新安江水库浮游植物群落特征及影响因素分析

兰　佳，吴志旭，李　俊，朱溆君

杭州市淳安县环境保护监测站，浙江 杭州 311700

浮游植物群落的种类组成和数量结构的变化具有一定规律，主要受相关的物理、化学和生物等环境因子的影响[1-2]。在不同类型的水库中，起主导作用的环境因子在不同条件下的作用也有差别。 一般而言，营养盐和水温是影响浮游植物生长的关键因子[3-4]。水温的季节变化直接影响浮游植物生长， 同时也通过影响水体的其他物理和化学因子，进一步影响浮游植物种群和数量组成。 在热带与亚热带地区，温度与光照季节性变化不如温带地区显著，水动力学的季节变化通常会引起浮游植物群落的季节性变化[5]。水库从入水口到坝前分为3个不同的生态特征区域，在不同水动力过程驱动下，3个区域的物理、化学、生物过程存在着明显的空间梯度[6]，但很多水库通常存在着渔业养殖行为，在下行效应驱动下，又会影响该空间的梯度变化，特别是浮游植物的种群密度。

新安江水库位于浙江省西部与安徽省南部交界的淳安县境内(29°22′～29°50′N，118°34′～119°15′E)，为1959年新安江水电站大坝建成蓄水后形成的特大型深水水库。 大坝以上控制流域面积10 442 km2，其中58.4％位于安徽省境内，41.6％位于浙江省境内。巨大的水资源量对当地及长三角的经济和社会发展具有极其重要的影响。近年来，随着库区及上游流域社会经济的发展和资源的不合理利用，水库污染负荷相应增加，水体营养状况发生显著变化，出现明显的富营养化加速迹象。笔者对其理化因子及浮游植物的组成与分布进行研究，探讨该水库浮游植物群落的种类组成与数量的动态变化特征，为科学保护新安江水库水环境提供一定的理论依据，同时也为丰富中国水库生态学理论提供了重要的基础资料。

1　实验部分

1.1采样时间和采样点设置

于2008年1月—2009年12月对新安江水库采样，逢单月采样1次。根据新安江水库湖盆特点设置6个采样点，分别是S1、S2、S3、S4、S5、S6。具体设置如表1和图1所示。

表1　新安江水库各采样点设置

注：底图审图号为GS(2010)6006号

1.2样品采集、处理和分析

用塞氏圆盘法现场测定水体透明度； 水温、溶解氧采用YSI-52型溶解氧测定仪现场测定； 理化项目分析在实验室完成，分析方法按照《水和废水监测分析方法》； 采用丙酮萃取分光光度法测定水样Chl-a浓度。

定性样品采集使用25#浮游生物网， 在水面上0.5 m深处作“∞”字型缓慢绕动数分钟，带回实验室置于生物显微镜下观察(10×40倍)，进行种属鉴定；定量样品取表层2.5 L水， 现场用鲁哥氏液固定，带回实验室沉淀浓缩至30 mL用显微镜分类计数；浮游植物物种鉴定和计数等参考文献[7]。降水量数据由气象部门提供，入库流量数据由水利部门提供。

1.3数据分析

数据采用Excel分析，显著性差异采用SPSS19.0软件One-way ANOVA分析方法，P<0.05认为差异显著，图表中各区域数据采用各区域点位平均值，年均值数据采用所有点位平均值。

2　结果分析与讨论

2.1水文动态

图2为新安江水库降水量、入库流量及水温动态变化图。

图2　新安江水库降水量、入库流量及水温动态变化

新安江水库2009年降水量为803.0 mm，降水量的季节性差异较大，最大降水量出现在3月，为170.64 mm,最小降水量出现在12月，为2.82 mm。与2008年降水量相比(1 395.7 mm)， 2009年降水量偏少。

新安江水库2008—2009年月平均入库流量的波动范围为33～1 933 m3/s平均入库流量为322 m3/s，入库流量同降水量的变化基本一致，2009年入库流量与2008年相比明显偏少。

新安江水库地处亚热带边缘，受气温影响,表层水温呈现明显的季节变化，在2年的调查采样期间，最低温度出现在3月，最高温度出现在7月。2008年平均水温为20.5 ℃， 2009年平均水温为20.2 ℃。新安江水库3个区域的水温变化差异不大。

