苏烟水库浮游植物研究及水体营养化评价

罗淞元

（玉林水文中心，广西 玉林 537000）

浮游植物是水环境监测中指示水体水质状况的敏感物质，其种群结构、密度、生物多样性等能很好地反映水环境质量变化情况，是评价水域环境的重要指标[1]。近年来，随着全球性环境气候的变化，作为城市主要水源地的湖泊水库，水生态监测备受人们关注。将水库浮游植物的变化与水体理化项目结合，对水体环境进行综合分析，可以对水库水质变化尽早做出预警。

苏烟水库位于广西玉林市玉州区大塘镇苏烟村，是玉林市城区生活饮用水的主要水源地，坝址以上集雨面积14.7 km2，总库容为1934万m3，设计供水规模为10万m3/d，约占城区日供水量的80%。长期以来，因为上游生活污水、农业化肥、水土流失等产生的面源污染影响，水库受到一定程度的污染。苏烟水库曾在2009年8月发生过蓝藻水华，对玉林市城区供水安全构成很大的威胁。按2021年1月～9月不同时间段，本文分别对苏烟水库的浮游植物群落结构特征、季节性变化规律、浮游植物多样性指数以及水体富营养化因子进行综合分析、评价，了解苏烟水库的水生态现状，以期对确保水库水质水环境安全提供参考。

1 材料与方法

1.1 采样时间和样品采集

根据玉林当地气候环境，分别于2021年冬季（1月）、春季（4月）、夏季（7月）和秋季（9月）在苏烟水库坝首进行采样，时间均为每个月初采样当天09：00～10：00时间段。

浮游植物定量采集方式：定量样品用有机玻璃采样器进行采集，采样时将采样器放到水面下约1 m处，采集1 L水样于深色塑料瓶中，加入适量的鲁哥试剂固定，带回实验室静置48 h后，浓缩至30 mL。取0.1 mL浓缩水样进行镜检计数。本次镜检采用的是徕卡光学显微镜，数据统一用Excel表格进行编辑计算。

1.2 监测项目

监测项目包括水温、透明度、pH值、总氮、总磷、高锰酸盐指数、叶绿素a、浮游植物密度（见表1）。

表1 水体监测项目检测信息

4 5 6 7 8总磷总氮叶绿素a透明度浮游植物密度（104cells/L）《水质 磷酸盐和总磷的测定连续流动-钼酸铵分光光度法》（HJ 670-2013）《水质总氮的测定碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法》（HJ 636-2012）《水质叶绿素a的测定分光光度法》（HJ 897-2017）《透明度的测定透明度计法、圆盘法》（SL 87-1994）《内陆水域浮游植物监测技术规范》（SL 733-2016）连续流动注射分析仪141464紫外可见分光光度计076813090003紫外分光光度计076813090003塞氏圆盘徕卡显微镜（DM4B）43421

1.3 浮游植物鉴定[2]

1.3.1 浮游植物密度计算

将浓缩后的定量样品充分摇匀，用移液枪准确移取0.1 mL样品到计数框内，盖上玻片后在10×40倍显微镜下进行鉴定、计数。浮游植物密度计算（以1L水样计）方法为：

式中：N为1L水样中浮游植物密度，cells/L；As为载玻片计算框面积，mm2；Fs为每个视野的面积，mm2；Fn为每片计数过的视野个数；U为1 L水样浓缩后的体积，mL；U0为计数框体积，mL；Pn为经计数的浮游植物个数。

根据浮游植物密度的高低评价水华程度，其分级标准[3]见表2。

表2 基于浮游植物密度评价的水华程度分级标准

1.3.2 浮游植物优势种

藻类群落组成分析法鉴定到属，计算各种藻类种数量占比Pi，确定优势种。优势种对生物群落结构影响较大，当鉴定出的藻类Pi＞15%时，均为浮游植物优势种[4]，计算公式为：

式中：Pi为1 L水样中第i种浮游植物所占比例；Ni为第i种浮游植物密度，cells/L；N为1 L水样中浮游植物密度，cells/L。

1.4 浮游植物状况评价[5]

湖泊一般采用多样性指数进行浮游植物状况评价。浮游植物多样性指数在一定程度上可以判断水库浮游植物群落结构或生态系统的稳定性。本文选用Shannon-Wiener指数H、Margalef丰富度指数M和Pielou均匀度指数J对水库进行多样性评价。

1.4.1 Shannon-Wiener指数H

Shannon-Wiener指数H值越高，说明藻类群落结构越复杂，生态系统的稳定性越大，水质越好；而当Shannon-Wiener指数H值减小，说明水体受到一定的污染，群落结构趋向单一化，生态系统的稳定性变差，水体质量有所下降。计算公式为：

