北山水庫浮游植物群落結(jié)構(gòu)及水體營養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)

張樂源，張 振，馬勇驥

（1.江蘇省水文水資源勘測局南通分局,江蘇 南通 226010；2.江蘇省水文水資源勘測局鎮(zhèn)江分局,江蘇 鎮(zhèn)江 212001）

浮游植物作為水生態(tài)環(huán)境中的重要參與者,對水體物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)換起著重要的作用[1-2]。浮游植物具有種類繁多、分布較廣泛等特點(diǎn),其群落結(jié)構(gòu)特征與水體質(zhì)量有著密切的關(guān)系,其種類和數(shù)量隨著環(huán)境因子的變化而改變。因此,浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征可以作為水體質(zhì)量的指示指標(biāo)[3]。許多研究表明,將浮游植物群落結(jié)構(gòu)、數(shù)量特征用作水環(huán)境評(píng)價(jià)具有很強(qiáng)的實(shí)用性和可操作性[4-6]。水環(huán)境因子主要包括水體pH、總氮、總磷、葉綠素等指標(biāo),其含量的變化直接影響浮游植物的生存條件,改變水體營養(yǎng)化狀態(tài)[7]。因此,可以利用浮游植物群落結(jié)構(gòu)和環(huán)境因子含量變化進(jìn)行水體營養(yǎng)化狀態(tài)的評(píng)價(jià)。

北山水庫位于句容市北部寧鎮(zhèn)山脈南側(cè)的句容河源頭,距句容城14 km,長江秦淮河水系,匯水區(qū)域?yàn)樯角饏^(qū),屬丘陵山區(qū)水庫,總庫容4814.6 萬m3,屬中型水庫,是句容市北部丘陵地區(qū)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)補(bǔ)水和城鎮(zhèn)居民生活供水的重要水源地；根據(jù)鎮(zhèn)江市水利局發(fā)布的《鎮(zhèn)江市水功能區(qū)水環(huán)境質(zhì)量通報(bào)》,自2011 年起,北山水庫水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)一直保持在Ⅱ類左右,受人類活動(dòng)影響,目前水體主要超標(biāo)項(xiàng)目是總氮和總磷。由于缺乏系統(tǒng)的研究分析,以往的研究只是對單個(gè)指標(biāo)進(jìn)行簡單地測定,對于浮游植物、環(huán)境因子和水體營養(yǎng)狀態(tài)的綜合評(píng)價(jià)相對較少,不能很好地反映北山水庫浮游植物群落結(jié)構(gòu)的季節(jié)性變化和水體營養(yǎng)狀態(tài)。因此,本文通過對北山水庫長期監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,揭示2020 年浮游植物群落數(shù)量和結(jié)構(gòu)變化情況,以及水體營養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)。

1 材料與方法

1.1 采樣時(shí)間和監(jiān)測點(diǎn)介紹

2020 年2 月、6 月、9 月和11 月分四次對北山水庫進(jìn)行采樣,采樣點(diǎn)選擇北山水庫長期監(jiān)測點(diǎn),見圖1。

圖1 北山水庫采樣點(diǎn)位置

1.2 浮游植物樣品采集與分析

（1）采集浮游植物樣品時(shí),使用采樣器在水下0.5 m處進(jìn)行水樣的采集,取1000 mL水樣置于1000 mL塑料瓶中,并加入1.5%Lugol試劑進(jìn)行固定,并帶回實(shí)驗(yàn)室；在實(shí)驗(yàn)室靜置48 h后,取0.1 mL樣品在電子顯微鏡下進(jìn)行浮游植物的鑒定和計(jì)數(shù)[8]。

浮游植物密度計(jì)算方法如下：

式中：N表示1000 mL水中浮游植物的密度,個(gè)/L；Cs表示計(jì)數(shù)框的面積,mm2；Fs表示每個(gè)視野的面積,mm2；Fn表示技術(shù)視野數(shù)；V表示樣品濃縮后的體積,mL；U表示取樣體積,0.1 mL；Pn表示計(jì)數(shù)所得到的浮游植物數(shù)量。

