浮游植物对退水渠水污染生态的影响

郭 鹏

(新宾县水务局，辽宁 抚顺 113200)

随着人类对河流水资源的过度开发，河流退水渠已经受到不同程度的污染，严重影响周围人们的日常生活和城市的良好发展[1- 2]。水生植物群落能够参与河流的能量流动和物质循环，可以准确反映水体的水质状况，弥补了水体理化指标在水质评价上的不足[3- 4]。近年来，以浮游植物作为生物监测评价水质污染水平，在国内外得到了广泛应用，但尚缺乏退水渠尺度关于浮游植物群落结构与水质状况评价的研究。上夹河水渠发源于新宾满族自治县境内分水岭，由东向西流经5个乡镇，由于沿渠工农业的发展，建筑垃圾与生活垃圾越来越多，水资源污染日益严重。为全面了解退水渠内浮游植物群落结构及水质现状，本文运用浮游植物群落调查和水质指标，对退水渠水质污染情况进行了综合评价，旨在为河流水生态系统监测和健康评估提供科学依据。

1 实验材料与方法

1.1 监测点设置

根据上夹河水渠考核点位监测，自西向东共设置5个监测点，如图1所示。

图1 上夹河监测点分布

1.2 浮游植物的采集

用2L有机玻璃采水器分别采集0～60cm，100～160cm深的水样，并量取500mL倒入采样瓶中加入鲁哥氏液进行现场固定。静置48h后，用虹吸管抽取不含藻类的清液，剩余沉淀物转入50mL定量瓶中；再用上述清液少许冲洗三次沉淀器，冲洗液转入定量瓶中，并加入2%的甲醛溶液进行保存。清液浓缩至20mL，在显微镜下进行观察、分类以及鉴别，随后进行计数统计，密度计算如下[5]：

(1)

式中，n—计数所得浮游植物的数目；V—测试水样量，mL；Va—计数框的体积，mL；Vs—1L浓缩后的体积，mL；Ac—计数面积，mm2；A—计数框面积，mm2；D—浮游植物密度，个/L。

依据GB 3838—2002《地表水环境质量标准》中水质监测情况和基本项目，参考《水和废水监测分析方法》的有关要求，对水质指标pH值、透明度(SD)、溶解氧(DO)、化学需氧量(COD)、氨氮、总氮(TN)、总磷(TP)进行分析测定，采用氧化还原测定仪和总有机碳分析仪对ORP和TOC采用测定，金属镉、铅通过ICP-OES进行测定[6- 8]。

1.3 评价方法

采用Pielou均匀度指数(J)和Shannon-Wiener多样性指数(H′)评价水体的水质状况，计算浮游植物优势度(Y)确定优势种，计算公式如下[9- 10]：

(2)

(3)

(4)

(5)

式中，fi—第i个物种出现的频率；Ni—第i个物种的个体数；N—同一种样品的个体总数；S—种类数。J值若大于0.8为无污染，0.5～0.8为轻度污染，0.3～0.5为中度污染，0～0.3为重度污染；H′值若大于3.0为无污染，2.0～3.0为轻度污染，1.0～2.0为中度污染，0～1.0为重度污染；当Y≥0.02时，确定为优势种。

采用湖泊综合营养指数对SD、TP和TN进行富营养化程度评价[11]，计算公式如下：

TLI(SD)=-19.41ln(SD)+51.8

(6)

TLI(TP)=16.24ln(TP)+94.36

(7)

TLI(TN)=16.94ln(TN)+54.53

(8)

(9)

式中，Wi—第i种参数相关权重；TLI(i)表示第i种参数的营养状态指数；TLI(Σ)—综合营养状态指数。若TLI(Σ)>70为重度富营养；60

依据GB3838—2002，采用单因子指数法对水体水质状况及其污染程度进行评价[12- 13]。项目实测值超过Ⅴ类标准值时即为超标，单因子指数法公式如下：

(10)

式中，Ii—单因子指数；Ci—第i种评价因子的观测值；Si—第i种评价因子的评价标准值。

根据《城市黑臭水体整治工作指南》，将黑臭水体分为“重度黑臭”和“轻度黑臭”两个级别[14]，分级标准见表1。

表1 城市黑臭水体污染程度分级标准

注：*表示水深不足25cm时，该指标按水深的40%取值。

2 结果与分析

2.1 浮游植物种类组成分析

各监测点浮游植物种类组成，如图2所示，由各监测点浮游植物种类组成来看，金藻门、隐藻门、甲藻门和裸藻门种类较少，主要为绿藻门、蓝藻门、硅藻门三大门类，其中绿藻门种类数最多，裸藻门和蓝藻门在各个监测点分布较均匀，种类数相差不大；硅藻门在监测点1#和5#种类数居多；在监测点2#和5#处没有发现金藻门。

