江西柘林水库春季浮游藻类、叶绿素a与环境因子的分布、关系及意义*

李懿淼，李茂田，艾 威，罗 章，胡 进，侯立军

(华东师范大学河口海岸学国家重点实验室，上海 200062)

江西柘林水库春季浮游藻类、叶绿素a与环境因子的分布、关系及意义*

李懿淼，李茂田**，艾 威，罗 章，胡 进，侯立军

(华东师范大学河口海岸学国家重点实验室，上海 200062)

江西柘林水库是长江中游的大型峡谷型旅游性水库，库容79.2×108m3，长115 km． 2015年4月在56 km的中心库区走航和定点测量了水库表层水体浮游藻类、叶绿素a(Chl.a)浓度与溶解无机氮(DIN)浓度、溶解无机磷(DIP)浓度、溶解硅(DSi)浓度、水温、浊度和溶解氧浓度等环境因子的分布特征． 结果表明：1)水库属于中营养水体，表层主要浮游藻类(细胞丰度>1000 cells/L)有34种，平均生物量为0.41 mg/L． 主要优势藻类(优势度≥0.02)为硅藻和蓝藻，藻类组成与DIN浓度、DIP浓度、DSi浓度和水温等环境因子关系密切，4种因子对藻类结构的解释水平达60%以上． 2)水库水体Chl.a浓度具有显著的次表层叶绿素最大值(SCM)现象，SCM层深度为3～8 m，厚度为2～7 m，SCM层占整个水体的25.2%～74.1%． SCM层的藻类对营养盐吸收消耗致使DIN、DIP和DSi浓度下降，同时藻类的产氧使溶解氧浓度增加． 3)水库对DSi具有显著的生物过滤器效应，中、上层约有11%～12%的DSi被生物吸收利用，从上游至下游，累积约有21%的DSi被藻类吸收沉降于库底． 4)人类氮、磷排放对水库生态和水质有严重影响，毗邻县城区域水体的Chl.a和DIP浓度分别是自然河段的2.9倍和3倍左右．

浮游藻类；叶绿素a；次表层叶绿素最大值；过滤器效应；柘林水库

江西柘林水库是长江中游鄱阳湖流域支流——修河流域的大型峡谷型旅游性水库，位于河流下游，库容79.2×108m3，长115 km，正常水面面积308 km2，截修河流域面积9340 km2，占流域面积的63.5%[1-2]．水库是武宁县、德安县、共青城市百万人口的主要水源地，也是沿湖城乡生活污水和工业废水的主要纳污水体，另外武宁县城毗邻水库上游，常住人口40万[1-3]．水库多年平均降水量1615 mm，库内岛屿众多．近年来，随着库区工农业和旅游业的发展，柘林水库生态环境和水质状况日益成为水库管理部门、自来水部门、旅游部门以及水产养殖工作者关心的问题，并被列入第二批江河湖泊生态环境保护专项，急需开展全面系统的生态环境过程研究[2-4]．

浮游藻类是湖泊(水库)主要的初级生产者，其生物量及优势种是衡量湖泊(水库)生态系统以及环境的主要指标[5]．叶绿素a(Chl.a)是浮游藻类的重要组成成分，占藻类生物量的比例平均为1/405[6]，其测量技术简易可靠，因此广泛应用Chl.a估计藻类生物量、衡量水体富营养化程度、评价生态和水质状况[7]．另外，水体的氮、磷、硅是藻类的生源要素，水温(WT)、浊度(TD)、溶解氧(DO)等是影响藻类生长发育的环境因子，因此，水体的生源要素和环境因子控制着藻类生物量及优势种、Chl.a浓度等生态特征，也是衡量水体水质的主要参数[8-9]．比如，随溶解无机磷(DIP)浓度的不断增加，优势藻类由蓝藻演变为绿藻[10]；静水与动水环境中的藻类优势种差异明显，流速对藻类生长有重要影响[11-12]，WT和TD条件不同，藻类优势种也随之变化[13]；且藻类结构与水质有密切关系[14]．同样，Chl.a浓度与各环境因子间也存在密切的相互关系[15-17]．柘林水库前期的研究多侧重水质、藻类、污染负荷等生态环境历史变化及评价[1-4]，对于探讨湖泊浮游藻类与水体中生源要素和环境因子的相互关系的研究，尚有待于深入．本研究通过对柘林水库进行实地调查，尝试揭示柘林水库藻类生物量、优势种和Chl.a浓度等生态指标，水体的溶解无机氮(DIN)、DIP、溶解硅(DSi)浓度等生源要素和WT、TD、DO浓度等环境因子的分布特征，探讨三者之间的内在关系，以期为水库环境管理与水体利用提供科学依据．

