广东长潭水库富营养化与浮游植物分布特征*

王 超 ，高越超，王沛芳＊＊，张松贺，侯 俊 ，钱 进

(1:河海大学浅水湖泊综合治理与资源开发教育部重点实验室，南京210098)

(2:河海大学环境学院，南京210098)

水库在我国工农业生产和人民生活中起着十分重要的作用.近年来，由于环境污染，大量营养元素流入水库，特别是氮、磷的化合物，改变了浮游植物群落结构，阻碍了群落之间物质和能量的交换［1］，加速了水体富营养化并导致水质恶化［2-3］.

浮游植物是淡水生态系统中重要的初级生产者，在淡水生态系统的能量流动、物质循环和信息传递中起着至关重要的作用［4-5］.由于水库存在明显的人为调节因素，使其生态系统有别于自然湖泊.浮游植物种类的组成、分布不但受到光照、水温和水体中氮、磷及微量元素含量的影响，也与水体的流动性、底泥、微生物等环境因素相关，体现出较大的个体差异［6-7］.

长潭水库位于广东省梅州市蕉岭县长潭镇，是一座以发电为主兼有防洪、灌溉、供水、旅游等功能的大型水库.长潭水库作为饮用水源一级保护区，其水质的好坏直接关系着梅州市人民健康、经济发展和社会稳定.根据当地环境监测部门监测报告，长潭水库一年中发生数次蓝藻水华，因此，长潭水库富营养化控制与蓝藻水华治理具有重要意义.

1 材料与方法

1.1水库概况

长潭水库位于广州省与福建省交界处，气候温和，全年平均水温24℃，集水面积为1990 km2，设计洪水位为151.5 m，总库容为1.7×108m3，设计正常高水位为148.0 m，汛期防洪限制水位为144.0 m，死水位为136.5 m，多年平均流量 55.80 m3/s，属季调节水库.

1.2 采样点位置及采样频率

2011年10月至2012年7月对长潭水库进行了4次现场调查以及系统样品采集，具体时间为2011年10月、2011年12月、2012年4月和2012年7月.在长兴电站至长潭电站沿线设置了10个采样点，其中调查区上游为1#～3#，中游为4#～6#，库区为7#～10#.采样点用GPS定位，位置如图1所示.

图1 采样点位分布Fig.1 Distribution of sampling sites

1.3 样品采集、处理与分析

1.3.1 水质分析 监测指标包括温度、透明度、pH、DO、总氮(TN)、总磷(TP)、叶绿素a(Chl.a)，现场记录温度、透明度、pH值、溶解氧(DO).用YSI多参数水质检测仪测定水温、溶解氧，透明度使用塞式盘测定，pH采用便携式水质分析仪测定.样品中加入H2SO4酸化保存，并用聚乙烯瓶运回实验室立刻进行分析，其他指标按照《水和废水监测分析方法》测定［8］.

1.3.2 藻类分析 定性分析:浮游植物采样依照《淡水浮游生物研究方法》［9］及《湖泊富营养化调查规范》［10］中的方法.用25#浮游生物网在水面以下或0.5 m处以20～30 cm/s的速度作∞形来回缓慢拖动约3 min.按照1000∶15的体积比加入鲁哥试剂固定，待镜检［11-12］.定量分析:取表层以下0.5 m处水样1000 ml，加入15 ml鲁哥试剂固定，在实验室中把样品摇匀并静置48 h后取出30 ml沉淀浓缩液，使用0.1 ml计数框作定量计数［9，11-12］.

1.3.3评价方法 营养状态指数(TLI)法:使用Carlson方法评价［10］，采用0～100的连续数字对长潭水库营养状态分级，TLI＜30为贫营养，30～50为中营养，50～100为富营养.在同一营养状态下，指数值越高，其营养程度越重.

式中，TLI(∑)为综合营养状态指数，Wj为第j种参数的营养状态指数，TLI(j)为第j种参数的营养状态指数，为以Chl.a为基准参数，第j种参数与基准参数Chl.a的相关系数，m为评价参数的个数.富营养化状态评ij价指标选用Chl.a、SD、TP三项参数，计算公式分别为:

式中，Chl.a的单位为μg/L，SD的单位为m，TP的单位为mg/L.

应用Shannon-Wiener多样性指数(H)法进行生物多样性指数评价，计算公式为:

式中，S为藻类种类数，ni为某种藻类的个体数，N为各种藻类的总个体数.

1.4 数据采集和处理

所有数据采用3个平行样，用SPSS 19.0统计学软件对水质理化数据和藻类数据进行分析，并计算营养状态指数TLI值和多样性指数H值.

