廣州市增城區(qū)典型水庫和湖泊中浮游植物調(diào)查及水質(zhì)關(guān)系分析

張 松，賀中華，唐武斌，王耀華，彭志東，肖建光，柳 明

（1.廣東聯(lián)鯤集團(tuán)有限公司，廣東 珠海 519170；2.廣州市聯(lián)鯤生物科技有限公司，廣州 511483；3.珠海市魚來魚旺生物科技有限公司，廣東 珠海 519170）

0 引言

浮游植物作為水生生態(tài)中的主要初級(jí)生產(chǎn)者，在水生生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)與能源流動(dòng)過程中承擔(dān)重要角色，其物種豐度和群落結(jié)構(gòu)與水體環(huán)境息息相關(guān)，能從側(cè)面反映生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn)力水平，進(jìn)而體現(xiàn)水生態(tài)系統(tǒng)的整體品質(zhì)和穩(wěn)定性，因而廣泛應(yīng)用于水體生態(tài)系統(tǒng)的健康評(píng)估[1-3］。

廣州市增城地區(qū)水庫與湖泊水資源豐富，水體面積達(dá)276.7 km2，占總面積的17.2%[4］。城市中的水庫和湖泊是一種重要的水利工程，承擔(dān)蓄水、調(diào)水、飲用水源的儲(chǔ)備、應(yīng)急供水、種植養(yǎng)殖業(yè)用水等多種重要作用，同時(shí)還具有一些其他的生態(tài)功能[4-5］。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，水資源的消耗量逐年上升，水資源的管理和保護(hù)存在許多問題，水庫面臨環(huán)境污染和生態(tài)威脅[6-7］，主要體現(xiàn)在：飲用水源地污染嚴(yán)重，威脅市民飲用水安全；水庫富營(yíng)養(yǎng)化和水質(zhì)惡化；水庫集雨區(qū)域內(nèi)污染源匯集；水庫水體病原體滋生，影響漁業(yè)可持續(xù)發(fā)展[8-9］。此外，對(duì)水資源的管理不當(dāng)，人工水庫生態(tài)系統(tǒng)可能會(huì)從河流型異養(yǎng)向湖泊型自養(yǎng)轉(zhuǎn)變[10］。因此，政府越來越重視水庫生態(tài)環(huán)境保護(hù)，開展水庫水生態(tài)現(xiàn)狀調(diào)查是制定保護(hù)水庫策略的重要依據(jù)。目前，有關(guān)增城區(qū)水庫水資源與浮游植物的調(diào)查還不夠深入，對(duì)多個(gè)水庫和湖泊的聯(lián)合調(diào)查評(píng)估尚淺。為了解增城區(qū)水庫（湖泊）中浮游植物群落分布特征與水質(zhì)的關(guān)系，本研究于2022年8月，對(duì)廣州市增城區(qū)7 座主要水庫和湖泊進(jìn)行浮游植物種類、群落結(jié)構(gòu)、多樣性特征調(diào)查，旨在了解增城區(qū)典型水庫和湖泊水質(zhì)狀況，為合理利用區(qū)內(nèi)水資源提供決策依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 調(diào)查范圍與采樣點(diǎn)設(shè)置

在廣州市增城區(qū)選擇面積較大、人類活動(dòng)頻繁、自然環(huán)境穩(wěn)定的7 座典型水庫和湖泊作為調(diào)查對(duì)象，它們分別為白洞水庫、大封門水庫、百花林水庫、東湖、荔湖、聯(lián)安水庫和增塘水庫。各采樣點(diǎn)見圖1。

圖1 廣州市增城區(qū)典型水庫和湖泊中浮游植物資源調(diào)查采樣點(diǎn)示意圖

1.2 采樣點(diǎn)的環(huán)境參數(shù)

采樣前記錄采樣點(diǎn)的地理參數(shù)，包括經(jīng)緯度，海拔及調(diào)查范圍。在每個(gè)采樣點(diǎn)的不同區(qū)域采集2個(gè)樣品。并用水質(zhì)分析儀YSI（Professional plus multiparameter instrument，Xylem Inc.，USA）現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定調(diào)查位點(diǎn)的表層水溫度（T）、pH、鹽度（S）、溶解性總固體含量（TDS）、溶解氧濃度（cDO）、氧化還原電位（φOR）等水質(zhì)參數(shù)。

