廈門市筼筜湖硅藻時(shí)空分布及其影響因素初探

陳清福

(廈門市筼筜湖保護(hù)中心，福建 廈門 361004)

1 引言

筼筜湖位于廈門島西南部，為市區(qū)海水湖泊[1]，水域面積1.5 km2，庫(kù)容約3600000 m3，平均水深2.32 m。筼筜湖水體來(lái)源于廈門西海域，通過(guò)西北側(cè)的納潮口每日進(jìn)行兩次納潮與排潮作業(yè)，實(shí)現(xiàn)水體交換循環(huán)，日均納潮量約1300000 m3[2]。

筼筜湖因其特殊的地理?xiàng)l件和防洪排澇職能[3]，導(dǎo)致其面臨巨大的環(huán)境壓力[4，5]。早年，筼筜湖曾遭受嚴(yán)重污染[1，6]，水體赤潮現(xiàn)象頻發(fā)[7]。近年來(lái)，隨著各項(xiàng)治理工作的不斷深入，筼筜湖環(huán)境顯著改善[8，9]，水體富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象逐步緩解，赤潮現(xiàn)象大幅下降，多年跟蹤監(jiān)測(cè)表明，湖區(qū)浮游植物以硅藻為主[10，11]。為了解筼筜湖水體硅藻的變化情況，2020年，開(kāi)展筼筜湖6處水體為期12個(gè)月的調(diào)查監(jiān)測(cè)，分析了湖區(qū)硅藻生物的時(shí)間和空間變化趨勢(shì)以及主要影響因素，為筼筜湖水體浮游植物研究提供了新的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2 材料與方法

2.1 水樣采集與點(diǎn)位

2020年1～12月，每月選取筼筜湖主湖的納潮口、干渠、內(nèi)湖、白鷺女神水域、外湖和排潮口共計(jì)6個(gè)代表性點(diǎn)位(圖1)，進(jìn)行浮游植物樣品采集，同時(shí)，開(kāi)展水體無(wú)機(jī)氮、活性磷酸鹽等水質(zhì)指標(biāo)測(cè)定。

2.2 監(jiān)測(cè)方法

(1)浮游植物的采樣、樣品固定、濃縮和定量計(jì)數(shù)均按《海洋調(diào)查規(guī)范》(GB/T12763.9～2007)進(jìn)行。

(2)水樣采集、固定和分析檢測(cè)均按照《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》第4部分：海水分析(GB 17378.4～2007)進(jìn)行。

圖1 筼筜湖采樣點(diǎn)位及水體循環(huán)示意

3 結(jié)果與討論

3.1 數(shù)據(jù)分析

經(jīng)鏡檢及計(jì)數(shù)分析，2020年筼筜湖的水域硅藻分布及變化情況如下。

(1)納潮口。水體浮游植物全年呈穩(wěn)定升高趨勢(shì)， 12月份達(dá)到全年最高。全年納潮口水域藻類密度范圍為1.87×105～1.01×107cell/L，均值為1.25×106cell/L，主要檢出藻種為中肋骨條藻(Skeletonemacostatum)、菱形藻(Nitzschiasp.)、剛毛根管藻(Rhizosoleniasetigera)、角毛藻(Chaetocerossp.)等。

(2)干渠。整體處于高密度相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，全年呈1～7月小幅升高，8～11月穩(wěn)定小幅下降，12月再次小幅升高的變化趨勢(shì)。全年干渠水體藻類密度范圍為8.42×105～1.13×106cell/L，平均密度為1.06×106cell/L，主要檢出藻種為中肋骨條藻、菱形藻、海鏈藻(Thalassiosirasp.)等。

(3)內(nèi)湖。水體微型海藻密度呈現(xiàn)1～6月穩(wěn)定升高，7～11月基本穩(wěn)定，12月份突然再次升高現(xiàn)象，全年浮游植物密度范圍為3.53×105～2.40×106cell/L，平均密度為9.76×105cell/L，主要檢出藻種為中肋骨條藻、角毛藻、剛毛根管藻、海鏈藻等。

(4)白鷺女神水域。水體浮游植物年度變化趨勢(shì)與內(nèi)湖水域基本相同，全年浮游植物密度范圍為3.69×105～1.83×106cell/L，平均密度為9.95×105cell/L，主要檢出藻種為中肋骨條藻、菱形藻、海鏈藻、角毛藻等。

(5)外湖。水體浮游藻類密度呈現(xiàn)1～2月先穩(wěn)定升高，3月大幅下降，4～7月穩(wěn)定升高，8月再次大幅下降，9～12月穩(wěn)定大幅升高的趨勢(shì)。全年浮游植物密度范圍為6.35×104～3.68×106cell/L，平均密度為5.77×105cell/L，除3月、8月未檢出中肋骨條藻外(主要檢出藻類為海鏈藻和菱形藻)，其余時(shí)間段優(yōu)勢(shì)種均為中肋骨條藻，其余主要藻種為菱形藻、角毛藻、海鏈藻、圓篩藻(Coscinodiscusspp.)等。

