南丹县天生桥水库浮游植物与水环境营养状态分析

狄 瑜，高何凤，陈何潇，李 杨，覃炳醒

(1.广西壮族自治区环境保护科学研究院，南宁 530022;2.广西博环环境咨询服务有限公司，南宁 530000)

引 言

浮游生物是水库生态系统中重要的生物类群之一，主要包括浮游植物和浮游动物，在水库生态系统物质循环和能量流动中发挥着重要作用[1-2]。浮游生物的群落组成、丰富度、优势种群、生物多样性等与水体的营养程度密切相关，是评价水质污染及营养水平的重要指标[3～8]。随着水体污染程度的加剧，浮游生物群落结构、种群数量及多样性也发生改变。通过研究水体浮游植物群落结构、多样性、丰富度和均匀度指数的变化，客观分析流域水体水质营养状态[9～17]。

到目前为止，尚未对南丹天生桥水库浮游植物群落结构特征与水体营养化进行任何研究报道。本文结合天生桥水库水质监测和流域浮游植物群落结构调查，初步研究水库浮游植物群落结构特征与水体营养化的关系，针对水库水质营养化水平，提出改善水质的防治措施，为天生桥水库水环境保护和污染治理提供依据。

1 调查分析方法

天生桥水库属于龙江流域，位于南丹县城西北15 km处的城关镇关上村摩岜屯大村河谷上(下图)。天生桥水库大坝建于1978年9月，1980年投入运行。水库坝址以上集雨面积98.9 km2(含岩溶汇流区39.7 km2)。天生桥水库正常蓄水位664.50m，总库容402万m3，是一座以灌溉为主，兼顾发电、防洪等综合利用的小(1)型水利工程。

图 天生桥水库采样点分布Fig. Sampling sites of Tianshengqiao reservoir

1.1 调查范围及采样断面

根据水库分布的特点，主要调查水库淹没区回水点上游2 km至坝址下游2 km水生生态环境，分别在水库库尾上游200m处(库尾上游)、水库坝址上游80m处(库区内)和水库坝址下游1 500m处(坝址下游)，设置3个采样点(见表1和上图)，并于2017年12月采取水质样品，于2018年1月采取水生生物样品。

表1 水生生物和水质采样点一览表Tab.1 The list of sample sites for phytoplankton and water quality

1.2 调查方法

1.2.1 浮游生物采集与鉴定

定性用25号生物网采集浮游植物，并分别用卢戈氏碘液和甲醛溶液固定，带回室内观察分类。定量用2 500 mL采水器采水样，取1 000 mL用卢戈氏碘液固定，带回室内沉淀24 h，用虹吸法弃上清液，留30 mL沉淀浓缩液定量计数。

浮游植物定量：将浓缩液摇匀后吸取0.1 mL样品置于0.1 mL计数框内，在显微镜下按视野法计数。每个样品2次，取其平均值。每升水样浮游植物数量的计算公式如下：

(1)

式中：N为一升水样中浮游植物的数量(ind/L)；Cs为计数框的面积(mm2)；Fs为视野面积(mm2)；Fn为每片计数过的视野数；V为一升水样经浓缩后的体积(mL)；v为计数框的容积(mL)；Pn为计数所得个数(ind)。

1.2.2 水样采集与分析

水样采集与分析根据《地表水和污水监测技术规范》和《水和废水监测分析方法》(第四版)规定的方法，在每个采样点采集水样，监测总氮(TN)、总磷(TP)、高锰酸盐指数(CODMn)、叶绿素a(Chla)、透明度(SD)等水体指标。

1.3 浮游植物群落特征指数

生物学指标采用Shannon-Wiener 多样性指数(H)、Margalef 丰富度指数(D)和Pielou均匀度指数(J)对浮游植物多样性进行评价[18-19]。浮游植物多样性指数评价标准：H：H>3为清洁，23指示轻污染或无污染，10.5为轻污染或无污染，0.3

(2)

D=(S-1)/lnN

(3)

J=H/lnS

(4)