式中：S为浮游植物属数；Pi为第i个物种的相对密度。

1.4.2 Margalef丰富度指数M

Margalef丰富度指数，用于不同环境中生物的的多样性比较，敏感性好。计算公式为：

式中：S为浮游植物属数；D为浮游植物的个体总数。

1.4.3 Pielou均匀度指数J

均匀度指数J能很好地表现出物种的均匀度。计算公式为：

式中：H为Shannon-Wiener指数；S为浮游植物属数。

水库浮游植物营养状态分级标准见表3。

表3 水库浮游植物营养状态分级标准

1.5 水体营养状态评价

水库营养状态采用指数法进行评价，评价项目有总磷、总氮、叶绿素a、高锰酸盐指数和透明度，运用线性插值法将水质项目浓度值转换成赋分值，按照营养状态指数EI大小来确定水库营养状态分级。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。

水库营养状态评价标准及分级方法[6]见表4。

表4 水库营养状态评价标准及分级方法

2 结果与分析

2.1 水库浮游植物群落结构

2021年1月～9月不同季节当中，在苏烟水库共检出浮游植物7门54种，以绿藻门和硅藻门为主，其中绿藻门最多，共24种，占总数的44.4%；硅藻门15种，占总数的27.8%。其次为蓝藻门8种，占总数的14.8%；裸藻门、隐藻门和甲藻门均为2种，均占总数的3.7%，最少的是金藻门，检出1种，占总数的1.9%。苏烟水库浮游植物种类组成见图1。

图1 苏烟水库浮游植物种类组成

浮游植物群落结构的季节性变化明显（见图2）。1月份种类最多，共鉴定出7门40种，其中绿藻门最多，为15种，占总门数的37.5%；4月份鉴定出6门31种，其中硅藻门最多，占41.9%；7月份种类最少，仅鉴定出6门28种，其中绿藻门为优势类群，占50%；9月份鉴定出6门37种，其中绿藻门占51.3%。由此可见，除了春季（4月）硅藻门种类最多外，其他季节（1月、7月、9月）的优势类群为绿藻门。

图2 浮游植物群落结构季节性变化

2.2 浮游植物密度及优势种类

不同的季节，由于温度、水量等其他外界因素的影响，浮游植物的密度及优势种类也不同，苏烟水库浮游植物密度状况见表5。由表5可以看出苏烟水库2021年1月～9月浮游植物各门类密度所占比例差异较大。在浮游植物种类中，春冬两季（1月和4月），硅藻门生长旺盛，数量最多，夏秋两季（7月和9月），绿藻门数量最多，优势明显。其中冬季（1月）硅藻门密度高达357.6×104cells/L，占总量的62.4%，其次为蓝藻门和绿藻门，分别占15.5%和13.8%，优势种为硅藻门的星杆藻；春季（4月）硅藻门密度为141.6×104cells/L，占总量的47.7%，绿藻门和隐藻门相当，各占31.6%和33.3%，优势种为硅藻门的直链藻；夏季（7月）绿藻门997.8×104cells/L，占总量的90.1%，占绝对优势，优势种为绿藻门的肾形藻，其他各门藻类较少；秋季（9月）绿藻门为360.6×104cells/L，占总量的80.1%，优势明显，其他各门藻类较少，优势种有两种，分别为绿藻门的角星鼓藻和叉星鼓藻。

表5 苏烟水库浮游植物密度状况104 cells/L

从水库浮游植物总密度来看，季节变化明显。其中夏季（7月）水库浮游植物密度最高，达到1108×104cells/L，其次冬秋两季（1月、9月），分别为573×104cells/L和450×104cells/L，春季（4月）最小，仅为297×104cells/L。根据藻密度的高低评价水华程度，夏季（7月）水华风险评价为轻度水华，优势类群为绿藻门，其他季节（1月、4月和9月）为无明显水华。一般来说，浮游植物是通过细胞分裂速度和叶绿素生产力的改变来适应水体温度的变化，当温度出现变化有利于浮游植物的生长时，细胞分裂速度增加，浮游植物生物量也随之增长。所以当温度较高时，尤其是夏季和秋季，适合浮游植物生长，要注意防范苏烟水库发生绿藻水华。

2.3 浮游植物生态状况分析

浮游植物多样性指数分析及营养状态评价见表6。

表6 浮游植物多样性指数分析及营养状态评价

（1）Shannon-Wiener指数H。Shannon-Wiener指数H值排列为春季（4月）＞秋季（9月）＞冬季（1月）＞夏季（7月），变化范围在1.23～2.80之间。其中，春季4月份浮游植物的Shannon-Wiener指数H最大，为2.80，营养状态评价为中营养，夏季7月份最小，仅为1.23，营养状态评价为中～富营养。不同季节的Shannon-Wiener指数H表明：春季期，气候温度适合部分藻类生长，苏烟水库浮游植物多样性指数大，群落结构复杂，水体营养状态良好，水生态系统稳定性好；从春季到夏季过程中，气温上升，敏感型种类消失，多样性指数减小，浮游植物群落结构趋于简单，水库水生态系统的稳定性变差，水体质量有所下降。

