漳澤水庫藻類調(diào)查與富營養(yǎng)評價

劉 娜

（山西省水文水資源勘測局，山西太原 030001）

漳澤水庫位于山西省長治市北郊的濁漳南源上，是濁漳河流域最大的水庫。水庫集水面積3 176 km2，庫容 4.27 億 m3，水面面積 27 km2，是一座以工業(yè)和城市供水、灌溉、防洪為主，兼顧養(yǎng)魚、旅游的綜合大型水庫。水庫曾是長治市30萬人口的主要飲用水源，2000年以后隨著庫區(qū)水質(zhì)惡化以及辛安泉供水工程的建成，逐漸結(jié)束了城市生活用水供水功能，目前主要向漳澤電廠、長治鋼鐵集團等十余家企業(yè)提供工業(yè)用水，年供水總量近5 000萬m3。

由于地處長治市下游，長期承擔著城市生活污水的受納及凈化任務(wù)，同時受到庫區(qū)養(yǎng)殖業(yè)和地表徑流帶來的面源污染影響，庫區(qū)水質(zhì)呈一定的富營養(yǎng)化趨勢。20世紀90年代初期庫區(qū)浮游植物調(diào)查已經(jīng)表明庫區(qū)水質(zhì)基本屬于富營養(yǎng)型[1]。據(jù)山西省水環(huán)境監(jiān)測中心監(jiān)測數(shù)據(jù)，2000年之后庫區(qū)營養(yǎng)狀態(tài)呈逐年上升趨勢，2009年庫區(qū)營養(yǎng)狀態(tài)已達中度富營養(yǎng)。因此，加強庫區(qū)理化指標和藻類的監(jiān)測與評價，對保護庫區(qū)水質(zhì)、防治富營養(yǎng)化具有十分重要的意義。筆者根據(jù)2010年5月—2011年11月水庫藻類監(jiān)測和理化監(jiān)測數(shù)據(jù)，對藻類多樣性指數(shù)和營養(yǎng)狀態(tài)進行了分析評價。

1 材料與方法

1.1 采樣方案

由于地處北方冰凍地區(qū)，因此選擇在非冰凍期（5—11月）每月中旬進行一次采樣監(jiān)測，采樣點布設(shè)在 S1（湖心島：N36°17′27″，E113°03′06″）、S2（出水口：N36°19′19″，E113°03′38″）以及 S3（養(yǎng)魚網(wǎng)箱附近：N36°19′19″，E113°03′21″）。 現(xiàn)場采樣選擇晴空、無風的天氣下進行。每個斷面采集水面以下0.5 m表層水樣和底層以上0.5 m底層水樣各500 mL，混合后加入15 mL魯哥氏液固定避光保存，帶回實驗室靜置24～36 h濃縮后進行定量測定?，F(xiàn)場記錄水深、水溫、水色、透明度等生態(tài)環(huán)境指標，并同步采集水樣測定 pH 值、高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）、總氮（TN）、總磷（TP）、溶解氧（DO）和葉綠素 a（Chl.a）等指標。

1.2 分析及測量方法

浮游植物計數(shù)和葉綠素a按照 《水和廢水監(jiān)測分析方法》（第四版）執(zhí)行，藻類計數(shù)采用視野計數(shù)法，葉綠素a采用Chl.a丙酮萃取分光光度法。pH值、高錳酸鹽指數(shù)等理化指標按照《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB3838—2002）執(zhí)行，pH 值、溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、總氮、總磷等分別通過玻璃電極法、碘量法、酸性高錳酸鹽法、堿性過硫酸鹽消解紫外分光光度法和鉬酸銨分光光度法獲取。

1.3 浮游植物多樣性指數(shù)和營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)評價方法

浮游藻類的群落構(gòu)成在正常的水體中是相對穩(wěn)定的，當水體受到不同程度污染后，群落中不耐污染的敏感種類往往會減少或消失，而耐污種類的個體數(shù)量則大大增加。因此，研究中[2-4]常引入生物多樣性結(jié)合理化指標評價水體水質(zhì)。

浮游植物多樣性指數(shù)評價采用Shannon-Wiener和 Margalef分級標準[5-9]，其中 Shannon-Wiener多樣性指數(shù)計算公式為：

式中：s為種類數(shù)；Pi為樣品中第i種生物的個體數(shù)占總個體數(shù)的比值。當H’＜1時表示水體重度污染；H’＝1～3 時表示水體中度污染，其中當 H’＝1～2 時表示 α-中度污染（重中污染）、當 H’＝2～3 時表示 β-中度污染（輕中污染）；當H’＞3時表示水體輕污染；當H’＞6時表示水體無污染。