2.2理化动态

在调查期间，新安江水库的TP年均浓度为为(0.021±0.01) mg/L，浓度范围为0.005～0.061 mg/L，处于较低水平。水库TP浓度季节变化不明显(P=0.538)，见图3a，但3个区域间有显著差异(P=0.000)，河流区高于过渡区和湖泊区。TN浓度较高，年均浓度为(0.97±0.36) mg/L。水库TN浓度季节性变化不明显(P=0.874)，但3个区域间有显著差异(P=0.000)，河流区明显高于其他2个区(图3b)。

水库的年均透明度为(4.14±2.06) m，变化范围为0.6～7.3m。水库的3个区域差异比较显著，河流区透明度显著低于过渡区和湖泊区(图3c)。水库汇水区范围广阔(60％在上游安徽省境内)，且安徽来水水质较差，影响了水库河流区的水质。冬季(1月)的透明度比其他月份高，主要因为冬季藻类生长缓慢，数量比其他季节低，因此透明度比其他季节高。

河流区的NH3-N季节性变化趋势明显，丰水期浓度明显高于其他季节，表明新安江水库来水呈典型的面源污染特征；过渡区和湖泊区季节性变化趋势不明显(图3d)。河流区与其他2区NH3-N浓度差异较大(P=0.005)，河流区浓度明显高于过渡区和湖泊区。

Chl-a年均浓度(0.006 2±0.001 5) mg/L，变化范围为0.001 1～0.022 4 mg/L。浓度季节性变化明显，整体呈现春秋季双峰型分布，年最高值出现在5月，最低值出现在1月(图3e)。水库3个区域之间差异不显著(P=0.453)。

图3　新安江水库水体理化指标动态变化

2.3浮游植物群落动态

2.3.1组成变化

调查期间共检出浮游植物103种，隶属8门70属，见图4。其中绿藻(Chlorophyta)最多，为54种，占总数的52％；蓝藻(Cyanophyta)有19种，占18％；硅藻(Bacillariophyta)有13种，占13％；甲藻(Pyrrophyta)有5种, 占5％；金藻(Chrysophyta)有5种，占5％；隐藻(Cryptophyta)有4种，占4％；黄藻(Xanthophyta)有2种，占2％；裸藻(Euglenophyta)有1种，占1％。

图4　新安江水库水体浮游藻类种群构成

在新安江水库出现频率较高的常见类群有：蓝藻门的鱼腥藻(Anabaena)、蓝纤维藻(Dactyloccopsissp.)、平裂藻(Merismopedia)、束丝藻(Aphauizamenon)、颤藻(Oscillatoriasp.)、微囊藻(Microcystis)、色球藻(Chroococcus)；绿藻门的实球藻(Pandorinamorum)、盘星藻(Pediastrum)、空星藻(Coelastrum)、十字藻(Crucugenia)、栅藻(Scenedesmus)、小球藻(Chlorellavulgaris)、纤维藻(Ankistrodwsmussp.)、鼓藻(Peniumsp.)、四角藻(Tetraedron)、角星鼓藻(Staurastrumsp.)、集星藻(Actinastrumhantzschii)；硅藻门的直链藻(Melosira)、小环藻(Cyclotella)、舟形藻(Naviculasp.)、曲壳藻(Achnanthes)、针杆藻(Synedrasp.)、脆杆藻(Fragukaria)、桥弯藻(Cymbella)；隐藻门的蓝隐藻(Chroomonassp.)、卵形隐藻(Cryptomonasovata)；甲藻门的多甲藻(Peridiniumsp.)、角甲藻(Ceratium)、金藻门的锥囊藻(Dinobryon)。

浮游植物种类组成呈现出明显的季节变化，一年中各种藻类的优势种群交替出现，春季和冬季硅藻、隐藻占优势，夏季蓝藻、绿藻占优势，秋季蓝藻、硅藻占优势。

2.3.2密度和个体丰度变化

新安江水库浮游植物密度季节变化明显，整体呈现春秋季双峰型分布，不同月份之间密度差异显著(P=0.000)。水库3个区域之间密度差异不显著(P=0.310)。水库各采样点的浮游植物密度为1.46×106～2.55×107cells/L，2008年月均值为5.59×106cells/L，2009年月均值为6.59×106cells/L。年最高值出现在春季(5月)，最低值出现在冬季(1月)，见图5。

