佛子岭水库浮游生物特征及水质评价

刘昌利,田华祥,马永富,吕园园,刘俊生,韩新莉,周红娟

(1.皖西学院生物与制药工程学院,安徽六安237012;2.六安市环境监测中心站,安徽六安237012)

佛子岭水库浮游生物特征及水质评价

刘昌利1,田华祥2,马永富2,吕园园1,刘俊生1,韩新莉1,周红娟1

(1.皖西学院生物与制药工程学院,安徽六安237012;2.六安市环境监测中心站,安徽六安237012)

2009年1月-2009年12月在对佛子岭水库进行水质理化监测的同时,对水库5个站点进行浮游生物群落生态调查。佛子岭水库共检出浮游藻类8门221种,以绿藻门、硅藻门和蓝藻门为主;检出浮游动物83种,以原生动物和轮虫为主。水质生物监测评价结果表明,佛子岭水库受到轻-中度污染,水质等级为II类,属中营养型水体。

佛子岭水库;浮游生物;水质评价

佛子岭水库是以防洪、灌溉、供水为主,兼发电、水产养殖等多功能的水利枢纽工程,是大别山重要水源地之一,承担着向合肥、六安等大中城市和周边县城、小集镇供水任务。为提高水库水质监测的准确性[1],开展生物监测,笔者于2009年1月-2009年12月对佛子岭水库的浮游生物资源进行了调查,利用浮游生物种类、数量、群落演替、生物多样性指数H(Shannon)等指标进行水质评价[2-4],现将结果报导如下。

1 材料与方法

1.1 浮游生物的采集与观察

根据佛子岭水库的环境地理特征,每月在六安市水质监测中心站设定的扫帚河、徐家冲、两河口、石坝壁和坝前5个采样点分别进行1次水化学与生物监测采样。水质理化分析由六安市水质监测中心站负责。浮游生物定性样本用25号浮游生物网在水库表面至水下0.5m处以每秒20-30cm的速度呈“∞”字形拖动约3min,收集样品用4%的福尔马林固定;另采集定性样本1份不固定,带回实验室备活体观察。定量样本采用有机玻璃采水器取水库表层(0.5m)、中层(15m)水样各1L,混合后加入30ml鲁哥氏液(Lugol)固定24h[4],带回室内浓缩至20ml保存[5](P34-37)。镜检时摇均固定或浓缩水样,取0.1ml用浮游生物计数板观察,同一样品计数3次,取其平均数作为结果,记录所观察到的浮游生物种类和数量。每一样本观察前先看不固定的活体水样,熟悉该样中浮游动植物形态,但不统计数据。叶绿素a的测定执行国标GB3838-2002标准[5](P34-37)。

1.2 数据处理

统计每月各监测站所出现的浮游动植物种类与数量,计算同期浮游生物量,统计一年中水库所出现的浮游动植物种类与数量。所得数据用生物多样性指数(H)计算[4][6]。依据浮游生物种类、数量、群落演替、H值对水库水质进行综合评价。式中:N为浮游植、动物个体总数,ni为第i次个体数,H为生物多样性指数。综合评价标准当生物指数H>3.50、3.50-2.50、2.50-2.00、2.00-1.00和0-0.90,对应的污染等级分别是清洁、轻度污染、中度污染、重度污染和严重污染[4]。综合污染指数K值由六安市水质监测中心站提供。

2 结果与分析

2.1 浮游藻类群落特征

2009.1-2009.12月佛子岭水库共检出浮游藻类221种,隶属于绿藻门(Chlo rophyta)、硅藻门(Bacillariophta)、蓝藻门(Cyanophyta)、黄藻门(Xanthophyta)、裸藻门(Euqlenophyta)、甲藻门(Pyrrophyta)、金藻门(Chrysophyta)和隐藻门(Crp tophyta)8个门[7-9],各门种类及所占比例见表1。水库硅藻种数全年较多,绿藻种类波动最大,蓝藻种类偏少,1-11月绿藻和蓝藻种类波动趋于同步;10-12月,绿藻和硅藻种类增加,蓝藻种类减少,见图1。