Margalef多樣性指數(shù)計算公式為：

式中：S為種類數(shù)；N為總個體數(shù)。當D＞5時表示水體清潔，當 D＝4～5時表示水體輕度污染，當 D＝3～4時表示水體中度污染，當D＜3時表示水體重度污染。

富營養(yǎng)化狀況評價采用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法[10-12]，評價參數(shù)選用葉綠素 a（Chl.a）、總磷（TP）、總氮（TN）、透明度（SD）、高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）。 綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)計算公式為：

式中：TLI（∑）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(guān)權(quán)重；TLI（j）為第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)。

以Chl.a作為基準參數(shù)，則第j種參數(shù)的歸一化相關(guān)權(quán)重計算公式為：

式中：rij為第j種參數(shù)與基準參數(shù)Chl.a的相關(guān)系數(shù)；m為評價參數(shù)的個數(shù)。

各項參數(shù)營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)計算公式為：

式中：葉綠素Chl.a單位為mg/m3，透明度SD單位為m，其他指標單位為mg/L。

采用0～100連續(xù)數(shù)字對水庫營養(yǎng)狀態(tài)進行分級：TLI（∑）＜30 為貧營養(yǎng)；30≤TLI（∑）≤50 為中營養(yǎng)；50＜TLI （∑）≤60 為輕度富營養(yǎng)；60＜TLI （∑）≤70為中度富營養(yǎng)；TLI（∑）＞70為重度富營養(yǎng)[4-6]。

2 結(jié)果與討論

2.1 浮游植物種類構(gòu)成

在2010年5—11月漳澤水庫藻類監(jiān)測結(jié)果中共觀察到浮游植物6門48屬，其中綠藻門30屬、占62.5%，硅藻門7屬、占14.6%，藍藻門5屬、占10.4%，裸藻門3屬、占6.2%，甲藻門1屬、占2.1%，隱藻門2屬、占4.2%。不同監(jiān)測站點中，S1處共觀察到6門43屬，S2處6門42屬，S3處6門41屬。各站點不同季節(jié)浮游植物的群落構(gòu)成及所占比例，見表1。

表1 2010年漳澤水庫浮游植物群落構(gòu)成及所占比例

由表1可見，浮游植物群落構(gòu)成無明顯的空間分布規(guī)律，同一季節(jié)3個站點浮游植物種類構(gòu)成相差不大，最高均為綠藻門，占種類比例的53%～65%；其次是硅藻門，占13%～19%；甲藻門、隱藻門最少，為2%～6%。庫區(qū)浮游植物構(gòu)成種類數(shù)則隨季節(jié)變化較為明顯，秋季（9—11月）發(fā)現(xiàn)浮游植物種類最多為 6門 41屬，夏季（6—8月）減少到 6屬，春季（5月）減少到16屬，種類數(shù)遞減趨勢明顯，尤其是綠藻門。這與當?shù)叵那锛竟?jié)光照充足以及氣候溫度相對較高等環(huán)境有關(guān)。

與以往調(diào)查相比，2010年秋季綠藻種類所占比例比鐘海秀2002年10月調(diào)查結(jié)果[13]提高9.4%，甲藻所占比例降低4%；2010年春季與鐘海秀2003年4月調(diào)查結(jié)果[13]相比綠藻種類比例提高了5.4%，硅藻種類比例降低了18%；2010年浮游植物構(gòu)成中還增加了隱藻。綠藻種類比例的提高以及隱藻的出現(xiàn)說明了庫區(qū)水體呈一定惡化趨勢。

2.2 浮游植物群落結(jié)構(gòu)變化

圖1給出了2010年3個監(jiān)測站點不同藻類細胞數(shù)量百分比逐月的變化。

由圖1可見，綠藻細胞數(shù)量在2010年5—11月均占最大優(yōu)勢，所占比例范圍為43%～76%，與劉瑞祥等2004年調(diào)查結(jié)果 （綠藻占有比例為57.6%）[14]和鐘海秀 2002、2003年調(diào)查結(jié)果（綠藻占有比例為39.1%～69.3%）[13]相似。隱藻細胞數(shù)量所占比例隨時間則呈u字形變化，即9月之前由20%左右逐漸降低到10%左右，之后逐漸上升，至11月達到最高，成為5、10和11月除綠藻之外的第二優(yōu)勢種。藍藻細胞數(shù)量所占比例則與隱藻相反，即5和11月所占比例小于隱藻，6—10月所占比例則快速增加并超過隱藻比例成為此期間的第二優(yōu)勢種。因此，可以總結(jié)為：5、11月漳澤水庫浮游植物以綠藻-隱藻為優(yōu)勢種，6—10月則以綠藻-藍藻為優(yōu)勢種。

