嘉陵江出口段硅藻水华发生规律

王 敏，张 智，郭蔚华，曾晓岚，袁绍春

重庆大学城市建设与环境工程学院，三峡库区生态环境教育部重点实验室，重庆 400045

嘉陵江出口段硅藻水华发生规律

王 敏，张 智*，郭蔚华，曾晓岚，袁绍春

重庆大学城市建设与环境工程学院，三峡库区生态环境教育部重点实验室，重庆 400045

嘉陵江是三峡库区最大支流，是重庆主城区重要的饮用水源，其主城段硅藻水华的发生预示着水质下降.2005年8月—2008年3月连续对嘉陵江出口段水体水华硅藻密度进行监测并对数据进行分析.结果表明:水华优势藻种为星肋小环藻(原变种)(Cyclotella asterocoststs)，于每年的冬、春之交(1—3月)发生，生长速度快，发生数量有明显峰值并在总藻比例中绝对占优(0.02＜优势度＜0.28)，4月以后水华现象消失直至次年同期再次发生，具有明显的年规律性.水华发生时，污染物含量较高的磁器口右岸与朝天门右岸2个采样点的水华现象严重，尤其在2008年3月，磁器口右岸小环藻密度达到269×104L-1，占同期总藻密度的92%.较短的生活世代(5～7 d)使小环藻在适宜的生境中迅速增殖并在短期内迅速成为嘉陵江出口段富营养化敏感水体水华的优势藻种.

小环藻;水华;富营养化;发生规律

Abstract:Jialing River is the largest tributary of the Three Gorges Reservoir Area and an important water resource of Chongqing urban area.Diatom density in the confluence section of the Jialing River to the Yangtze River was continuously investigated from August 2005 to March 2008 in order to study the occurrence regularity of Diatom bloom，which can be regarded as a sign of water quality deterioration.The results indicated thatCyclotella asterocoststswas the dominant algae species(0.02＜Y＜0.28)，which annually proliferated quickly and led to water blooms accompanied by conspicuous peaks of algae density at the turn of winter into spring(from late January to early March)，while disappearing after every April.The water bloom was particularly serious in Ciqikou and Chaotianmen，which had higher contents of pollutants.The quantity ofCyclotella asterocoststsreached 269×104L-1and accounted for 92%of all algae in the right bank of Ciqikou，especially in March 2008.Due to the short generation time(5-7 d)，Cyclotella asterocoststsis able to proliferate rapidly and become the dominant species in the confluence section of Jialing River if given suitable biotope.

Keywords:Cyclotella asterocoststs;water bloom;eutrophication;occurrence regularity

自1992年春季汉江发生硅藻水华以来，三峡 库区也多次发现次级河流富营养化现象［1-3］. 2005年冬春之交，首次在嘉陵江出口段富营养化敏感水体［4］中发现以硅藻为优势藻种的水华现象［5］.短短一个多月时间朝天门右岸水华优势藻密度从0.175×104L-1迅速增至 95.6×104L-1，总藻密度达到147.0×104L-1，超过湖泊富营养化标准中浮游藻类密度≥100×104L-1的指标［6］.库区每年枯水期进行蓄水，嘉陵江出口段地处两江交汇回水变动区，蓄水时长江水位高于嘉陵江，呈现明显托顶现象，形成半封闭型缓流水体.嘉陵江水流变缓，流速降低，泥沙下沉，水体透明度增加，河流型水库向湖泊型水库的转变加剧，水体自净能力较差，充足的营养盐更有利于藻类繁殖.国内外对湖泊、水库常见蓝藻的水华［7-9］及其毒性研究［10］较多，对江河硅藻水华研究则明显滞后［11-14］.嘉陵江是重庆主城区重要饮用水源，藻类水华现象的发生势必增加饮用取水的风险［15］.为认识嘉陵江硅藻水华规律，保护水环境，降低饮用取水风险，从2005年8月起对嘉陵江出口段硅藻水华规律进行了3年的现场调查，探寻其发生规律，并为进一步研究其水华暴发机理提供数据支持.

1 材料与方法

1.1 样品的采集与处理

采样点布置原则:①监测断面在总体和宏观上能反映水系或区域水环境质量状况;②各断面的具体位置能反映所在区域环境的污染特性;③尽可能以最少的断面获取足够代表性的环境信息;④考虑实际采样时的准确性和可行性.

