迎龙湖水库水质调查

王睿，潘姝含，周兴华，陈建，向枭*，丁建华

（1.西南大学水产学院，淡水鱼类资源与生殖发育教育部重点实验室，水产科学重庆市市级重点实验室，重庆 402460；2.山东大学澳国立联合理学院，山东 威海 264200；3.重庆两江生态渔业发展有限公司，重庆 401147）

迎龙湖水库位于重庆市南岸区，总库容达到1 798 万m3，属于中型水库，可控制集雨面积95.30 km2。其功能以农业灌溉、城市供水为主，同时可以兼顾人和蓄的饮水及改善生态环境。迎龙湖水库全长4.0 km，可以分为上游、中游和下游3 个河段，各河段周围景观不同，水质状况有所差别。近年来，南岸区经济发展迅速，大量从事轻工业生产的工厂拔地而起，加之雨季下雨频繁，大量的生活、农业污水，未经处理，直接或间接流入迎龙湖水库，严重污染水体。

文献[1]报道了迎龙湖水库水质的理化特征及营养化状况，但缺乏对浮游生物群落结构的系统研究与综合评价。理化特征的测定，仅能代表水体某个阶段的水质状况，而浮游生物对于水体理化性质的变化，尤为敏感[2]。对浮游生物群落结构特征的计算分析，不仅能够得出某一时间的水体状况，还能解读水体的变化趋势[3]。同时浮游生物群落结构与水体理化因子相互影响，相互制约[4-5]。现采用冗余分析（RDA）法，初步探讨迎龙湖水库的水质状况和浮游生物的群落结构特征，拟为治理迎龙湖水库污染和改善水质提供参考依据。

1 调查方法

1.1 时间和地点

采样时间为2020 年3（春）、6（夏）、10（秋）和12 月（冬）。迎龙湖水库河段总长2 km，水库水流速度缓慢，上中下游3 个河段所属景观差异较大，分别为湿地、城市、农耕区域。在上游、中游、下游每个河段各设置2 个采样点，分别为S1—S6，见图1。

图1 迎龙湖采样点

1.2 调查项目

高锰酸盐指数（IMn）、温度（T）、透明度（SD）、pH值、叶绿素a（Chla）、总氮（TN）、总磷（TP）、浮游生物和溶解氧（DO）。

1.3 测定方法

于每个采样点水体表层（0.5 m 处）采集3 个样品，采集后4 h 内带回实验室分析。SD 采用塞氏盘法；IMn按照《水质 高锰酸盐指数的测定》（GB/T 11892—1989）测定；pH 值按照《水质 pH值的测定玻璃电极法》（GB/T 6920—1986）测定；Chla 按照《水质 叶绿素a 的测定分光光度法》（HJ 897—2017）测定；TN 按照《水质 总氮的测定碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法》（GB/T 11894—1989）测定；TP 按照《水质 总磷的测定钼酸铵分光光度法》（GB/T 11893—1989） 测定；DO 按照《水质 溶解氧的测定电化学探头法》（GB/T 11913—1989）测定等。浮游生物的采样参照文献[6-9]，后续样品带回实验室进行分类鉴定、计数及生物量换算。

1.4 数据分析

浮游植物和浮游动物的丰度与环境因子的DCA 分析结果均＜3.0，故而选取冗余分析（RDA）法[10]，直观地反映物种和环境因子间的关系[11-12]。在进行多元分析之前，对物种丰度数据进行处理。根据优势度，计算选取优势种，筛选出蓝藻门（Cya）、绿藻门（Chl）、硅藻门（Bac）、隐藻门（Cry）、原生动物（Pro）、轮虫（Rot）和桡足类（Cop）7 种。同时将环境因子以及浮游生物丰度数据（pH 值除外），进行lg（X+1）转化，使其无量纲化且提高分布的正态性[13-15]。数据转化由Excel 2020 完成，RDA 分析由CANOCO 5.0 完成。

1.5 评价方法

水质指标采用《湖泊富营养化评价方法及分级标准》的综合营养状态指数法[TLI（Σ）]进行评价[16]。TLI（Σ）分级标准为：TLI（Σ）＜30 为贫营养，30≤TLI（Σ）≤50 为中营养，50＜TLI（Σ）≤60 为轻度富营养，60＜TLI（Σ）≤70 为中度富营养，TLI（Σ）＞70为重度富营养。

