厦门市筼筜湖硅藻时空分布及其影响因素初探

2021-12-09陈清福

绿色科技 2021年22期

陈清福

(厦门市筼筜湖保护中心，福建厦门 361004)

1 引言

筼筜湖位于厦门岛西南部，为市区海水湖泊[1]，水域面积1.5 km2，库容约3600000 m3，平均水深2.32 m。筼筜湖水体来源于厦门西海域，通过西北侧的纳潮口每日进行两次纳潮与排潮作业，实现水体交换循环，日均纳潮量约1300000 m3[2]。

筼筜湖因其特殊的地理条件和防洪排涝职能[3]，导致其面临巨大的环境压力[4，5]。早年，筼筜湖曾遭受严重污染[1，6]，水体赤潮现象频发[7]。近年来，随着各项治理工作的不断深入，筼筜湖环境显著改善[8，9]，水体富营养化现象逐步缓解，赤潮现象大幅下降，多年跟踪监测表明，湖区浮游植物以硅藻为主[10，11]。为了解筼筜湖水体硅藻的变化情况，2020年，开展筼筜湖6处水体为期12个月的调查监测，分析了湖区硅藻生物的时间和空间变化趋势以及主要影响因素，为筼筜湖水体浮游植物研究提供了新的基础数据。

2 材料与方法

2.1 水样采集与点位

2020年1～12月，每月选取筼筜湖主湖的纳潮口、干渠、内湖、白鹭女神水域、外湖和排潮口共计6个代表性点位(图1)，进行浮游植物样品采集，同时，开展水体无机氮、活性磷酸盐等水质指标测定。

2.2 监测方法

(1)浮游植物的采样、样品固定、浓缩和定量计数均按《海洋调查规范》(GB/T12763.9～2007)进行。

(2)水样采集、固定和分析检测均按照《海洋监测规范》第4部分：海水分析(GB 17378.4～2007)进行。

图1 筼筜湖采样点位及水体循环示意

3 结果与讨论

3.1 数据分析

经镜检及计数分析，2020年筼筜湖的水域硅藻分布及变化情况如下。

(1)纳潮口。水体浮游植物全年呈稳定升高趋势， 12月份达到全年最高。全年纳潮口水域藻类密度范围为1.87×105～1.01×107cell/L，均值为1.25×106cell/L，主要检出藻种为中肋骨条藻(Skeletonemacostatum)、菱形藻(Nitzschiasp.)、刚毛根管藻(Rhizosoleniasetigera)、角毛藻(Chaetocerossp.)等。

(2)干渠。整体处于高密度相对稳定状态，全年呈1～7月小幅升高，8～11月稳定小幅下降，12月再次小幅升高的变化趋势。全年干渠水体藻类密度范围为8.42×105～1.13×106cell/L，平均密度为1.06×106cell/L，主要检出藻种为中肋骨条藻、菱形藻、海链藻(Thalassiosirasp.)等。

(3)内湖。水体微型海藻密度呈现1～6月稳定升高，7～11月基本稳定，12月份突然再次升高现象，全年浮游植物密度范围为3.53×105～2.40×106cell/L，平均密度为9.76×105cell/L，主要检出藻种为中肋骨条藻、角毛藻、刚毛根管藻、海链藻等。

(4)白鹭女神水域。水体浮游植物年度变化趋势与内湖水域基本相同，全年浮游植物密度范围为3.69×105～1.83×106cell/L，平均密度为9.95×105cell/L，主要检出藻种为中肋骨条藻、菱形藻、海链藻、角毛藻等。

(5)外湖。水体浮游藻类密度呈现1～2月先稳定升高，3月大幅下降，4～7月稳定升高，8月再次大幅下降，9～12月稳定大幅升高的趋势。全年浮游植物密度范围为6.35×104～3.68×106cell/L，平均密度为5.77×105cell/L，除3月、8月未检出中肋骨条藻外(主要检出藻类为海链藻和菱形藻)，其余时间段优势种均为中肋骨条藻，其余主要藻种为菱形藻、角毛藻、海链藻、圆筛藻(Coscinodiscusspp.)等。

(6)排潮口。水体浮游植物1～7月份呈现稳定升高，8～9月保持小幅稳定下降，10～12月呈先升后降的变化趋势。全年藻类密度变化范围为2.06×105～1.14×106cell/L，平均密度为6.40×105cell/L，主要检出藻种为中肋骨条藻、角毛藻、菱形藻、针杆藻(Synedra sp.)等，优势种为中肋骨条藻。

3.2 结果讨论

3.2.1 湖区主要硅藻生物

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2020年，筼筜湖优势藻类为中肋骨条藻。其中，除外湖水域3月和8月水体中未检出外，其余各点位各时间段均检出，除1月和2月纳潮口中肋骨条藻密度略低于菱形藻外，其余各月各水域最主要检出藻种均为中肋骨条藻，密度范围为3.50×104～1.00×107cell/L。检测结果与何涛等[7]的研究基本相似。