采样点布置:在嘉陵江出口段富营养化敏感水体流速在 0～0.20 m/s［16］范围内选址布点，共设5个采样点，如图1所示，采样点的区域特征见表1.

图1 嘉陵江出口段采样布点Fig.1 Distribution map of sampling points in outlet section of Jialing River

试验仪器:SWJ-73型(中仪器材)深水采样器，MOTIC BA200(麦克奥迪)光学显微镜，Hitachi S-3400N(日立)扫描电子显微镜.

水样采集与处理:距离岸边1～2 m处进行样品采集.每采样点设2个取水断面，用500 m L采水器分别采取水面下20和40 cm处的水样，然后将2个取水断面的4种水样混匀带回，取出混合水样500 m L用10%鲁格试剂7.5 m L固定，静置24 h.

表1 采样点区域特征Table 1 Characteristics of sampling stations

1.2 研究方法

1.2.1 藻种镜检与计数

利用MOTIC BA200光学显微镜镜检［17］，镜检时先将固定后的水样充分摇匀，再于显微镜下进行藻类鉴定、计数，每个混合样重复3次，结果进行平均处理，每次镜检结果与平均值的误差不得大于10%.

1.2.2 水华优势藻种确定

硅藻种类的鉴定主要是以硅藻壳的形态及壳表面上的花纹为依据.在鉴定种类之前，硅藻水样必须经过酸化处理，将其内含物(主要是有机质)除去后制成硅藻壳标本进行镜检［18-19］，并委托第三军医大学利用Hitachi S-3400N扫描电子显微镜拍摄优势藻种电镜照片.根据上述的观察结果查阅资料并咨询相关专家，最终确定水华优势硅藻的种类.

1.2.3 优势度计算

优势度表示一个物种在群落中的地位与作用，为描述水华暴发过程中优势藻种在总藻中所占的优势程度对其进行优势度分析.陈亚瞿等［20］在长江口河口锋区浮游动物生态研究中根据各优势藻种出现的频率及个体数量进行优势度计算，该方法各指标取值相对准确，能定量地反映出水华优势藻种群在总藻中比例的变化，计算见式(1):

式中，Y为优势度;Ni为样品中i藻的密度，L-1;N为样品中总藻密度，L-1;fi为样品中 i藻出现频率.当物种优势度 ＞0.02时，该种即为群落中的优势种群［21］.

1.2.4 世代时间计算

藻类生长代数的计算对研究小环藻生长规律具有重要意义［22］，计算如下［23］:

式中，N′为生长代数;G为世代时间，d;T-T0为微生物生长时段，d;X0为T0时刻微生物密度，L-1;X为T时刻微生物密度，L-1.

2 结果与分析

2.1 水华优势藻种照片

图2为水华硅藻光学显微镜照片，图3为嘉陵江出口段水华硅藻扫描电镜照片.在显微镜下观察，该藻为单细胞体，壳体呈圆盘形，呈同心波曲;细胞直径约在20～35μm，边缘区与中央区具排列整齐的辐射状肋纹.

2.2 优势藻种水华规律

由于3年期间硅藻水华程度不一，峰值密度甚至有数量级差异，为更明确地反映每年各月水华藻类的生长规律，将统计的硅藻优势种密度以年为周期整理为图4～6.由于各采样点水温测量值相差小于0.5℃，故各图中标示的水温均为平均水温.

图2 水华硅藻光学显微镜照片(40×)Fig.2 M icrophotograph of diatom flos-aquae

图3 水华硅藻扫描电镜照片(2 500×)Fig.3 Electron micrograph of diatom flos-aquae

图4 2005—2006年嘉陵江出口段水华硅藻密度变化Fig.4 Density change of diatom flos-aquae in debouchure section of Jialing River from 2005 to 2006

图5 2006—2007年嘉陵江出口段水华硅藻密度变化Fig.5 Density change of diatom flos-aquae in debouchure section of Jialing River from 2006 to 2007

图6 2007—2008年嘉陵江出口段水华硅藻密度变化Fig.6 Density change of diatom flos-aquae in debouchure section of Jialing River from 2007 to 2008

2.3 水华优势种的确定

根据观察结果并查阅《中国淡水藻志》第四卷可知，该水域水华硅藻属于硅藻门(Bacillariophyta)，中心纲(Centricae)，圆筛藻目(Coscinodiscales)，圆筛藻科(Coscinodiscaceae).但与其形态极其相似的藻种有冠盘藻属中的极小冠盘藻(Stephanodiscus m inutulus)和小环藻属(Cyclotella)中的星肋小环藻(原变种)(Cyclotella asterocoststs).