式中，S为物种数目，N为群落中同类物种个体总数，ni为第i种的个体数。

1.4 富营养化评价

采用综合营养状态指数TLI(Σ)[20-21]来评价水库的富营养化状况，并用0～100的一系列连续数字对湖泊营养状态进行分级评价。评价分级：TLI(Σ) <30，贫营养；30≤TLI(Σ)≤50，中营养；5070，重度富营养。

(5)

式中：TLI(Σ)为综合营养状态指数；wj为第j种参数的营养状态指数的相关权重；TLI(j)为代表第j种参数的营养状态指数。

2 结果与分析

2.1 浮游植物

2.1.1 种类组成

调查发现浮游植物有31种，隶属于5门27属，其中绿藻门和硅藻门各13种，占41.9%；蓝藻门3种9.6%；隐藻门和黄藻门各1种，各占3.3%。浮游植物呈现出河流浮游植物群落组成特征，以硅藻-绿藻为主。1#采样点以小个体的舟形藻为优势种，2#和3#采样点以个体稍大的针杆藻为优势种。从浮游生物的生活习性看，以浮游藻类为主，共23种，占74.2%，固着种类只有8种，占25.8%。

2.1.2 浮游植物密度和生物量

根据镜检结果，按公式(1)计算出浮游植物的密度和生物量，见表2。

表2 浮游植物密度和生物量Tab.2 The density and biomass of phytoplankton

从生物量和密度看，密度为1#>2#>3#；生物量为2#>1#>3#。1#采样点位于库尾上游，流速较大，浮游植物密度最大。2#采样点位于库区内，流速缓慢；3#采样点位于坝址下游，水量小，为浅水环境，故3#采样点浮游植物密度最小。而2#采样点有机物丰富，生物量最大。

2.1.3 浮游植物多样性分析

按公式(2)～(4)计算浮游植物多样性指数，浮游植物多样性水平分布变化见表3。

表3 浮游植物群落特征指数Tab.3 The biodiversity index of phytoplankton community structure

浮游植物群落从Shannon-Wiener多样性指数(H)、Margalef丰富度指数(D)和Pielou均匀度指数(J)来看，1#～3#采样点变化趋势相同，均呈现为3#(坝址下游)>1#(库尾上游)>2#(库区内)。

2.2 理化参数及富营养化评价

天生桥水库水质执行《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅲ类标准，本文采用单项水质参数评价方法中标准指数法，对2017年12月天生桥水库水质监测数据进行对标分析，具体监测结果见表4。评价结果表明，除了2#采样点总磷超过《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅲ类标准的湖库水质标准外；其余各采样点水质参数监测值均满足《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅲ类标准要求。

表4 天生桥水库水质监测结果Tab.4 The water quality monitoring results of Tianshengqiao rReservoir

高锰酸盐指数CODMn作为有机污染的指标，当其超过4 mg/L时，表示水体已受到有机污染[19]。而本次调查的3个采样点CODMn均低于4mg/L，表明水库水体受有机污染影响不大。根据国内有关湖泊富营养化评价标准，结合综合营养状态指标，1#和3#采样点水质现状为贫营养，2#采样点水质现状为贫～中营养，其中综合营养状态指数均呈现相同变化趋势：2#>1#>3#。

2.3 讨论

天生桥水库库尾上游和库区内Shannon-Wiener多样性指数(H)分别为1.32和1.15，水质受到中度污染；坝址下游Shannon-Wiener多样性指数(H)为2.18，水质受到轻度污染。天生桥水库库尾上游和库区内Margalef丰富度指数(D)分别为2.79和2.61，水质受到中度污染；坝址下游Margalef丰富度指数(D)为3.40，水质受到轻度污染。天生桥水库库尾上游和库区内Pielou均匀度指数(J)为分别为0.43和0.39，水质受到中污染；坝址下游Pielou均匀度指数(J)为0.69，水质受到轻度污染。依据多样性指数、丰富度指数和均匀度指数对天生桥水库浮游植物进行评价，3个指标结果一致，表明天生桥水库库尾上游和库区内处于中度污染水平，坝址下游为轻度污染水平。

