla是浮游植物體內(nèi)主要的光合利用色素，是反映水體中浮游植物量最重要的綜合指標，為指示因子。營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)計算的相關系數(shù)參照金相燦等對中國22個主要湖泊調(diào)查數(shù)據(jù)的計算結果［22］。為了說明湖泊富營養(yǎng)狀態(tài)情況，采用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：TLI( )∑＜30 貧營養(yǎng)；30≤TLI( )∑≤50 中營養(yǎng)；TLI( )∑＞50 富營養(yǎng)；50＜TLI( )∑≤60 輕度富營養(yǎng)；60＜TLI( )∑≤70 中度富營養(yǎng)；TLI( )∑＞70 重度富營養(yǎng)。在同一營養(yǎng)狀態(tài)下，指數(shù)值越高，營養(yǎng)程度越高。

基礎數(shù)據(jù)的處理及分析采用Excel 2010 和SPSS 20.0軟件，作圖軟件為Origin 8.1。

2 結果與討論

2.1 庫區(qū)水環(huán)境

烏溪江水庫遂昌縣境內(nèi)庫區(qū)透明度平均為1.70 m，冬季平均透明度最高，達到1.90 m，春季次之，秋夏季最低。表層水平均水溫11.7℃，變幅為3.61℃，夏季最高平均水溫為30℃。年平均溶解氧含量為7.27 mg/L，變化幅度為3.9 mg/L，最高含量出現(xiàn)在夏季，為9.06 mg/L。結合浮游植物的調(diào)查數(shù)據(jù)來看，夏季浮游植物數(shù)量最多，為6.28 mg/L，冬季浮游植物數(shù)量較少。從空間分布來看，各采樣點沒有表現(xiàn)出明顯差異，變化幅度為0.68 mg/L。pH 平均值為7.84，呈弱堿性，時空差異不大，在6.57～8.09 之間。高錳酸鹽指數(shù)平均值為3.06 mg/L，表現(xiàn)出春夏季高，秋冬季低的趨勢。在春季達到最高峰，為4.26 mg/L；而在秋季最低，為1.71 mg/L。從空間分布來看，呈現(xiàn)從上游向下游逐漸減少的趨勢。但總體來說，符合我國地表水Ⅱ類水的標準。

水體中的氮、磷等營養(yǎng)鹽的濃度是判斷水體富營養(yǎng)化的關鍵指標，是評價水體富營養(yǎng)化水平，預測其發(fā)展趨勢的重要依據(jù)。氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)大量排入水體，導致藻類等急劇增殖，形成水體富營養(yǎng)化，甚至導致 “水華” 頻發(fā)，因而氮、磷的調(diào)查是富營養(yǎng)化調(diào)查的核心內(nèi)容。烏溪江水庫遂昌縣境內(nèi)總氮含量平均為0.36 mg/L，變化范圍為0.12～0.76 mg/L。從時間上看，總氮含量在春季達到最高峰，各采樣點平均值為0.52 mg/L。夏季平均總氮含量最低，平均值為0.17 mg/L。水庫總磷年平均含量為0.06 mg/L，變化范圍是0.01～0.16 mg/L。冬季總磷含量最高，平均值為0.11 mg/L；秋季最低，平均值為0.01 mg/L。全年各采樣點總磷含量變化趨勢基本一致，變化范圍為0.04～0.07mg/L，采樣點間無明顯差異。各采樣點均達到我國地表水Ⅰ～Ⅱ類水的標準要求。

根據(jù)中國水利部水質(zhì)試驗中心關于湖泊富營養(yǎng)化的標準［23-24］，通常認為TN/TP＞14的湖泊，在藻類生長最旺盛的季節(jié)，藻類生長多依賴于磷，磷是藻類生長的限制性因子。當總氮和總磷濃度的比值為10∶1～25∶1時，藻類生長與氮、磷濃度存在線性相關關系，最適于藻類的增殖。本次調(diào)查，秋季TN/TP＞25，不在藻類增殖的適宜范圍內(nèi)，但氮相對于磷過剩。其他月份的TN/TP為2～7，也不在藻類增殖的適宜范圍內(nèi)，然而磷相對于氮過剩。其中，春季TN/TP 為6.9，較接近藻類增殖的適宜范圍。烏溪江水庫水質(zhì)理化性質(zhì)和主要營養(yǎng)鹽濃度情況，見表1。