极小冠盘藻(Stephanodiscus minutulus):单细胞，壳体圆盘形，壳面圆形.细胞直径为 5～12 μm［18］，具成束辐射状排列的网孔，在10μm内有8～14束，22个网孔，向中部成为单列，在中央排成不规则的纹区，网孔束间具有无纹区，每条辐射无纹区的末端具一个刺，该藻的扫描电镜照片见图7，资料图片见图8.

图7 极小冠盘藻电镜照片(5 000×)Fig.7 Front view of electron micrograph of Stephanodisucsminutulus

星肋小环藻(Cydotella asterocoststs):单细胞，壳体圆盘形，壳面圆形.细胞直径为 20.0～33.5 μm，呈同心波曲;边缘区线纹辐射状排列，在10 μm内有12～16条;边缘区与中央区具排列整齐的辐射状肋纹，在10μm内有6～9条，近壳边缘处具瘤突，其中心部分平滑或具散生的点纹［19］，资料图片见图9.

图8 极小冠盘藻Fig.8 The picture of Stephanodiscusminutulus

图9 星肋小环藻(原变种)Fig.9 The picture of Cyclotella asterocoststs Xie，Lin et Cai var.asterocoststs

对比图 2，3可知，水华硅藻细胞直径约在20～35μm，较冠盘藻属直径略大;边缘区与中央区具整齐的辐射状肋纹，比较符合小环藻属的典型特征，并且无冠盘藻属具有的成束辐射状排列的网孔.因此，从细胞个体大小以及壳面花纹判断，该水域水华硅藻更符合小环藻属特征.

经详细的资料比对以及向有关专家咨询，初步认为嘉陵江出口段水体中优势藻种属于硅藻门(Bacillariophyta)，中心纲(Centricae)，圆筛藻目(Coscinodiscales)，圆筛藻科(Coscinodiscaceae)，小环藻属(Cyclotella)中的星肋小环藻(原变种) (Cyclotella asterocoststs).

同时，在镜检中还发现梅尼小环藻(Cyclotella meneghiniana)和具星小环藻(Cyclotella stelligera)等小环藻属(在总藻中所占比例约为0.1%)，因此，须以小环藻属密度(以下简称小环藻密度)分析水华发生规律.

2.4 小环藻水华发生规律

2005—2008年小环藻生长的规律曲线如图4～6所示，从图中曲线变化可知，研究区域内硅藻水华呈现明显的年规律性.

时间上，每年早春(1月底，2月初)小环藻发生水华，生长速度快，1个月内迅速成为嘉陵江出口段水域中的优势藻种，发生数量有明显峰值.水华于3月底结束，其余时段优势藻密度均稳定在104L-1以下，直至次年2月数量再次回升.

空间上，如图4～6所示，有污染源的磁器口右岸和人员、船只活动频繁的朝天门右岸在监测期间交替出现硅藻水华的峰值，尤其在2008年3月，磁器口右岸和朝天门右岸小环藻密度分别达到了269.0×104和242.0×104L-1，远高于其他3个采样点.磁器口左岸与朝天门左岸人员、船只活动较少，水质较好，小环藻同期发生量次之;化龙桥采样点江面较窄，受人类活动影响最少，各种污染物接纳量也最少，小环藻同期发生量最低.

1—3月间 5个采样点流速变化不大，为0.02～0.20 m/s，均处于富营养化敏感水体的范围之内，为水华发生提供了良好的条件.同时，有污染源的采样点(磁器口右岸和朝天门右岸)水华发生峰值远大于其余参照点.化龙桥右岸无污染源，流速相对较大，水华暴发最轻.

数量上，2005—2008年嘉陵江出口段5个采样点均发生了不同程度的小环藻水华现象，峰值分别为96.7×104，49.9×104和269.0×104L-1.尤其在2008年3月，藻类指标已经达到湖泊水体标准的中级营养化水平.

2.5 水华优势度分析

通过式(1)计算嘉陵江5个采样点水华硅藻优势度，结果如图10，11所示.

