水库浮游植物群落结构与富营养化评价

夏春龙

(辽宁省抚顺水文局，辽宁 抚顺 113005)

浮游植物分布广泛、种类繁多，是水生态系统的重要组成部分，能够反映水体的富营养化程度，对保持生物圈的稳定性和维持生态系统的结构具有重要作用。同时，浮游植物能够指示水体污染状况，并对水体净化有着积极的作用。近年来，水生态监测与评价备受关注，特别是湖泊水库中，将浮游植物群落结构、种类等与水质化学指标结合，得出水质评价结果将更客观、更科学，也得到了广泛的应用。

大伙房水库位于辽宁省抚顺市，是一座以灌溉、城市生活用水、工业供水、防洪为主结合发电、养鱼等综合利用的大型水利枢纽工程，是抚顺、沈阳等7城市的饮用水源地。由于近年来需水量不断增加，水库上游补给水量减少，不断通过输水工程补水[1]，上游生活、生产废污水随地表径流直接进入到水库中，导致水库生态环境发生变化，生态系统比较脆弱，水源保护形势严峻[2]。本文对2017年5月、7月2次大伙房水库浮游植物生态调查的数据进行分析，了解了大伙房水库浮游植物群落组成、密度范围、优势种和空间分布等情况，揭示大伙房水库富营养化程度，为水库的富营养化治理与调控、饮用水源风险分析提供必要的技术支持。

1 材料与方法

1.1 采样点布设及采样时间

根据大伙房水库的大小、形状、水文等特征，选取了9个采样点，分别为坝前(a)、小青岛(b)、二仙姑(c)、李家(d)、摩斯沟(e)、养殖场(f)、社河入库口(g)、苏子河入库口(h)、浑河入库口(i)，如图1所示。本次研究采样时间为2017年5月(春季)、7月(夏季)。

图1 大伙房水库藻类采样点

1.2 采样方法及镜检

按照SL 733—2016《内陆水域浮游植物监测技术规程》[3]进行采样，每个点采集定性和定量样品。定性样品采样方法：采用25号浮游生物网在表层按“∞”捞取，采集后加入1mL鲁哥试剂固定，在实验室显微镜下分类鉴定。定量样品采样方法：采用有机玻璃采样器在水面下0.5m处采集，采集后1L水样加入15mL鲁哥试剂固定，实验室静止沉淀24h后，浓缩水样至30mL，并摇匀后镜检计数。生物学指标评价[4]Margalef多样性指数(M)计算公式为：

M=(S-1)/lnN

(1)

式中，S—浮游植物种属数；N—总个数。

Shannon-Wiener多样性指数(H)计算公式为：

(2)

式中，S—浮游植物种属数；Pi—第i种藻类的比例。

1.3 富营养化评价

营养状态评价按照SL 395—2007《地表水资源质量评价技术规程》进行。水库营养状态评价采用指数法进行评价，赋分时采用线性插值法将监测项目浓度值进行赋分。评价项目包括总磷、总氮、叶绿素α、高锰酸盐指数和透明度。按营养状态指数(EI)确定水库营养状态分级：0≤EI≤20，贫营养；20

(3)

式中，EI—营养状态指数；EIn—评价项目赋分值；n—评价项目个数。

2 结果讨论

2.1 浮游植物群落组成

大伙房水库2次调查共采集鉴定到浮游植物8门48种(属)。春季，浮游植物群落共检出8门39种(属)，以硅藻和绿藻为主，其中硅藻门最多，为14种(属)，占藻类总种数的35.9%；绿藻门12种(属)，占藻类总种数的30.8%；蓝藻门6种(属)，占藻类总种数的15.4%；裸藻和金藻门各有2种，各占藻类总种数的5.1%；隐藻、甲藻和黄藻门各有1种，各占藻类总种数的2.6%，如图2(a)所示。夏季，浮游植物群落共检出8门41种(属)，以绿藻和硅藻为主，其中绿藻门最多，为17种(属)，占藻类总种数的31.7%；硅藻门15种(属)，占藻类总种数的29.3%；蓝藻门8种(属)，占藻类总种数的19.5%；金藻门4种(属)，占藻类总种数的9.8%；隐藻、裸藻、甲藻和黄藻门各有1种，各占藻类总种数的2.4%，如图2(b)所示。春季大伙房水库的优势种为硅藻门的针杆藻，出现概率为100%，该藻类在北方气候条件下较为常见[5]，第二优势种为绿藻门的衣藻，出现概率88.9%。夏季大伙房水库的优势种为硅藻门的针杆藻，出现概率为88.9%，第二优势种为绿藻门的衣藻，出现概率66.6%，个别站点出现优势种群小环藻。一般情况下，中营养型水库以硅藻、隐藻、甲藻类浮游植物占优势，富营养型水库则常以绿藻、蓝藻类浮游植物占优势[6]。由此判断，硅藻、绿藻和蓝藻成为优势种，说明大伙房水库水体已经处于中-富营养状态。