3.2.2 硅藻时空变化情况

逐月分析2020年筼筜湖硅藻密度变化，可见，2020年以中肋骨条藻为主的浮游藻类于7月前后出现第一次高峰，小幅短暂回落后，第四季度出现大幅升高的现象；从空间分布来看，筼筜湖硅藻生物密度呈现干渠至外湖逐渐降低的趋势。与2001年何涛等的研究类似，均在夏季出现生长高峰，并呈现干渠水域藻类密度较高的现象[7]，符合该类海藻一般生长变化规律[12]。但2020年12月藻类再次出现峰值现象与2001年调查结果出现较大差异。

2020年度筼筜湖纳潮口硅藻密度较高，主要为第四季度异常偏高所致，前三季度硅藻密度呈现纳潮口水域相对较低，干渠大幅升高，内湖、白鹭女神水域和外湖逐步稳定下降，出水口区域再升高的变化态势，与陈韬[13]、傅海燕等的研究[14]相类似，基本与同期上述水域水体无机氮分布规律基本相符，但第四季度，硅藻密度均高于全年平均水平和前三季度水平，其中，纳潮口升高幅度最为明显(图2)。前三季度湖区藻类变化，还可能与季节性温度升高导致的藻类生长加快有关，第四季度硅藻爆发式生长可能受环境因素改变所导致。从空间变化方面分析，前三季度藻类密度变化情况为正常时段湖区水动力条件最佳的纳潮口，藻类密度相对较低；湖区上游水动力条件较差的干渠水域，藻类密度整体较高；水体交换条件相对较好的内湖和白鹭女神水域藻类生长情况基本相似，密度显著低于干渠水域；外湖水域开阔，并直接通过湖区排潮与厦门西海域相联系，藻类密度相对较低；排潮口因承接全湖自上而下流动而来的水体，藻类密度较外湖有所升高。第四季度，筼筜湖各处水体硅藻生物出现大幅升高现象，其中纳潮口和外湖增幅最高，可能与这两处水体环境大幅变化有关。

图2 2020年湖区浮游植物空间变化情况

3.2.3 纳潮对藻类变化的影响

2020年筼筜湖纳潮情况，以9月份为分界线，可分为纳潮正常情况和纳潮量异常偏少两个阶段。其中，1～8月筼筜湖纳潮量为3718.5～4170万m3/月，平均为3949.6万m3/月；9～12月，因设备检修、湖区施工和水位控制需要等因素，纳潮量显著减少至2253～3463.5万m3/月，平均为2607.4万m3/月，仅为纳潮正常时段的66%左右。综合2020年湖区纳潮与硅藻生物年度变化情况(图2)，可见，全年湖区硅藻密度变化与纳潮量之间呈现一定的负相关性(R2为0.44)，即纳潮量越低时，筼筜湖硅藻密度呈现一定程度升高的现象(图3)。

图3 湖区浮游植物与纳潮变化情况

3.2.4 温度变化对藻类的影响

1～8月，筼筜湖各水域藻类密度随气温的持续升高而不断上升(图4)，两者呈现良好的正相关关系(R2为0.9884)；9～12月，藻类密度呈现与1～8月变化相反的变化趋势，此阶段藻类密度与气温间表现出良好的负相关关系(R2为0.9481)。水温与藻类密度的关系与气温类似(图4)，但9～12月两者相关性不高(R2为0.5649)。

图4 湖区浮游植物与气温、水温变化情况

1～8月纳潮正常时段，筼筜湖主要浮游藻类密度随气温、水温升高而逐步升高，基本符合浮游植物季节性生长规律[15]。9～12月，藻类密度呈现与气温变化明显不一致的现象，说明筼筜湖区整体环境对硅藻的生长繁殖较为有利，除高温季节易出现藻类大规模繁殖外，其余季节，一旦条件适合，以中肋骨条藻为主的硅藻也可快速繁殖。9～12月藻类异常从侧面表明，目前筼筜湖正常运行的纳潮等水体调度运行措施，已与浮游植物生长变化形成一定的动态平衡，一旦某一因素发生改变，可引发藻类大规模繁殖等水质异常现象。

3.2.5 硅藻与水体营养盐关系。

全年筼筜湖水体无机氮、活性磷酸盐浓度基本呈“U”型分布，即春、冬两季浓度高，6～7月浓度低的现象，其主要原因与夏季浮游植物快速生长繁殖，对氮、磷营养盐吸收利用有关(图5、图6)。

1～8月，筼筜湖各水域硅藻密度与水体无机氮、活性磷酸盐呈现较为良好的相关性(R2分别为0.7539和0.7852)，说明藻类生长对营养盐具有良好的消耗作用，符合硅藻等赤潮生物生长变化规律[15]；9月，湖区硅藻密度出现小幅回落，湖区水体氮、磷营养盐随即出现回升态势；10～11月，湖区浮游藻类密度再次稳定回升，同期，水体氮、磷营养盐浓度出现稳定或下降趋势；12月，湖区硅藻密度大幅升高，水体氮、磷营养盐浓度均出现下降。