（2）總磷測定：參照《水質(zhì) 液流分析測定正磷酸鹽和總磷含量-第2 部分：連續(xù)流動(dòng)分析法》（ISO 15681-2003）所述方法。

（3）總氮測定：參照《水質(zhì) 紫外分解后總氮的測定——用流動(dòng)分析法（CFA與FIA）和光譜檢測法》（ISO 29441-2010）所述方法。

（4）透明度測定：參照《透明度的測定 透明度計(jì)法、圓盤法》（SL 87-1994）所述方法。

（5）高錳酸鹽指數(shù)測定（CODMn）：參照《水質(zhì)高錳酸鹽指數(shù)的測定 酸性高錳酸鉀法》（GB/T 11892-1989）所述方法。

1.3 多樣性指數(shù)計(jì)算

（1）Shannon-wiener指數(shù)（H指數(shù)）計(jì)算公式：

式中：S為藻類種類；Pi為第i種藻類占整個(gè)藻類個(gè)體數(shù)的比例。

（2）Pielou均勻度指數(shù)（J指數(shù)）計(jì)算：

式中：H'為Shannon-wiener指數(shù)；S為藻類種類。

1.4 營養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)

參照《湖泊（水庫）富營養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法及分級(jí)技術(shù)規(guī)定》所述方法,利用葉綠色a、總磷、總氮、透明度、高錳酸鹽指數(shù)計(jì)算得出。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS20.0對浮游植物密度、生物量及多樣性指數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,使用Excel2007 進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果分析

2.1 浮游植物密度

表1 所示為2020 年不同采樣時(shí)間水體浮游植物群落的密度變化。由表1可知,全年北山水庫總藻密度在193.5×104個(gè)/L~348.5×104個(gè)/L。其中,2 月份時(shí)總藻密度最低,6 月份時(shí)密度達(dá)到最大值。通過鑒定分析,水山水庫水體共檢測出6 門36 屬54 種浮游植物。其中,硅藻門浮游植物數(shù)量最多,其次是綠藻門,而裸藻門和金藻門數(shù)量密度最低。

表1 不同采樣時(shí)間浮游植物的密度

2.2 浮游植物優(yōu)勢度

圖2 所示為不同采樣時(shí)間浮游植物優(yōu)勢度變化情況。由圖2 可知,全年硅藻門的優(yōu)勢度最高,2020 年2 月、6 月、9 月和11 月的優(yōu)勢度分別為65.4%、61.8%、45.3%和53.2%；其次是綠藻門,其全年優(yōu)勢度為19.8%~31.8%,其中9 月時(shí)其優(yōu)勢度最高；而裸藻門、隱藻門、金藻門和藍(lán)藻門的優(yōu)勢度相對較低。

圖2 不同采樣時(shí)間浮游植物優(yōu)勢度變化

2.3 浮游植物多樣性指數(shù)

圖3 所示為不同采樣時(shí)間浮游植物群落的多樣性指數(shù)變化。由圖3 可知,從全年數(shù)據(jù)來看,Shannon指數(shù)和Pielou均勻性指數(shù)呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢,其最大值均出現(xiàn)在9 月,分別為4.05 和0.88。

圖3 不同采樣時(shí)間浮游植物多樣性指數(shù)變化

2.4 水體環(huán)境因子含量

表2 所示為不同采樣時(shí)間水體環(huán)境因子變化情況。由表2 可知,水體pH值全年變化不大,介于8.1~8.2；溶解氧含量在2 月份時(shí)達(dá)到最大,為11.2 mg/L,6 月和9 月時(shí)含量最低,達(dá)到7.2 mg/L；氨氮含量隨著時(shí)間的推移,呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢,11月份時(shí)達(dá)到最大值,為0.12 mg/L；氟化物含量也呈現(xiàn)逐步增加的趨勢。

表2 不同采樣時(shí)間水體環(huán)境因子變化情況

2.5 水體營養(yǎng)化指數(shù)