表1 佛子岭水库浮游生物群落特征

图1 佛子岭水库主要藻类的种类变化

2.2 浮游藻类的季节、数量变化

佛子岭水库浮游植物数量,一年中蓝、绿藻占藻类总数的比例之和11月最低,3-4月最高,蓝、绿藻占优势的时间有4个月。全年硅藻所占比例较高,7月最低、11月最高,7-12月硅藻比例增加并维持在较高水平,与低温、光照不足等恶劣环境有利于硅藻生长密切相关[10,11],见图2。水库浮游藻类生物量:冬季>秋季>夏季>春季,见图3。

图2 佛子岭水库主要浮游植物占藻类比例变化

图3 佛子岭水库浮游生物量与种类的季节变化

2.3 浮游动物群落特征

2009.1-2009.12月佛子岭水库共检出浮游动物81种,隶属于原生动物门(Protozoa)、轮虫动物门(Rotifera)、节肢动物门(A rthropoda)的枝角亚目(Cladocera)、节肢动物门(A rthropoda)的桡足纲(Copepoda)。原生动物和轮虫是水库浮游动物的主要种类。

水库浮游动物的种类,6-12月多于1-5月,原生动物与轮虫、枝角类与桡足类的种类波动趋于同步,见图4。

图4 佛子岭水库浮游动物种类的变化

2.4 浮游动物的季节、数量变化

佛子岭水库浮游动物以原生动物、轮虫为主,一年中2-7月轮虫数量较高,8-12月、1月原生动物数量较高,3-4月以枝角类为主。浮游动物生物量:秋季>夏季>冬季>春季,见图3。

全年浮游植物种类、生物量大于浮游动物。1-6月浮游植物与浮游动物的比值逐步降低,8-12月该比值又逐步增大,见表2。

全年浮游生物量与物种数的变化呈正相关,受温度影响不大,见图5。

图5 水库浮游生物量与种类的变化

表2 2009年佛子岭水库水质生物监测评价

2.5 水库生物监测结果

佛子岭水库的生物多样性指数 H、浮游植物叶绿素a、浮游生物种类组成、生物量所进行的水质评价,一年中水质优良状况是3-9月>1-2月、10-12月,即枯水期及其前后水质最差。5个站点的水质变化不大,水质优良度:徐家冲、两河口>石坝壁、扫帚河>坝前,坝前水质较差与人类活动多密切相关。综合评价佛子岭水库:水质轻-中度污染,水质等级为 II类,属中营养型水体[5,12,13],见表2、3。

表3 佛子岭水库各站点水质生物监测评价

3 讨论

3.1 水库浮游生物特征

2009.1 -2009.12月佛子岭水库共检出浮游藻类221种,以硅藻、绿藻和蓝藻为主;浮游动物83种,以原生动物和轮虫为主,水库浮游生物量10.45×104L-1-123.34×104L-1个。水体中既有贫营养型的优势类群:金藻门的鱼鳞藻属,绿藻门的叉链藻属和叉星藻属,硅藻门的平板藻属和根管藻属;也有中营养型水体的优势类群:甲藻门的角藻属,硅藻门的脆杆藻属,绿藻门的空星藻属和鼓藻属。还有富营养型水体的优势类群:蓝藻门的微囊藻属、鱼腥藻属、颤藻属、束丝藻属和平裂藻属,绿藻门的栅藻属、小球藻属、弓形藻属和衣藻属,硅藻门的直链藻属、针杆藻属和舟形藻属,裸藻门的裸藻属,隐藻门的隐藻属[14]。

水库浮游植物种类、生物量大于浮游动物。2-6月浮游植物与浮游动物的比值逐步降低,8-12月该比值逐步增大,其原因可能是浮游动物以藻类为食,对浮游植物数量起着“负反馈”调节所致。