圖1 2010年漳澤水庫不同藻類細胞數(shù)量百分比逐月變化

2.3 浮游植物多樣性指數(shù)評價及結(jié)果

浮游植物的生長、繁殖與無機環(huán)境有著密切的關(guān)系，其豐盛程度反映了水體生產(chǎn)力的大小，同時也反映水質(zhì)狀況，因而常常采用藻類生物多樣性來評價水質(zhì)和生態(tài)環(huán)境的健康程度[15]。表2列出了2010年逐月浮游植物種類多樣性評價結(jié)果。

表2 2010年5—11月浮游植物多樣性指數(shù)值

由表2可見，2010年漳澤水庫藻類Margalef多樣性指數(shù)（D）值范圍為 2.30～4.12、平均值為 3.42±0.49，Shannon-Wiener多樣性指數(shù) （H'）值范圍為1.92～3.79、平均值為 3.17±0.45，D 值和 H’值極值出現(xiàn)的時間及位置均相同，其中最低值出現(xiàn)在8月18日的出水口，最高值則出現(xiàn)在6月13日的湖心島。季節(jié)變化上，10月多樣性指數(shù)D和H’最高，平均值分別為3.89和3.71；其次是6、9和11月，D值最低為5月，H'值最低為7月。Margalef指數(shù)（D）空間分布上總體為 S1>S3>S2，Shannon-Wiener指數(shù)（H'）空間分布則無明顯規(guī)律。根據(jù)Margalef多樣性指數(shù)評價標準，站點S1水質(zhì)為輕度-中度污染，S3為中度污染，S2為中度-重度污染。根據(jù)Shannon-Wiener多樣性指數(shù)標準，站點S1水質(zhì)為輕度-β中度污染，S3為β中度污染，S2為輕度-β中度污染。兩種多樣性指數(shù)評價的結(jié)果基本一致，可以得出漳澤水庫2010年水質(zhì)狀況為中度污染，與鐘海秀2002-2003年評價結(jié)果（寡污-β中污型）[13]相比水質(zhì)狀況略有惡化，說明從2002年以來漳澤水庫水體污染程度略有增加。

2.4 營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)評價及結(jié)果

運用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法對2010年漳澤水庫3個監(jiān)測站點每月水質(zhì)進行營養(yǎng)狀態(tài)評價，評價結(jié)果見表3。

表3 綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)值及營養(yǎng)狀態(tài)評價結(jié)果

圖2 浮游植物多樣性指數(shù)與綜合營養(yǎng)指數(shù)的擬合

從表3可以看出，TLI（Chl.a）值變化幅度最大，其次是 TLI（TN）、TLI（TP）和 TLI（SD），TLI（CODMn）變幅最小。綜合營養(yǎng)指數(shù)值變化范圍為50.6～65.5，平均值為56.3，變幅為±3.8，評價結(jié)果為輕度-中度富營養(yǎng)。一年中綜合營養(yǎng)指數(shù)最高為溫度較高的夏季（7—9月），最低為溫度較低的秋季（10—11月）和春季（5—6月），主要是夏季浮游植物細胞密度大、水體葉綠素含量高和透明度低所致。根據(jù)綜合營養(yǎng)指數(shù)評價標準，春季（5—6月）和秋季（10—11月）為輕度富營養(yǎng)，夏季（7—9月）為輕度-中度富營養(yǎng)。在空間分布上，各站點綜合營養(yǎng)指數(shù)分布規(guī)律不明顯，站點S1和S3為輕度-中度富營養(yǎng)，S2為輕度富營養(yǎng)。

2.5 藻類多樣性指數(shù)與營養(yǎng)指數(shù)的關(guān)系

本次調(diào)查結(jié)果表明利用浮游植物多樣性指數(shù)和綜合營養(yǎng)指數(shù)對水體進行評價，結(jié)果不完全一致。利用生物多樣性指標評價結(jié)果為中度污染，而用綜合污染指數(shù)評價結(jié)果為輕度-中度富營養(yǎng)。圖2給出了浮游植物多樣性指數(shù)與綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)擬合狀況，可以看出Margalef指數(shù)和Shannon-Wiener指數(shù)與營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的擬合效果均比較差，表明了水質(zhì)化學評價方法與浮游植物多樣性評價結(jié)果有一定偏差，這與國內(nèi)一些學者的研究結(jié)果[15，16]相似。究其原因，一方面因為化學指標測定的是采樣瞬間的水質(zhì)理化狀況，另一方面因為浮游植物多樣性變化比理化指標的變化滯后一定時間。