1 样品与方法

1.1 样品采集与分析

鉴于春、夏季节是藻类生长较快的季节[18]，根据实际情况，本次调查采样时间选取在2015年4月底．采样分走航测量和定点测量两种方式．走航从下游大坝向上游测量56 km，沿程设置4个采样点，从下游向上游依次为D点(大坝前，下游代表站)、C点(中游代表站)、B点(毗邻武宁县城河段站)和A点(上游代表站)．走航的航迹线和采样点位置分布如图1所示．

图1 柘林水库位置、采样航线和采样点位分布Fig.1 Sampling route and sites in the Zhelin Reservoir

走航时航速保持2～3节，利用悬挂在水下1 m处的多参数水质监测仪(Multiparameter system-Manta2)测量水体表层Chl.a浓度．同时利用声学多普勒流速剖面仪(Acoustic Doppler Current Profilers, ADCP)沿程测量水深和流速．多参数水质监测仪的Chl.a浓度测量值与常规的丙酮法测量值相比，其均值相对误差范围为0.7%～9.2%(2014年6月在长江口大戟山水域24 h测量)．

Y=fi(ni/N)

(1)

式中，ni为样品中第i种浮游藻类的个体数，N为同一样品中所有浮游藻类的总个数体，fi为第i种浮游藻类在各个样点出现的频度，当Y≥0.02时的物种认定为优势种[24]．

另外，水库的营养状态类型采用相关加权营养状态指数法(TLI(∑))[25-26]，即综合营养状态指数法，利用Chl.a浓度、SD、TP浓度和TN浓度4个参数评价，公式为：

(2)

式中，Wj为第j种参数的相关权重；TLI(j)代表第j种参数的营养状态指数；且Chl.a浓度、SD值为实测值，TP浓度根据TP与Chl.a浓度关系[25]进行计算，TN浓度根据DIN与浮游藻类生物量的含氮量之和计算[27]．评价分级标准为：TLI(∑)<30为贫营养，30～50为中营养，>50为富营养[25]．

1.2 藻类、Chl.a与环境因子的冗余分析

水库浮游藻类繁多，其种类组成本质是一组多元因变量，受外部生源要素及环境因子等一组多元自变量所控制．冗余分析(redundancy analysis, RDA)是一种典型相关分析的统计方法，能定量分析两组多元变量(响应变量组和解释变量组)之间的线性关系，分析这种线性关系引起响应变量变异占总变异的比例．本文将水库中细胞丰度大于1000 cells/L的34种藻类(代码见表1)作为响应变量组，将环境因子包括DIN浓度、DIP浓度、DSi浓度、WT、TD、DO浓度等6个变量作为解释变量组，原始数据均进行log转换，利用Canoco 4.5软件进行RDA分析，变量的显著性用499次的MonteCarlo检验[28]．

2 结果与分析

2.1 浮游藻类的组成与空间分布

柘林水库共检出细胞丰度>1000 cells/L的主要浮游藻类6门24属34种(表1)，主要优势藻类(Y≥0.02)为硅藻门和蓝藻门，硅藻门以颗粒直链藻、颗粒直链藻最窄变种、梅尼小环藻、美丽星杆藻和尖针杆藻为主要优势种，优势度分别为0.026、0.080、0.021、0.022和0.111；蓝藻门以鱼害微囊藻、卷曲长孢藻、类颤鱼腥藻、阿氏拟鱼腥藻和小席藻为优势种，优势度分别为0.073、0.081、0.110、0.028和0.052(表1)．毗邻武宁县城河段的A和B点藻类分别为22和20种，以蓝藻和硅藻为优势藻类，而自然河段C和D点藻类分别为18和12种，以蓝藻为优势藻类．另外，毗邻城市(武宁县城)河段的A点和B点的生物量和细胞丰度分别为0.39～0.51 mg/L和4.1×106～5.4×106cells/L，远高于自然河段的C和D点的0.26～0.46 mg/L和2.7×106～3.7×106cells/L(图2)．

