漳河岳城水庫浮游植物多樣性及富營養(yǎng)化研究

高 迪

（水利部海委漳衛(wèi)南運河管理局 山東 德州 253009）

岳城水庫是漳衛(wèi)南流域漳河上的一座大(Ⅰ)型控制性水利工程，它的主要任務(wù)是防洪、灌溉、城市供水，同時兼顧發(fā)電，是下游河北、河南、山東20 余縣市和京廣、京滬鐵路及京港澳等數(shù)條高速公路等基礎(chǔ)設(shè)施防洪的重要屏障。岳城水庫作為國家一級水源地，也是北京供水的備用水源地，已被列入《全國重要飲用水水源地名錄》，解決邯鄲、安陽兩市工業(yè)及生活用水，同時也為兩市及下游相關(guān)地區(qū)提供農(nóng)業(yè)用水和生態(tài)用水。

浮游植物是指生活在水體表層、體積微小的植物。浮游植物主要是指浮游藻類，屬于浮游生物中的自養(yǎng)生物[1]。浮游植物對于水體水質(zhì)狀況的變化十分敏感，尤其是對水質(zhì)要求較高[2]，它的變化可以反應(yīng)出水體狀況和營養(yǎng)程度的變化。因此，研究浮游植物的數(shù)量及多樣性特征對于監(jiān)測、評估湖庫水體的營養(yǎng)狀況、水生生態(tài)系統(tǒng)的健康以及采取相應(yīng)的管理措施具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況。岳城水庫位于漳河干流出山口處，控制流域面積18 100 km2，占漳河流域山區(qū)面積的99.4%，總庫容13 億m3。本流域處于溫帶半干旱季風(fēng)性氣候區(qū)，冬季寒冷干燥，夏季炎熱多雨，年內(nèi)氣候變化較大，降水量年際變化和時空分布很不均勻，流域多年平均降水量578.6 mm，岳城水庫多年平均降水量為502mm，全年降水量的70%～80%集中在6～9 月。

1.2 采樣方法。在水庫的庫心和壩前位置各設(shè)置1 個采樣點，調(diào)查采集水庫的浮游植物樣品。定性樣品用25號浮游生物網(wǎng)在水面下0.15m 處作“∞”形拖曳3min[3]，將收集到的浮游植物裝入100 ml 標(biāo)本瓶中，加3 ml固定液(甲醛∶丙三醇∶水為1∶1∶8)現(xiàn)場保存；定量樣品在相同位置取1 L 水樣于樣品瓶中，加入15 ml魯戈氏液固定，帶回實驗室靜置后分析。2022 年5 ～10 月份，每月采集1 次，共進(jìn)行6 次。

1.3 測定指標(biāo)。葉綠素a 用哈希HACH Hydrolab 多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測儀進(jìn)行測定。

1.3.1 浮游植物的鑒定。定性樣品沉淀24 h 后，分別依次取底層沉積物和搖勻后的中間層水樣制作臨時封片，顯微鏡(Scope A1)下觀察浮游植物形態(tài)特征并結(jié)合《Freshwater Algae of North America：Ecology and Classification》 《中國淡水藻類—系統(tǒng)、分類及生態(tài)》和《中國淡水生物圖譜》對浮游植物鑒定[4]。

1.3.2 Shannon 多樣性指數(shù)(H 值)測定。Shannon 多樣性指數(shù)是現(xiàn)代生態(tài)科學(xué)中最常用的指數(shù)之一，是用于調(diào)查植物群落局域生境內(nèi)多樣性的指數(shù)，多用于大型湖庫浮游植物多樣性研究工作。富營養(yǎng)化評價標(biāo)準(zhǔn)，H 值在0 ～2，表明水體富營養(yǎng)；2 ～3 表明水體中營養(yǎng)；大于3 時表明水體貧營養(yǎng)[5]。其計算公式為：

式中：S為樣品中種類總數(shù)；N為樣品中浮游植物總個體數(shù)；ni為樣品中第i種浮游植物個體數(shù)。

1.3.3 水體富營養(yǎng)化。指的是水體中N、P 等營養(yǎng)鹽含量過多而引起的水質(zhì)污染現(xiàn)象。評價指標(biāo)包含總磷(TP)、總氮(TN)、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)、透明度(SD)和葉綠素a(chla)，其計算公式為：

式中：EI 為營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；En為評價項目賦分值；N 為評價項目個數(shù)。以《地表水資源質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)程》為評價標(biāo)準(zhǔn)，湖庫營養(yǎng)狀態(tài)分級：貧營養(yǎng)(0≤EI≤20)；中營養(yǎng)(20≤EI≤50)；輕度富營養(yǎng)(50＜EI≤60)；中度富營養(yǎng)(60＜EI≤80)；重度富營養(yǎng)(80＜EI≤100)。

2 結(jié)果與分析

2.1 浮游植物群落結(jié)構(gòu)組成

2.1.1 浮游植物種類組成。對岳城水庫各監(jiān)測點位進(jìn)行浮游植物調(diào)查，結(jié)果如表1，5 ～10 月份共進(jìn)行6次調(diào)查，共發(fā)現(xiàn)5 門13 種，其中8 月份共檢出浮游植物4 門11 種，以綠藻門最多，其次為硅藻門和藍(lán)藻門，其它門類較少；9 月份和10 月份分別檢出浮游植物4 門6 種，以綠藻門和藍(lán)藻門最多，其次為硅藻門和甲藻門。

