藻类监测在高邮湖蓝藻水华可能性分析中的应用

蒋如东1 朱晓良 刘 平

(1.江苏省水文水资源勘测局无锡分局，江苏 无锡 214031；2.江苏省水文水资源勘测局扬州分局，江苏 扬州 225000)

在水体富营养化研究中，对浮游藻类的调查尤其是蓝藻水华的研究一直具有重要意义。富营养化水体在水温、气温、光照、流速等外界条件适宜的情况下，可能形成并暴发蓝藻水华。国内许多科研人员对不同区域湖泊中的浮游藻类已开展了众多研究，但对高邮湖的浮游藻类监测报道还很少。

高邮湖不仅是入江水道的重要调蓄湖泊，也是高邮市的重要水源地，又是国家南水北调工程的重要组成部分。其水质营养状况、藻类种群特征以及是否会暴发蓝藻水华成为当前关注的重要问题。因此，开展高邮湖浮游藻类调查、营养程度评价，分析藻类种群结构变化的影响因子，探讨水华预防控制措施，具有十分重要的理论意义和现实意义。

1 材料与方法

1.1 采样点和采样时间

根据高邮湖形态、水文以及湖内渔业状况，设置了4个采样点，分别为界首(G1)、马棚(G2)、水位站(G3)和郭集(G4)，见图1。采样时间为2013年5月至2015年5月，每个季度采集1次。

图1 湖泊采样点示意图

1.2 浮游藻类的采集与鉴定

采集水体表层0.5m处1L水样，加鲁哥试剂固定，静置沉淀48h后浓缩至30mL。取0.1mL样品放入浮游藻类计数框内镜检，根据图谱进行分类鉴别，并计算出浮游藻类细胞个数。

1.3 水体理化指标的测定

环境因子的取样测定与浮游藻类样品的采集同步进行，水温(T)、溶解氧(DO)、透明度(SD)现场测定，pH值采用《水质 pH值的测定 玻璃电极法》(GB/T 6920—1986)测定，氨氮(NH3-N)采用《水质 氨氮的测定 纳氏试剂分光光度法》(HJ 535—2009)测定，高锰酸盐指数(CODMn)采用《水质 高锰酸盐指数的测定》(GB/T 11892—1989)测定，总氮(TN)采用《水质 总氮的测定 碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法》(HJ 636—2012)测定，总磷(TP)采用《水质 总磷的测定 钼酸铵分光光度法》(GB/T 11893—1989)测定。

1.4 数据分析

采用CANOCO4.5进行典范对应分析(CCA)，并用CANODRAW绘制排序图。分析过程中将浮游藻类数量进行lg(X+1)转换，各环境因子也都进行标准化处理。

2 结果与讨论

2.1 水体理化指标

2013年5月至2015年5月，高邮湖水温随季节变化非常明显，最高水温出现在2013年8月，为31.9℃，最低水温出现在2014年2月，为1.3℃，平均水温为17.5℃。透明度常年低于0.50m，透明度平均值为0.30m。高邮湖为典型的平原浅水型湖泊，水体透明度常年变化不大。高邮湖水体pH值变化范围为7.95～8.32，平均值为8.22，为弱碱性水质，水质pH值变化不大。高邮湖水质各指标结果见表1。

高邮湖水体溶解氧含量较高，溶解氧范围在6.76～11.34mg/L之间，平均为8.55mg/L，水质评价为Ⅰ～Ⅱ类；高锰酸盐指数范围为3.9～4.6mg/L，平均为4.3mg/L，水质评价为Ⅱ～Ⅲ类；氨氮在0.073～0.273mg/L之间，平均为0.122mg/L，水质评价为Ⅰ～Ⅱ类；磷是藻类生长必需元素之一，是影响水体初级生产力的重要因素，水体中磷含量过高，会导致富营养化，使水质恶化，高邮湖TP浓度变化较小，在0.042～0.053mg/L之间，平均为0.046mg/L。高邮湖水体水质常年较为稳定，综合评价为Ⅲ类，营养化指数在55.2～57.9，平均为56.8，高邮湖水体总体属于轻度富营养状态。