表1 柘林水库浮游藻类物种代码、名称和优势度

图2 柘林水库4个采样点的细胞丰度和生物量Fig.2 Cell density and biomass of four sampling sites in the Zhelin Reservoir

2.2 Chl.a浓度的空间分布

纵向上自上游至下游，柘林水库水体Chl.a浓度在毗邻武宁县城河段(A和B点)和自然河段(C和D点)表层差别显著，自然河段Chl.a浓度稳定在2 μg/L左右，毗邻城市河段高达5.8 μg/L，是自然河段的2.9倍(图3)，这与上面所述的浮游藻类生物量和细胞丰度的分布基本一致．

图3 柘林水库水体Chl.a浓度的纵向分布Fig.3 Longitudinal distribution of chlorophyll-a concentration in the water of Zhelin Reservoir

垂向上，4个采样点水体的Chl.a浓度剖面均出现了次表层叶绿素最大值现象(subsurface chlorophyll maximum，SCM)．其SCM均出现在3～8 m，除A点外，其余3个点从3～8 m开始急剧下降，10 m以下稳定在1.5～2 μg/L(图4)．其中，B点SCM(10.29 μg/L)出现在3.2 m，平均垂向浓度为4.19 μg/L，SCM层累积Chl.a占垂向水体的74.1%．A点SCM(4.2 μg/L)出现在2.78 m，垂线平均值为3.61 μg/L．C点SCM(2.51 μg/L)出现在2.17 m，垂线平均值为1.78 μg/L，SCM层累积Chl.a占垂向水体的27.8%．D点SCM(2.75 μg/L)出现在2.33～7.26 m，垂线平均值为1.99 μg/L，SCM层累积Chl.a占垂向水体的25.2%(图4)．

2.3 环境因子的空间分布

2.3.1 生源要素的空间分布及其与Chl.a浓度的相关关系 纵向上自上游至下游，DIN浓度在自然河段(C和D点)和毗邻城市河段(A和B点)表层差别不大，均稳定在0.69～0.84 mg/L．而DIP在毗邻城市河段的浓度(23～36 μg/L)远大于自然河段(7～12 μg/L)，是自然河段的3倍左右，从B点到D点，表层DIP浓度下降了72%．DSi浓度沿程不断减少，由A点的4.82 mg/L下降到D点的3.8 mg/L(图4)，下降了21%，C点由于北岸巾口水的注入而升高到4.48 mg/L．

垂向自表层至底层，随Chl.a浓度的垂直变化，营养盐浓度呈现独特变化．DIN、DIP浓度均在表层和Chl.a浓度的SCM层呈现较小值，而在Chl.a浓度的SCM层下达到最大，然后又不断减少，至10 m以下逐渐稳定；而DSi浓度除B点外均自表层至底层不断增加，增加幅度10%～12%(图4)．

另外，水深0～10 m的Chl.a浓度与DIN、DIP和DSi浓度的相关系数分别为0.154、0.814和0.140(图5)．

2.3.2 环境要素的空间分布 从纵向上表层水体来看，自上游至下游，上游毗邻城市河段与自然河段(C和D点)WT差别不大，均在20～24℃之间；TD从上游向下游不断增加，从A点的5.1 NTU增加到D点的13 NTU；DO浓度从上游向下游总体呈增加趋势，从上游毗邻城市河段(A和B点)的10.2～10.8 mg/L增加到下游自然河段(C和D点)的11.5～12.0 mg/L(图4)；从上游到下游流速从0.2 m/s降低至0.1 m/s．从上游向下游SD总体呈升高趋势，A点水深2.8 m，可见底，B、C和D点的SD分别为4.4、7.8和8.1 m．

垂向上0～5 m，各点出现温跃现象，WT急速下降，下降幅度大于1.5℃/m，5～20 m缓慢下降，下降幅度为0.3℃/m左右，20 m以下WT稳定在11℃左右；上游毗邻城市河段(A和B点)水体TD不断增加，而自然河段(C和D点)在0～5 m各点TD均不断降低，5～7 m以下又不断升高；DO浓度的垂向变化与Chl.a浓度剖面类似，在SCM层存在DO浓度的最大值(图4)．

