青草沙水库颤藻种群变化

王先云，吴雪飞，张 东，卢 宁

(城市水资源开发利用(南方)国家工程研究中心，上海城市水资源开发利用国家工程中心有限公司，上海 200082)

青草沙水库位于长江入海口，为江心取水人工水库，呈鱼形，最大水深13 m，平均水深11.4 m，水面面积为67 km2，日前供水量达500 万m3/d。水库除了发挥战略水源地的功能外，在塑造城市景观生态、优化局域小气候方面也发挥着重要作用。浮游植物作为水域生态系统初级生产力的重要组成部分，在水质环境安全评价及制水工艺调整依据方面扮演重要角色，对该水库建成及蓄水后浮游植物的群落结构进行跟踪调查，为该水库水质环境生态评估、湖库富营养化预控及制水工艺研究提供数据资料，是一项基础而有意义的研究工作。

颤藻为多细胞原核生物，分布广，种类多。由已有的研究可知某些种类的颤藻能够产生微囊藻肝毒素(Microcystin，MC)或者土霉味次生代谢产物，水厂常规制水工艺对高浓度气味物质不能有效去除［1，2］。国内对颤藻种群结构的研究很少，本文对青草沙水库建库五年以来颤藻的种群结构及时空变化进行了重点关注和分析，以期为水库的水质安全保障提供基础资料。

1 材料与方法

根据青草沙水库水体流态及形状，将库区分为库首、垦区、库中、库尾四个区域，代表库区的整体情况，每个区域设置1 ～4 个采样点，每个月每个点采样1 ～4 次，每个区域数据为各采样点平均后所得。采样点分布如图1 所示。

样品采集及试验方法均参考《水和废水监测分析方法》第四版。

颤藻检出率:在浮游生物采样调查中，有颤藻检出的月份占所有调查月份的百分率。

文中涉及颤藻密度相关数据除明确说明外均为有颤藻检出的样品统计所得，无颤藻检出的样品不参与统计。

图1 水库采样点分布Fig.1 Distribution of Sampling Sites in Qingcaosha Reservoir

2 结果与分析

2.1 青草沙水库泵闸调度变化时间节点

本次对藻类和颤藻的群落结构分析按照水库建设及泵闸调度变化分为两大阶段:闭水期(2009 年1 月～2010 年9 月)和运营期(2010 年10 月～至今)。其中闭水期第一个月(2009 年1 月)为围库大坝合拢期，运营期第一年(2010 年10 月～2012 年3月)为试运营期，2012 年4 月进入稳定运营期至调查周期结束。非咸潮期水库泵闸调度安排如表1所示。

2.2 青草沙水库颤藻种群时空变化

2.2.1 水库颤藻检出情况

由于颤藻在青草沙水库藻类群落结构组成中属于非主要优势种，故首先对颤藻的检出情况进行了统计，结果如表2 所示。

表1 水库非咸潮期泵闸调度变化时间节点Tab.1 Changes of Time Nodes on Reservoir Pump Brake Controlling during Non-Salty Tide

表2 水库不同调度运行时期颤藻检出统计Tab.2 Statistics of Oscillatoria Checkout on Reservoir during Different Pump Brake Periods

由表2 可知在闭水期颤藻检出率为35.7%，除冬季外其他三个季节均有检出，检出位置主要位于水库的中上游位置，即垦区和库首;在试运营期颤藻检出率为66.7%，春夏秋冬四季均有检出，检出位置主要位于中上游，但随时间发生明显迁移(中上游—全库)，2011 年夏季开始，在库首、垦区、库中和库尾四个区域均可检测到;在稳定运营期至调查结束期间颤藻检出率为42.3%，检出位置基本位于中下游位置(库中和库尾)。水库稳定运营之后，颤藻检出率由2012 年的58. 3% 降为2013 年的41. 7%，2014 年颤藻未检出。综上可知:一是颤藻呈现出广温性特征，春夏秋冬均可检测到;二是颤藻在水库闭水期、试运营期、稳定运营期三个阶段检出率呈现单峰变化，且稳定运营期检出率有明显降低的趋势，建库以来颤藻种群在青草沙水库检出位置迁移方向为中上游—全库区—中下游。