1.3 采樣與分析方法

浮游植物的樣本采集方法參考《漁業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)規(guī)范》（SC/T 9102.3—2007）和《海洋調(diào)查規(guī)范》（GB 17378.7—2007）。用標(biāo)準(zhǔn)2 L 的采水器采集各水庫表層水10 L，均勻混合后取水樣1.5 L 裝于具蓋塑料瓶中，按每100 mL 水樣添加1.5 mL 魯格氏試劑的比例固定樣品，搖勻后帶回實(shí)驗(yàn)室。樣品靜止24～48 h后，虹吸法去除上層水，將樣品體積濃縮到50～100 mL，記錄濃縮倍數(shù)。樣品反復(fù)顛倒50 次后用膠頭滴管吸取0.1 mL 均勻樣品于浮游植物計(jì)數(shù)框中，在生物光學(xué)顯微鏡下鏡檢浮游植物種類，并用視野法確定30個(gè)視野的浮游植物數(shù)量和屬名，重復(fù)3 次鏡檢以確保藻類鑒定完全。浮游植物的鑒定參考《中國(guó)淡水藻類》《中國(guó)淡水生物圖譜》《浙江省主要常見淡水藻類圖集》《鄱陽湖流域主要藻類圖譜》《貴州省重要飲用水源地水庫常見淡水藻類圖集》。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

所有水質(zhì)參數(shù)和浮游植物豐度統(tǒng)計(jì)均根據(jù)采樣點(diǎn)2 個(gè)區(qū)域的結(jié)果計(jì)算平均值，并統(tǒng)計(jì)每個(gè)采樣點(diǎn)的物種豐度和多樣性。采用Person 相關(guān)性分析研究各采樣點(diǎn)的浮游植物豐度與水質(zhì)參數(shù)的相關(guān)性，經(jīng)SPSS statistics 25軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 采樣點(diǎn)的水質(zhì)參數(shù)

各采樣點(diǎn)的水質(zhì)參數(shù)見表1。各采樣點(diǎn)的水溫T在29.7～35.2 ℃之間，其中大封門水庫表層水溫最低（29.7 ℃），東湖表層水溫最高（35.2 ℃），而且大封門水庫的溶解氧濃度cDO也最低，僅為4.45 mg·L-1。其他采樣點(diǎn)表層水的溶解氧濃度均為正常水平（5.43～8.14 mg·L-1）。另外，大封門水庫表層水的溶解性總固體含量TDS（14.3 mg·L-1）和鹽度S（1‰）均為最低。各采樣點(diǎn)的pH為5.24～5.84，整體偏酸性，東湖的氧化還原電位φOR最低（109 mV），大封門水庫的氧化還原電位最高（199 mV），整體氧化性較好。這表明，大封門水庫的水體較干凈，廢物沉積少；東湖水體的溶解性總固體含量最高，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)豐富，適合浮游植物的生長(zhǎng)，有利于提高水體溶解氧。

表1 廣州市增城區(qū)7座典型水庫和湖泊采樣點(diǎn)的水質(zhì)參數(shù)

2.2 浮游植物種類組成

在7座典型水庫和湖泊中共鑒定出25種不同屬的浮游植物，分屬于6個(gè)門，包括綠藻門，藍(lán)藻門，硅藻門，裸藻門，甲藻門和隱藻門（表2）。綠藻門種類最多，優(yōu)勢(shì)種為小球藻和柵藻，藍(lán)藻門中優(yōu)勢(shì)種為鞘絲藻。其主要原因是小球藻和柵藻的繁殖能力強(qiáng)，在適宜的水體中能夠快速繁殖，從而占主導(dǎo)地位。東湖的浮游植物豐度值最高、多樣性種類最多，浮游植物達(dá)到22 種，每升水中浮游植物豐度值超過500 萬個(gè)。這與水體中溶解氧濃度cDO和溶解性總固體含量TDS較高有直接聯(lián)系。荔湖和聯(lián)安水庫浮游植物最少，多樣性種類最少，其中鞘絲藻和小球藻占主要優(yōu)勢(shì)。大封門水庫的浮游植物豐度最低，它是7座水庫中最干凈的水庫。增塘、聯(lián)安、百花林、白洞4 座水庫的浮游植物豐度均處于正常水平。本次調(diào)查發(fā)現(xiàn)的浮游植物全部為本土物種，未發(fā)現(xiàn)外來物種。