图5　新安江水库2008、2009年浮游植物密度动态变化

2008年新安江水库3个区域的浮游植物密度百分比组成类似：春季以硅藻最多，夏、秋季节以蓝藻最多，其次是绿藻、硅藻, 其他门的藻类密度均较低；冬季以隐藻占优势, 其次是硅藻、蓝藻。2009年浮游植物的密度组成与2008年相比有明显的变化，春季仍以硅藻为主；夏季绿藻比例明显增加，河流区仍以蓝藻为主，过渡区和湖泊区则以绿藻为主；秋季硅藻比例增加，冬季河流区绿藻比例增加，过渡区和湖泊区硅藻占优势，详见图6。

图6　浮游植物密度百分比

2.4浮游植物的影响因素

2.4.1理化指标与浮游植物相关性分析

经过积距相关系数统计发现，浮游植物密度与几项化学和生物指标具有相关性，结果见表2。积距相关分析结果表明：浮游植物密度与透明度(r=-0.382，P<0.05)呈显著负相关关系，与TN(r=0.284,P<0.05)以及上月降水量(r=0.343，P<0.05)呈显著正相关，与Chl-a(r=0.658,P<0.01)非常显著相关，与TN及其他指标相关性不明显。

表2　浮游植物密度与化学和生物指标的相关性分析

2.4.2各指标对浮游植物的影响分析

新安江水库位于典型的亚热带季风气候区，流域的水文季节性变化明显影响浮游植物群落和密度的季节性变化[8]，特别是集中降雨导致的水文过程剧烈变化能够显著地影响浮游植物群落。调查期间降雨较多的月份(春、秋季)，藻类密度较大。山谷型水库的入库水量和降水量有高度一致性，对以面源污染为特征的新安江流域，降水的增加可明显增加入库营养盐总量，流域涨水后会出现浮游植物密度峰值短期生长效应(图7)，但藻类生长有滞后性，这与已有学者[9]的研究结论基本一致，流域的降水过程在很大程度上影响浮游植物的数量。

图7　降水量与浮游植物密度的关系图

图8显示了浮游植物密度的月分布趋势。由图8可见，浮游植物在5月出现高密度点，这主要是受降水和温度的影响。

每年3—6月是新安江水库的主汛期，并且5月水库表层水温通常在22 ℃左右，较适宜春季硅藻的生长，因此该月份是新安江水库浮游植物生长的敏感月份，容易发生藻类异常繁殖事件。

图8　浮游植物密度月分布趋势图

温度不仅影响浮游植物的季节演替还影响浮游植物在水体中时空分布和组成变化[10]，图9是温度、营养盐与浮游植物密度的散点分布图。由图9可见，水温在20～23 ℃时，浮游植物出现高密度点，与图8结果一致。氮、磷元素长期以来被认为是与浮游植物生长密切相关的营养物质，其中磷被广泛认为是淡水浮游植物生长的限制因子。调查期间，TN平均浓度为0.97 mg/L，TP浓度0.021 mg/L。氮磷比均大于16，平均为46，明显高于Redfield 16∶1的比率。按Redfield定律可知新安江水库磷是限制性因素，相关性分析表明，浮游植物密度与TP(r=0.284，P<0.05)在统计上有显著相关性，与Redfield定律相符。

图9　水温和营养盐因子与浮游植物密度的散点分布图

从图9(b)可以看出，TP在0.02～0.04 mg/L时出现浮游植物高密度散点，该区间的TP浓度比较适合藻类生长，浓度低于0.02 mg/L有限制性作用，这与有关研究[11]提出要控制水库中TP的浓度在0.02 mg/L以内结论相一致。

TN在0.5～2.00 mg/L浓度范围内都有高密度点出现，如图9(c)所示，表明新安江水库氮的浓度已经不是藻类生长的限制性因素；氮磷比小于80时易出现高密度点，大于100则没有，如图9(d)所示。