全年浮游生物生物量与种类的波动趋于同步,但11-12月生物种类、生物量最高,大于其它月份,是否与枯水期浮游生物密度增大,检出物种数增多有关还有待进一步研究。

水库浮游动物中原生动物与轮虫、枝角类与桡足类种数波动趋于同步,可能是轮虫、桡足类分别以原生动物、枝角类为食导致了彼此的消涨。

3.2 水库生物监测结果评价

水库浮游藻类以硅藻为主,全年硅藻生物量占藻类总量的11.16-90.92%,月均达57.90%,显示水库水质清洁度较好[12]。硅藻中数量最多的依次是直链藻属、脆杆藻属、针杆藻属、菱形藻属和桥弯藻属;绿藻最多的依次是鼓藻属、盘星藻属和新月藻属;蓝藻最多的分别是微囊藻属和颤藻属;金藻门最多的是鱼鳞藻属;甲藻门最多的是角甲藻属。其中金藻门的鱼鳞藻属是贫营养型水体的优势类群;甲藻门的角甲藻属和硅藻门的脆杆藻属是中营养型水体的优势类群;硅藻门的直链藻属,蓝藻门的微囊藻属和颤藻属是富营养型水体的优势类群。鉴于中营养型水体的角甲藻属、脆杆藻属是水库的优势类群,蓝藻较少,生物多样性指数H为2.2-3.4,藻类叶绿素a为2.40-2.74mg/m3,生物监测评价水库属于中营养型水体[12,14],与库区Ⅱ类水质相符。

根据污染加重后,浮游生物种类减少、生物量增加的特点,在1-6月随浮游生物量与物种数比值的降低,水质应该逐步好转,8-12月随比值增大,水质应该逐渐变差。该推断与理化监测所得综合污染指数K值1-6月降低、水质变好,8-12月K值增大、水质变差的结果相符合。

水库3-4月蓝、绿藻数量占优势,进入10月绿藻、硅藻种类快速增加,生物量维持在最高水平,分别显示3-4月,10-12月水质较差,5-9月水质较好。生物多样性指数H值4-9月较高,浮游生物量与种类的比值5-10月维持在较低水平,二者均显示5-9月水质较好,由此可见生物监测结果具有一致性。同时也与综合污染指数K值显示的水质2-8月较好,10-12月、1-2月较差结果相符。

3.3 生物监测的特点

佛子岭水库全年理化监测的K值变化很小,指示水质均为II类,而生物监测中浮游生物量、优势种及H值都处于不断的变化中,如3-9月H值显示水质轻度污染,其他时间处于中度污染;清洁水与中营养型水体的优势类群鱼鳞藻属、角甲藻属和脆杆藻属种类与数量的变化,显示了水质在轻-中度污染间的波动。由此可见,生物监测较理化监测具有连续性,准确性[1,3]。

在轻-中度污染的水域,清洁水的指示生物敏感性强,在K值基本不变的情况,其种类与数量在不断变化,具有一定的预警性[15]。

绿藻门、硅藻门和蓝藻门各类群占水库浮游植物种类比例在红旗水库[14]、大伙房水库[13]、佛子岭水库分别是22.40%、45.40%和39.37%,62.73%、24.10%和33.48%,10.46%、16.70%和12.22%;3大水库的H值分别是红旗水库1.90-3.52,大伙房水库2.00-3.00,佛子岭水库2.22-3.37;大伙房水库和佛子岭水库的叶绿素a分别是3.60-7.96 mg/m3和2.40-2.74mg/m3,由上述数据推断水质优良度是红旗水库>佛子岭水库>大伙房水库。但K值显示结果是大伙房水库>佛子岭水库>红旗水库,产生这种现象的原因与采样方式及浓缩样品处理方法相关[10],也与水的流速、水温等每一水域水文、自然生态环境的不同密切相关,生物监测不同于理化监测全国执行统一的标准。因此,开展生物监测需要进行大量的生物资源调查,积累基础资料,进一步完善相关的计算公式、评价分级以矫正生物监测的地域性[16]。

3.4 生物监测的可行性

水质监测的生物指标与理化指标之间存在着复杂的关系,理化指标中的悬浮物、高锰酸盐指数、生化需氧量与生物指标中的浮游植物,微核技术P指数,藻类属数在监测中占主要解释地位[17]。

本研究理化监测中K值计算选择了包括高锰酸盐指数、生化需氧量在内的8项指标[4],生物监测中选择了生物群落、优势种、生物种类、数量、H值及叶绿素a等指标的变化评价水质,二者结果具有较好的一致性。但水质优劣是以生物对水质变化的反应为基础,不该单纯停留在各项理化监测数字上。因此,只要筛选到合理的生物指标、完善生物多样性指数H计算公式、评价分级,生物监测将能更准确地反映水质状况[18],生物监测拥有较高的准确性和可操作性[17,19]。

目前佛子岭水库浮游生物量10.45×104L-1-123.34×104L-1个,生物多样性指数H 2.22-3.37,藻类叶绿素a 2.40-2.74mg/m3,库区藻类是绿-硅-蓝型,生态学综合评价结果是水库水体轻-中度污染,水质为II类,属中营养型水体。但考虑到生物监测的预警性、上游山区种植业增大,植被减少,施肥较多,在雨水冲刷下将有大量氮、磷流入水体,库区网箱养鱼投饵过多、不法分子农药药鱼所形成的新污染,及电鱼、雷管炸鱼对生态系统的严重破坏,如不及时采取措施,很容易出现向富营养型水体转化的严重后果。

[1]张土乔,吴小刚,应向华.水质生物监测体系建设的若干问题探讨[J].水资源保护,2004,(1):25-27.