2.2.2 水库颤藻密度时间变化

将调查周期内检出颤藻的样品中颤藻密度、占总藻密度的百分比进行统计，结果如图2 所示。

图2 水库不同检出月份颤藻密度和占总藻密度百分比Fig.2 Density of Oscillatoria and Percentage to Total Algae Density in Different Checkout Months

由图2 可知检出颤藻平均密度3. 02E +06 cells/L，颤藻最高密度出现在试运营期(2011 年7 月)，达1.54E +07 cells/L，其次在试运营期和稳定运营交界期(2012 年1 月)颤藻密度也达到107cells/L，最低密度出现在2013 年9 月，仅为1.85E+ 04 cells/L。检出月份中颤藻占总藻密度百分比从0.28%到66.23%不等，所有采集样品颤藻占总藻的百分比为4%，除颤藻占比最大时(即2011年7 月)成为优势种外，整体来看颤藻不属于青草沙水库优势藻类种群。

水库泵闸不同调度阶段统计数据如表3所示。

表3 水库不同调度时期检出颤藻密度和占总藻密度平均百分比Tab.3 Density of Oscillatoria and Average Percentage to the Total Algae Density in Different Pump Brake Periods

由表3 可知检出颤藻在运营期平均密度达106cells/L，占总藻密度百分比大于10%，在闭水期颤藻密度仅105cells/L。检出颤藻平均密度表现为试运营期＞稳定运营期＞闭水期，占总藻密度百分比表现为稳定运营期＞试运营期＞闭水期，稳定运营期颤藻密度比试运营期低，占比却升高，这与稳定运营期总藻密度的降低有关。

2.2.3 水库颤藻密度空间分布变化

对调查周期内不同时间颤藻在不同区域的密度和分布比例进行统计，进一步了解建库以来颤藻的分布变化，具体如图3 所示。

图3 水库不同时间颤藻空间分布变化Fig.3 Variation of Spatial Distribution of Oscillatoria in Qingcaosha Reservoir in Different Checkout Months

由图3 可知以密度百分比占比≥50%为准，那么颤藻在库区不同调度阶段分布区域如下:闭水期检出颤藻主要分布在垦区(2009 年4 月、7 月、9 月)和库首(2009 年10 月、2010 年5 月)，试运营期检出颤藻分布经历了库中(2010 年10 月)—垦区(2010年11 月)—库首(2010 年4 ～6 月)—库尾(2011 年7 月)—库中(2011 年8 ～10 月)—库尾(2011 年11月、12 月)，稳定运营期检出颤藻分布经历了库中(2012 年1 月)—库尾(2012 年5 月)—库中(2012年6 ～9 月)—库尾(2012 年11 月)，库尾、库中、垦区(2013 年5 ～6 月)—库首(2013 年8 月)—库中(2013 年9 ～10 月)，之后至调查周期结束(2014 年5 月)颤藻在水库中未检出。整体来看，闭水期颤藻主要分布在垦区和库首，试运营期逐渐转移至库中库尾区域，稳定运营期则呈现非常明显规律的库中库尾分布。

青草沙水库不同区域检出颤藻密度时间变化如表4 所示。

表4 水库不同区域检出颤藻密度时间变化Tab.4 Temporal Variation of Oscillatoria in Qingcaosha Reservoir at Different Reservoir Regions

由表4 可知颤藻表现出广温特性，在不同季节均可检出，但夏冬两季密度(106cells/L)高于春秋两季(105cells/L);从颤藻在各个区域的分布来看，库尾密度最高，达2.51E+06 cells/L，其余三个区域都在105cells/L 水平;从阶段变化来看，库首、库中、库尾的分布密度高峰均出现在试运营期，达106cells/L，垦区分布密度高峰出现在稳定运营期，达105cells/L;从检出颤藻在水库不同区域季节分布角度来看，除垦区密度高峰出现在夏季外，其他三个区域季节密度高峰均出现在冬季。另外，库尾颤藻密度比较稳定，四个季节均维持在106cells/L 水平，库首、垦区、库中三个区域颤藻密度波动较大，如垦区在冬季样品中有未检出情况，库中在春季密度为103cells/L，仅从颤藻的密度和分布的角度可以推测，库首、垦区、库中区域开阔，容易受到风浪等环境因素的影响，而库尾区域受水库大堤驳岸防风消浪作用，相对稳定。

