大连松树水库浮游植物特征及对环境因子的响应

杨瑞丰

(辽宁省大连水文局，辽宁 大连 116023)

松树水库坐落于大连市瓦房店松树镇境内，位于复州河上游，总库容为1.86亿m3，是一座以灌溉、防洪和城市供水为主，结合发电、养鱼等综合功能的大型水库，是大连市重要饮用水源地之一。

浮游植物作为水库生态系统中重要的组成部分，在维持水体稳定性及完整性等方面起着重要作用[1]。近年来，对水库及河流湖泊中浮游植物的研究较多，结果表明水环境对浮游植物的数量和组成有很大影响，但不同水体条件对其影响存在较大差异。孙祥等[2]发现水温、总磷、透明度是浮游植物时空差异的主要影响因子；吴文广等[3]研究表明温度、盐度、磷酸盐及硅酸盐浓度是影响浮游植物组成的重要因素；胡俊等[4]阐明总磷、溶解氧和氧化还原位对浮游植物群落结构存在显著的影响。一般而言，不同水体的浮游植物群落结构具有不同的特征[5]。松树水库的主要任务是为瓦房店周边地区供水，其生态环境的优劣直接关系到当地居民的饮水安全，但对该水库中浮游植物的结构特征鲜有报道。因此，本研究于2017年5—10月对松树水库浮游植物进行采集，同时全面检测了水文水质数据，并结合冗余分析分析了浮游植物与环境因子的关系。探讨松树水库浮游植物特征及对环境因子的响应，旨在为改善松树水库水生态环境，优化水库管理，做好水华事件预警提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 采样点布设

采样断面设在松树水库库中心(39°48′34.2″N、122°06′48.9″E)，在水库管理局协助下从船上获取样品。

1.2 样品采集与测定

于2017年5—10月，每月采集2次，共计12组样品。参照《内陆水域浮游植物监测技术规程》(SL 733—2016)，按要求采集藻类样品，进行定量和定性分析。现场采集1 L定量样品，加入鲁哥氏液保存，沉降48 h后浓缩至30 mL，在400倍显微镜下镜检分析。参照《中国淡水藻类》[6],对浮游植物进行鉴别分析。

1.3 理化指标检测

在采集浮游植物样品的同时，现场采用WTW便携式多参数水质分析仪(Multi 3430)测定水温、pH值和溶解氧(DO)，采用塞氏黑白盘测定水体透明度(SD)。其余指标在实验室检测，叶绿素a含量采用丙酮萃取分光光度法测定；总氮含量、总磷含量、氨氮含量、化学需氧量(COD)、5日生化量(BOD5)、高锰酸盐指数的测定方法参考《水和废水监测分析方法》。

1.4 水文气象数据

通过手持风速仪(Kestrel 5500)，现场测定气温、风速和风向。瓦房店地区降水量及松树水库水位和蓄水量由辽宁省大连水文局提供。

1.5 数据处理

采用Microsoft Excel 2010和Origin 8.5软件进行数据分析和图形绘制，利用CANOCO 4.5软件进行除趋势对应分析(Detrended Correspondence Analysis，DCA)和冗余分析(Redundancy Analysis，RDA)。所有数值先进行lg(x+1)转换，然后进行DCA分析，得出的物种单峰响应值小于3时进行RDA分析，否则采用典范对应分析(Canonical Correspondence Analysis，CCA)。

2 结果与分析

2.1 浮游植物变化特征分析

由表1可知，12次监测的浮游植物密度变动范围为383.2万～1 216.1万个/L，峰值出现在7月下旬，平均值为735.1万个/L。5月和6月硅藻门占优，7月上旬硅藻门和蓝藻门比例相当，7月下旬到9月下旬蓝藻门占优，10月后又恢复到硅藻门为主的状态。从浮游植物种类组成分析，硅藻门和绿藻门一直存在于水体中，绿藻门虽然不是密度最大的门类，但密度仅次于硅藻门和蓝藻门。隐藻门、甲藻门和裸藻门藻类密度较小，其中甲藻门和裸藻门所占比例均小于3%，而隐藻门仅在9月的两次监测中比例达到5%左右。

由表1可知，硅藻门密度变化较小，最大为469.3万个/L，出现在10月上旬，最小为106.6万个/L，出现在8月下旬；而蓝藻门变化明显，从5月上旬的未检出，到7月下旬高达1 024.7万个/L。蓝藻门的变化也直接影响到水体藻类的组成和密度大小，其占比随时间变化呈先升高再降低的趋势，7月下旬达到峰值，为84.26%，并持续1个半月比例均在80%以上，从9月开始逐渐减小，10月下旬已降至21.85%。硅藻门密度变化与蓝藻门呈相反趋势，在蓝藻门生长最旺盛期(7月下旬至8月下旬)，硅藻门密度降至最低，并在蓝藻门密度降低后逐渐恢复，10月后重新成为优势种。

表1 松树水库浮游植物密度变化

2.2 水质理化因子的影响分析

将表1中浮游植物密度进行DCA分析，响应值为0.738，小于3，结果呈线性模型，所以选择浮游植物密度和环境因子进行RDA分析。

将浮游植物密度与水质因子进行RDA分析，如图1显示，与藻类总数呈正相关的为BOD5、叶绿素a含量、水温和高锰酸盐指数，呈负相关的为总氮、氨氮、总磷含量和SD、DO、pH值、COD值，其中BOD5和叶绿素a含量的正相关性较好。总氮、总磷含量和透明度作为评价水体富营养化的重要指标，对松树水库中浮游植物总数的影响并不明显，但与硅藻门的密度呈明显的正相关关系，而水温和高锰酸盐指数的增加会导致蓝藻门密度的升高。