(6)排潮口。水體浮游植物1～7月份呈現(xiàn)穩(wěn)定升高，8～9月保持小幅穩(wěn)定下降，10～12月呈先升后降的變化趨勢(shì)。全年藻類密度變化范圍為2.06×105～1.14×106cell/L，平均密度為6.40×105cell/L，主要檢出藻種為中肋骨條藻、角毛藻、菱形藻、針桿藻(Synedra sp.)等，優(yōu)勢(shì)種為中肋骨條藻。

3.2 結(jié)果討論

3.2.1 湖區(qū)主要硅藻生物

等到我們?cè)僖?jiàn)到愛(ài)米麗小姐時(shí)，她已經(jīng)發(fā)胖了，頭發(fā)也已灰白了。以后數(shù)年中，頭發(fā)越變?cè)交?，變得象胡椒鹽似的鐵灰色，顏色就不再變了。直到她七十四歲去世之日為止，還是保持著那旺盛的鐵灰色，像是一個(gè)活躍的男子的頭發(fā)。

2020年，筼筜湖優(yōu)勢(shì)藻類為中肋骨條藻。其中，除外湖水域3月和8月水體中未檢出外，其余各點(diǎn)位各時(shí)間段均檢出，除1月和2月納潮口中肋骨條藻密度略低于菱形藻外，其余各月各水域最主要檢出藻種均為中肋骨條藻，密度范圍為3.50×104～1.00×107cell/L。檢測(cè)結(jié)果與何濤等[7]的研究基本相似。

3.2.2 硅藻時(shí)空變化情況

逐月分析2020年筼筜湖硅藻密度變化，可見(jiàn)，2020年以中肋骨條藻為主的浮游藻類于7月前后出現(xiàn)第一次高峰，小幅短暫回落后，第四季度出現(xiàn)大幅升高的現(xiàn)象；從空間分布來(lái)看，筼筜湖硅藻生物密度呈現(xiàn)干渠至外湖逐漸降低的趨勢(shì)。與2001年何濤等的研究類似，均在夏季出現(xiàn)生長(zhǎng)高峰，并呈現(xiàn)干渠水域藻類密度較高的現(xiàn)象[7]，符合該類海藻一般生長(zhǎng)變化規(guī)律[12]。但2020年12月藻類再次出現(xiàn)峰值現(xiàn)象與2001年調(diào)查結(jié)果出現(xiàn)較大差異。

2020年度筼筜湖納潮口硅藻密度較高，主要為第四季度異常偏高所致，前三季度硅藻密度呈現(xiàn)納潮口水域相對(duì)較低，干渠大幅升高，內(nèi)湖、白鷺女神水域和外湖逐步穩(wěn)定下降，出水口區(qū)域再升高的變化態(tài)勢(shì)，與陳韜[13]、傅海燕等的研究[14]相類似，基本與同期上述水域水體無(wú)機(jī)氮分布規(guī)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，納潮口升高幅度最為明顯(圖2)。前三季度湖區(qū)藻類變化，還可能與季節(jié)性溫度升高導(dǎo)致的藻類生長(zhǎng)加快有關(guān)，第四季度硅藻爆發(fā)式生長(zhǎng)可能受環(huán)境因素改變所導(dǎo)致。從空間變化方面分析，前三季度藻類密度變化情況為正常時(shí)段湖區(qū)水動(dòng)力條件最佳的納潮口，藻類密度相對(duì)較低；湖區(qū)上游水動(dòng)力條件較差的干渠水域，藻類密度整體較高；水體交換條件相對(duì)較好的內(nèi)湖和白鷺女神水域藻類生長(zhǎng)情況基本相似，密度顯著低于干渠水域；外湖水域開(kāi)闊，并直接通過(guò)湖區(qū)排潮與廈門西海域相聯(lián)系，藻類密度相對(duì)較低；排潮口因承接全湖自上而下流動(dòng)而來(lái)的水體，藻類密度較外湖有所升高。第四季度，筼筜湖各處水體硅藻生物出現(xiàn)大幅升高現(xiàn)象，其中納潮口和外湖增幅最高，可能與這兩處水體環(huán)境大幅變化有關(guān)。