采用均匀度指数（J）和Shannon-Wiener 多样性指数（H’），对浮游生物多样性进行分析。计算式如下：

优势种（Y）计算公式为：

式中：S——浮游生物种数；

Pi——第i种浮游生物占整个浮游生物个体数的比例，即Pi=Ni/N；

n——第i种浮游生物的密度，ind./L；

N——浮游生物的总密度，ind./L；

Fi——第i种浮游生物出现频率；一般情况下Fi=n/N。

H’可以反映水体的水质状况，当物种H’＞3 时，水体清洁；为2～3 时，为轻度污染；1～2 时，为中度污染；0～1 时，为重度污染。浮游生物J反映各物种数目分配的均匀程度，J为0～0.3 时，重污染，0.3～0.5为中污染，0.5～0.8 为轻污染或无污染。当Y＞0.02时，为优势种。

迎龙湖水库TLI（Σ），H’和J用多元软件PRIMER 5.0 进行计算。

2 结果与分析

2.1 迎龙湖水库水质指标

迎龙湖水库主要水质指标监测结果见表1。

表1 迎龙湖水库四季的主要水质指标监测结果

由表1 可见，迎龙湖水库水体的各项指标随河段变化不大，随季节改变，发生明显变化。四季温差大，为12.3～32.4 ℃；pH 值为7.11～8.36，整体呈弱碱性；ρ（DO）为7.06～10.3 mg/L；ρ（IMn）为2.2～7.9 mg/L；ρ（Chla）为2～19 μg/L；以上各项指标都在夏季出现最高值。水体氮磷含量始终较高，ρ（TP）为0.070～0.016 mg/L；ρ（TN）为0.86～2.42 mg/L，水体呈富营养化趋势。SD 随河段出现明显变化，为0.28～1.61 m，各季节下游河段透明度最高，春夏2 季中游河段透明度最低，秋冬2 季上游河段透明度最低。TLI（Σ）计算结果表明，水质在春季评分为54.5，在夏季评分为59.3，这2 个季节水体属于富营养；在秋季评分为45.0，在冬季评分为44.6，这2 个季节水体属于中营养。

2.2 迎龙湖水库浮游生物群落结构

2.2.1 浮游植物

迎龙湖水库浮游植物共检测到7 门35 科125个种属；其中绿藻门15 科46 个种属，硅藻门11 科41 个种属，蓝藻门3 科20 个种属，裸藻门1 科7 个种属，甲藻门2 科4 个种属，金藻门2 科2 个种属，隐藻门1 科5 个种属。迎龙水库优势藻类主要是蓝藻门的铜绿微囊藻（Microcystis aeruginosa）、水华微囊藻（Microcystis flosaquae）、不定微囊藻（Microcystis incerta）、近亲鱼腥藻（Anabaena affinis）；绿藻门的球状衣藻（Chlamydomonas globosa）；空球藻（Eudorina elegans）；隐藻门的卵形隐藻（Cryptomonas ovata）、啮蚀隐藻（Cryptomonas erosa）。

浮游植物密度的时空分布见图2（图中总密度为该季节所有河段浮游植物的密度之和）。由图2可见，浮游植物中蓝藻门的平均密度为243.252 2×104cells/L，占浮游植物总平均密度的36.81%；绿藻门的平均密度为160.285 7×104cells/L，占浮游植物总平均密度的24.25%；硅藻门的平均密度为119.447 0×104cells/L，占浮游植物总平均密度的18.07%；裸藻们的平均密度为4.107 4×104cells/L，占浮游植物总平均密度的0.62%；甲藻门的平均密度为8.630 8×104cells/L，占浮游植物总平均密度的1.31%；金藻门的平均密度为1.417 5×104cells/L，占浮游植物总平均密度的0.21%；隐藻门的平均密度为123.752 4×104cells/L，占浮游植物总平均密度的18.73%。浮游植物的生物量以及密度都有着明显的季节性变化，四季浮游植物的总密度为（71.229 5～1 570.340 4）×104cells/L，平均密度为660.893 1×104cells/L，在夏季密度最高，冬季密度最低；四季浮游植物的总生物量为0.480 6～7.882 2 mg/L，平均生物量为3.611 4 mg/L，其中在春季生物量最高，而在冬季生物量最低。浮游植物生物量的时空分布见图3（图中总密度为该季节所有河段浮游植物的密度之和）。

