新安江水庫浮游植物群落特征及影響因素分析

蘭　佳，吳志旭，李　俊，朱溆君

杭州市淳安縣環(huán)境保護監(jiān)測站，浙江 杭州 311700

浮游植物群落的種類組成和數(shù)量結構的變化具有一定規(guī)律，主要受相關的物理、化學和生物等環(huán)境因子的影響[1-2]。在不同類型的水庫中，起主導作用的環(huán)境因子在不同條件下的作用也有差別。 一般而言，營養(yǎng)鹽和水溫是影響浮游植物生長的關鍵因子[3-4]。水溫的季節(jié)變化直接影響浮游植物生長， 同時也通過影響水體的其他物理和化學因子，進一步影響浮游植物種群和數(shù)量組成。 在熱帶與亞熱帶地區(qū)，溫度與光照季節(jié)性變化不如溫帶地區(qū)顯著，水動力學的季節(jié)變化通常會引起浮游植物群落的季節(jié)性變化[5]。水庫從入水口到壩前分為3個不同的生態(tài)特征區(qū)域，在不同水動力過程驅動下，3個區(qū)域的物理、化學、生物過程存在著明顯的空間梯度[6]，但很多水庫通常存在著漁業(yè)養(yǎng)殖行為，在下行效應驅動下，又會影響該空間的梯度變化，特別是浮游植物的種群密度。

新安江水庫位于浙江省西部與安徽省南部交界的淳安縣境內(29°22′～29°50′N，118°34′～119°15′E)，為1959年新安江水電站大壩建成蓄水后形成的特大型深水水庫。 大壩以上控制流域面積10 442 km2，其中58.4％位于安徽省境內，41.6％位于浙江省境內。巨大的水資源量對當?shù)丶伴L三角的經(jīng)濟和社會發(fā)展具有極其重要的影響。近年來，隨著庫區(qū)及上游流域社會經(jīng)濟的發(fā)展和資源的不合理利用，水庫污染負荷相應增加，水體營養(yǎng)狀況發(fā)生顯著變化，出現(xiàn)明顯的富營養(yǎng)化加速跡象。筆者對其理化因子及浮游植物的組成與分布進行研究，探討該水庫浮游植物群落的種類組成與數(shù)量的動態(tài)變化特征，為科學保護新安江水庫水環(huán)境提供一定的理論依據(jù)，同時也為豐富中國水庫生態(tài)學理論提供了重要的基礎資料。

1　實驗部分

1.1采樣時間和采樣點設置

于2008年1月—2009年12月對新安江水庫采樣，逢單月采樣1次。根據(jù)新安江水庫湖盆特點設置6個采樣點，分別是S1、S2、S3、S4、S5、S6。具體設置如表1和圖1所示。

表1　新安江水庫各采樣點設置

注：底圖審圖號為GS(2010)6006號

1.2樣品采集、處理和分析

用塞氏圓盤法現(xiàn)場測定水體透明度； 水溫、溶解氧采用YSI-52型溶解氧測定儀現(xiàn)場測定； 理化項目分析在實驗室完成，分析方法按照《水和廢水監(jiān)測分析方法》； 采用丙酮萃取分光光度法測定水樣Chl-a濃度。

定性樣品采集使用25#浮游生物網(wǎng)， 在水面上0.5 m深處作“∞”字型緩慢繞動數(shù)分鐘，帶回實驗室置于生物顯微鏡下觀察(10×40倍)，進行種屬鑒定；定量樣品取表層2.5 L水， 現(xiàn)場用魯哥氏液固定，帶回實驗室沉淀濃縮至30 mL用顯微鏡分類計數(shù)；浮游植物物種鑒定和計數(shù)等參考文獻[7]。降水量數(shù)據(jù)由氣象部門提供，入庫流量數(shù)據(jù)由水利部門提供。

1.3數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用Excel分析，顯著性差異采用SPSS19.0軟件One-way ANOVA分析方法，P<0.05認為差異顯著，圖表中各區(qū)域數(shù)據(jù)采用各區(qū)域點位平均值，年均值數(shù)據(jù)采用所有點位平均值。

2　結果分析與討論

2.1水文動態(tài)