表2 廣州市增城區(qū)7座典型水庫和湖泊中浮游植物豐度占比單位：%

2.3 浮游植物優(yōu)勢(shì)種

物種豐度占比大于2%的物種定義為優(yōu)勢(shì)種[11-12］。根據(jù)表2中浮游植物豐度占比，對(duì)各采樣點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)種進(jìn)行分析，得到增城區(qū)7座典型水庫和湖泊中的浮游植物優(yōu)勢(shì)種（表3）。增塘水庫的優(yōu)勢(shì)種為隱藻門的藍(lán)隱藻，藍(lán)藻門的鞘絲藻、螺旋藻、顫藻和念珠藻，綠藻門的小球藻、盤星藻和柵藻，裸藻門的囊裸藻和裸藻，硅藻門的菱形藻。白洞水庫的優(yōu)勢(shì)種為藍(lán)藻門的鞘絲藻和平裂藻，綠藻門的小球藻、柵藻、集星藻和角星鼓藻，裸藻門的囊裸藻，隱藻門的藍(lán)隱藻和甲藻門的裸甲藻。大封門水庫的優(yōu)勢(shì)種為綠藻門的小球藻和四球藻，裸藻門的囊裸藻和裸藻，隱藻門的藍(lán)隱藻，甲藻門的薄裸甲藻和角甲藻，藍(lán)藻門的鞘絲藻和顫藻。百花林水庫的優(yōu)勢(shì)種為硅藻門的直鏈藻，綠藻門的小球藻和集星藻，隱藻門的藍(lán)隱藻，藍(lán)藻門的鞘絲藻，甲藻門的裸甲藻和角甲藻，裸藻門的囊裸藻。東湖的優(yōu)勢(shì)種為綠藻門的柵藻、小球藻和四球藻，藍(lán)藻門的鞘絲藻、色球藻和平裂藻，隱藻門的藍(lán)隱藻。聯(lián)安水庫的優(yōu)勢(shì)種為藍(lán)藻門的鞘絲藻，綠藻門的小球藻，甲藻門的薄裸甲藻，裸藻門的囊裸藻和隱藻門的藍(lán)隱藻。荔湖的優(yōu)勢(shì)種最少，僅有鞘絲藻，小球藻和囊裸藻3種。所調(diào)查的7 座典型水庫和湖泊中浮游植物優(yōu)勢(shì)種均含有小球藻和鞘絲藻，而色球藻僅在東湖為優(yōu)勢(shì)種。水體中浮游植物優(yōu)勢(shì)種的存在與水質(zhì)密切相關(guān)，能夠反映水體質(zhì)量。

表3 廣州市增城區(qū)7座典型水庫和湖泊的浮游植物優(yōu)勢(shì)種

2.4 浮游植物豐度與水質(zhì)參數(shù)的相關(guān)性分析

通過對(duì)部分浮游植物豐度與水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行Person 相關(guān)性分析，得到小球藻和裸甲藻的豐度與表層水溫度T，溶解性總固體含量TDS和鹽度S呈顯著負(fù)相關(guān)，而與氧化還原電位φOR呈顯著正相關(guān)。囊裸藻的豐度與溫度呈顯著負(fù)相關(guān)，而與氧化還原電位呈顯著正相關(guān)（表4）。這表明，水體溫度、溶解性總固體含量和鹽度升高會(huì)降低小球藻和裸甲藻的增殖速度；而水體的氧化還原電位越高，表明水體氧化性越好，更適合浮游植物的生長(zhǎng)。其余藻類豐度與水質(zhì)參數(shù)的相關(guān)性未達(dá)到顯著性水平。

表4 廣州市增城區(qū)7座典型水庫和湖泊的浮游植物豐度與水質(zhì)參數(shù)的相關(guān)性指數(shù)