圖4 所示為不同采樣時(shí)間水體營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)變化情況。由圖4 可知,2020 年2 月、6 月、9 月和11 月營養(yǎng)指數(shù)分別為52.5、49.6、49.4和50.2,根據(jù)《湖泊（水庫）營養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及分級(jí)方法》規(guī)定,北山水庫水體營養(yǎng)化已呈現(xiàn)輕度富營養(yǎng)化趨勢。

圖4 不同采樣時(shí)間水體營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)

3 討論

浮游植物作為水體生態(tài)系統(tǒng)的重要參與者,對物質(zhì)循環(huán)和能量交換起著重要的作用,而群落結(jié)構(gòu)的變化受環(huán)境因子、季節(jié)變化的影響較大[9]。本文2020 年全年北山水庫浮游植物中硅藻占絕對優(yōu)勢,即北山水庫群落結(jié)構(gòu)呈硅藻型；而硅藻門浮游植物在夏季（6 月）時(shí)密度達(dá)到最大值,冬季（11 月）時(shí)密度最小,呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)性變化,表明溫度對浮游植物的數(shù)量和結(jié)構(gòu)起到重要的作用[10]。

生物多樣性不僅是反映浮游植物群落結(jié)構(gòu)變化的重要參數(shù),也是評(píng)價(jià)水體營養(yǎng)化程度的依據(jù),是對水生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的反映[11],但生物多樣性指數(shù)受水質(zhì)變化影響較大,一般認(rèn)為生物多樣性指數(shù)數(shù)值越大,表明水質(zhì)環(huán)境越好,受污染的程度則較低[12]。本文浮游植物的Shonnon-wiener指數(shù)在2 月和6 月時(shí)較低,而9 月和11 月時(shí)有明顯的升高,表明浮游植物在9 月和11 月時(shí)群落結(jié)構(gòu)較為豐富；而Pielou均勻度指數(shù)同樣是在9 月時(shí)達(dá)到最大值,進(jìn)一步表明,浮游植物群落結(jié)構(gòu)在9 月時(shí)數(shù)量最多,種類最多,且分布相對均勻。

氮磷等營養(yǎng)鹽是浮游植物生長的必要營養(yǎng)來源[13]?？梢钥闯?水體氨氮的含量隨著時(shí)間的推移呈現(xiàn)不斷增加的趨勢,這有可能是經(jīng)過夏秋季節(jié)的高溫,水體中死亡的浮游植物、動(dòng)物等在微生物作用下進(jìn)行分解,釋放大量的營養(yǎng)元素到水體中,提升了水體的營養(yǎng)鹽含量,而營養(yǎng)鹽含量的增加,也會(huì)對水體浮游植物數(shù)量有所提升,但不同類型浮游植物對不同營養(yǎng)鹽含量的相應(yīng)不同,間接導(dǎo)致浮游植物不同群落之間數(shù)量上存在明顯的差異。而水體營養(yǎng)鹽含量的多少對水體營養(yǎng)狀態(tài)的影響較大,根據(jù)《湖泊（水庫）營養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及分級(jí)方法》規(guī)定,營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)大于50 時(shí),即被列入富營養(yǎng)化水體,而由監(jiān)測可以看出,北山水庫各階段營養(yǎng)狀態(tài)已經(jīng)接近50,甚至有些時(shí)段已經(jīng)超過50,表明該水庫已經(jīng)存在富營養(yǎng)的風(fēng)險(xiǎn),應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)污染源頭把控和污染修復(fù)處理,避免進(jìn)一步營養(yǎng)化。

4 結(jié)論

通過2020 年全年對北山水庫的監(jiān)測,該水庫共有浮游植物6 門36 屬54 種,以硅藻和綠藻為主,分別約占總數(shù)的56%和26%；群落結(jié)構(gòu)的Shannon-wiener和Pielou指數(shù)最大值均出現(xiàn)在9 月,其數(shù)值分別為4.05和0.88；水體氨氮含量呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢；通過水體營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)判斷,該水庫已接近輕度富營養(yǎng)化狀態(tài),應(yīng)加強(qiáng)源頭管控和污染修復(fù),避免進(jìn)一步營養(yǎng)化的發(fā)生。