表1 岳城水庫浮游植物各門種類數(shù)量統(tǒng)計

2.1.2 岳城水庫浮游植物空間分布情況。由表2 可知，5 ～10 月份調(diào)查結(jié)果表明，8 月份監(jiān)測點檢出的浮游植物種類最多，庫心檢出的浮游植物有綠藻門、硅藻門、藍(lán)藻門和甲藻門，共4 門，合計10 種；壩前檢出的浮游植物有綠藻門、硅藻門、藍(lán)藻門和甲藻門，共4 門，合計10 種。7 月份監(jiān)測點檢出的浮游植物種類最少，庫心檢出的浮游植物有綠藻門、硅藻門和藍(lán)藻門，共3 門，合計3 種；壩前檢出的浮游植物有綠藻門、硅藻門和藍(lán)藻門，共3 門，合計4 種。5 ～10 月份整體情況，庫心檢出的浮游植物有綠藻門、硅藻們、藍(lán)藻門、甲藻門和金藻門，共5 門，合計12種；壩前檢出的浮游植物有綠藻門、硅藻門、藍(lán)藻門、甲藻門和金藻門，共5 門，合計12 種。

表2 岳城水庫浮游植物空間分布情況

2.1.3 浮游植物密度與水華。5 ～10 月份，對岳城水庫2 個監(jiān)測點位進(jìn)行了浮游植物密度統(tǒng)計(如表3)。5月份浮游植物平均值為2.80×106個/L，6 月份浮游植物平均值為1.70×106個/L，7 月份浮游植物平均值為2.38×106個/L，8 月份浮游植物平均值為45.16×106個/L，9 月份浮游植物平均值為10.82×106個/L，10 月份浮游植物平均值為14.64 ×106個/L。其中6月份浮游植物密度最小，8 月份浮游植物密度最大。根據(jù)《水華遙感與地面監(jiān)測評價技術(shù)規(guī)范(試行)(HJ 1098-2020)》，當(dāng)水體中藻密度達(dá)到1.0×107個/L 或藻類聚集區(qū)達(dá)到湖泊面積的10%時，即發(fā)生了輕度水華；當(dāng)水體中藻密度達(dá)到1.0×108個/L 或藻類聚集區(qū)達(dá)到湖泊面積的60%時，則發(fā)生了重度水華。由此可以看出，岳城水庫在8 月、9 月和10 月份都有發(fā)生輕度水華的風(fēng)險。

表3 岳城水庫浮游植物密度統(tǒng)計(106 個/L)

2.2 浮游植物多樣性指數(shù)。由圖1 可知，岳城水庫5月浮游植物Shannon 多樣性指數(shù)平均值為1.02，6 月浮游植物Shannon 多樣性指數(shù)平均值為0.92，7 月浮游植物Shannon 多樣性指數(shù)平均值為0.30，8 月浮游植物Shannon 多樣性指數(shù)平均值為0.68，9 月浮游植物Shannon 多樣性指數(shù)平均值為0.81，10 月浮游植物Shannon 多樣性指數(shù)平均值為1.08。由此看出，5 ～10月份Shannon 多樣性指數(shù)平均值均在0 ～2 范圍內(nèi)，水體營養(yǎng)類型為富營養(yǎng)，其中多樣性指數(shù)較低值出現(xiàn)在7、8 月份。

圖1 岳城水庫浮游植物多樣性指數(shù)動態(tài)變化

2.3 岳城水庫營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)及分級。由表4 可知，岳城水庫5 月份庫心和壩前的營養(yǎng)狀態(tài)均為中營養(yǎng)；6月份庫心和壩前的營養(yǎng)狀態(tài)均為輕度富營養(yǎng)；7 月份庫心和壩前的營養(yǎng)狀態(tài)均為輕度富營養(yǎng)；8 月份庫心和壩前的營養(yǎng)狀態(tài)均為輕度富營養(yǎng)；9 月份庫心和壩前的營養(yǎng)狀態(tài)均為中營養(yǎng)；10 月份庫心的營養(yǎng)狀態(tài)為中營養(yǎng)，壩前的營養(yǎng)狀態(tài)為輕度富營養(yǎng)。由此看出，營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)總體呈先升高后下降的趨勢，6 月、7月和8 月份的數(shù)值較大，說明汛期的營養(yǎng)狀態(tài)為輕度富營養(yǎng)。

表4 岳城水庫營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)及分級

3 結(jié)論與討論

對2022 年5 ～10 月份岳城水庫浮游植物調(diào)查研究表明，岳城水庫浮游植物群落由綠藻、藍(lán)藻、硅藻、甲藻、金藻門構(gòu)成，種類組成較為豐富，優(yōu)勢種為綠藻門和藍(lán)藻門，本次浮游植物調(diào)查結(jié)果與張淼在2017 年藻類調(diào)查的結(jié)果基本一致[4]。

汛期浮游植物密度最大值出現(xiàn)在8 月份，較非汛期高。水華是指由于水體富營養(yǎng)化，藻類過度繁殖并在水體表面大量聚集的現(xiàn)象，是淡水水體中的一種自然生態(tài)現(xiàn)象。以浮游植物密度和水華的關(guān)系為依據(jù)，可以得出，岳城水庫汛期處于輕度水華的狀態(tài)，應(yīng)加強對其的關(guān)注程度。

Shannon 多樣性指數(shù)數(shù)值越大水質(zhì)越好，0 ～1 表示水體為富營養(yǎng)化，1 ～2 表示中富營養(yǎng)化，2 ～3 表示中營養(yǎng)化，大于3 表示貧營養(yǎng)化。岳城水庫的Shannon 多樣性指數(shù)數(shù)值呈現(xiàn)春季高、夏季低、秋季高的趨勢，最低值出現(xiàn)在7 月?？赡芟募緶囟容^高，氣候適宜水庫中藻類的生長，造成水質(zhì)受到了影響。岳城水庫5 ～10 月份的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)在43.6 ～55.5，處于中、高營養(yǎng)水平。