[2]胡红波,顾泳结,李明.丽娃河水体富营养化与浮游藻类的指示关系[J].生物学杂志,2005,22(2):32-35.

[3]王海黎,陶澎.生物标志物在水环境研究中的应用[J].中国环境科学,1999,19(5):421-426.

[4]史玉强,赵国华,荆国钧,等.辽宁大伙房水库水质生态监测的研究[J].中国环境监测,2000,16(1):12-15.

[5]国家环保局《水生生物监测手册》编委会.水生生物监测手册[M].南京:东南大学出版社,1992.

[6]许木启.从浮游动物群落结构与功能的变化看府河-白洋淀水体的自净效果[J].水生生物学报,1996,20(3):212-219.

[7]韩茂森.淡水浮游生物图谱[M].北京:农业出版社,1980.

[8]周凤霞,陈剑虹.淡水微型生物图谱[M].北京:化学工业出版社,2008.

[9]梁象秋,方纪祖,杨和荃.水生生物学(形态和分类)[M].北京:中国农业出版社,2002.

[10]何青,孙军,栾青杉,等.长江口及其邻近水域冬季浮游生物集群[J].应用生态学报,2007,18(11):2559-2566.

[11]吴乃成,唐涛,周淑婵,等.香溪河小水电的梯度开发对浮游藻类的影响[J].应用生态学报,2007,18(5):1091-1096.

[12]王立前,张榆霞.云南省重点湖库水体透明度和叶绿素a建议控制指标的探讨[J].湖泊科学,2006,18(1):86-90.

[13]史玉强,李树莹,崔双发,等.辽宁大伙房水库水质及水生生物群落结构的研究[J].大连水产学院学报,2003,18(1):23-28.

[14]曹文钟,余政哲,张宏波,等.红旗水库的浮游植物及水质评价[J].东北林业大学学报,2004,32(4):36-37、49.

[15]任宗明.在线生物监测技术在饮水安全预警中的应用研究[D].济南:山东师范大学(硕士学位论文),2005.

[16]房英春,田春,肖友红.苏子河浮游藻类多样性与水质的生物评价[J].水利渔业,2007,27(1):57-58,93

[17]苏静.地表水水质理化监测指标与生物监测指标的典型相关分析[D].成都:四川大学(硕士学位论文),2006.

[18]董旭辉,羊向东,王荣.长江中下游地区湖泊富营养化的硅藻指示性属种[J].中国环境科学,2006,26(5):570-574.

[19]李秀珍,胡炳清,惠仲威.地表水水生生物指标与水质理化指标相关性研究[J].森林工程,2003,12(4):7-8,11.

Study on Plankton and Water Quality of Fuziling Reservior

LIU Chang-li1,TIAN Hua-xiang2,MA Yong-fu2,LV Yuan-yuan1,LIU Jun-sheng1,HAN Xing-li1,ZHOU Hong-juan1

(1.College of Biotechnology and Pharmaceutical Engineering,West Anhui University,Lu’an 237012,China;2.Lu’an Municipal Environmental Monitoring Center,Lu’an 237012,China)

The ecological investigation of algae and planktonic animal at five points in every month has been conducted in Fo-ziling Reservoir in 2009,finding out 221 species from 8 phylum in algae,mainly chlo rophyta,bacillariophyta and algae doo r,and 83 species planktonic animal,primarily protozoa and rotifer,The result of biological monitoring shows that water of Foziling Reservoir has beenmild-to moderate contaminated,calssified as Class IIStandard of Surface Water,and Foziling Reservoirwas secondary eutrophication.

Foziling Reservoir;p lankton;evaluation of water quality

X524

A

1009-9735(2010)05-0015-05

2010-09-09

安徽省教育厅自然科学基金重点项目(KJ2008A138)。

刘昌利(1964-),女,安徽六安人,教授,硕士,研究方向:涡虫生物学及动物资源开发应用研究。