图2 各监测点浮游植物种类组成

各监测点浮游植物群落密度统计结果，见表2。可以看出，5#测点离污染源较远，水面开阔，浮游植物密度较低；4#测点的浮游植物密度最大，主要是由于测点流速适中，气温适中且光照充足，非常适宜藻类的生长与繁殖。各监测点浮游植物密度分布从大到小的顺序为4#>3#>1#>2#>5#。硅藻门密度最大，占浮游植物总密度的30.01%。

表2 上夹河各监测点浮游植物群落密度分布 单位：个/L

2.2 优势种统计结果分析

各监测点优势种及优势度统计见表3。浮游植物优势种共有12种，优势种群与营养状态的对应关系一般为：隐藻门代表贫、中水体，绿藻门和蓝藻门代表重富营养水体，绿藻门和硅藻门代表富营养水体，硅藻门代表中富营养水体。由表3可知，主要优势种群为绿藻门、蓝藻门、硅藻门，指示为中-重富营养状态。

表3 各监测点优势种及优势度统计

2.3 多样性指数与均匀度指数评价结果

各监测点均匀度指数(J)和多样性指数(H′)计算结果，见表4。浮游植物Pielou均匀度指数在0.86～1.73之间，平均值为1.168。根据指数评价，5个监测点中3#和4#为重度污染，其余监测点为中度污染。浮游植物Shannon-Wiener多样性指数在0.32～0.48之间，平均值为0.40，为中度污染。

表4 上夹河各监测点多样性指数

2.4 富营养化评价结果分析

各监测点富营养化指数见表5。监测点4#的SD和TP指数及综合富营养化指数最高，已经达到重度富营养化状态；而监测点1#、2#、3#和5#处于中度富营养化状态；监测点1#为起始位置，表明从上游就处于中度富营养化状态，之后处于重度富营养化状态，最后又处于中度富营养化状态，主要是附近工业废水与医药废水的排入导致了中-重度富营养化状态，这与浮游植物群落评价结果相吻合。

表5 各监测点富营养化指数

2.5 水质指标测定结果分析

各监测点水质参数统计结果见表6。可以看出，监测点3#的TN、氨氮、COD均超标，主要是由于该测点临近居民区，受人类生活的干扰较大，导致TN测定值均超过Ⅴ类限值；测点2#、3#和5#的氨氮均超标，测点1#、3#和4#的COD均超标。因此，该退水渠水体属于劣Ⅴ类，可能是由于附近工业废水、企业医药废水和居民生活污水未经处理直接排入河流。

表6 各监测点水质参数统计结果

注：表中“—”处表示该断面水质参数未超标。

各监测点黑臭水体指标参数统计结果见表7，各监测点黑臭水体指标均未超标，表明水体没有出现黑臭现象。

表7 黑臭水体指标参数统计结果

2.6 相关性分析

浮游植物群落指数与水质指标的相关关系见表8。可以看出，镉、铅、COD、透明度、pH值与浮游植物密度和种类数呈显著性相关。其中SD与浮游植物总种类数呈显著正相关，与绿藻门密度呈显著正相关；COD与浮游植物总种类数呈显著负相关，与绿藻门种类数呈显著负相关；铅与浮游植物总密度呈极显著负相关，与硅藻门密度呈显著负相关；镉与裸藻门种类数呈显著负相关，与裸藻门密度呈极显著负相关。因此，镉、铅、COD、透明度是影响上夹河浮游植物群落结构的主要水质指标。

表8 浮游植物群落指数与水质指标间的Pearson相关性分析

注：“*”表示在P﹤0.05水平上显著相关。

3 结论

上夹河退水渠浮游植物丰富，浮游植物总密度为2.56×105个/L，主要优势种群为绿藻门、蓝藻门、硅藻门，为富营养型水体；黑臭水体评价结果显示退水渠未发生黑臭现象；Pielou均匀度指数和Shannon-Wiener多样性指数评价结果为退水渠处于中-重度污染状态，超过Ⅴ类水质指标的有TN、氨氮和COD；Pearson相关性分析表明，镉、铅、COD和透明度是影响植物群落的主要指标，流域水环境现状与优势种评价结果相一致。该研究结果说明浮游植物能够准确反映水体的水质状况，弥补了水体理化指标在水质评价上的不足，能够为上夹河退水渠生态系统的健康评价提供数据和理论依据。