圖2 2020年湖區(qū)浮游植物空間變化情況

3.2.3 納潮對(duì)藻類變化的影響

2020年筼筜湖納潮情況，以9月份為分界線，可分為納潮正常情況和納潮量異常偏少兩個(gè)階段。其中，1～8月筼筜湖納潮量為3718.5～4170萬(wàn)m3/月，平均為3949.6萬(wàn)m3/月；9～12月，因設(shè)備檢修、湖區(qū)施工和水位控制需要等因素，納潮量顯著減少至2253～3463.5萬(wàn)m3/月，平均為2607.4萬(wàn)m3/月，僅為納潮正常時(shí)段的66%左右。綜合2020年湖區(qū)納潮與硅藻生物年度變化情況(圖2)，可見(jiàn)，全年湖區(qū)硅藻密度變化與納潮量之間呈現(xiàn)一定的負(fù)相關(guān)性(R2為0.44)，即納潮量越低時(shí)，筼筜湖硅藻密度呈現(xiàn)一定程度升高的現(xiàn)象(圖3)。

圖3 湖區(qū)浮游植物與納潮變化情況

3.2.4 溫度變化對(duì)藻類的影響

1～8月，筼筜湖各水域藻類密度隨氣溫的持續(xù)升高而不斷上升(圖4)，兩者呈現(xiàn)良好的正相關(guān)關(guān)系(R2為0.9884)；9～12月，藻類密度呈現(xiàn)與1～8月變化相反的變化趨勢(shì)，此階段藻類密度與氣溫間表現(xiàn)出良好的負(fù)相關(guān)關(guān)系(R2為0.9481)。水溫與藻類密度的關(guān)系與氣溫類似(圖4)，但9～12月兩者相關(guān)性不高(R2為0.5649)。

圖4 湖區(qū)浮游植物與氣溫、水溫變化情況

1～8月納潮正常時(shí)段，筼筜湖主要浮游藻類密度隨氣溫、水溫升高而逐步升高，基本符合浮游植物季節(jié)性生長(zhǎng)規(guī)律[15]。9～12月，藻類密度呈現(xiàn)與氣溫變化明顯不一致的現(xiàn)象，說(shuō)明筼筜湖區(qū)整體環(huán)境對(duì)硅藻的生長(zhǎng)繁殖較為有利，除高溫季節(jié)易出現(xiàn)藻類大規(guī)模繁殖外，其余季節(jié)，一旦條件適合，以中肋骨條藻為主的硅藻也可快速繁殖。9～12月藻類異常從側(cè)面表明，目前筼筜湖正常運(yùn)行的納潮等水體調(diào)度運(yùn)行措施，已與浮游植物生長(zhǎng)變化形成一定的動(dòng)態(tài)平衡，一旦某一因素發(fā)生改變，可引發(fā)藻類大規(guī)模繁殖等水質(zhì)異?，F(xiàn)象。

3.2.5 硅藻與水體營(yíng)養(yǎng)鹽關(guān)系。

全年筼筜湖水體無(wú)機(jī)氮、活性磷酸鹽濃度基本呈“U”型分布，即春、冬兩季濃度高，6～7月濃度低的現(xiàn)象，其主要原因與夏季浮游植物快速生長(zhǎng)繁殖，對(duì)氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽吸收利用有關(guān)(圖5、圖6)。

1～8月，筼筜湖各水域硅藻密度與水體無(wú)機(jī)氮、活性磷酸鹽呈現(xiàn)較為良好的相關(guān)性(R2分別為0.7539和0.7852)，說(shuō)明藻類生長(zhǎng)對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽具有良好的消耗作用，符合硅藻等赤潮生物生長(zhǎng)變化規(guī)律[15]；9月，湖區(qū)硅藻密度出現(xiàn)小幅回落，湖區(qū)水體氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽隨即出現(xiàn)回升態(tài)勢(shì)；10～11月，湖區(qū)浮游藻類密度再次穩(wěn)定回升，同期，水體氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽濃度出現(xiàn)穩(wěn)定或下降趨勢(shì)；12月，湖區(qū)硅藻密度大幅升高，水體氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽濃度均出現(xiàn)下降。

圖5 湖區(qū)浮游植物與水體無(wú)機(jī)氮關(guān)系

圖6 湖區(qū)浮游植物與水體活性磷酸鹽關(guān)系

4 結(jié)論

(1)2020年全年，筼筜湖區(qū)各水域硅藻生物主要檢出種為中肋骨條藻，其空間分布基本呈干渠>內(nèi)湖≥白鷺女神>外湖的變化趨勢(shì)，時(shí)間變化方面呈現(xiàn)較為明顯的春季逐步升高、夏季出現(xiàn)峰值、秋季有所回落的變化態(tài)勢(shì)。

(2)筼筜湖納潮正常階段，硅藻密度與氣溫和水溫呈現(xiàn)良好的正相關(guān)關(guān)系，并對(duì)水體氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽具有良好的吸收消耗作用。

(3)納潮減少導(dǎo)致的水體交換能力和流動(dòng)性下降，對(duì)筼筜湖水體穩(wěn)定存在較大影響。