3 討論

3.1 浮游植物種類與多樣性

通過對(duì)廣州市增城區(qū)7座典型水庫和湖泊（即白洞水庫、大封門水庫、百花林水庫、東湖、荔湖、聯(lián)安水庫和增塘水庫）的浮游植物豐度和多樣性進(jìn)行調(diào)查統(tǒng)計(jì)，評(píng)估了這7 座典型水庫和湖泊中浮游植物種類、群落結(jié)構(gòu)和多樣性特征。本次調(diào)查共鑒定出25種不同屬的浮游植物，分屬于6個(gè)門，包括綠藻門，藍(lán)藻門，硅藻門，裸藻門，甲藻門和隱藻門。綠藻門種類最多，其中以鞘絲藻，小球藻和柵藻為主，這與眾多淡水類湖泊及河流中浮游植物組成類似[2，13］。本調(diào)查中，東湖的浮游植物密度最高，柵藻和鞘絲藻的密度分別達(dá)215.75×104cells·L-1和130.4×104cells·L-1，各占浮游植物總量的40.28%和24.35%。在山東濟(jì)南市北大沙河入黃河口的浮游植物調(diào)查中，密度最大值為35 977×104cells·L-1，主要為藍(lán)藻門的微小色球藻和銅綠微囊藻[14］。同樣，山西晉中市晉商公園的浮游植物種類以藍(lán)藻門和綠藻門為主，占比分別為34.78%和30.34%[15］。浙江金塘島附近海域5 月的浮游植物優(yōu)勢(shì)種為中肋骨條藻、短角彎角藻和三角角藻；而10 月的浮游植物優(yōu)勢(shì)種為條紋小環(huán)藻和中肋骨條藻[16］。廣州白云湖檢出的藻類密度為574.8～1 023.75×104cells·L-1，其中硅藻占62.4%～80.5%，綠藻占14.8%～36.8%[17］。這表明，不同季節(jié)和不同水源中浮游植物種類各異，但大部分淡水中浮游植物種類主要集中在藍(lán)藻門和綠藻門。這可能與藍(lán)藻門和綠藻門浮游植物的生活習(xí)性有關(guān)，它們具有多種繁殖方式，且抗逆性強(qiáng)，耐干旱，這為藍(lán)藻門和綠藻門浮游藻類能長(zhǎng)期生存在各種淡水中提供了穩(wěn)定條件。

3.2 浮游植物多樣性與水質(zhì)的關(guān)系分析

研究發(fā)現(xiàn)，浮游植物豐度和多樣性與水質(zhì)狀況密切相關(guān)[18-19］。浮游植物群落變化受溫度、溶解氧、光照、水深、氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽等理化因素與浮游動(dòng)物、魚類、貝類濾食等生物因素的影響[20-22］。在調(diào)查大連莊河市青堆子灣近岸海域和養(yǎng)殖池塘中的浮游植物發(fā)現(xiàn)，由于近岸海域鹽度和溶解氧明顯高于養(yǎng)殖池塘，致使近岸海域的浮游植物生物量比養(yǎng)殖池塘高683 倍，且多樣性也顯著高于養(yǎng)殖池塘[23］。在江西鄱陽湖的浮游植物調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，浮游植物動(dòng)態(tài)多樣性與長(zhǎng)江效應(yīng)、水溫效應(yīng)和懸浮物具有顯著相關(guān)性[24］。本次調(diào)查中，大封門水庫的溶解氧濃度、溶解性總固體含量和鹽度在7座水庫和湖泊中最低，因此它的浮游植物豐度最低和多樣性種類也最少。其原因可能是水體營(yíng)養(yǎng)成分較低，導(dǎo)致浮游植物繁殖緩慢，有些浮游植物無法生長(zhǎng)。這也從側(cè)面反映了大封門水庫的生產(chǎn)力低，水質(zhì)干凈。相對(duì)封閉的河流或湖泊中流入了大量的氮、磷等植物性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，會(huì)引起藻類和其他水生植物大量繁殖，導(dǎo)致水體透明度低、溶解氧濃度下降、水質(zhì)惡化、水體生態(tài)系統(tǒng)和水功能受阻或破壞，這種現(xiàn)象稱為水體富營(yíng)養(yǎng)化[25］。本次調(diào)查中，東湖的浮游植物密度最高，但是水體中溶解氧濃度、溶解性總固體含量和氧化還原電位等水質(zhì)參數(shù)仍屬正常水平，無富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象；而大封門水庫和聯(lián)安水庫由于水體封閉無流動(dòng)，致使溶解氧濃度和溶解性總固體含量較低，浮游植物增殖緩慢。

