辽河流域浮游藻类监测技术发展探析

滕凡全

（辽宁省河库管理服务中心，辽宁 沈阳 110003）

0 引言

辽河流域由辽河、浑河、太子河、大凌河和小凌河6 条主要河流及其支流组成，是我国七大流域之一，是国家重点治理的“三河三湖”之一，辽宁省境内流域面积为9.49 万km2。辽河流域属季节性、受控型河流，水资源匮乏，枯水期河道内基本无自然径流，沿途城市密集、工业集中，排污量大，集中体现了我国重化工业密集的老工业基地结构性、区域性污染特征，过度开发使辽河流域水质综合污染指数曾列七大流域第二位，2005年干流化学需氧量和氨氮年均值超V 类标准点位比例分别达到34.6%和84.6%[1]。

藻类是地球上一群古老的生物，绝大多数生活在水中，种类繁多，分布广泛，在水生态系统中占有重要的地位，与人类生产、生活关系密切，具有重要的渔业、工业、农业和药用价值。天然水体中藻类种类繁多，生活习性多种多样，其中浮游藻类对水质变化敏感，随水环境改变而变化，能够指示水质状况和水体营养程度。而浮游藻类监测具有长期性、综合性等特点，可广泛运用于河流、湿地、湖库、海域水质监测群落结构，因此可作为评价水质的重要指标。辽宁大学林碧琴教授早于1977年就开始开展藻类生态监测法对辽河流域浑河水质进行评价[2]。

1 辽河流域水生态监测概况

按照水利部和辽宁省水利厅监测要求，辽宁省辽河流域水质监测主要对地表水国家重点水质站、国家（省）重要饮用水水源地及省直水库、重要输（供）水工程、主要饮用水水源保护区、地表水省级重点水质站、常规地下水水质监测、水质自动监测和水质异常应急监测开展监测工作。监测内容主要为两项：一是常规监测，项目为GB 3838-2002《地表水环境质量标准》中规定的水温、pH 值、溶解氧、高锰酸盐指数、化学需氧量（COD）、五日生化需氧量（BOD5）、氨氮、总磷、总氮、铜、锌、氟化物、硒、砷、汞、镉、铬（六价）、铅、氰化物、挥发酚、石油类、阴离子表面活性剂、硫化物、粪大肠菌群，以及流量、流速、电导率（河流型）共27 项参数，对于水库类型的重点水质站加测硫酸盐、氯化物、硝酸盐、铁、锰等5 项参数和水位、蓄水量、叶绿素a、透明度、电导率共34 项参数，其中国家（省）重要饮用水源地应加测总硬度、铝共36 项参数，每月监测1 次；二是地表水化学类型监测，拟在每年4，7，11 月对 176个全国重点水质站进行 3 次监测，参数为钾、钠、钙、镁、氯化物、硫酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐、总碱度（碳酸盐和重碳酸盐）、溶解性总固体、矿化度和总硬度，共12 项。另外，对国家、省重要饮用水水源地及省直水库和重要输供水工程还要开展定期藻类监测。

2 辽宁省段藻类监测基本情况

2.1 监测情况

辽宁省段藻类监测主要包括国家、省重要饮用水水源地及省直水库藻类和重要输供水工程藻类监测。其中国家、省重要饮用水水源地及省直水库藻类主要开展富营养化和藻类监测，项目为叶绿素α、透明度、藻类，5—10 月每月监测1 次叶绿素α、透明度。5—10 月，国家重要水源地相关各水库及清河、锦凌、青山水库的坝前断面每周监测1 次藻类，其它水库坝前断面每月监测2 次藻类；所有水库库中心各断面每月监测1 次。而重要输供水工程藻类监测主要对大伙房水库输水工程和省管水库供水工程的取水口、配水站、分水口、净水厂进水口进行水质监测，共设监测点33个，其中，大伙房水库输水工程设监测点22个，分别设在凤鸣取水口、苏子河隧道出口、大伙房取水口、8个配水站（抚顺东、抚顺西、沈阳东、沈阳西、辽阳、鞍钢、鞍山、营盘）、10个净水厂进水口（沈阳东、沈阳西、辽阳中信环境、辽阳、鞍钢、鞍山、大石桥、营口、辽东湾新区、盘锦）和应急入连出水口；其它水库供水工程设监测点11个，分别设在桓仁水库桓仁县取水口、大伙房水库抚顺和沈阳取水口、汤河水库辽阳和鞍山取水口、柴河水库铁岭取水口、老官砬子（观音阁水库本溪取水口）、闹德海水库阜新库区取水口、碧流河水库大连取水口、白石水库北票和阜新取水口。富营养化及余氯监测，项目为叶绿素α、藻类和余氯3个参数，叶绿素α和藻类每年5—10 月每月监测2 次，范围为大伙房输水工程取水口和配水站等12个监测点以及其它水库供水工程取水口和配水站11个监测点；余氯待润中公司在取水头部加氯后每周监测1次，范围为大伙房水库输水二期工程配水站、净水厂进水口的19个监测点。

