广东省茂名地区各类型水库水生态环境状况及影响因子分析

陈文波

（广东省水文局茂名水文分局，广东 茂名，525000）

水库是人工湖泊，是人类通过在山沟或者河流的狭口处建造河坝来实现拦洪蓄水和调节水流的水利工程建筑物。水库具有防洪、蓄水灌溉、供水、发电等功能。根据库容大小，可将水库划分为大型（库容≥1.0亿m3），中型（0.1 亿 m3≤库容＜1.0 亿 m3）和小型（0.001 亿m3≤库容＜0.1亿m3）。在广东省水库中，富营养化及蓝藻水华问题影响水库供水安全，已成为水库日常管理中存在的主要问题[1]。浮游植物的生长受水文、水温、光照和水体中营养盐的影响，水体富营养化与浮游植物的组成及分布密切相关[2-4]。茂名市处于广东粤西地区，属于热带亚热带季风气候，各类水库数量众多，区域降雨量季节性变化明显[5]。对茂名地区的水文环境、营养盐状态、浮游植物组成及富营养化状态进行调查及分析，对各类水库的水环境状况进行评价和分类，可为茂名市各类水库水资源管理提供数据参考。

1 材料与方法

1.1 调查地点及时间

选取7座广东茂名地区的各类大小水库进行调查，各水库的分布见图1。其中大型水库3座，中型水库3座，小型水库1座。在每个水库的湖泊区设置一个采样点，于2019年～2020年间的2月、5月、8月和11月进行季度采样，共调查8次。水库基本情况见表1。

图1 茂名市调查水库分布示意图

表1 茂名被调查水库基本情况

1.2 样品采集及分析方法

水质指标：pH值、水温、透明度、氨氮、总氮、总磷、高锰酸盐指数、叶绿素a及浮游植物采样、保存及分析方法按《水环境监测规范》（SL 219-2013）、《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）、《内陆水域浮游植物监测技术规程》（SL 733-2016）及《水库藻类监测原理与方法分析》[6]执行。

富营养化评价方法根据《地表水资源质量评价技术规范》（SL395-2007）中第5部分湖库营养评价，选用总磷、总氮、高锰酸钾指数、叶绿素a及透明度5项指标，对相应的指标数据进行赋分值，计算公式为：

式中：EI为营养状态指数；En为评价项目赋分值；N为评价项目个数。

浮游植物优势种是根据每个种的优势度（Y）来计算，计算公式为：

式中：ni为某个种的丰度或生物量；N为所有种的丰度或生物量之和；fi为某个物种在本次区域调查所有位点中的出现频次。浮游植物生物量计算方法参照《淡水浮游生物研究方法》[7]。数据分析采用SPSS 19.0软件。

2 结果与分析

2.1 水文分析

调查期间，各水库不同时期之间的降雨量变化较大，变化范围为：0mm～537.30mm，如图2所示，季节性变化明显，每年的5～8月份为降雨高峰期，该段时期降雨量占全年总降雨量的88.72%。各水库间总降雨量分布也不均，其中热水水库月平均降雨量为132.31mm，为7座水库中月平均降雨量最小的水库。月平均降雨量最高的水库为黄沙水库，月平均降雨量为236.16mm。

图2 调查期间各水库降雨量变化

2.2 水体理化环境分析

2.2.1 水温、透明度与pH值

调查地区属于热带亚热带气候，调查期间7座水库水体温度常年较高，水温变化范围为：22℃～32℃。各种类型水库同期水温差异不大（p＞0.05），季节性变化明显，2019年至2020年调查期间最低水温均出现在2月份，分别为20.06℃和22.36℃。最高水温出现在每年的8月份，分别为30.07℃和29.84℃，各类水库水温季节性变化均相似。各水库的透明度变化范围为：0.60m～2.90m，其中各类水库的透明度差异较大，3座大型水库的透明度均值最高（2.16m），其中良德、石骨和罗坑水库透明度均值分别为2.20m、2.35m和1.93m；中型水库透明度均值最低（1.52m）；小型水库（名湖水库）透明度均值为1.55m。但是各类水库透明度季节性变化不明显，最大值出现在2020年11月的良德水库（2.90m），最小值出现在2019年2月的河角水库（0.60m）。各水库的pH均值为7.71，其中最小值出现在2019年5月的河角水库（4.86），最大值出现在2020年5月的石骨水库（8.84）。除中型水库河角水库外，其他各类水库pH相对较稳定，季节性变化不明显（详见表2）。