图4 柘林水库水体Chl.a浓度与环境因子的垂向分布Fig.4 Vertical distribution of chlorophyll-a concentration and environment variables in the water of Zhelin Reservoir

图5 柘林水库水体Chl.a浓度与营养盐浓度的相关关系Fig.5 Interrelation of chlorophyll-a concentration and nutrition concentrations in the water of Zhelin Reservoir

2.4 水库营养状态

柘林水库上、中游4个站点水体DIN、DIP和DSi浓度的平均值分别为0.83 mg/L、13.89 μg/L、4.44 mg/L．水库N∶P比值均在26以上，最高达116．因此，柘林水库N∶P比值远高于Redfield比例(16∶1)，说明水库中DIN相对比较充足，而DIP为限制因子．

柘林水库自上游而下A、B、C、D 4个站点的综合营养状态指数(TLI(∑))分别为37.30、43.65、33.04、32.20，平均为36.55，介于30～50之间，属于中营养型水体．

3 讨论

3.1 藻类与环境因子的冗余分析

柘林水库主要藻类(细胞丰度>1000 cells/L)有34种，平均细胞丰度为39×104cells/L，平均生物量为0.41 mg/L，其细胞丰度和生物量均较低，不及同季节的千岛湖[29]，远远小于5月初的洞庭湖和鄱阳湖[30-31]．藻类优势度的结果表明硅藻门和蓝藻门为主要优势藻类，冗余分析表明这2种藻类组成与营养盐和WT等环境因子有密切关系(图6)，经Monte Carlo置换检验所有排序轴均达到显著水平(P<0.05)，说明排序结果可靠，具体关系如下：6个变量在两主成份轴上共解释了74.9%的浮游藻类变率，其中在第1轴为42.8%，在第2轴为32.1%．12种硅藻(占80%)、5种绿藻(占55.6%)和1种裸藻(占50%)的细胞丰度沿着DSi与DIN浓度的方向排列，DSi浓度与第1轴的相关系数为0.733，与第2轴的相关系数为-0.181；DIN浓度与第1轴的相关系数为0.601，与第2轴的相关系数为-0.342，表明硅藻和绿藻的生长更依赖DSi和DIN．这是因为Si元素是构成硅藻骨架和外壳的必需元素，其生长发育对DSi的需求敏感所致．5种蓝藻(占71.4%)、5种硅藻(占33.3%)、2种绿藻(44.4%)、2种甲藻(占100%)和1种隐藻(占100%)的细胞丰度沿着DIP浓度和WT的方向排列，呈现出正相关关系，DIP浓度与第1轴的相关系数为-0.202，与第2轴的相关系数为0.911，WT与第1轴的相关系数为0.345，与第2轴的相关系数为0.671，表明蓝藻、甲藻的生长更多依赖DIP和较高的WT．这是因为在同等营养条件下，多数蓝藻、甲藻对磷的获取、储存能力大于其他藻类，使水体中DIP浓度降低，抑制其他藻类生长[3,32]，而且其最适生长WT较高[33](高于大多数硅藻和绿藻)，柘林水库表层WT均接近25℃，高温有利于蓝藻优先生长，成为优势藻类．另外，TD和DO浓度等因子与大多数藻类细胞丰度的方向夹角大于90°(图6)，而且与第1、2轴相关系数小于0.45，说明TD和DO浓度对藻类组成的影响较小．上述分析表明，相比于其他环境因子，柘林水库中DIN浓度、DIP浓度、DSi浓度和WT可能对藻类组成有更多的影响和控制作用．本次藻类与优势种的调查结果与2012-2013年的调查结果一致，均表明柘林水库藻类以蓝藻和硅藻为优势藻类[3]．其中蓝藻门的类颤鱼腥藻和硅藻门的尖针杆藻是富营养化乃至发生水华事件的主要藻类．

图6 浮游藻类(细胞丰度)与环境因子的RDA排序图Fig.6 Correlation plots of RDA on the relationship between the environment variables and cell density of phytoplankton taxa