2.3 水文气象因子的影响分析

将浮游植物密度与水文气象因子进行RDA分析，如图2显示，蓝藻门的密度变化规律和藻类总数基本一致，气温是影响它的决定性因素，气温的升高会使蓝藻门大量繁殖，从而使藻类总数增加。同时藻类总数与风速呈负相关关系，绿藻门和硅藻门的密度与水位和蓄水量呈正相关关系。

图1 浮游植物密度与水质理化因子RDA排序

图2 浮游植物密度与水文气象因子RDA排序

3 讨论

3.1 浮游植物的季节性演替

从松树水库浮游植物的组成和密度上看，主要是以硅藻门和蓝藻门为主，其次为绿藻门，其他门类密度很小，这与国内许多水库浮游植物的组成相似[2,7-8]。整个水库浮游植物特征随季节性变化明显，藻类总数在夏季达到峰值，春秋季相对较低，优势种夏季以蓝藻门为主，春秋季为硅藻门。夏季温度升高，光照加强，有利于藻类的光合作用和繁殖，从而使藻类总密度增加。藻类密度是评价河流水库藻类丰度的重要指标。硅藻门通常以个体形式呈现，体积较大，如松树水库中常见的针杆藻、小环藻等；而蓝藻门多以成群的形式呈现，虽然体积较小，但数量众多，束丝藻、鱼腥藻和平裂藻在夏季常被鉴定为松树水库的优势种属。夏季是所有藻类的繁殖旺盛期，蓝藻门存在计数上的优势，因此更易成为优势种。

3.2 不同种类浮游植物的竞争关系

在硅藻门密度较大时段，蓝藻门密度较小甚至无法检出，而在蓝藻门生长最旺盛的夏季，硅藻门密度处于最低值，所以硅藻门和蓝藻门存在竞争关系。这是由于相比于硅藻门，夏季高温(25～35 ℃)更有利于蓝藻门的生长，而蓝藻门的大量繁殖极度消耗了水中的营养物质，导致硅藻门在此阶段生长受到抑制。同时有文献报道，蓝藻门代谢过程中释放的有机物质会影响硅藻类的生长[9]。

3.3 浮游植物与水质因子的相关性

RDA分析结果表明，藻类总数与BOD5和叶绿素a含量呈正相关关系，与透明度、pH值和溶解氧呈负相关关系。这是由于大量的有机质给藻类生长提供了充足的食物，藻类细胞合成增加，叶绿素a含量会有明显的提升，藻类的大量存在会降低透明度，同时在进行呼吸作用时消耗了水中的氧气，从而导致溶解氧下降，而pH值下降说明藻类在代谢过程中会产生酸性的物质。松树水库主要的藻类中，蓝藻门适宜高温和有机物质较多的水体，而高氮磷条件则利于硅藻门的生长。夏季高温，蓝藻门大量繁殖，消耗水中氮磷等营养元素，从而一定程度上限制了硅藻门的生长。如图1所示，总磷含量是影响硅藻门密度的决定性因素，其次是总氮和氨氮含量。虽然在松树水库监测的这半年期间并未发生水华等水污染事件，但是一旦氮磷等污染物过度排放，则有可能引起水华，而根据研究结果可知水华类型为硅藻门水华，因此可第一时间进行有针对性的治理。

3.4 浮游植物与水文因子的相关性

浮游植物自身的迁移能力有限，大风天气有利于藻类的扩散，从而使库中的藻类密度降低。水位和蓄水量对藻类总数的影响不大，但硅藻门和绿藻门对水位和蓄水量较为敏感。绿藻门和硅藻门相对更喜欢在水位高、水量大的库区繁殖，这与孙祥等[10]的研究结果一致。降水量的影响是综合性的，一方面会改变库区水位，另一方面会通过地表径流使氮磷等营养物质增多，透明度也会有显著降低。

3.5 库区藻类控制方法

由于松树水库的藻类存在季节性演替规律，所以在不同时期可以进行有针对性的防护控制。夏季藻类繁殖旺盛，易发生蓝藻门水华，需控制水中有机质的含量，减少垃圾和牲畜粪便的排放，保证水体清洁。尤其在炎热无风的气候状况下，更要加强对库区的巡视，监测水生生物的状况，以免水污染事件的发生。春秋季水库以硅藻门为主，需减少水中氮磷等元素的含量，严格控制库区上游农药的排放及灌溉残留，加强监督管理，避免硅藻门水华。

4 结 论

(1)松树水库浮游植物组成结构为硅藻门-蓝藻门型，藻类种类及密度季节性演替，硅藻门与蓝藻门存在竞争关系。

(2)BOD5和叶绿素a含量与藻类总数呈正相关关系，总氮、总磷含量和透明度与硅藻门密度正相关性较好，而水温和高锰酸盐指数的增加则会导致蓝藻门密度的升高。蓝藻门密度和藻类总数与气温呈正相关关系，与风速呈负相关关系，而硅藻门和绿藻门对水位和蓄水量较为敏感。

(3)根据本研究，应在不同季节预防库区不同水华事件的发生。夏季尤其在炎热无风天气，应控制水中有机质含量，避免蓝藻水华；春秋季则需着重减少氮磷的输入，控制硅藻水华的发生。