表2 调查期间各水库水温、pH值和透明度的变化

2.2.2 营养盐

调查期间，水库氨氮的变化范围为：0.02mg/L～1.43mg/L，平均值为0.13mg/L。其中，中型水库氨氮均值最高（0.22mg/L），小型水库氨氮均值次之（0.10mg/L），大型水库的氨氮均值最低（0.07mg/L）。总氮的变化范围为：0.31mg/L～2.99mg/L，平均值为 0.73mg/L。其中，总氮均值最高的是河角水库（1.36mg/L），最低的是良德水库（0.49mg/L），调查期间各水库总氮的变化与氨氮变化相似，中型水库总氮均值最高，小型水库次之，大型水库最低，总氮均值依次为：0.92mg/L，0.68mg/L和0.55mg/L。总磷变化范围为：0.01mg/L～0.19mg/L，平均值为0.03mg/L，其中，中型水库总磷均值最高（0.05mg/L），大型水库和小型水库总磷浓度均值均为0.01mg/L。高锰酸盐指数变化范围为：1.00mg/L～4.20mg/L，平均值为2.10mg/L。中型水库高锰酸盐指数均值最高（2.75mg/L），大型水库次之（1.68mg/L），小型水库最低（1.41mg/L）。各类水库的营养盐组成差异较大，中型水库各项营养盐数据均高于其他各类型水库，大型水库良德、石骨、罗坑和小型水库名湖水库的营养盐浓度相对较低（详见表3）。

表3 调查期间各水库营养盐的变化 mg/L

2.2.3 叶绿素a

调查期间，叶绿素a的变化较大，变化范围为1.87μg/L～55.61μg/L，平均值为 14.03μg/L。叶绿素 a浓度均值最高的为河角水库，最低为名湖水库，其浓度均值分别为24.30μg/L和4.81μg/L。叶绿素a季节性变化较明显，其中夏季浓度均值最高，为18.11μg/L，秋季浓度均值最低，为10.97μg/L（详见图 3）。

图3 调查期间叶绿素a浓度变化

2.2.4 富营养状况

根据富营养化指数EI，对本次调查期间7座水库不同时期的富营养状态进行划分，如表4所示。本次调查的水库营养状态基本处于中营养或中度富营养状态，其中大型水库良德、石骨和罗坑水库的富营养程度较低，均处于中营养状态，而中型水库河角、热水及黄沙水库富营养化程度较高，处于轻度或中度富营养水平，小型水库名湖水库富营养程度也高，处于中度富营养水平。水库营养状态有一定的季节性变化，在夏季的时候EI均值较其他季节略高，秋季时EI均值略有降低。

表4 调查期间各水库的富营养指数EI

3 浮游植物组成及季节动态变化

3.1 浮游植物组成及优势种变化

本次调查共采集到浮游植物7门70属（种），其中绿藻种类最多，共检测出32属，其次分别为硅藻14属，蓝藻11属，裸藻5属，甲藻4属，金藻3属及隐藻1属。常见种有微囊藻（Microcystis sp.）、蓝纤维藻（Dactylococcopsis）、鱼腥藻（Anabaena flos-aquae）、色球藻 （Chroococcus）、拟柱孢藻（Cylindrospermopsis raciborskii）、 小 球 藻 （Chlorella vulgaris）、 栅 藻（Scenedesmussp.）、 美 丽 胶 网 藻（Dictyosphaerium elegans）、角星鼓藻 （Staurastrum sp.）、颗粒直链藻（Aulacoseira granulata）、小环藻（Cyclotella sp.）、针杆藻（Synedra sp.）、曲克藻（Achnanthes sp.）和微小多甲藻（Peridinium sp.）。