根据综合营养状态指标计算结果分析，天生桥水库库尾上游水质为贫营养、库区内水质为贫～中营养、坝址下游水质为贫营养。3个采样点水体受到一定程度的有机污染，但影响不大，受影响较大的为库区内水体，其次库尾上游水体，影响最小是坝址下游水体。综合营养状态指数的变化趋势与多样性指数变化趋势一致，即3#(坝址下游)>1#(库尾上游)>2#(库区内)。

与国内外研究结果基本一致，均表明浮游植物的多样性指数、丰富度指数、均匀度指数可用于水体营养状态的评价，浮游植物群落特征变化过程与水环境因子存在密切联系，浮游植物多样性指数越高，水体富营养化程度越低，水质受污染程度越低，水质状况越好；反之多样性指数较低，水质越差[8～10,16,22-23]。

3 建议与措施

根据相关规划，将对南丹县天生桥水库进行扩容，该水库主要任务调整为以供水、灌溉为主，为南丹县城和车河镇提供生活用水。针对现状天生桥水库库区水体贫～中营养化水平，为了有效保证水库的饮用水水源功能和水质安全，必须采取有力措施对整个库区进行综合防治。

3.1 划定饮用水水源保护区

水库扩容运行后，相关部门应根据《中华人民共和国水污染防治法》(2018年)、《广西壮族自治区饮用水水源保护条例》(2017年)和《饮用水水源保护区划分技术规范》(HJT338-2018)等的保护要求，及时划定饮用水水源保护区，设立饮用水水源保护区界标、交通警示牌、告示牌和宣传牌等，完善饮用水源保护体制和管理机制，对水库水源进行保护与管理。

3.2 建立环境监测体系

建立环境监测体系，在定期观测水体水质变化情况，建立水质监测、预测预报工作，为水库环境保护提供准确的信息，建立健全水源地突发环境事件预警体系和应急反应体系。

3.3 库区底泥治理

底泥在一定程度上会吸附氮、磷等污染物，同时在一定条件下会重新释放污染物，产生二次污染，引起库区水体富营养化[24]。应及时清理库区底泥沉积物和残留物，并开展卫生清理和消毒工作，有效治理内源污染。

3.4 生活面源治理与控制

重点控制库区周围村屯生活污水，要求村屯统一配套污水处理设施和收集管网，未设置化粪池的农户补设化粪池，将村屯化粪池处理后的生活污水统一收集，纳入污水处理设施处理达标后，将处理后尾水引到水源保护区以外进行排放或用于水源保护区以外林地灌溉。加强库区周边村屯生活垃圾管理，要求对村屯生活垃圾统一收集，定期清运至当地生活垃圾处理场所处理，禁止向库区上游大村河和库区内倾倒生活垃圾。

3.5 农业面源治理与控制

禁止在水源保护区内禁止开展规模化和专业户畜禽养殖。水源保护区内的分散式畜禽养殖圈舍应尽量远离取水口，禁止向水体直接倾倒畜禽粪便和污水。对于水源保护区以外可能对水源产生影响的畜禽养殖，参考《畜禽养殖业污染防治技术规范》(HJ/T81-2001)采取污染防治措施，鼓励种养结合和生态养殖，推动畜禽养殖业污染物的减量化、无害化和资源化处置。

严格控制库区周边农药、化肥等的使用品种和数量，积极发展生态农业，科学施肥，节水灌溉，减少农田退水，降低化肥、农药的入河量。

禁止饮用水水源保护区内网箱养殖。

4 结 论

4.1 天生桥水库浮游植物Shannon-Wiener多样性指数、Margalef丰富度指数、Pielou均匀度指数和营养化变化水平均呈现相似的趋势，即坝址下游>库尾上游>库区内，指数数值越高，水体富营养化水平越低，水质受污染程度越低，水质状况越好，反之水质越差。

4.2 本文对天生桥水库流域浮游植物群落特征和水质营养化状态进行的调查研究成果，为天生桥水库水资源管理和水生态保护提供理论依据。