图2 浮游植物密度的时空分布

图3 浮游植物生物量的时空分布

2.2.2 浮游动物

迎龙水库春夏秋冬共监测到浮游动物4 门33科84 个种属，原生动物18 科30 个种属、轮虫8 科34 个种属、枝角类5 科12 个种属、桡足类2 科8 个种属。迎龙水库浮游动物的优势种类主要有原生动物的王氏拟铃壳虫（Tintinnopsis wangi）、球形砂壳虫（Difflugia globulosa）、大弹跳虫（Halteria grandinella）、绿急游虫（Strombidium viride）、旋回侠盗虫（Strobilidium gyrans）、毛板壳虫（Colep shirtus）、滚动焰毛虫（Askenasia volvox）；轮虫的角突臂尾轮虫（Brachiouns angularis）、螺形龟甲轮虫（Keratella cochlearis）、曲腿龟甲轮虫（Keratella valga）、前节晶囊轮虫（Asplabchna priodonata）、长三肢轮虫（Filinia longiseta）、奇异巨腕轮虫（Hexarthra mira）、针簇多肢轮虫（Polyarthra trigla）、广布多肢轮虫（Polyarthra vulgaris）；桡足类的大型中镖水蚤（Sinodiaptomus sarsi）、近邻剑水蚤（Cyclops vicinus）、无节幼体（Nauplii）。

浮游动物密度的时空分布见图4（图中总密度为该季节所有河段浮游动物的密度之和），浮游动物生物量的时空分布见图5（图中总密度为该季节所有河段浮游动物的生物量之和）。由图4 和图5 可见，浮游动物中原生动物的平均密度为10 980.9 ind./L，占浮游动物总平均密度的78.21%；轮虫的平均密度为2 981.95 ind./L，占浮游动物总平均密度的21.24%；枝角类的平均密度为26.91 ind./L，占浮游动物总平均密度的0.19%；桡足类的平均密度为50.04 ind./L，占浮游动物总平均密度的0.39%。浮游动物的生物量以及密度都有着明显的季节性变化，四季浮游动物的总密度为2 707.2～27 779.3 ind./L，平均密度为14 039.79 ind./L，在夏季密度最高，冬季密度最低；四季浮游动物的总生物量为0.672 6～9.610 1 mg/L，平均密度为4.120 7 mg/L，其中在夏季生物量最高，而在冬季生物量最低。

图4 浮游动物密度的时空分布

图5 浮游动物生物量时空分布

2.2.3 浮游生物多样性和均匀度

选用H’来反映水体的水质状况，J来反映各物种数目分配的均匀程度[17-19]。浮游植物的J和H’随时空变化见图6，浮游动物的J和H’随时空变化见图7。由图6、图7 可见，浮游植物的H’为3.435 9～5.042 3，平均值为4.099 1；J为0.217 4～0.304 4，平均值为0.264 8。均为秋季上游取样点最高，其H’为5.042 3，J为0.304 4；春季下游取样点最低，其H’为3.435 9，J为0.217 4。浮游动物的物种H’为2.387 1～4.552 1，平均值为3.167 2；均匀度指数J为0.282 6～0.463 1，平均值为0.3342。均为夏季上游取样点最高，其H’为4.552 1，J为0.463 1；秋季上游取样点最低，其H’为2.387 1，J为0.282 6。

图6 浮游植物的J 和H’随时空变化

图7 浮游动物的J 和H’随时空变化

浮游动物和浮游植物的H’较高，其J偏低，说明该水库中生物种类繁多物种群落结构稳定，但分布集中，容易出现水华营养化的情况。

2.2.4 主要浮游生物与环境因子的冗余分析（RDA）

浮游生物的RDA 结果见表2。浮游生物与环境因子的RDA 排序图见图8。

表2 浮游生物的RDA 结果

图8 浮游生物与环境因子的RDA 排序图

由表2 及图8 可见，轴1 和轴2 的特征值分别为0.651 4 和0.185 0，分别解释了物种变异的68.90%和19.57%。RDA 排序图中，SD（P＜0.005）与轴1 呈极显著正相关，相关系数为0.901 5，解释了物种变异的55.0%；而Chla（P＜0.005）与轴1 呈极显著负相关，相关系数为-0.864 1，解释了物种变异的10.0%；TP（P＞0.01）与轴2 呈正相关，相关系数为0.476 6，仅解释了物种变异的1.6%；pH 值（P＜0.01）与轴2 呈显著负相关，相关系数为-0.803 0，解释了物种变异的15.5%。