调查期间浮游植物优势种变化较大，优势种及优势度详见表5，2019年2月、5月、8月及2020年5月和8月的优势种均为蓝藻，且优势度相对较高，其他2个月份的优势种为绿藻。

表5 调查期间浮游植物优势种

3.2 丰度变化

2019年至2020年间，7座水库的浮游植物丰度变化较大，变化范围为 0.07×106ind./L～8.45×107ind./L，均值为8.18×106ind./L。浮游植物丰度季节性变化明显，其中夏季各水库的丰度均值最高（2.90×107ind./L），冬季最低（7.90×106ind./L）。黄沙和热水水库2个水库的浮游植物丰度均值最高，河角水库和罗坑水库次之，良德、石骨和名湖水库浮游植物丰度均较低（详见图 4）。

图4 调查期间各水库浮游植物丰度变化

3.3 浮游植物季节动态变化

不同水库浮游植物组成随着季节变化具有差异，其中大型水库（良德和石骨水库）浮游植物组成随着季节性变化波动较小，水库浮游植物组成为相对稳定的绿藻-蓝藻-硅藻型，大型水库（罗坑水库）浮游植物组成随着季节性变化波动较大，浮游植物组成由早期的绿藻-硅藻型向蓝藻-硅藻型变化。各中型水库浮游植物变化差异较大，没有明显的规律，其中黄沙水库蓝藻比重在整个调查期间均在缓慢上升，浮游植物组成由早期的绿藻-硅藻型向蓝藻-绿藻型变化；河角水库的浮游植物变化过程与黄沙水库相反，其蓝藻比重随着调查时间的进行而慢慢降低，由早期的蓝藻型向后期的绿藻-硅藻型变化；热水水库浮游植物组成由早期的硅藻-绿藻-蓝藻型向绿藻-蓝藻型变化，后期呈现较稳定的蓝藻-绿藻-硅藻型。小型水库（名湖水库）浮游植物组成变化较大，在调查初期水库类型为绿藻-硅藻型，向绿藻-甲藻型变化，调查末期演替为绿藻-蓝藻-硅藻型。本次调查的各水库的浮游植物组成均随着季节性变化呈现出动态变化过程。调查期间，罗坑、黄沙、热水及河角水库的蓝藻比重平均值分别为88.89%、77.16%、48.75%和37.03%，蓝藻比重相对较高，蓝藻水华发生的风险相对其他水库较大（详见图 5）。

图5 不同水库各季节浮游植物丰度组成百分比

3.4 相关性分析

将各水库调查期间的水文、营养盐和浮游植物等10个指标进行相关性分析（详见表6）。各水库的EI值、蓝藻比重与营养盐浓度呈显著性正相关（p＜0.05），EI值与透明度呈现显著性负相关（p＜0.05）。水体营养盐浓度决定水库富营养状态，营养盐浓度越高，水体富营养化程度越高，浮游植物丰度也越高。水体透明度越高，水体富营养化状态越低，浮游植物丰度也就越低。对大型水库良德和石骨水库各指标进行相关性分析，在这类型水库中蓝藻比重和透明度呈现负相关（p＜0.05），而 EI值与降雨量呈现显著性正相关（p＜0.01），浮游植物丰度与总磷浓度呈现显著性正相关（p＜0.05）。中型水库中黄沙水库蓝藻比重与透明度之间无显著性相关（p＞0.05）和降雨量之间呈现显著正相关（p＜0.05），但其EI值与和降雨量之间无显著正相关（p＞0.05）。名湖水库浮游植物丰度、蓝藻比重与降雨量和水温之间无显著相关性（p＞0.05）。

表6 Pearson相关性分析（样本数n=56）

4 讨 论

本次调查的7座水库均存在不同程度的水质污染，调查期间各水库均处于中营养或者中富营养状态，超标因子主要是TN和TP。而当湖泊型水体中总氮高于0.20mg/L，总磷高于0.02mg/L时，水体更容易发生富营养化[8-9]，其中各水库总氮浓度在调查各时期均高于0.20mg/L，中型水库河角、黄沙、热水水库常年总磷浓度均高于0.02mg/L，因而这些水库更容易富营养化。