2.2 浮游藻类样品采集及保存

浮游藻类样品分定量样品和定性样品，不同样品采集方式不同，其中定量样品采集可采用有机玻璃采水器。使用时，先夹住出水口橡皮管，再将两个半圆形上盖打开，让采水器沉入水中，底部入水口自动开启。下沉深度应在系绳上有所标记，当沉入所需深度时，即上提系绳，上盖和下入水口自动关闭，提出水面后，不碰及下底，以免水样泄露。将出水口橡皮管铁夹松开，水样即流入收集瓶中。定性样品采集用25 号浮游生物网，在水面以下以20～30 cm/s 的速度作“∞”形来回缓慢拖动约3 min。水样采集后应立即加固定液固定，目的是立即杀死水样中的藻类和其它生物，以免时间延长标本变质。 每升加入约15 ml 鲁戈氏液（Lugols solution）固定保存，可将15 ml 鲁戈氏液事先加入1 L 的玻璃瓶中，带到现场采样。固定后，送实验室保存。保存时间较长或需长期保存的样品，应将水样浓缩至30 ml，并在水样中加入1 ml的福尔马林液后密封保存。在采样现场同时进行记录，记录内容包括采样时间、采样地点、深度、采样量等内容。

2.3 浮游藻类监测方法

目前，藻类鉴定主要以藻类的形态结构为基础，结合生理、生化和生态等特点为补充的传统分类系统为依据，采用光学显微镜进行形态学鉴定，并采用计数框进行计数。

2.4 浮游藻类监测评估报告

监测报告的编制内容包括监测对象或范围、监测方法、监测结果及结果解读。监测结果要重点描述基本理化状况；藻类种群的组成与结构、常见种或优势种；藻密度及组成；水华期要描述水华的时间和空间分布状况，做水华区域与正常区域藻密度及相关理化参数的比对。结果解读包括水质评价、富营养化状态评价、水华预警及水华程度等内容。

3 辽河流域辽宁段藻类监测现状

辽宁段承载了辽宁省重工业基地经济社会发展的资源和环境压力，且属于典型的北方气候缺水流域。文献记载，1977年辽河水质按污染带藻类划分为中污带和多污带[2]。而纵观2005—2020年大伙房水库和汤河水库浮游藻类监测结果，根据《地表水资源质量评价技术规程》水质均能达到Ⅱ类标准，水质状况良好。说明近年来，辽宁省加大了辽河流域治理和生态恢复的工作力度，取得了较好的效果，辽河流域水质得到了明显改善。

4 藻类监测面临的问题及发展方向

藻类鉴定作为水生态监测中的重要组成部分，一直以来主要以藻类的形态结构为基础，结合生理、生化和生态等特点为补充的传统分类系统为依据。目前，辽河流域浮游藻类的监测主要建立在传统的通过光学显微镜观察鉴定的基础上定性定量分析，研究群落结构，开展藻类监测日常工作。而基于形态的藻种鉴定对分类学专业知识依赖度高，工作量大且主观性强，技术人员需要经多年培养和实践才能擅长某一门类的分类，且基于形态特征描述不可避免地存在主观理解和判断的偏差，不同的工作人员鉴定会产生更大的误差，因此藻类监测岗位工作人员应尽量减少流动。与此同时，因各种因素影响传统藻类分类鉴定学的专家队伍正在急剧缩减，遇到技术难点时无法进一步确定。

近年来，随着分子生物学技术的发展，以DNA 指纹图谱为基础的分子标记技术被广泛应用于微生物多样性的研究。分子生物学是目前除显微镜检分析外，另一种能在种的水平上对浮游植物多样性进行鉴定的技术，而且这种鉴定既不依赖于形态观察，也不依赖对浮游植物的纯化和培养，因而在浮游植物多样性检测方面日益受到重视。如DNA 条形码技术[3]、随机扩增多态性DNA 即 RAPD（random amplified polymorphism DNA）技术[4]、限制性内切酶片段长度多态性分析技 术（restriction fragments length polymorphism，RFLP）[5]、变性梯度凝胶电泳技术等。基于分子标记的藻类鉴定是通过获取和分析一段或多段基因序列实现藻种鉴定，具有高效、可靠、易于标准化等优点，是生态学研究和藻类监测的重要手段。分子标记作为藻类鉴定的通用手段已经被广泛应用[6，7]。王靖淇等[8]运用基于 18SrRNA 基因的高通量技术研究辽河环境样本中真核浮游藻类的多样性及群落组成，其结果可弥补光学显微镜观察结果的不足，在生物监测和水质评价方面有巨大的应用潜力。

形态鉴定和分子鉴定方法是区分藻类的两种主要方法，都是基于藻类的特征进行多样性研究。两种鉴定方法都各有优势，但由于标准不一样，不同方法得出的藻类之间亲缘关系仍存在一些分歧。这种现象可能是分子鉴定所选取的标记基因不太合适，无法在各个分类层级上完美表达遗传关系，也可能是因为形态学鉴定存在一些认识不足。在未来的工作中，随着测序技术的发展及分类计算方法的优化调整，形态学鉴定结合分子鉴定两种方法互相印证，将在藻类日常监测中发挥更重要的作用，成为主要的技术手段。