表1 高邮湖各月水质

2.2 浮游藻类种属构成

2013年5月至2015年5月高邮湖4个站点共检出浮游藻类8门71属153种。各门藻类种属数依次为绿藻门(Chlorophyta)25属62种，硅藻门(Bacillariophyta)17属35种，蓝藻门(Cyanophyta)14属22种，裸藻门(Euglenophyta)5属21种，隐藻门(Cryptophyta)2属4种，黄藻门(Xanthophyta)2属3种，甲藻门(Pyrrophyta)2属2种，金藻门(Charophyta)4属4种。绿藻(40.5%)是高邮湖水体浮游藻类的优势种群，所占比例最高，其次为硅藻(22.9%)、蓝藻(14.4%)，其他种类较少，见表2。

表2 高邮湖浮游植物种类组成

高邮湖水体中绿藻主要由小球藻属、四角藻属、纤维藻属、月牙藻属、卵囊藻属、栅藻属和弓形藻属组成；硅藻主要由直链藻属、小环藻属、脆杆藻属、舟形藻属、菱形藻属和肋缝藻属组成；蓝藻主要由鱼腥藻属、伪鱼腥藻属、平裂藻属和颤藻属组成；裸藻主要由鳞孔藻属、扁裸藻属和囊裸藻属组成；隐藻主要由尖尾蓝隐藻和啮蚀隐藻组成；金藻主要由北方金杯藻和分歧椎囊藻组成；黄藻主要由小型黄丝藻组成。

随着季节变化，绿藻和蓝藻种类变化显著，绿藻在2月种类最少；蓝藻在8月显著增加，随后逐渐减少，2月至最低；硅藻和裸藻等其他藻类种类随季节变化不大。不同采样点的变化趋势一致，种类数量均于2月降至最低。

2.3 浮游藻类藻细胞密度变化

2013年5月至2015年5月，高邮湖浮游藻类总藻细胞密度的变化范围在505万～697万cells/L。夏季(8月)最多，2月、5月和11月变化趋势平稳，见表3。

表3 2013年5月至2015年5月高邮湖浮游植物数量及生物量

高邮湖浮游藻类不仅总藻细胞密度有季节差异，各个门类的藻细胞密度也随季节变动，绿藻和硅藻不仅在种属构成上占优势，在细胞密度上也占很大比例。在细胞密度上绿藻最多，绿藻年度变化相对平稳，8月略有下降；蓝藻在8月大幅度上升，其余月份很少；硅藻作为高邮湖中的主要藻种，细胞密度8月、11月略有降低，2月上升，与绿藻数量相当；裸藻的细胞密度年度变化不大，仅在2月略有下降；隐藻在8月、11月略有上升，其余月份较少；黄藻、甲藻和金藻细胞密度相对较少，出现频率也较小。

2.4 浮游藻类的多样性分析

2013年5月至2015年5月期间高邮湖浮游藻类的香农-威纳多样性指数(H′)和Pielou均匀度指数(J)年度变化趋势平缓，多样性指数均大于3.0，均匀度指数均大于0.7，表明群落种类组成的稳定程度及其数量分布均匀程度较高。

2.5 浮游藻类和环境因子的CCA排序分析

根据浮游藻类出现频度和相对密度，选取了21种(属)浮游藻类用于CCA分析，浮游藻类的代码见表4。

表4 CCA分析中浮游藻类种类代码

图2反映了高邮湖浮游藻类群落与环境因子间的关系，从排序图上明显反映出浮游藻类对环境条件的不同适应特点。排序图中环境因子轴与物种排序轴之间的相关系数为0.995和0.942；两个物种排序轴近似垂直；两个环境排序轴间的相关系数都为0，说明排序轴与环境因子间线性结合的程度较好地反映了物种与环境之间的关系，排序结果是可靠的[11]。

