漳泽水库藻类调查与富营养评价

刘 娜

（山西省水文水资源勘测局，山西太原 030001）

漳泽水库位于山西省长治市北郊的浊漳南源上，是浊漳河流域最大的水库。水库集水面积3 176 km2，库容 4.27 亿 m3，水面面积 27 km2，是一座以工业和城市供水、灌溉、防洪为主，兼顾养鱼、旅游的综合大型水库。水库曾是长治市30万人口的主要饮用水源，2000年以后随着库区水质恶化以及辛安泉供水工程的建成，逐渐结束了城市生活用水供水功能，目前主要向漳泽电厂、长治钢铁集团等十余家企业提供工业用水，年供水总量近5 000万m3。

由于地处长治市下游，长期承担着城市生活污水的受纳及净化任务，同时受到库区养殖业和地表径流带来的面源污染影响，库区水质呈一定的富营养化趋势。20世纪90年代初期库区浮游植物调查已经表明库区水质基本属于富营养型[1]。据山西省水环境监测中心监测数据，2000年之后库区营养状态呈逐年上升趋势，2009年库区营养状态已达中度富营养。因此，加强库区理化指标和藻类的监测与评价，对保护库区水质、防治富营养化具有十分重要的意义。笔者根据2010年5月—2011年11月水库藻类监测和理化监测数据，对藻类多样性指数和营养状态进行了分析评价。

1 材料与方法

1.1 采样方案

由于地处北方冰冻地区，因此选择在非冰冻期（5—11月）每月中旬进行一次采样监测，采样点布设在 S1（湖心岛：N36°17′27″，E113°03′06″）、S2（出水口：N36°19′19″，E113°03′38″）以及 S3（养鱼网箱附近：N36°19′19″，E113°03′21″）。 现场采样选择晴空、无风的天气下进行。每个断面采集水面以下0.5 m表层水样和底层以上0.5 m底层水样各500 mL，混合后加入15 mL鲁哥氏液固定避光保存，带回实验室静置24～36 h浓缩后进行定量测定。现场记录水深、水温、水色、透明度等生态环境指标，并同步采集水样测定 pH 值、高锰酸盐指数（CODMn）、总氮（TN）、总磷（TP）、溶解氧（DO）和叶绿素 a（Chl.a）等指标。

1.2 分析及测量方法

浮游植物计数和叶绿素a按照 《水和废水监测分析方法》（第四版）执行，藻类计数采用视野计数法，叶绿素a采用Chl.a丙酮萃取分光光度法。pH值、高锰酸盐指数等理化指标按照《地表水环境质量标准》（GB3838—2002）执行，pH 值、溶解氧、高锰酸盐指数、总氮、总磷等分别通过玻璃电极法、碘量法、酸性高锰酸盐法、碱性过硫酸盐消解紫外分光光度法和钼酸铵分光光度法获取。

1.3 浮游植物多样性指数和营养状态指数评价方法

浮游藻类的群落构成在正常的水体中是相对稳定的，当水体受到不同程度污染后，群落中不耐污染的敏感种类往往会减少或消失，而耐污种类的个体数量则大大增加。因此，研究中[2-4]常引入生物多样性结合理化指标评价水体水质。

浮游植物多样性指数评价采用Shannon-Wiener和 Margalef分级标准[5-9]，其中 Shannon-Wiener多样性指数计算公式为：

式中：s为种类数；Pi为样品中第i种生物的个体数占总个体数的比值。当H’＜1时表示水体重度污染；H’＝1～3 时表示水体中度污染，其中当 H’＝1～2 时表示 α-中度污染（重中污染）、当 H’＝2～3 时表示 β-中度污染（轻中污染）；当H’＞3时表示水体轻污染；当H’＞6时表示水体无污染。

Margalef多样性指数计算公式为：

式中：S为种类数；N为总个体数。当D＞5时表示水体清洁，当 D＝4～5时表示水体轻度污染，当 D＝3～4时表示水体中度污染，当D＜3时表示水体重度污染。

富营养化状况评价采用综合营养状态指数法[10-12]，评价参数选用叶绿素 a（Chl.a）、总磷（TP）、总氮（TN）、透明度（SD）、高锰酸盐指数（CODMn）。 综合营养状态指数计算公式为：

式中：TLI（∑）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）为第j种参数的营养状态指数。

以Chl.a作为基准参数，则第j种参数的归一化相关权重计算公式为：

式中：rij为第j种参数与基准参数Chl.a的相关系数；m为评价参数的个数。

各项参数营养状态指数计算公式为：

式中：叶绿素Chl.a单位为mg/m3，透明度SD单位为m，其他指标单位为mg/L。

采用0～100连续数字对水库营养状态进行分级：TLI（∑）＜30 为贫营养；30≤TLI（∑）≤50 为中营养；50＜TLI （∑）≤60 为轻度富营养；60＜TLI （∑）≤70为中度富营养；TLI（∑）＞70为重度富营养[4-6]。