因此，新安江水库的营养盐对浮游植物密度的影响中，磷是一个关键因子，降低水体中的磷浓度可以在一定程度上控制新安江水库水体中的藻类数量。

水库营养盐的时空分布主要受水库的水文形势的影响。新安江水库在2008—2009年调查期间河流区与湖泊区、过渡区水质在透明度、营养盐等理化指标方面都存在显著差异性，但是水库中3个区域之间的浮游植物密度却差异不明显，可能是下行效应对水体生态系统产生了较大的干扰，在低营养水平条件下，上行效应无法明显表现出来。因此，从流域大尺度生态效应看，上行效应不是新安江水库浮游植物密度的主导因素。与新丰江水库相比[12]，2个水库氮、磷浓度基本一致，但新安江水库浮游植物密度要高于新丰江水库1个数量级，新安江水库初级生产力明显偏高，这可能与水库大规模鲢鱼和鳙鱼放养有关[13-14]，滤食性的杂食性鱼类对浮游动物有较强的捕食能力，给浮游动物造成较高的捕食压力，间接促进了浮游植物种群的增长。

3　结论

新安江水库浮游植物密度短期生长效应受降水和温度影响，流域涨水后1个月左右浮游植物密度易出现峰值。磷是影响浮游植物密度的关键营养盐因素，在控制水体营养盐，防治水体富营养化过程中，降低磷营养盐入库总量，保持TP超低浓度水平对降低浮游植物总量有重要作用，水库3个不同生态特征区在氮、磷营养盐分布上存在显著性差异，但浮游植物密度在3个区域中并没有分布上的差异。因此，营养盐和食物网对浮游植物的影响中，下行效应作用可能对新安江水库浮游植物密度影响相对较大，滤食性的杂食性鱼类给浮游动物造成较高的捕食压力，间接促进浮游植物种群的增长。

参考文献：

[1]Reynolds C S. What factors influence the species composition of phytoplankton in lakes of different trophic status[J]. Hydrobiologia, 1998,369/370:11-26.

[2]Naselli-Flores L. Phytoplankton assemblages in twenty-one Sicilian reservoirs: relationship between species composition and environmental factors[J]. Hydrobiologia, 2000,424:1-11.

[3]Cetinic I, Vilicic D, Buric Z, et al. Phytoplankton seasonality in a highly stratified karstic estuary (Krka, Adriatic sea)[J]. Hydrobiologia,2006,555:31-40.

[4]Chapman B R, Ferry B W, Ford T W. Phytoplankton communities in water bodies at Dungeness,U K: analysis of seasonal changes in responseto environmental factors[J]. Hydrobiologia, 1998, 362:161-171.

[5]Naselli-Flores L, Barone R. Importance of water-level fluctuation on population dynamics of cladocerans in a hypertrophic reservoir (Lake Arancio,south west Silcily, Italy)[J]. Hydrobiologia, 1997, 360: 223-232.

[6]韩博平. 中国水库生态学研究的回顾与展望[J]. 湖泊科学, 2010,22(2):151-160.

[7]胡鸿钧, 魏印心. 中国淡水藻类——系统、分类及生态[M]. 北京: 科学出版社,2006.

[8]何国全, 雷腊梅, 韩博平. 南亚热带河流型水库浮游植物群落的季节变化——以广东飞来峡水库为例[J]. 热带亚热带植物学报, 2006, 14(3): 183-189.

[9]王飞儿, 吕唤春, 陈英旭, 等. 千岛湖叶绿素a浓度动态变化及其影响因素分析[J]. 浙江大学学报(农业与生命科学版),2004,30(1):22-26.

[10]Lopes M R M, Bicudo C E M, Ferragut M C. Short term spatial and temporal variation of phytoplankton in a shallow tropical oligotrophic reservoir, southeast Brazil[J]. Hydrobiologia,2005,542:235-247.

[11]张雅燕, 吴志旭, 朱溆君. 千岛湖藻类及相关环境因子多元线性回归和鱼腥藻预测模型的建立[J]. 中国环境监测,2002,18(3):37-40.

[12]胡韧, 雷腊梅, 韩博平. 南亚热带贫营养水库浮游植物群落结构与季节变化——以新丰江水库为例[J]. 生态学报,2008,28(10):4 652-4 664.

[13]王嵩, 王启山, 张丽彬, 等. 水库大型围隔放养鲢鳙鱼控藻的研究[J]. 中国环境科学, 2009,29(11):1 190-1 195.

[14]阮景荣, 戎克文, 王少梅. 微型生态系统中鲢、鳙下行影响的实验研究——1.浮游生物群落和初级生产力[J]. 湖泊科学,1995,7(3):226-234.