（2）Margalef丰富度指数M。Margalef丰富度指数M值排列为冬季（1月）＞秋季（9月）＞春季（4月）＞夏季（7月）。其中冬季（1月）Margalef丰富度指数M最大，达到5.16，营养状态评价为贫营养，表明该月份水库浮游植物物种数目多，丰富度大，水质较好；夏季（7月）Margalef丰富度指数最小，仅为3.59，营养状态评价为中～富营养，表明夏季苏烟水库浮游植物物种减少，较为单一；春季（4月）和秋季（9月）Margalef丰富度指数M分别为4.34和4.92，营养状态评价均为中营养。

（3）Pielou均匀度指数J。Pielou均匀度指数J值排列为春季（4月）＞秋季（9月）＞冬季（1月）＞夏季（7月）。夏季（7月）Pielou均匀度指数J最小，仅为0.37，营养状态评价为中～富营养；秋季（9月）和冬季（1月）Pielou均匀度指数J相差不大，分别为0.77和0.65，营养状态评价为中营养；春季（4月）Pielou均匀度指数J最大，为0.82，说明种群均匀度最高，水库评价为贫营养状态。Pielou均匀度指数表明，苏烟水库在春季期具有更均匀的物种数目存在。

苏烟水库不同季节（1月～9月）Shannon-Wie⁃ner指数H、Margalef丰富度指数M和Pielou均匀度指数J指标的变化趋势均相似，表明夏季（7月）水库的营养状态均为中～富营养；其他季节（1月、4月和9月）营养状态评价为中营养或贫营养，综合评价为中营养。浮游植物多样性指数能够反映水库的营养状态，此次研究采用浮游植物多样性指数3项指标对营养状态进行评价，均能说明水库从春季到夏季其营养状态趋势从中营养过渡到中～富营养。

2.4 富营养化因子评价

水库富营养化程度主要以总磷、总氮、高锰酸盐指数、叶绿素a和透明度为评价指标，其中必评项目为叶绿素a。水库水体营养状态指数EI随时间变化情况见图3，从图3可以看出，春季期（4月）水库的营养状态指数EI比其他月份的营养状态指数EI略高，水库营养状态指数EI变化范围在41.6～44.5之间，最大值出现在春季（4月），营养状态指数EI为44.5，最小值出现在夏季（7月），营养状态指数EI为41.6。根据《地表水资源质量评价技术规程》（SL 395-2007）水库营养状态评价标准及分级方法，苏烟水库各个季节当中，水库营养状态评价均为中营养。

图3 苏烟水库1月～9月水体营养状态指数变化情况

3 结果与讨论

（1）本次苏烟水库研究调查共检出浮游植物7门54属，夏季浮游植物种类小于其他季节，优势门以绿藻门和硅藻门为主，生物多样性指数变化不大。冬季优势种为硅藻门的星杆藻，春季种群优势种硅藻门的直链藻，夏季种群优势种为绿藻门的肾形藻，秋季种群优势种为绿藻门的叉星鼓噪和角星鼓藻。夏季浮游植物密度明显大于其他季节，水华风险评估为轻度水华，其他季节为无明显水华。

（2）多样性指数分析中，Shannon-Wiener指数H变化范围为1.23～2.80，Margalef丰富度指数M为3.59～5.16，Pielou均匀度指数J为0.37～0.82；营养状态指数EI为41.6～44.5。结合浮游植物Shan⁃non-Wiener指数H、Margalef丰富度指数M和Pielou均匀度指数J以及富营养化因子评价，苏烟水库水体处于中营养到中～富营养的临界状态。特别是夏季，营养状态处于中～富营养状态，初具水华爆发的条件。因此，有关部门应引起重视，加强对苏烟水库的水生态保护，科学治理，遏制水体富营养化程度的发展，确保苏烟水库供水用水安全。

4 建议

苏烟水库作为玉林最大的饮用水源地，前期（2010年）保护治理水环境的工程措施（沼气池，库前人工湿地，库中生物浮床）对水库水质起到一定的改善作用，但是如今水库水体仍处于中～富营养的临界状态，显然这些工程措施没有从根本上达到消除污染、标本兼治的目的。在苏烟水库水环境尚未完全恶化，富营养化及水华尚未爆发前，建议在现有的工程设施基础上，继续完善建设立体式的生物生态链治理技术保护工程。将苏烟水库二库生物浮床覆盖区通过设置水中软体墙，对水质较差的部分水域进行隔离，形成相对独立的区域，并在区域内布设人工介质、生态网膜和微生物附着基等，通过定期清除其中的附着物来降低水中营养盐浓度；另外，在库区内水质营养化程度较高的区域，适量投放水生动物（如鲢鱼、鳙鱼等），有利于抑制藻类的疯长，从而提高水库透明度，维护水库水生态系统的稳定性。