由图8 可见，浮游植物都集中分布在坐标系的轴1 负半轴附近，说明蓝藻门（Cya）、绿藻门（Chl）、硅藻门（Bac）以及隐藻门（Cry）四种藻类的随时空变化情况相似，与IMn（P＜0.05）和Chla（P＜0.05）呈显著正相关，与SD（P＜0.005）呈极显著负相关。浮游动物各物种较为分散，说明浮游动物的分布并非受单独几种环境因素的影响而是受多种环境因素制约，其中SD（P＜0.005）为极显著负相关；而pH 值（P＜0.05）、IMn（P＜0.05）和Chla（P＜0.05）为显著正相关。

3 讨论

文献[20-23]研究表明，生活污水会引起临近水体的富营养化。本调查中，在春夏2 季，重庆降水量骤增，导致大量城市污水排入迎龙湖水库；临近农耕区域的水域，大量雨水的冲刷会造成农田的水土流失，裹挟农田土壤里肥料养分，直接流入水库，导致春夏2 季水体营养化严重。除了营养素的增加，鱼类和水生微生物的数量增加，也是引起水体营养化的重要原因[24-25]。春夏2 季气温升高，大多数水体生物都会处于最适生长发育期，水生浮游生物数量的增加，会破坏水体的微生态平衡，进而引起迎龙湖水质的营养化。在秋季，重庆各流域都会出现涨水和泄洪，水库会定期定量排水，水库中的水会得到一定程度的净化；冬季气温下降，水面未结冰，此时水体生物的生命繁殖活动会减弱，氮磷排放减少，可以在一定程度上改善水体的富营养化。本调查结果与我国南方城市一些水库的调查结果相似[26-28]。整体来说，迎龙湖水库水体为中-富营养型，全年都有一定的富营养化状况出现。

浮游植物群落结构分析结果表明，春夏2 季较高水平的氮磷营养素以及适宜的温度，导致浮游植物生物量和密度都达到较高水平。有研究表明[29]，蓝藻在高温条件下，以快速生长的r 对策而获得竞争优势，所以迎龙湖水库中在春夏2 季，蓝藻在浮游植物群落中占有绝对优势。而到了秋季，迎龙湖水库由于涨水和泄洪，引起水位的快速变化，而水体交换、泥沙悬浮等引起水体浑浊，SD 降低，进而影响到浮游植物的光合作用，结果造成浮游植物的种类减少、数量降低。到了冬季，水温下降，浮游植物的繁殖行为会减少，但是水体的TP 下降、透明度增加，水质得到改善，水体中浮游植物的密度和生物量降低，但水库中浮游植物的种类增多。这与对长江部分水库的研究结果相同[30-32]。对浮游动物来说，适宜的理化环境和水体中充足的浮游植物以供捕食，作为捕食者，其群体数量与种类的变化趋势与浮游植物相似。群落结构中，原生动物和轮虫始终在密度和生物量处于较高水平，与对长江部分水库研究结果相似[30-31，33]。

在RDA 排序图中的浮游生物，集中在坐标图中负半轴，说明所有的浮游植物和所有的浮游动物在环境中的相关性极强，符合浮游动物以浮游植物为食的结论。蓝藻门（Cya）、绿藻门（Chl）、硅藻门（Bac）和隐藻门（Cry）4 种藻类，随时空变化情况较为集中，不存在明显的竞争关系，可能与水体中营养物质丰富有关。而浮游动物的分布较为分散，说明水体中浮游动物的生命活动，并非受到单一环境因子的影响，而受到多个环境因子的制约；表明这些浮游生物处于不同生态位，种间竞争并不激烈，群落构成稳定，也与前文中对物种多样性的分析结论相同。

4 结论

对重庆迎龙湖水库水质进行调查，结果表明，共检测到浮游植物7 门35 科125 属种，浮游动物4 门33 科84 属种；浮游植物平均密度为660.893 1×104cells/L，平均生物量为3.611 4 mg/L；浮游动物平均密度为14 039.79 ind./L，平均生物量为4.120 7 mg/L。迎龙湖水库水体为中-富营养，冗余分析结果表明，透明度、叶绿素a 以及pH 值是影响浮游生物群落结构的主要因子。