2 结果与分析

2.1 富营养化状态分析

长潭水库富营养化指数TLI(Chl.a)7月高于其他月份且大于50，属于富营养级，4月库区略高于中游和上游，但差异不明显，10月和12月富营养化状态较低，处于中营养级.TLI(SD)呈现自上游至库区逐渐下降的趋势，上游处于富营养级，中游除12月处于中营养级外，其他月份为富营养级，库区7月份TLI(SD)高于其他月份，处于富营养级.TLI(TP)上游高于50，属于富营养级，中游和库区除12月处于富营养级，其他月份属于中营养级.综合营养状态指数TLI(∑)10月和12月处于中营养级，4月库区属于富营养级，上游和中游属于中营养级，7月份各采样点TLI(∑)大于50，属于富营养级，其中库区和中游富营养化程度较高(图2).

广东省有大型水库29个，中型水库274个，小型水库6400多个，总库容398×108m3(1993年统计数据①广东省水中长期供求计划编制组编，1996.)，总库容在全国列第4位.江涛等［13］于2005年对广东省132座水库进行营养状态评价，其中中营养型水库占多数，为111座，并发现水库的营养程度有一定的季节变化.长潭水库总库容为1.7×108m3，属大型水库［14］，富营养化程度相对较低，水库多数时间处于中营养状态.然而广东省水库处在热带亚热带地区，受夏季风影响的强降雨成为水体动力条件的主要控制因素，导致夏季水库富营养状态加重［15］.

2.2 浮游植物的群落结构

2.2.1 浮游植物群落组成 共检测到浮游植物4门11科16属，其中蓝藻门4科9属，绿藻门5科5属，硅藻门1科1属，黄藻门1科1属.较为常见的有蓝藻门的微囊藻、色球藻、束丝藻、鞘丝藻，绿藻门的栅藻、小球藻、鼓藻，硅藻门的直链藻(表1).长潭水库检出的浮游植物大多为富营养化水体常见种类.

图2 长潭水库各采样点营养状态指数Fig.2 Trophic level index of sampling sites in Changtan Reservoir

表1 长潭水库浮游植物群落组成Tab.1 Composition of phytoplankton in Changtan Reservoir

2.2.2 浮游植物种类演替 调 查期间，长潭水库蓝藻门种类数最多，绿藻门次之，硅藻门和黄藻门最少，可认为长潭水库浮游植物群落为蓝藻- 绿藻型.7月蓝藻门种类数高于其他季节，共检出蓝藻门10属(图3).4、7和10月优势属为蓝藻门的微囊藻属和绿藻门的刚毛藻属;12月份优势属有蓝藻门的柱孢藻属、绿藻门的栅藻属和硅藻门的直链藻属.

不同营养状态的水体中存在不同的生物种类，特别是在优势种方面差异明显.在广东富营养程度较高的水库中，徐宁等［16］对浮游植物调查发现，水库浮游植物的种类组成以绿藻为主，其次是硅藻和蓝藻，其他藻类很少出现，大部分水库浮游植物优势种为蓝藻.而对处于贫营养水平的广东南水水库浮游植物调查中发现，硅藻门种类最多，其次为蓝藻门，优势种为硅藻［17］.长潭水库总体处于中营养状态，浮游植物组成以蓝藻为主，绿藻次之.

2.3 浮游植物总量及分布特征

2.3.1 浮游植物总量分布 长 潭水库各点位藻类总丰度变化范围为29×105～1760×105cells/L，其中，7月最高，为1760×105cells/L，其次分别为4月(240×105cells/L)、10月(46×105cells/L)，12月最低.从空间分布来看，7月入库河流中游5#采样点浮游植物丰度最高，达到330×105cells/L，上游较低，均低于100×105cells/L(图4).由于上游长兴电站的调控导致上游流速较大，在一定程度上抑制了藻类生长;而5#点位于长兴电站与长潭电站中间，水流缓慢，营养盐容易滞留于水体中，当夏季温度和光照满足藻类生长时，将会导致藻类大量繁殖［18-19］.

图4 长潭水库浮游植物丰度变化Fig.4 Density changes of phytoplankton in Changtan Reservoir

广东省水库受亚热带季风气候影响，浮游植物丰度受水温的季节变化影响较小，更大程度上与水文的季节变化性相关［20］.李莹等［21］调查发现水库营养盐、悬浮颗粒物和水力滞留时间与流域水文循环密切相关.何国全等［22］对广东飞来峡水库调查发现，降水增加有利于入库营养盐水平的提高，促进浮游植物的生长和生物量的增加，但水力滞留时间会随水库出库流量的增加而下降.

