玉溪飛井水庫浮游植物群落結(jié)構(gòu)周年變化特征及水質(zhì)生物評價(jià)

楊曉楠

(玉溪市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量分析中心，云南 玉溪 653100)

0 引言

飛井水庫位于玉溪市紅塔區(qū)西寺河下游倪井村附近，始建于1953年，1957年擴(kuò)建，于1958年建成，是云南省首座中型水庫，庫容1080萬m3，是玉溪市市級城市集中式飲用水源地，主要承擔(dān)玉溪中心城區(qū)城鎮(zhèn)生活用水的供應(yīng)。當(dāng)前，隨著玉溪城區(qū)的不斷擴(kuò)大和人口的持續(xù)增長，城鎮(zhèn)生活用水的需求量大幅度增加，飛井水庫作為城鎮(zhèn)生活用水水源地的作用日益突出，其水質(zhì)的好壞直接關(guān)系到玉溪中心城區(qū)的用水安全。浮游植物群落能對環(huán)境條件的變化做出復(fù)雜而快速的響應(yīng)，其結(jié)構(gòu)變化是評價(jià)水體富營養(yǎng)化和污染狀況的重要指標(biāo)，因此，浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征在湖泊、水庫等水體環(huán)境的監(jiān)測中起到極為重要的作用[1]，被廣泛應(yīng)用于對水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測和評價(jià)[2-4]。

目前，關(guān)于飛井水庫浮游植物群落結(jié)構(gòu)的研究未見報(bào)道。本研究于2019年6月—2020年5月每月對飛井水庫浮游植物群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行屬類鑒定和密度統(tǒng)計(jì)，分析了浮游植物的種群組成、優(yōu)勢度、多樣性、均勻度及群落結(jié)構(gòu)的年變化特征，旨在探討該水域浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征，科學(xué)評價(jià)其水質(zhì)和營養(yǎng)狀態(tài)，為該流域內(nèi)水資源保護(hù)和開發(fā)利用提供基礎(chǔ)性資料。

1 材料與方法

1.1 采樣點(diǎn)的設(shè)置及采集時(shí)間

按照《水和廢水監(jiān)測分析方法》(第四版)中浮游生物測定的點(diǎn)位設(shè)置要求[5]，結(jié)合飛井水庫地形地貌特征，在飛井水庫庫心設(shè)置一個(gè)采樣點(diǎn)(圖1)，于2019年6月—2020年5月每月月初在采樣點(diǎn)采集浮游植物樣品。

圖1 飛井水庫采樣點(diǎn)位

1.2 樣品采集和分析方法

浮游植物樣品采集及鑒定方法參照《水和廢水監(jiān)測分析方法》(第四版)[5]。定性樣品的采集：使用25號浮游生物網(wǎng)在水體表層～0.5m深處以20～30cm/s的速度作∞形循回緩慢拖動2min，收集過濾水樣50mL裝入50mL塑料水樣瓶中帶回實(shí)驗(yàn)室制片觀察。定量樣品采集：使用有機(jī)玻璃采水器，采集0.5m處水樣1L，現(xiàn)場加入15mL魯哥試劑固定，帶回實(shí)驗(yàn)室后靜置沉淀24h，沉淀濃縮后取0.1mL濃縮液進(jìn)行顯微分類計(jì)數(shù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理和分析

1.3.1 優(yōu)勢屬和優(yōu)勢度

通過各屬密度和總密度計(jì)算出各屬密度占比，結(jié)合各屬出現(xiàn)頻率，通過公式計(jì)算出優(yōu)勢度，優(yōu)勢度>0.02的屬即為優(yōu)勢屬。

式中：Ni為第i個(gè)屬的個(gè)體數(shù)；N為所有屬的總個(gè)體數(shù)；fi為第i個(gè)屬出現(xiàn)的頻率。

1.3.2 多樣性分析

采用Shannon-Wienerer多樣性指數(shù)(H′)和Pielou均勻度指數(shù)(J)來分析浮游植物的多樣性[6-7]。

(1)多樣性指數(shù)