圖2為新安江水庫降水量、入庫流量及水溫動態(tài)變化圖。

圖2　新安江水庫降水量、入庫流量及水溫動態(tài)變化

新安江水庫2009年降水量為803.0 mm，降水量的季節(jié)性差異較大，最大降水量出現(xiàn)在3月，為170.64 mm,最小降水量出現(xiàn)在12月，為2.82 mm。與2008年降水量相比(1 395.7 mm)， 2009年降水量偏少。

新安江水庫2008—2009年月平均入庫流量的波動范圍為33～1 933 m3/s平均入庫流量為322 m3/s，入庫流量同降水量的變化基本一致，2009年入庫流量與2008年相比明顯偏少。

新安江水庫地處亞熱帶邊緣，受氣溫影響,表層水溫呈現(xiàn)明顯的季節(jié)變化，在2年的調查采樣期間，最低溫度出現(xiàn)在3月，最高溫度出現(xiàn)在7月。2008年平均水溫為20.5 ℃， 2009年平均水溫為20.2 ℃。新安江水庫3個區(qū)域的水溫變化差異不大。

2.2理化動態(tài)

在調查期間，新安江水庫的TP年均濃度為為(0.021±0.01) mg/L，濃度范圍為0.005～0.061 mg/L，處于較低水平。水庫TP濃度季節(jié)變化不明顯(P=0.538)，見圖3a，但3個區(qū)域間有顯著差異(P=0.000)，河流區(qū)高于過渡區(qū)和湖泊區(qū)。TN濃度較高，年均濃度為(0.97±0.36) mg/L。水庫TN濃度季節(jié)性變化不明顯(P=0.874)，但3個區(qū)域間有顯著差異(P=0.000)，河流區(qū)明顯高于其他2個區(qū)(圖3b)。

水庫的年均透明度為(4.14±2.06) m，變化范圍為0.6～7.3m。水庫的3個區(qū)域差異比較顯著，河流區(qū)透明度顯著低于過渡區(qū)和湖泊區(qū)(圖3c)。水庫匯水區(qū)范圍廣闊(60％在上游安徽省境內)，且安徽來水水質較差，影響了水庫河流區(qū)的水質。冬季(1月)的透明度比其他月份高，主要因為冬季藻類生長緩慢，數(shù)量比其他季節(jié)低，因此透明度比其他季節(jié)高。

河流區(qū)的NH3-N季節(jié)性變化趨勢明顯，豐水期濃度明顯高于其他季節(jié)，表明新安江水庫來水呈典型的面源污染特征；過渡區(qū)和湖泊區(qū)季節(jié)性變化趨勢不明顯(圖3d)。河流區(qū)與其他2區(qū)NH3-N濃度差異較大(P=0.005)，河流區(qū)濃度明顯高于過渡區(qū)和湖泊區(qū)。

Chl-a年均濃度(0.006 2±0.001 5) mg/L，變化范圍為0.001 1～0.022 4 mg/L。濃度季節(jié)性變化明顯，整體呈現(xiàn)春秋季雙峰型分布，年最高值出現(xiàn)在5月，最低值出現(xiàn)在1月(圖3e)。水庫3個區(qū)域之間差異不顯著(P=0.453)。

圖3　新安江水庫水體理化指標動態(tài)變化

2.3浮游植物群落動態(tài)

2.3.1組成變化

調查期間共檢出浮游植物103種，隸屬8門70屬，見圖4。其中綠藻(Chlorophyta)最多，為54種，占總數(shù)的52％；藍藻(Cyanophyta)有19種，占18％；硅藻(Bacillariophyta)有13種，占13％；甲藻(Pyrrophyta)有5種, 占5％；金藻(Chrysophyta)有5種，占5％；隱藻(Cryptophyta)有4種，占4％；黃藻(Xanthophyta)有2種，占2％；裸藻(Euglenophyta)有1種，占1％。