3 結(jié)論

（1）漳澤水庫是濁漳河流域最大的水庫，庫區(qū)集水面積3 176 km2，庫容4.27億m3，是一座以工業(yè)和城市供水、灌溉、防洪為主，兼顧養(yǎng)魚、旅游的綜合大型水庫。根據(jù)浮游植物調(diào)查，5和11月庫區(qū)浮游植物細胞密度以綠藻-隱藻為主要優(yōu)勢，6—10月藍藻細胞密度大幅增加甚至超過隱藻成為綠藻-藍藻型。

（2）庫區(qū)藻類 Margalef多樣性指數(shù)（D）值在2.30～4.12 范圍波動、 平均值為 3.42±0.49，Shannon-Wiener多樣性指數(shù)（H）值在1.91～3.79范圍波動、平均值為3.17±0.45。兩個指數(shù)波動范圍及均值差別不大，由于兩個指數(shù)評價體系略有不同，Margalef多樣性指數(shù)評價結(jié)果為中度污染，Shannon-Wiener多樣性指數(shù)評價結(jié)果為輕度-β中度污染，但從結(jié)果可以看出兩種指數(shù)平均值均在輕度污染與中度污染的臨界值附近，因此說明庫區(qū)水體已經(jīng)受到一定污染。

（3）2010年庫區(qū)水體綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)波動范圍為50.6～65.5，其中以溫度較高的夏季最高，溫度較低的秋季、春季較低，評價結(jié)果為春、秋季輕度富營養(yǎng)，夏季輕度-中度富營養(yǎng)，可以說明水體為輕度富營養(yǎng)并向中度富營養(yǎng)過渡。

（4）采用浮游植物多樣性指數(shù)評價水體污染狀況與理化指標評價結(jié)果略有差別，但是仍可以一定程度反映庫區(qū)環(huán)境的污染形勢。因此，在實際評價中需合理分析各類指數(shù)值波動范圍，綜合分析才能得到符合實際的結(jié)論。

[1]謝樹煉，張瑜娥，李曉紅.漳澤水庫的綠藻植物[J].山西大學學報，1996，19（4）：463-466.

[2]WangTian-yu， WangJin-qiu， Wu Jian-ping.The Comparison of Species Diversity of Phytoplankton Between Spring and Autumn in Poyang Lake[J].Journal of Fudan University（Natural Science），2004，43（6）：1073-1077.

[3]張良璞.巢湖藻類群落多樣性分析[J].生物學雜志，2007，24（6）：53-54.

[4]高遠，慈海鑫，亓樹財，等.沂河4條支流浮游植物多樣性季節(jié)動態(tài)與水質(zhì)評價[J].環(huán)境科學研究，2009，22（2）：176-180.

[5]Andersen R A.Diversity of Eukaryot algae[J].Biodiversity and Conservation，1992，1（4）：267-292.

[6]Broady P A.Diversity，distribution and dispersal of Antarctic terrestrial algle[J].Biodiversity and Conservation，1996，5（11）：1307-1335.

[7]Douglas G E，John D M，et al.The aquatic alage associated with mining areas in Peninsual Malaysia and Sarawak：Their composition， diversity and distribution[J].Nova Hedwigia，1998，67（1-2）：189-211.

[8]國家環(huán)?？偩?水生生物監(jiān)測手冊[M].南京：東南大學出版社，1993：170-173.

[9]孔繁翔.環(huán)境生物學[M].北京：高等教育出版社，2000：162-163.

[10]金相燦，屠清瑛.湖泊富營養(yǎng)調(diào)查規(guī)范[M].北京：中國環(huán)境科學出版社，1990：286-302.

[11]金相燦.中國湖泊環(huán)境[M].北京：海洋出版社，1995：82-

53.

[12]王明翠，劉雪芹，張建輝.湖泊富營養(yǎng)化評價方法及分級標準[J].中國環(huán)境檢測，2002，18（5）：47-49.

[13]鐘海秀.漳澤水庫的藻類植物及其營養(yǎng)型評價[D].太原：山西大學，2004.

[14]劉瑞祥，金山，?；蓰?，等.漳澤水庫浮游植物及水體富營養(yǎng)化研究[J].長治學院學報，2005，22（5）：11-13.

[15]張景平，黃小平，江志堅，等.珠江口海域污染的水質(zhì)綜合污染指數(shù)和生物多樣性指數(shù)評價 [J].海洋環(huán)境科學，2010，29（1）：69-76.

[16]雷安平，施之新，魏印新.武漢東湖藻類的物種多樣性研究[J].水生生物學報，2003，27（2）：179-184.