表1 水質(zhì)理化性質(zhì)和主要營養(yǎng)鹽濃度情況表

2.2 浮游植物群落特征

浮游植物是富營養(yǎng)化湖泊的重要初級生產(chǎn)者［25］，它對環(huán)境的改變十分敏感［26］。環(huán)境的改變可影響浮游植物數(shù)量、種類組成、結構及現(xiàn)存生物量等。烏溪江水庫遂昌縣境內(nèi)共發(fā)現(xiàn)浮游植物8門34種，其中：藍藻門4種，占總數(shù)的11.43%；隱藻門1 種，占總數(shù)的2.94%；甲藻門3 種，占總數(shù)的8.82%；裸藻門2種，占總數(shù)的5.88%；硅藻門10種，占總數(shù)的29.41%；綠藻門12種，占總數(shù)的35.29%；金藻門1 種，占總數(shù)的2.94%；黃藻門1 種，占總數(shù)的2.94%。在所有種類中，以藍藻門的微囊藻、魚腥藻，隱藻門的隱藻，甲藻門的多甲藻，硅藻門的直鏈藻、針桿藻、橋彎藻，綠藻門的衣藻、小球藻、柵藻、鼓藻最為常見。春季和秋季的浮游植物種類數(shù)量最多，達26 種，夏季和冬季相對較少，分別為19種和14種。其中，硅藻門的針桿藻和甲藻門的多甲藻為冬季優(yōu)勢種（Y=0.027 8）。具體名錄見表2。

表2 不同季節(jié)的浮游植物分布

浮游植物多樣性指數(shù)是環(huán)保學者在評價水質(zhì)時最常用的檢測指標，其指數(shù)值越大，水質(zhì)越好，即藻類的種類多樣性指數(shù)越高，其群落結構越復雜，穩(wěn)定性越大，水質(zhì)越好；而當水體受到污染時，敏感型種類消失，多樣性指數(shù)減小，群落結構趨于簡單，穩(wěn)定性變差，水質(zhì)下降。在本次調(diào)查中，我們主要采用Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)H和Pielou 均勻度指數(shù)J對烏溪江水庫進行分析評價。

不同季節(jié)浮游植物種類組成如圖2所示，全年不同季節(jié)，硅藻和綠藻平均占比顯著，分別為34.9%和35.3%。浮游植物Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)H和Pielou 均勻度指數(shù)J如圖3 所示，兩者隨季節(jié)變化顯著，變化趨勢一致，春季和秋季相對較高，H和J平均值分別為4.58和1.30，冬季最低，分別為3.64和1.02。

2.3 浮游動物群落特征

本次調(diào)查，共發(fā)現(xiàn)大型浮游動物3 門17 種。其中：輪蟲類8 種；枝角類5 種；橈足類4 種。在所有種類中，以輪蟲類的多肢輪蟲、臂尾輪蟲、龜甲輪蟲，枝角類的象鼻溞、僧帽溞，橈足類的劍水蚤、無節(jié)幼體最為常見。從數(shù)量上看，春季浮游動物個體數(shù)量最多，平均值為226 個/L，1 月數(shù)量最少，平均值為32 個/L。而從生物量上看，秋季浮游動物生物量達到最大，平均為0.870 mg/L。冬季浮游動物的生物量最少，平均為0.072 mg/L。不同季節(jié)浮游動物的優(yōu)勢種不同：春季為臂尾輪蟲；夏季為臂尾輪蟲和象鼻溞；冬季為多肢輪蟲、臂尾輪蟲和無節(jié)幼體。具體名錄見表3。

表3 不同季節(jié)的浮游動物名錄

不同季節(jié)浮游動物種類組成如圖4 所示。輪蟲類占浮游動物種類總數(shù)的47.1%；枝角類占總數(shù)的29.4%；橈足類占總數(shù)的23.5%。浮游動物Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)H和Pielou 均勻度指數(shù)J如圖5所示。兩者隨季節(jié)變化顯著，變化趨勢一致。春季和秋季相對較高，H和J平均值分別為3.82 和1.35；冬季最低，H和J分別為3.01 和1.07。浮游動物多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)均低于浮游植物。

圖5 不同季節(jié)浮游動物多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)

2.4 富營養(yǎng)化程度

烏溪江水庫遂昌縣境內(nèi)各采樣點的綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)見表4。由表可知，水庫綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)平均值為38.63，各采樣點的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)在27～52之間變動，表明烏溪江水庫遂昌縣境內(nèi)全年水質(zhì)總體上為中營養(yǎng)化狀態(tài)。從空間分布來看，各采樣點的綜合營養(yǎng)狀態(tài)差異不大。綜上所述，烏溪江水庫遂昌縣境內(nèi)段處于中營養(yǎng)狀態(tài)。本文調(diào)查結果與以往烏溪江水庫相關調(diào)查結果基本一致［27］。

3 結論

烏溪江水庫各項水質(zhì)理化指標（CODMn、TN、TP濃度）均符合GB 3838—2002國家地表水Ⅰ～Ⅱ類水質(zhì)標準，水質(zhì)良好。調(diào)查期間共采集浮游植物8門34種，各種類占比：綠藻＞硅藻＞藍藻。浮游動物3 門17 種，臂尾輪蟲為優(yōu)勢種。Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)和Pielou 均勻度指數(shù)均反映烏溪江水庫生物多樣性處于較高水平。水庫綜合營養(yǎng)水平評價結果顯示，烏溪江水庫處于中營養(yǎng)化狀態(tài)。烏溪江水庫集行洪排澇、蓄水灌溉、水產(chǎn)養(yǎng)殖、航運交通、生態(tài)景觀等功能于一體，須加強其水生生物多樣性資源保護，建立其水生態(tài)健康檢測機制，完善生物多樣性保護技術體系。