本研究通過相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，小球藻和裸甲藻的豐度與表層水溫度T，溶解性總固體含量TDS和鹽度S呈顯著負(fù)相關(guān)；而與氧化還原電位φOR呈顯著正相關(guān)。囊裸藻的豐度與溫度呈顯著負(fù)相關(guān)；而與氧化還原電位呈顯著正相關(guān)。小球藻主要生長(zhǎng)在表層水，是淡水水體中常見的有益藻類，對(duì)養(yǎng)殖尾水處理、養(yǎng)殖水體調(diào)控起重要作用，且對(duì)水質(zhì)變化極其敏感[26］。有研究表明，小球藻生長(zhǎng)的最適溫度為25～35 ℃[27］，這與本研究結(jié)果相似。小球藻在各水庫中均為優(yōu)勢(shì)種，但溫度升高會(huì)降低小球藻的增殖速度，因此東湖、荔湖、聯(lián)安水庫和增塘水庫的小球藻豐度低于白洞水庫、百花林水庫和大封門水庫。趙開拓等[28］在探討鹽度升高對(duì)小球藻生理影響的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鹽度達(dá)到3 g·L-1時(shí)，普通小球藻的細(xì)胞分裂增殖受到抑制，葉綠素合成緩慢，其生理結(jié)構(gòu)和抗氧化能力受到破壞。簡(jiǎn)言之，表層水的鹽度對(duì)其生長(zhǎng)具有較強(qiáng)的約束性，因此東湖和增塘水庫的小球藻豐度較低。TDS為水體中可溶性固體含量，TDS增大表明水體中鹽度升高，從而降低浮游植物的增長(zhǎng)速度。φOR反映水體中所有物質(zhì)的宏觀氧化還原性，φOR越高代表水體氧化性越強(qiáng)，φOR越低代表還原性越強(qiáng)。在溶解氧充足的情況下，需氧菌參與反應(yīng)，促進(jìn)水體和底泥中的有機(jī)物分解，并進(jìn)一步提高硝化反應(yīng)速率，從而保證池塘水質(zhì)底質(zhì)良好[28］。這對(duì)小球藻、裸甲藻和囊裸藻等藻類的生長(zhǎng)具有積極作用。因此，廣州市增城區(qū)水體浮游植物的豐度與水質(zhì)關(guān)系密切，定期關(guān)注水庫水質(zhì)和浮游植物的動(dòng)態(tài)變化，對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)的監(jiān)控與合理利用水資源具有重要意義。

3.3 初級(jí)生產(chǎn)力分析

水體初級(jí)生產(chǎn)力是指水體中生產(chǎn)者通過光合作用利用太陽能以無機(jī)物為原料生產(chǎn)有機(jī)物的能力[29］。浮游植物初級(jí)生產(chǎn)力的變化主要受溫度、光照強(qiáng)度、透明度、水體深度及營(yíng)養(yǎng)鹽濃度等環(huán)境因子的影響，具有顯著的相關(guān)性[8］。所有浮游植物中均含有葉綠素a，它是初級(jí)生產(chǎn)力的重要指標(biāo)，常被作為判斷水質(zhì)好壞的重要指標(biāo)之一[30］。相應(yīng)地，水體中的浮游植物越多，葉綠素a 就越多，也就意味著該生態(tài)系統(tǒng)中水體的初級(jí)生產(chǎn)力越高[31］。本調(diào)查中，東湖和荔湖的藻類豐度均高于其他5 座水庫，也就是說，東湖和荔湖的水體初級(jí)生產(chǎn)力高于其他5座水庫。其原因可能是東湖和荔湖的水為非流動(dòng)水，生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定，適合浮游植物生長(zhǎng)；而水庫有水的間歇性儲(chǔ)存與排放，進(jìn)水儲(chǔ)存會(huì)引來一些外來物種，排水又會(huì)將大量?jī)?yōu)勢(shì)種排出，生態(tài)系統(tǒng)不穩(wěn)定。另外，東湖和荔湖靠近人類活動(dòng)區(qū)域，生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比水庫復(fù)雜，因此需要更高的初級(jí)生產(chǎn)力來推動(dòng)能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)。這表明，營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)、水文過程和在空間上具有異質(zhì)性形成了湖泊浮游植物的分布格局[32］。水體浮游植物與環(huán)境之間存在復(fù)雜的相互作用，水質(zhì)會(huì)直接影響湖泊生態(tài)系統(tǒng)中各組分關(guān)系，尤其影響生態(tài)系統(tǒng)中食物鏈或食物網(wǎng)及其之間的關(guān)系，從而導(dǎo)致水庫或湖泊初級(jí)生態(tài)系統(tǒng)的改變。因此，水體中浮游植物調(diào)查與水庫（湖泊）初級(jí)生產(chǎn)力評(píng)估非常必要，且未來需持續(xù)進(jìn)行。