图2 高邮湖浮游藻类主要属(种)与环境因子的双轴排序图

从箭头的连线长度可以看出选取的8个环境因子对浮游藻类都有一定程度的影响。大部分的藻都集中在轴心，受环境因子综合影响；绿藻中除了弓形藻属外均与高锰酸盐指数和透明度呈负相关，与其他环境因子关系不明显；蓝藻中的伪鱼腥藻属和色球藻属与水温和pH值的正相关性较明显，鱼腥藻属和颤藻属与总氮正相关性显著；尖尾蓝隐藻属和隐藻属与氨氮和高锰酸盐指数正相关。总体来看：除了氨氮对浮游藻类群落的分布影响略小外，其余环境因子对高邮湖浮游藻类群落分布都有较明显的影响，其中水温和总氮是影响蓝藻生长的主要影响因子；根据图3、图4发现，蓝藻的生长和水温、总氮的变化趋势相一致，印证了水温和总氮是高邮湖影响蓝藻生长的主要因子。

2.6 蓝藻水华可能性分析

能够形成水华的藻类最主要的是蓝藻门的种类，其中最常见的有微囊藻、鱼腥藻、颤藻、平裂藻、束丝藻等。蓝藻水华的形成一般是由蓝藻本身的生理特点以及温度、光照、营养盐、其他生物等诸多因素所引发的。

图3 高邮湖蓝藻生长与水温的关系

图4 高邮湖蓝藻生长与总氮的关系

总氮、总磷等营养元素较为充足，适宜的温度和光照条件下，水华指示蓝藻成为水体中浮游藻类优势种，风速和水流流态适于蓝藻聚集，在这些特定的环境条件下易出现水华。

高邮湖共检出蓝藻14属22种，种属构成比例见表5。颤藻属、鱼腥藻属和色球藻属(均为13.6%)所占比例最高，其次为微囊藻属和平裂藻属(均为9.1%)，其他种类所占比例较小。

表5 高邮湖蓝藻种群构成

蓝藻种类数以8月最多，达18种，其次分别是5月、11月、2月，分别为8种、5种、2种。湖泊伪鱼腥藻作为高邮湖蓝藻的优势种，细胞密度在0～104万cells/L之间，8月达高峰值。其他出现频率较高的有阿氏颤藻、固氮鱼腥藻、卷曲鱼腥藻等。常见的水华指示蓝藻种类如微囊藻属和依沙束丝藻等，在监测期内的藻细胞密度和出现频率都较低，产毒素蓝藻中卷曲鱼腥藻细胞密度在8月为36万cells/L。

对高邮湖蓝藻生长进行Pearson相关性分析的结果见表6，蓝藻藻密度与水温(p=1.0)、总氮(p=0.990)具有高的正相关性，与氨氮(p=-0.079)具有低的负相关性。Pearson相关性分析的结果与CCA是基本一致的，高邮湖蓝藻的生长主要受到温度和总氮的影响。

表6 高邮湖蓝藻藻密度与环境因子Pearson相关系数

高邮湖地处暖温带大陆性季风气候区，一般冬、春两季多风少雨雪，夏季炎热多雨，形成了春旱夏涝的自然特点，较少出现持续高温天气，且高邮湖为蓄洪湖泊，夏季蓄水量大，水体流动性强，不利于蓝藻的大量积聚繁殖。高邮湖内水草生长旺盛，具有良好的水域生态环境，可以在一定程度上抑制蓝藻的过量繁殖，对水质也有一定的净化作用。另外，在南水北调工程通水后，水体的流动性和自净能力增强，能够减少蓝藻的聚集。

高邮湖目前的轻度富营养状态和过水性湖泊特性决定了其目前暂不具备蓝藻大面积暴发的可能性。但是，湖泊伪鱼腥藻是高邮湖蓝藻的优势种，产毒素蓝藻中的卷曲鱼腥藻在高邮湖中有少量检出，在一些不利的水文和气象条件下，存在发生水华的可能性。

3 结 论

高邮湖共检出浮游藻类8门71属153种，细胞密度变化范围为505万～697万cells/L, CCA分析表明影响高邮湖浮游藻类群落分布的主要环境因子为水温、透明度和总氮。高邮湖蓝藻的优势种为湖泊伪鱼腥藻，其轻度富营养状态和过水性湖泊特性决定了高邮湖目前暂不具备蓝藻大面积暴发的可能性，当水体流动性较低且水温超过25℃，蓝藻藻密度超过1000万cells/L时存在发生水华的可能性。