圖4　新安江水庫水體浮游藻類種群構成

在新安江水庫出現(xiàn)頻率較高的常見類群有：藍藻門的魚腥藻(Anabaena)、藍纖維藻(Dactyloccopsissp.)、平裂藻(Merismopedia)、束絲藻(Aphauizamenon)、顫藻(Oscillatoriasp.)、微囊藻(Microcystis)、色球藻(Chroococcus)；綠藻門的實球藻(Pandorinamorum)、盤星藻(Pediastrum)、空星藻(Coelastrum)、十字藻(Crucugenia)、柵藻(Scenedesmus)、小球藻(Chlorellavulgaris)、纖維藻(Ankistrodwsmussp.)、鼓藻(Peniumsp.)、四角藻(Tetraedron)、角星鼓藻(Staurastrumsp.)、集星藻(Actinastrumhantzschii)；硅藻門的直鏈藻(Melosira)、小環(huán)藻(Cyclotella)、舟形藻(Naviculasp.)、曲殼藻(Achnanthes)、針桿藻(Synedrasp.)、脆桿藻(Fragukaria)、橋彎藻(Cymbella)；隱藻門的藍隱藻(Chroomonassp.)、卵形隱藻(Cryptomonasovata)；甲藻門的多甲藻(Peridiniumsp.)、角甲藻(Ceratium)、金藻門的錐囊藻(Dinobryon)。

浮游植物種類組成呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)變化，一年中各種藻類的優(yōu)勢種群交替出現(xiàn)，春季和冬季硅藻、隱藻占優(yōu)勢，夏季藍藻、綠藻占優(yōu)勢，秋季藍藻、硅藻占優(yōu)勢。

2.3.2密度和個體豐度變化

新安江水庫浮游植物密度季節(jié)變化明顯，整體呈現(xiàn)春秋季雙峰型分布，不同月份之間密度差異顯著(P=0.000)。水庫3個區(qū)域之間密度差異不顯著(P=0.310)。水庫各采樣點的浮游植物密度為1.46×106～2.55×107cells/L，2008年月均值為5.59×106cells/L，2009年月均值為6.59×106cells/L。年最高值出現(xiàn)在春季(5月)，最低值出現(xiàn)在冬季(1月)，見圖5。

圖5　新安江水庫2008、2009年浮游植物密度動態(tài)變化

2008年新安江水庫3個區(qū)域的浮游植物密度百分比組成類似：春季以硅藻最多，夏、秋季節(jié)以藍藻最多，其次是綠藻、硅藻, 其他門的藻類密度均較低；冬季以隱藻占優(yōu)勢, 其次是硅藻、藍藻。2009年浮游植物的密度組成與2008年相比有明顯的變化，春季仍以硅藻為主；夏季綠藻比例明顯增加，河流區(qū)仍以藍藻為主，過渡區(qū)和湖泊區(qū)則以綠藻為主；秋季硅藻比例增加，冬季河流區(qū)綠藻比例增加，過渡區(qū)和湖泊區(qū)硅藻占優(yōu)勢，詳見圖6。

圖6　浮游植物密度百分比

2.4浮游植物的影響因素

2.4.1理化指標與浮游植物相關性分析

經(jīng)過積距相關系數(shù)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，浮游植物密度與幾項化學和生物指標具有相關性，結果見表2。積距相關分析結果表明：浮游植物密度與透明度(r=-0.382，P<0.05)呈顯著負相關關系，與TN(r=0.284,P<0.05)以及上月降水量(r=0.343，P<0.05)呈顯著正相關，與Chl-a(r=0.658,P<0.01)非常顯著相關，與TN及其他指標相關性不明顯。

表2　浮游植物密度與化學和生物指標的相關性分析

2.4.2各指標對浮游植物的影響分析

新安江水庫位于典型的亞熱帶季風氣候區(qū)，流域的水文季節(jié)性變化明顯影響浮游植物群落和密度的季節(jié)性變化[8]，特別是集中降雨導致的水文過程劇烈變化能夠顯著地影響浮游植物群落。調查期間降雨較多的月份(春、秋季)，藻類密度較大。山谷型水庫的入庫水量和降水量有高度一致性，對以面源污染為特征的新安江流域，降水的增加可明顯增加入庫營養(yǎng)鹽總量，流域漲水后會出現(xiàn)浮游植物密度峰值短期生長效應(圖7)，但藻類生長有滯后性，這與已有學者[9]的研究結論基本一致，流域的降水過程在很大程度上影響浮游植物的數(shù)量。