3.2 Chl.a浓度与环境因子的相关分析

3.2.1 人类排放对Chl.a和营养盐浓度的影响 上游毗邻武宁县城河段(A和B点)水体的Chl.a浓度垂向均值(4.0～5.8 μg/L)明显高于下游自然河段(C和D点，约2 μg/L)(图3)，这表明人类排放对Chl.a浓度变化有显著的影响．B点DIP浓度(23～36 μg/L)也远高于自然河段(C点和D点，7～12 μg/L)，这说明武宁县城向柘林水库排放了大量的营养盐，导致毗邻武宁县城河段藻类物种的多样性、生物量显著增加(表1)，Chl.a浓度也显著增加(图3、4)．

3.2.2 Chl.a浓度的SCM特征及与营养盐浓度垂向分布的关系 柘林水库水体Chl.a浓度有显著的SCM现象，SCM层深度为3～8 m，厚度为2～7 m，SCM层占整个水体的25.2%～74.1%(图4)．另外，《中国湖泊志》曾报道镜泊湖等少数深水湖泊生物量的垂向分层现象[18]．近期滦河流域潘家口水库、新安江水库和抚仙湖也报道了显著的SCM现象[34-36]．SCM最早报道于海洋研究中，指弱混合(层化)水体中，叶绿素浓度最大值出现在海面以下一定深层．柘林水库与其他湖泊和水库中的SCM现象表明，SCM也是湖泊和水库普遍存在的现象，但是SCM层的深度和厚度比海洋小．

柘林水库水体营养盐浓度随Chl.a浓度垂向变化而变化的特征表明，Chl.a浓度的垂向变化导致营养盐浓度变化．在表层和SCM层藻类吸收DIN、DIP，致使其浓度减少；SCM层的下层尽管仍有藻类吸收DIN、DIP，但SCM层死亡的大量藻类分解的DIN、DIP的沉降效应，导致其浓度增加；然后随沉降效应减弱，DIN浓度减小，DIP浓度略有减小(图4)．而DSi浓度自表向底不断增加的特点表明，尽管表层和SCM层藻类也吸收DSi致使其浓度减少，该层内的藻类死亡后，并不能快速溶出释放DSi，从而SCM层的下层并未出现因DSi沉降累积效应而出现最大值，DSi和DIN、DIP吸收及分解的差异，以及沉积物界面的再释放导致其最大值出现在底部(图4)．

另外，柘林水库水体N∶P值均在26以上，最高达116．而Redfield定律表明，浮游藻类的生长繁殖对无机氮和磷酸盐的摄取基本按照16∶1的比例进行[37]．因此，柘林水库水体N∶P远高于Redfield比例，说明水库中DIN相对比较充足，而DIP为限制因子．另外，深度10 m以上的水体Chl.a浓度与DIN、DIP和DSi浓度相关系数分别为0.154、0.814和0.140(图5)，这表明柘林水库水体Chl.a浓度的分布也受到DIP浓度的影响．

3.2.3 Chl.a浓度与WT、DO浓度和TD的垂向分布关系 首先，Chl.a浓度在水体垂向3～8 m出现明显的SCM层，而WT在0～5 m出现明显的温跃层，表明SCM层与WT温跃层基本一致，SCM层发育在WT温跃层内或者下部(图4)．这说明SCM层发育与WT温跃层有密切关系．其次，在SCM层，DO浓度达到最大值，而在其上层和下层，DO浓度均减少，这说明Chl.a浓度的垂直分布控制了DO浓度的分布(图4)．其机理即为SCM层藻类的大量生长，释放出大量的氧气，导致DO浓度增加并达到最大值．另外，TD在0～5 m呈现不断降低的趋势(图4)，这种现象主要是调查期间漂浮的大量花粉随深度减少所造成．在5 m以下，TD基本稳定(图4)．B点5 m以下TD升高主要是底层泥沙的再悬浮所造成．C点的TD在12～20 m出现峰值，其原因可能是温跃层的存在限制了物质向下传递，从而北岸巾口水的注入由于介质不同(WT不同)形成平面射流，从而在此层内累积，导致汇入区出现12～18 m的高浊度区(图4)．