图2 春季(a)和夏季(b)浮游植物群落组成

2.2 浮游植物密度

大伙房水库浮游植物密度春季和夏季差异较大，特别是库区内。不同采样点春季、夏季浮游植物密度如图3所示。春季浮游植物密度在94.47×104～335.06×104个/L范围内，平均密度是211.17×104个/L，不同点位密度差异明显，a、f点位密度较大，c、d点位密度较小。夏季浮游植物密度范围在242.84×104～882.05×104个/L范围内，平均密度是494.36×104个/L，不同点位密度变化较大，a、f点位密度较大，g、h、i点位密度较小。库中心各点(a-f)春、夏季藻密度差别较大，入库口三个点(g-i)春、夏季藻密度差别较小。

图3 大伙房水库不同采样点藻类密度

浮游植物密度能够反映水体的营养类型。按照水库营养状态分级标准[7- 9]，见表1，春季大伙房水库各采样点均处于中营养状态，平均处于中营养状态；夏季b、c、g、h、i 5个采样点处于中营养状态，其余4点处于中至富营养状态，平均处于中营养状态，但接近中至富营养的临界值。

2.3 浮游植物多样性指数与分布特征

大伙房水库春季、夏季不同采样点位浮游植物多样性指数如图4所示。图4中y=2为Shannon-Wiener多样性指数中营养和中至富营养临界值；y=4为Margale多样性指数中营养和中至富营养临界值。

图4 大伙房水库浮游植物多样性指数

春季浮游植物Margalef多样性指数为3.93～4.40，平均4.19，a点最高，f点最低。春季浮游植物Shannon-Wiener多样性指数为1.45～2.08，平均1.78，a、i两点较高，分别为2.07和2.08，f点最低。两种多样性指数在空间分布趋势较一致。夏季浮游植物Margalef多样性指数为3.84～4.43，平均4.02，i点最高，b、d点指数相同，最低。夏季浮游植物Shannon-Wiener多样性指数为1.29～2.12，平均1.76，g、i两点较高，分别为2.11和2.12，c点最低。夏季两种多样性指数在空间分布趋势有差异。由此看来，大伙房水库春季和夏季浮游植物种类差别较小，各采样点生物多样性指数变化不大，群落以硅藻、绿藻为主，优势种群为针杆藻和衣藻。

多样性指数也能反映水库的营养状态。根据水库营养状态分级标准表1和图4，从Margalef多样性指数来看，春季只有f点为中至富营养，其余均为中营养，夏季除a、h、i点为中营养，其余均为中至富营养；从Shannon-Wiener多样性指数看，春季a、i点为中营养，其余均为中至富营养，夏季g、i点为中营养，其余均为中至富营养。总的来看，大伙房水库从春季到夏季，营养状态趋势从中营养过渡到中至富营养状态。

2.4 富营养化因子评价

水库的富营养化评价能够表征水中浮游植物的增长状况，能够反映水体的营养状态。富营养化程度主要以富营养化因子(叶绿素、总磷、总氮、高锰酸盐指数和透明度)为主要评价指标。叶绿素为必评指标，从水库营养状态分级标准表1可见，春季g点为贫营养，其余各点均为中营养，夏季f点为中至富营养，其余各点均为中营养。总体来看，以叶绿素指标评价，大伙房水库整体处于中营养状态。

大伙房水库各点位5月和7月的富营养化评价见表2。春季大伙房水库各采样点营养状态指数为46.41～54.43，平均49.57，最大点为f。夏季各采样点营养状态指数为45.63～56.85，平均50.68，最大点也是f。f点为养殖场区域，受养殖等人类活动影响较大，营养状态偏高。从富营养化因子角度看，大伙房水库春季偏中营养状态，夏季偏轻度富营养状态。结合以上浮游植物定性定量及多样性指数分析结果看，大伙房水库处于中营养到轻度富营养的临界状态，且夏季营养状态等级更高。

表2 大伙房水库各点位富营养化程度评价

3 结语

深入研究大伙房水库的浮游植物组成、结构、分布及季节变化规律，能科学的了解水生态现状，对水库的富营养化防治调控对策研究，水生态系统生生物多样性的保护具有重要意义和应用价值。

(1)两次调查共发现浮游植物8门48种(属)，夏季浮游植物种类略多于春季，但种类差别较小，生物多样性指数变化不大，均以硅藻、绿藻和蓝藻为主，优势种为针杆藻和衣藻。夏季浮游植物平均密度明显高于春季。

(2)综合浮游植物种类、密度、多样性指数等指标评价，并结合富营养化因子评价，大伙房水库水体处于中营养到富营养的临界状态，夏季营养状态等级更高。因此，急需加强对大伙房水库的水质改善和水生态治理，并采取有效治理措施，遏制其富营养化程度的发展，维护水生态的稳定性。