圖7　降水量與浮游植物密度的關系圖

圖8顯示了浮游植物密度的月分布趨勢。由圖8可見，浮游植物在5月出現(xiàn)高密度點，這主要是受降水和溫度的影響。

每年3—6月是新安江水庫的主汛期，并且5月水庫表層水溫通常在22 ℃左右，較適宜春季硅藻的生長，因此該月份是新安江水庫浮游植物生長的敏感月份，容易發(fā)生藻類異常繁殖事件。

圖8　浮游植物密度月分布趨勢圖

溫度不僅影響浮游植物的季節(jié)演替還影響浮游植物在水體中時空分布和組成變化[10]，圖9是溫度、營養(yǎng)鹽與浮游植物密度的散點分布圖。由圖9可見，水溫在20～23 ℃時，浮游植物出現(xiàn)高密度點，與圖8結果一致。氮、磷元素長期以來被認為是與浮游植物生長密切相關的營養(yǎng)物質，其中磷被廣泛認為是淡水浮游植物生長的限制因子。調查期間，TN平均濃度為0.97 mg/L，TP濃度0.021 mg/L。氮磷比均大于16，平均為46，明顯高于Redfield 16∶1的比率。按Redfield定律可知新安江水庫磷是限制性因素，相關性分析表明，浮游植物密度與TP(r=0.284，P<0.05)在統(tǒng)計上有顯著相關性，與Redfield定律相符。

圖9　水溫和營養(yǎng)鹽因子與浮游植物密度的散點分布圖

從圖9(b)可以看出，TP在0.02～0.04 mg/L時出現(xiàn)浮游植物高密度散點，該區(qū)間的TP濃度比較適合藻類生長，濃度低于0.02 mg/L有限制性作用，這與有關研究[11]提出要控制水庫中TP的濃度在0.02 mg/L以內結論相一致。

TN在0.5～2.00 mg/L濃度范圍內都有高密度點出現(xiàn)，如圖9(c)所示，表明新安江水庫氮的濃度已經(jīng)不是藻類生長的限制性因素；氮磷比小于80時易出現(xiàn)高密度點，大于100則沒有，如圖9(d)所示。

因此，新安江水庫的營養(yǎng)鹽對浮游植物密度的影響中，磷是一個關鍵因子，降低水體中的磷濃度可以在一定程度上控制新安江水庫水體中的藻類數(shù)量。

水庫營養(yǎng)鹽的時空分布主要受水庫的水文形勢的影響。新安江水庫在2008—2009年調查期間河流區(qū)與湖泊區(qū)、過渡區(qū)水質在透明度、營養(yǎng)鹽等理化指標方面都存在顯著差異性，但是水庫中3個區(qū)域之間的浮游植物密度卻差異不明顯，可能是下行效應對水體生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了較大的干擾，在低營養(yǎng)水平條件下，上行效應無法明顯表現(xiàn)出來。因此，從流域大尺度生態(tài)效應看，上行效應不是新安江水庫浮游植物密度的主導因素。與新豐江水庫相比[12]，2個水庫氮、磷濃度基本一致，但新安江水庫浮游植物密度要高于新豐江水庫1個數(shù)量級，新安江水庫初級生產(chǎn)力明顯偏高，這可能與水庫大規(guī)模鰱魚和鳙魚放養(yǎng)有關[13-14]，濾食性的雜食性魚類對浮游動物有較強的捕食能力，給浮游動物造成較高的捕食壓力，間接促進了浮游植物種群的增長。

3　結論

新安江水庫浮游植物密度短期生長效應受降水和溫度影響，流域漲水后1個月左右浮游植物密度易出現(xiàn)峰值。磷是影響浮游植物密度的關鍵營養(yǎng)鹽因素，在控制水體營養(yǎng)鹽，防治水體富營養(yǎng)化過程中，降低磷營養(yǎng)鹽入庫總量，保持TP超低濃度水平對降低浮游植物總量有重要作用，水庫3個不同生態(tài)特征區(qū)在氮、磷營養(yǎng)鹽分布上存在顯著性差異，但浮游植物密度在3個區(qū)域中并沒有分布上的差異。因此，營養(yǎng)鹽和食物網(wǎng)對浮游植物的影響中，下行效應作用可能對新安江水庫浮游植物密度影響相對較大，濾食性的雜食性魚類給浮游動物造成較高的捕食壓力，間接促進浮游植物種群的增長。

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