3.2.4 柘林水库水体Chl.a浓度的SCM层发育机理 Chl.a浓度的SCM现象早在1935年就有报道[38]，1958年Sverdrup用真光层深度(Zeu，表面光强减到1%的深度)与混合层深度(Zmix，水体温度或密度沿深度变化很小的垂直混合充分的水层)的比值变化描述湖泊SCM的产生机理，提出比值的临界值理论，当水体Zeu/Zmix高于临界值(混合层深度浅于临界层深度)，藻类迅速生长，反之则抑制其生长[39]．该理论广泛用于探讨水库SCM的机理[40-41]．该理论的本质是浮游植物初级生产力与水体垂向层化稳定度的关系，而水体垂向层化稳定度的核心是温跃层的存在与否[42-43]，水库中SCM形成首先有赖于温跃层的存在与否，温跃层阻碍水体的上下混合交换，在层内形成相对静止稳定的环境[44]；其次浮游植物对弱光的适应原理导致大部分种类的藻类在位于水体表面光强1%～12%的水下层(光饱和层)光合作用最强[45-47]；另外温跃层内营养盐自底部向上的输送及营养盐沉降累积，导致温跃层内尤其是下部区域营养盐的富集，为藻类生长提供了充足的营养来源[48]．上述温跃层、藻类对弱光的适应原理及营养盐富集机制相互作用，致使海洋、湖泊与水库中普遍存在Chl.a浓度的SCM现象．从上述讨论可以看出，对于柘林水库而言，柘林水库温跃层的存在也是与Chl.a浓度的SCM层发育密切相关，温跃层的存在造成层内稳定静止的环境，同时也阻碍了营养盐的上下交换，致使营养盐在沉降作用下在层内出现富集(图4)．另外，由于水库光衰减系数远比海洋(0.04～0.2)要高，如果假定水库光衰减系数为0.6，水表面光强(调查时为晴天)为100000 lux，根据光衰公式(Lambert-Beer Law)[49]：Id=I0·ekd(Id为深度d处的光强，I0为水表层晴天光照，k为光衰系数)，则光强衰减到10%的深度约为4.6 m．因此，根据浮游植物对弱光的适应原理，柘林水库浮游藻类在水下4.6 m左右光合作用最强．因此，本研究表明，温跃层是水库SCM发育的前提，藻类对弱光的适应性是SCM发育的生态学基础，而温跃层内营养盐富集机制是SCM发育的物质基础，三者相互作用，形成SCM现象．

3.3 水库的自净能力及营养盐的过滤器效应

柘林水库水体Chl.a和DIP浓度从B点到C点不断减少，但C点至D点基本稳定(图3、4)，说明尽管水库接纳了来自县城排放的大量DIP等营养盐，造成了藻类的大量繁殖，但是经过18 km长的河段(B～C段)的自净，藻类与水质都达到稳定．另外，营养状态评价表明柘林水库整体处于中营养状态．上述分析说明柘林水库的自净能力非常强，一个人口40万的县城，经过初级处理的废水排入水库，经过18 km长的弱流动水体(流速0.1 m/s)的自净，水体水质便达到稳定．

水库的自净能力的本质是藻类吸收消化营养盐，导致营养盐产生了显著的生物过滤器效应，即营养盐通过浮游藻类的吸收，固定于藻类中，并随藻类沉降沉积于库内．首先，水库的自净表明水库对氮和磷均产生了吸收固定作用，但是垂向分布也表明，藻类在沉降过程中，具有明显的分解释放氮、磷的现象，导致SCM层下水体的DIP和DIN浓度出现最大值，这说明水库尽管有吸收固定氮、磷的现象，但大部分又在藻类沉降过程迅速释放回归水体，并没有随沉降藻体沉积于库内，因此水库对氮和磷的过滤器效应不显著．

但是对于DSi而言，其纵向不断减少表明水体中DSi浓度不断减少(减少21%)(图4)．其垂向上(除B点外)不断增加的趋势表明，水体上层吸收固定DSi能力大于下层，而且藻类沉积过程没有显著溶出再释放DSi的现象，因此上层被吸收固定的DSi均随藻体沉降而沉积于库内．DSi垂向累积计算表明，如以底层DSi浓度为河流原始浓度，则垂向上，经藻类吸收固定的DSi约为11%～12%(C和D点)(图4)．这种垂向上DSi的吸收固定正是导致DSi从上游向下游不断减少的原因．综合评价，柘林水库生物过滤器效应导致21%的DSi滞留于库内．这种水库的DSi滞留现象也是其他成千上万水库的普遍现象，导致长江入海DSi通量自1960 s以来下降了2/3，导致河口营养盐比例失调，生态结构改变[50-51]．