Shannon-Wienerer指數(shù)：

(2)均勻度指數(shù)

Pielou均勻度指數(shù)：

式中：Pi=ni/N，為第i個(gè)屬細(xì)胞密度(ni)占總細(xì)胞密度(N)的比例；S為測點(diǎn)定量樣品中浮游植物總屬數(shù)。

1.3.3 水質(zhì)和營養(yǎng)類型生物評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

(1)水質(zhì)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

Shannon-Wienerer多樣性指數(shù)H′為0～1表示重污染，H′為1～2表示中污染，H′為2～3表示輕污染，H′>3表示清潔[6]。

Pielou均勻度指數(shù)J為0～0.3表示重污染，J為0.3～0.5表示中污染，J>0.5表示輕污染或無污染[6]。

(2)營養(yǎng)類型評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

浮游植物細(xì)胞密度≤0.5×106cells/L表示極貧營養(yǎng)，0.5～1×106cells/L表示貧營養(yǎng)，1～9×106cells/L表示貧中營養(yǎng)，10～40×106cells/L表示中營養(yǎng)，41～80×106cells/L表示中富營養(yǎng)，81～99×106cells/L表示富營養(yǎng)，≥100×106cells/L表示極富營養(yǎng)[7]。

1.3.4 統(tǒng)計(jì)分析

使用WPSOffice2019表格對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行圖表分析處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 浮游植物種群組成及變化

2019年6月—2020年5月，飛井水庫庫區(qū)共鑒定出浮游植物7門40屬，其中，綠藻門(Chlorophyta)19屬，占總屬數(shù)的47.5%；硅藻門(Bacillariophyta)9屬，占22.5%；藍(lán)藻門(Cyanophyta)7屬，占17.5%；甲藻門(Pyrrophyta)2屬，占5%；隱藻門(Cryptophyta)、金藻門(Chrysophyta)和裸藻門(Euglenophyta)均為1屬，各占2.5%。

飛井水庫浮游植物種群組成在不同月份上有所差異(表1)，次年5月份浮游植物種群最多，為7門28屬；11月和次年2月最少，為5門18屬。各月份浮游植物種群組成均以綠、硅、藍(lán)藻門為主。綠藻門屬數(shù)在次年4、5月最多，為14屬，次年2月最少，為6屬，其中柵藻屬(ScenedesmusMeyen)、四角藻屬(Tetraedrom)、新月藻屬(ClosteriumNitzsch)3屬在全年各月均出現(xiàn)；藍(lán)藻門屬數(shù)在7、9、11、12月和次年1、5月最多，為5屬，10月最少，為3屬，其中，偽魚腥藻屬(Pseudanabaena)、藍(lán)纖維藻屬(Dactylococcpsis)、色球藻屬(Chroococcus)3屬在全年各月均出現(xiàn)；硅藻門屬數(shù)在次年4月最多，為7屬，11月最少，為4屬，其中，小環(huán)藻屬(Cyclotella)和針桿藻屬(Synedra)2屬在全年各月均出現(xiàn)；隱藻門全年各月只有隱藻屬(Cryptomonas)1屬出現(xiàn)；甲藻門在6月最多，為2屬，8、9、10月和次年1、3、5月均出現(xiàn)1屬，其余月份未出現(xiàn)；金藻門除了12月以外其余各月均出現(xiàn)錐囊藻屬(Dinobryon)1屬。裸藻門在次年3、5月出現(xiàn)1屬，其余各月份未出現(xiàn)。

2.2 浮游植物密度

2.2.1 浮游植物密度組成

飛井水庫浮游植物密度年平均值為816.93×104Cells/L，根據(jù)定量結(jié)果，從各門類占比來看(圖2)，各門類占比從大到小順序依次為硅藻門>藍(lán)藻門>綠藻門>其它藻類，由此可看出，飛井水庫浮游植物密度組成類型為“硅藻-藍(lán)藻-綠藻”型。