2007年和2008年水华硅藻的优势度变化趋势与其年变化规律基本一致，2007年1—3月优势度范围为0.02～0.28，进入2月后，朝天门右岸已超过了0.20，其余各采样点的优势度也接近0.10，说明小环藻属在总藻中比例迅速成倍增加，呈现明显优势.4月后至2008年1月，小环藻属优势度大多在0.02以下，呈现出明显的规律性，与水华在春季发生的规律完全一致.优势度的计算结果同样反映出，水华发生时小环藻属在总藻中的比例迅速占优.

图10 2007年水华硅藻优势度变化趋势Fig.10 Variation in dominance of diatom flos-aquae in 2007

图11 2008年水华硅藻优势度变化趋势Fig.11 Variation in dominance of diatom flos-aquae in 2008

2.6 世代时间

通过2007年和2008年1—3月小环藻属增长天数的监测估算其生长代数.小环藻属的世代即生活周期随年份和采样点而异(见表2)，因此用平均值(5.93 d)进行分析.

2007年1—3月，在该硅藻的水华期中取21 d作为监测时段，5个采样点的水华藻种在监测期平均生长了4代，世代时间约为5～7 d，由于在监测期内藻种初始藻密度不同，因而在检测期末的最大藻密度不同.2008年 1—3月硅藻水华期较长，取45 d作为监测时段，5个采样点的水华藻种在监测期平均生长约 7代，世代时间约为5～7 d，与2007年小环藻生长状况基本一致.

综上，嘉陵江出口段水华硅藻约5～7 d即可完成一个世代周期，较短的世代周期使其总数在适宜的环境中迅速增加，短期内成为嘉陵江出口段的优势藻种.

表2 嘉陵江出口段冬、春季水华硅藻增长变化Table 2 Change of grow th range of diatom flos-aquae between winter and spring in debouchure section of Jialing River

3 结论与建议

3.1 结论

a.通过采样镜检分析以及资料比对，初步认为嘉陵江出口段早春水华的优势藻种属于硅藻门(Bacillariophyta)，中心纲(Centricae)，圆筛藻目(Coscinodiscales)，圆筛藻科(Coscinodiscaceae)，小环藻属(Cyclotella)中的星肋小环藻(Cyclotella asterocoststs).

b.硅藻水华暴发呈明显的年规律性.每年早春(1月底，2月初)小环藻发生水华，较短的世代周期(5～7 d)使其在适宜的环境中迅速增值，呈现出明显的优势，在一个月内迅速成为嘉陵江出口段水域中的优势藻种，发生数量有明显峰值.3月之后水华现象迅速消失直至次年春季再次发生.

c.硅藻水华在发生空间上呈现一定的规律性.早春期间5个采样点均发生了不同程度的水华现象.每年1—3月，较缓的流速(0.02～0.20)下有污染源的采样点(朝天门右岸和磁器口右岸)小环藻密度高于无污染源的采样点(磁器口左岸和朝天门左岸)，无污染源且流速较快的采样点(化龙桥右岸)最低，5个采样点小环藻水华发生的总体趋势变化保持一致.

3.2 建议

由于浮游生物种类的准确鉴定有一定难度，笔者对水华硅藻的鉴定主要是通过咨询相关专家以及对已有资料的比对分析得出的，建议利用更加精密的方法对其进行进一步的鉴定.

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Occurrence Regu larity o f Diatom Bloom in the Con fluence Section o f Jia ling River

WANG Min，ZHANG Zhi，GUO Wei-hua，ZENG Xiao-lan，YUAN Shao-chun
Key Laboratory of Three Gorges Reservoir Region's Eco-Environment，Ministry of Education，Faculty of Urban Construction and Environmental Engineering of Chongqing University，Chongqing 400045，China

X52

A

1001-6929(2011)02-0191-08

2010-07-29

2010-10-12

国家“十一五”科技支撑计划项目(2007BAB21B01);国家水体污染控制与治理科技重大专项(2009ZX07315-002);重庆市自然科学基金项目(2006BB7136)

王敏(1982-)，女，山西运城人，lanyi2008@163.com.

*责任作者，张智(1960-)，男，四川隆昌人，教授，博士，博导，主要从事水资源保护、水体修复和污水处理研究，zhangzhicq@126.com