3.4 水库富营养化水平

柘林水库4个站点水体的DIN和DIP浓度平均值分别为0.69～0.84 mg/L和7～36 μg/L，根据国家水质标准[52]，调查期间干流区域水体水质良好，属于III类水体．江西省环境保护科学研究院于2012年8月-2013年7月对柘林水库16个监测点的调查数据表明：DIN浓度全年平均在0.65 mg/L左右，DIP浓度全年平均在30 μg/L左右，其中4月份的DIN浓度约0.6 mg/L，DIP浓度约20 μg/L[1,3]．本次调查与2012-2013年度的调查结果基本一致．其次，本次调查的营养状态指数均介于30～50之间，说明调查期间干流水域属于中营养型水体，也与2012-2013年度调查结果一致[1,3]．另外，柘林水库水体TN、TP浓度和营养状态指数自2008年以来呈现不断减小的趋势，其主要原因是流域污染治理水平的提高[1,3]．

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Distribution, relationship and significance of phytoplankton, chlorophyll-a and environment variables in spring season of the Zhelin Reservoir, Jiangxi Province

LI Yimiao, LI Maotian**, AI Wei, LUO Zhang, HU Jin & HOU Lijun

(StateKeyLaboratoryofEstuarineandCoastalResearch,EastChinaNormalUniversity,Shanghai200062,P.R.China)

Zhelin Reservoir is a large canyon-reservoir in the midstream of the Yangtze River, and the storage capacity is 79.2×108m3and length is 115 km. Through measurements on a moving vessel and at fixed-point sites in the Zhelin Reservoir in April, 2015, the distribution of phytoplankton, chlorophyll-a (Chl.a) concentration and main environment variables (including dissolved inorganic nitrogen (DIN), dissolved inorganic phosphorus (DIP), dissolved silicon (DSi), water temperature, turbidity, dissolved oxygen (DO)) were analyzed. The redundancy relationship of phytoplankton taxa and environmental variables was analyzed using the software CANOCO 4.5. The results showed that, 1) the reservoir water was categorized as a middle-status in nutrients. There were 34 main phytoplankton species in the surface (the cell density of which exceeding 1000 cells/L), and the average biomass of reservoir was 0.41 mg/L. The dominant algae (dominance be equal or greater than 0.02) were the diatoms and cyanobacteria. DIN, DIP, DSi and water temperature can impact on the structure of algae, and the four factors were explained for more than 60% variation of the algal structure. 2) The reservoir had a significant phenomenon of subsurface chlorophyll maximum (SCM). The depth of SCM appears at the water depth from 3 to 8 m, and the thickness is about 2-7 m. The Chl.a in the SCM layer is 25.2%-74.1% among the total in the vertical. The algae in the SCM layer absorbed the nutrients, resulting in decreased concentrations of DIN, DIP and DSi and the increased DO concentration. 3) The reservoir had significant biological and biochemical filtering effect for the DSi. About 11% to 12% DSi were absorbed by organisms in the middle and upper area of in the reservoir, and accumulating about 21% DSi was absorbed by algae from upstream to downstream. 4) Nitrogen and phosphorus emissions by human activities have a serious impact on the ecology and water quality of the reservoir and the adjacent county region. The concentrations of Chl.a and DIP in the region is about 2.9 times and 3 times higher than that in the natural region of the reservoir, respectively.

Phytoplankton; chlorophyll-a; subsurface chlorophyll maximum; biological and biochemical filtering; Zhelin Reservoir

； E-mail：mtli@sklec.ecnu.edu.cn.

*国家自然科学基金项目(41271520)和国家重点研发计划项目(2016YFA0600904)联合资助． 2016-05-11收稿；2016-09-05收修改稿． 李懿淼(1992～)，男，硕士研究生； E-mail：liyimiao@foxmail.com.