表1 飛井水庫不同月份浮游植物門屬數(shù)

圖2 飛井水庫浮游植物周年細(xì)胞密度占比示意圖

2.2.2 浮游植物密度周年變化

總體來看，飛井水庫浮游植物細(xì)胞密度各月份間波動性較大，變化范圍為269×104Cells/L～1980×104Cells/L，最低出現(xiàn)在次年3月，最高出現(xiàn)在6月，相差1711×104Cells/L。

從各月份各門類來看，不同月份各門類浮游植物密度組成有明顯的差異。6月硅藻門密度最高，達(dá)到全年最高值，其次為藍(lán)藻門；7月各門類密度均下降，藍(lán)藻門密度急劇下降，其密度低于綠藻門；8月硅藻門和藍(lán)藻門密度上升，綠藻門密度下降；9月藍(lán)藻門密度最高，達(dá)到全年最高值，硅藻門和綠藻門密度均下降；10月藍(lán)藻門密度下降，硅藻門和綠藻門數(shù)量有所上升；11月藍(lán)藻門數(shù)量持續(xù)下降，硅藻門數(shù)量持續(xù)上升，硅藻門密度超過藍(lán)藻門；12月各門類密度均上升；次年1月硅藻門和藍(lán)藻門數(shù)量下降，綠藻門密度持續(xù)上升，其密度超過藍(lán)藻門，達(dá)到全年最高值；次年2月各門類密度均下降，綠藻門密度降到全年最低值；次年3月綠藻門密度有所上升，占比最高，其它門類持續(xù)下降，藍(lán)藻門和硅藻門密度均達(dá)到全年最低值；次年4月硅藻門密度上升超過綠藻門；5月硅藻門和藍(lán)藻門密度持續(xù)上升，綠藻門密度下降。在6—8月、11月—次年2月、次年4月和5月硅藻門密度占比最高，在9月和10月藍(lán)藻門密度占比最高，在次年3月綠藻門占比最高。

從季節(jié)來看，飛井水庫浮游植物細(xì)胞密度最高值出現(xiàn)在夏季初，這可能與夏季水溫高、光照時(shí)間長引起浮游植物生長較快有關(guān)；最低值出現(xiàn)在春季初，原因可能是冬季到春季初，水溫持續(xù)下降、光照時(shí)間短，浮游植物生長慢，繁殖率低，數(shù)量在春季初下降到最低值。硅藻門密度最高值出現(xiàn)在夏季，最低值出現(xiàn)在春季初；藍(lán)藻門密度最高值出現(xiàn)在秋季初，最低值出現(xiàn)在冬季末；綠藻門密度最高值出現(xiàn)在夏季初，最低值出現(xiàn)在冬季末；硅藻門密度最高值出現(xiàn)在夏季初，最低值出現(xiàn)在春季初。

2.3 優(yōu)勢屬和優(yōu)勢度

調(diào)查期間，飛井水庫共發(fā)現(xiàn)優(yōu)勢屬20屬，分別屬5個(gè)門類，全年絕對優(yōu)勢屬為硅藻門小環(huán)藻屬。綠藻門優(yōu)勢屬有10屬，柵藻屬除9月份外，其余各月為優(yōu)勢屬；藍(lán)藻門優(yōu)勢屬有6屬，偽魚腥藻屬除了11月外其余各月均為優(yōu)勢屬，平裂藻屬在9月份占絕對優(yōu)勢，優(yōu)勢度為0.338；硅藻門優(yōu)勢屬有2屬，小環(huán)藻屬為全年優(yōu)勢屬，優(yōu)勢度在次年2月達(dá)到最高，為0.781，除了9月外，其余各月占絕對優(yōu)勢；金藻門錐囊藻屬在次年3月為優(yōu)勢屬；隱藻門隱藻屬在6、7、8、10、11月和次年3月為優(yōu)勢屬。