颤藻检出月份中于2009 年7 月23 日、2009 年7 月28 日、2009 年9 月28 日、2011 年8 月19 日、2011 年8 月24 日、2011 年9 月7 日对垦区、库中或库尾进行了分层采样，采样区域水深及不同水层颤藻密度，如表5 所示。从有限的6 次分层数据中尚不能看出颤藻明显分层分布规律，但可以看出一点，颤藻在各水层均可采集到。

表5 不同区域不同水层颤藻密度分布变化Tab.5 Variation of Oscillatoria Density Distribution at Different Reservoir Regions and Water Layers

3 讨论

关于藻类的分类系统比较复杂且一直处于发展当中［3］，原先的颤藻属(Oscillatoria)属于蓝藻门颤藻目(Osillatoriales)颤 藻 科(Oscillatoriaceae)［4，5］。20 世纪末分类学者对颤藻目重新进行了界定，陈宇炜等［6］在2003 年结合国内常用藻类分类工具书将原颤藻属中学名发生变更的种类进行了梳理，提到大部分浮游种类分到了浮游蓝丝藻属，另有4 种浮游种类分到了湖生蓝丝藻属，约70 种分到了胶鞘藻属。国际上早已有关于能够产生2-甲基异莰醇的颤藻的报道，包括小颤藻(Oscillatoria tenuis)、浮颤藻(Planktothrix)和泥污颤藻(Oscillatoria limosa)等［7-9］，这些藻种在普通光学显微镜下形态学特征相近，不易区分，报道种类较少，本次统计颤藻属分类主是以胡鸿钧的《中国淡水藻类——系统、分类及生态》和朱浩然主编的《中国淡水藻志-蓝藻门-藻殖段纲》为依据，构成颤藻基础数据，进一步分类或者嗅味溯源研究需结合分子生物学手段进一步鉴定。

关于颤藻生境的描述比较复杂:颤藻可生长于湖泊、沟渠、沼泽等不同环境中，既有浮游种类亦有底栖种类，如近旋颤藻(Oscillatoria subcontorta)适宜静止水体，巨颤藻(Oscillatoria princes)既适合静止水体亦适宜稻田底泥［4］。本文水体分层采样数据发现各个水层均可检测到颤藻且颤藻密度在各水层无明显规律便不难理解，另外，由于调研周期短，分层采样频次低，颤藻检出率低，也可能是分层分布不规律的一个原因，了解科学的分布规律还有待继续深入的调查分析。

关于温度和光照对颤藻生长的影响。有研究得出光照对沉积物中颤藻的复苏影响不显著，温度影响比较明显［10］;另有研究指出巨颤藻在30 ℃生长最好［11］;还有学者发现颤藻可以成为温泉中的优势种［12］;也 有 学 者 指 出 阿 氏 颤 藻(Oscillatoria agardhii)在自然水体中适宜生长温度可以低至13 ℃，不同光照强度影响阿氏颤藻生长数目［13］。青草沙水库地处长江入海口位置，根据中国天气网崇明天气预报数据，冬季最高气温多在0 ℃以上，现场监测青草沙水库全年水温变化范围5 ～32 ℃，一年四季、不同水层均可采集到颤藻，颤藻密度高峰出现在冬季和夏季，这与前人研究发现具备统一性。

关于颤藻与嗅味关系的研究，国内外报道很多，有学者对东太湖嗅味溯源的研究发现颤藻与致嗅物质2-甲基异莰醇呈明显的线性相关［14］，还有学者从颤藻样品中检测出了致嗅基因［15］。本文基于风险预案的目的对青草沙水库建库五年来颤藻种群的变化特征进行了统计分析，为今后研究及风险控制奠定了基础。

4 结论

通过对青草沙建库以来颤藻种群的时空分布变化调查研究分析，可以得出如下结论。

(1)颤藻检出率明显降低，建库五年来平均密度占总藻密度比例仅4%，颤藻属于非青草沙水库优势种群。

(2)建库以来青草沙水库颤藻种群分布存在迁移现象:检出区域和主要分布区域由中上游迁移至中下游。

(3)颤藻种群在青草沙水库曾一年四季、不同水层均可检出，密度高峰出现在冬季和夏季。

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