水温、透明度、营养盐等决定了水体中浮游植物的生长与繁殖，透明度反应水体的透光能力，其能力大小直接影响浮游植物光合作用，因此透明度越高且营养盐越低的水体，其浮游植物丰度越低，水库富营养化程度越低。其中蓝藻最适温度范围为25℃～35℃[10]，相对其他藻类而言，蓝藻对高温的耐受能力更强。且蓝藻中丝状藻类容易在光照较低或者光照限制的水体中形成优势[11-12]。调查期间，茂名地区水温除夏季平均水温均值为29.96℃，其他季节水温均值为24.89℃，而河角、黄沙、热水水库透明度均不超过2m，水体中丝状蓝藻很容易形成优势种，蓝藻水华的风险较大。

水体富营养化主要原因有自然因素和人为因素，山区源头地区水库受人为因素干扰相对较小，靠近平原城市的水库受人为干扰因素较大。对于大型水库良德水库和石骨水库，因处于山区源头地区，其人为干扰相对较小，调查期间水体均处于中营养状态，浮游植物群落结构相对稳定，主要是绿藻-蓝藻-硅藻型，浮游植物丰度生长主要受总磷浓度影响较大。降雨量的变化对该类水库的富营养化状态影响较大，当库区内出现自然因素如降雨量突然急剧增加或者受人为调节导致水位变化较为巨大的时候，浮游植物群落结构会发生改变[13]。

大型水库（罗坑水库）和中型水库（河角、热水和黄沙水库）位于靠近茂名市电白区平原城乡，降雨等自然过程对其富营养化状态的影响程度弱于受人为因素干扰的影响，如农业污染、工业污染及城镇生活污水等对这类水库的干扰相对较强烈，从而导致其水库富营养化程度较高，受不同来源污染源影响，其中浮游植物群落结构变化过程较大型水库更明显，其中罗坑、热水和黄沙水库蓝藻比重呈逐年缓慢上升趋势，浮游植物群落结构均逐渐向蓝藻-绿藻型变化，调查期间这些水库浮游植物群落结构稳定性较差。

小型水库名湖水库为供水前置水库，该水库作为高州水库长距离供水的调节水库，流域面积较小且流域内大部分为高于地面或封闭式水渠，因此虽然名湖水库是靠近平原城市，但是人为干扰得到有效控制，因此名湖水库富营养化水平较低，其水体富营养化程度与良德和石骨水库相似，调查期间水库均处于中营养-轻度富营养状态。名湖水库建设面积相对较小，较小的水库进水口到出水口间距离较短，受人为调控的影响，水体进水出水频次较高，因此名湖水库进水口到出水口之间的水体结构类似于流速较慢的河流状态，浮游植物群落呈现多样动态变化。

水库富营养化防治是一个复杂的系统工程，涉及水库性质、水文环境、污染源来源和运行模式等，以及与之相关政策法规的制定和执行力度。同一地区各类水库的自身特性并不太相似，因此应当根据各水库自身特性对水库进行识别分类，根据各水库的特性因地制宜，采取与之对应有效的方法进行富营养化的防治。

5 结 论

调查期间，大型水库良德、石骨和罗坑水库均处于中营养状态，中、小型水库河角、热水、黄沙及名湖水库处于轻度或中度富营养水平，且总磷浓度常年均高于0.02mg/L，因而这些水库更容易富营养化。夏季各类水库富营养程度均有所增加，且各类水库浮游植物主要组成门类为蓝藻、绿藻和硅藻，优势种在不同季节存在差异，其中2019年2月、5月、8月及2020年5月和8月的优势种均为蓝藻，且优势度相对较高。随着季节的变化各水库浮游植物群落组成呈现动态变化，其中大型水库的变化程度相对较小，而中小型水库，特别是名湖水库，浮游植物群落组成变化程度较大。需根据各水库的特性因地制宜，采取与之对应有效的方法进行富营养化的防治。