2.4 浮游植物多樣性變化

調(diào)查期間，飛井水庫多樣性指數(shù)(H′)變化范圍為1.42～3.17，平均為2.45，次年3月最高為3.17，次年2月最低為1.80；均勻度指數(shù)(J)變化范圍為0.37～0.75，平均為0.59，次年3月最高為0.75，次年2月份最低為0.3。

圖3 飛井水庫各月份浮游植物密度示意圖

表2 飛井水庫浮游植物優(yōu)勢屬和優(yōu)勢度

浮游植物多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)均在次年2月最低，次年3月最高，這可能與季節(jié)變化和絕對優(yōu)勢屬優(yōu)勢度下降有關(guān)。由于冬季水溫低，光照時(shí)間短，各屬浮游植物密度下降到最低值，屬類別數(shù)在次年2月減少到全年最低18屬，引起多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)在次年2月最低；次年3月，絕對優(yōu)勢屬小環(huán)藻屬在冬季密度下降，浮游植物密度最低，導(dǎo)致種間競爭減弱，有利于競爭優(yōu)勢差的屬種生長，使得多樣性指數(shù)升高到最高值。

2.5 水質(zhì)和營養(yǎng)類型生物評價(jià)

按照常用的浮游植物生物學(xué)評價(jià)水質(zhì)和營養(yǎng)類型的方法[6-7]，根據(jù)生物學(xué)指標(biāo)Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H′)、Pielou均勻度指數(shù)(J)評價(jià)飛井水庫水質(zhì)，細(xì)胞密度評價(jià)營養(yǎng)程度，結(jié)果見表3。飛井水庫Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H′)評價(jià)結(jié)果次年3月、4月為清潔，6—10月、12月、次年1月、5月為輕污染，11月和次年2月為中污染；Pielou均勻度指數(shù)(J)6—10月、12月、次年1月、3月、4月為輕污染，11月和次年2月、5月為中污染。細(xì)胞密度評價(jià)結(jié)果6月、9月、12月為中營養(yǎng)，其余月份為貧中營養(yǎng)。綜合各月結(jié)果來看，飛井水庫水質(zhì)為輕污染，營養(yǎng)類型為貧中營養(yǎng)。

圖4 飛井水庫各月多樣性指數(shù)(H′)和均勻度指數(shù)(J)

表3 飛井水庫水質(zhì)和營養(yǎng)類型生物學(xué)評價(jià)結(jié)果

3 結(jié)論

(1)調(diào)查期間，飛井水庫庫區(qū)共發(fā)現(xiàn)浮游植物7門40屬，屬數(shù)以綠藻門最多，其次是硅藻門和藍(lán)藻門。周年各門類浮游植物密度硅藻門>藍(lán)藻門>綠藻門>其它藻類。浮游植物密度年平均值為816.93×104Cells/L，變化范圍為269×104Cells/L～1980×104Cells/L，最低出現(xiàn)在次年3月，最高出現(xiàn)在6月。優(yōu)勢屬20屬，所屬5個(gè)門類，全年絕對優(yōu)勢屬為硅藻門小環(huán)藻屬，除了9月平裂藻屬占據(jù)絕對優(yōu)勢外，其余各月小環(huán)藻屬占據(jù)絕對優(yōu)勢。

(2)飛井水庫多樣性指數(shù)(H′)變化范圍為1.42～3.17，平均為2.45，次年3月最高為3.17，次年2月最低為1.80；均勻度指數(shù)(J)變化范圍為0.37～0.75，平均為0.59，次年3月最高為0.75，次年2月份最低為0.3。

(3)根據(jù)生物學(xué)指標(biāo)Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H′)、Pielou均勻度指數(shù)(J)評價(jià)飛井水庫水質(zhì)，細(xì)胞密度來評價(jià)營養(yǎng)程度，綜合各月評價(jià)結(jié)果來看，飛井水庫水質(zhì)為輕污染，營養(yǎng)類型為貧中營養(yǎng)。