2.3.2 浮游植物门类季节变化特征 长潭水库蓝藻门、绿藻门丰度所占藻类总丰度百分比最多(图5)，两者丰度所占比例高于80%，7月份达到96%，硅藻门丰度10月和12月份别占18%和17%，4月降低到10%，7月最低为3%，黄藻门丰度最低，占0.6% ～3.0%.这主要因为蓝藻、绿藻适应性广泛，对高光照和高温度适应能力最强，当夏季光线充足、水温较高，蓝藻、绿藻大量繁殖，抑制了硅藻和黄藻的生长.而正常情况下，藻类相互竞争与演替，使群落结构保持动态平衡.

图3 长潭水库浮游植物属数季节演替Fig.3 Seasonal succession of phytoplankton in Changtan Reservoir

图5 长潭水库浮游植物各门类丰度组成Fig.5 Density composition of phytoplankton in Changtan Reservoir

图6 长潭水库浮游植物多样性指数HFig.6 Shannon-Wiener index of phytoplankton in Changtan Reservoir

2.4 藻类多样性指数

多样性指数大小反映水体水质状况，多样性指数值愈大表明水质愈好;反之多样性指数值愈小表明水质污染愈重.根据不同H值对长潭水库富营养化分级，H＞3为清洁;2＜H≤3为轻度污染;1＜H≤2为中度污染;0＜H≤1为重度污染.调查结果表明(图6)，长潭水库上游多样性指数H值维持在1.6～2.0之间，只有12月2#、3#采样点和7月2#采样点H值略高于2.0，但均不超过2.1，可认为上游处于中度污染;中游和库区在7月份污染较重，多样性指数H值低于1.6，属于中度污染且污染程度高于上游，这主要是由于7月浮游植物丰度大、优势种显著，其余月份中游和库区处于轻度污染.藻类多样性指数与综合营养状态指数TLI(∑)在7月份呈现出库区＞中游＞上游的营养状态.其余月份H值与TLI(∑)空间变化趋势相反，但都处于较低的中营养状态.

2.5 污染成因调查

长潭水库水质分析表明，长潭水库水质整体较差，特别是上游污染严重，这同水流流向和污染来源有关.长潭水库的氮、磷污染总负荷分别为4324.18和65.53 t/a.其中长兴电站上游携带的氮、磷污染负荷分别为2563.2和40.05 t/a，分别占水库污染总负荷的59.3%和61.1%，成为水库污染物的主要来源.通过对长潭水库污染源的调查，水库水体现状主要污染源由农村生活面源、农田面源、禽畜养殖、船舶4部分组成，其中船舶污染主要为石油类污染.长潭水库全年共接受氮、磷负荷分别为1246.09、244.00 t.从各类污染源的贡献率看，禽畜养殖的污染贡献率最大，禽畜养殖氮的贡献率达到47.58%，磷的贡献率占主导地位，所占比例达到79.22%(表2).

表2 长潭水库入库污染源的统计分析*Tab.2 Statistical analysis of input pollution sources in Changtan Reservoir

根据江涛等［13］对广东省水库营养化原因分析，广东省水库水质污染和富营养化的主要根源有:城市化带来的污废水排放、农业面源污染、水库泥沙淤积、水库蓄水量减少.长潭水库污染源主要为畜禽养殖.畜禽粪便的营养盐成分相对较稳定，营养盐主要以地表径流方式输入水库，造成营养盐输入量因地表径流的季节变化而产生季节差异，从而导致水库丰水期富营养程度高于枯水期.因此，为改善和保持长潭水库水体水质，必须对各类污染源加强综合管理，对禽畜养殖制定严格的减排和限排措施.

3 结论

1)长潭水库富营养化较重，4次调查中，4、10和12月均处于中营养状态，7月营养状态指数明显增加，调查区域内处于富营养状态，其中库区富营养化程度最重.

2)调查期间共检出浮游植物4门11科16属，7月份检出的浮游植物种类最多，水库浮游植物群落为蓝藻- 绿藻型.浮游植物丰度季节变化明显，浮游植物丰度为7月＞4月＞10月＞12月.各季节蓝藻门、绿藻门丰度所占藻类总丰度百分比最高，两者所占比例超过80%.

3)长潭水库上游藻类多样性指数值较低，水体污染水平为中度污染，中游和库区(除7月)为轻度污染;7月藻类多样性指数值最低，水库污染严重，为中度污染，这与综合营养指数TLI(∑)结果一致.

4)长潭水库主要为氮、磷污染，污染源主要为禽畜养殖;为改善和保持长潭水库水体水质，必须对各类污染源加强综合管理，对禽畜养殖制定严格的减排和限排措施.

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