2 结果与讨论

2.1 浮游植物种类构成

在2010年5—11月漳泽水库藻类监测结果中共观察到浮游植物6门48属，其中绿藻门30属、占62.5%，硅藻门7属、占14.6%，蓝藻门5属、占10.4%，裸藻门3属、占6.2%，甲藻门1属、占2.1%，隐藻门2属、占4.2%。不同监测站点中，S1处共观察到6门43属，S2处6门42属，S3处6门41属。各站点不同季节浮游植物的群落构成及所占比例，见表1。

表1 2010年漳泽水库浮游植物群落构成及所占比例

由表1可见，浮游植物群落构成无明显的空间分布规律，同一季节3个站点浮游植物种类构成相差不大，最高均为绿藻门，占种类比例的53%～65%；其次是硅藻门，占13%～19%；甲藻门、隐藻门最少，为2%～6%。库区浮游植物构成种类数则随季节变化较为明显，秋季（9—11月）发现浮游植物种类最多为 6门 41属，夏季（6—8月）减少到 6属，春季（5月）减少到16属，种类数递减趋势明显，尤其是绿藻门。这与当地夏秋季节光照充足以及气候温度相对较高等环境有关。

与以往调查相比，2010年秋季绿藻种类所占比例比钟海秀2002年10月调查结果[13]提高9.4%，甲藻所占比例降低4%；2010年春季与钟海秀2003年4月调查结果[13]相比绿藻种类比例提高了5.4%，硅藻种类比例降低了18%；2010年浮游植物构成中还增加了隐藻。绿藻种类比例的提高以及隐藻的出现说明了库区水体呈一定恶化趋势。

2.2 浮游植物群落结构变化

图1给出了2010年3个监测站点不同藻类细胞数量百分比逐月的变化。

由图1可见，绿藻细胞数量在2010年5—11月均占最大优势，所占比例范围为43%～76%，与刘瑞祥等2004年调查结果 （绿藻占有比例为57.6%）[14]和钟海秀 2002、2003年调查结果（绿藻占有比例为39.1%～69.3%）[13]相似。隐藻细胞数量所占比例随时间则呈u字形变化，即9月之前由20%左右逐渐降低到10%左右，之后逐渐上升，至11月达到最高，成为5、10和11月除绿藻之外的第二优势种。蓝藻细胞数量所占比例则与隐藻相反，即5和11月所占比例小于隐藻，6—10月所占比例则快速增加并超过隐藻比例成为此期间的第二优势种。因此，可以总结为：5、11月漳泽水库浮游植物以绿藻-隐藻为优势种，6—10月则以绿藻-蓝藻为优势种。

图1 2010年漳泽水库不同藻类细胞数量百分比逐月变化

2.3 浮游植物多样性指数评价及结果

浮游植物的生长、繁殖与无机环境有着密切的关系，其丰盛程度反映了水体生产力的大小，同时也反映水质状况，因而常常采用藻类生物多样性来评价水质和生态环境的健康程度[15]。表2列出了2010年逐月浮游植物种类多样性评价结果。

表2 2010年5—11月浮游植物多样性指数值

由表2可见，2010年漳泽水库藻类Margalef多样性指数（D）值范围为 2.30～4.12、平均值为 3.42±0.49，Shannon-Wiener多样性指数 （H'）值范围为1.92～3.79、平均值为 3.17±0.45，D 值和 H’值极值出现的时间及位置均相同，其中最低值出现在8月18日的出水口，最高值则出现在6月13日的湖心岛。季节变化上，10月多样性指数D和H’最高，平均值分别为3.89和3.71；其次是6、9和11月，D值最低为5月，H'值最低为7月。Margalef指数（D）空间分布上总体为 S1>S3>S2，Shannon-Wiener指数（H'）空间分布则无明显规律。根据Margalef多样性指数评价标准，站点S1水质为轻度-中度污染，S3为中度污染，S2为中度-重度污染。根据Shannon-Wiener多样性指数标准，站点S1水质为轻度-β中度污染，S3为β中度污染，S2为轻度-β中度污染。两种多样性指数评价的结果基本一致，可以得出漳泽水库2010年水质状况为中度污染，与钟海秀2002-2003年评价结果（寡污-β中污型）[13]相比水质状况略有恶化，说明从2002年以来漳泽水库水体污染程度略有增加。

2.4 营养状态指数评价及结果

运用综合营养状态指数法对2010年漳泽水库3个监测站点每月水质进行营养状态评价，评价结果见表3。

表3 综合营养状态指数值及营养状态评价结果

图2 浮游植物多样性指数与综合营养指数的拟合

从表3可以看出，TLI（Chl.a）值变化幅度最大，其次是 TLI（TN）、TLI（TP）和 TLI（SD），TLI（CODMn）变幅最小。综合营养指数值变化范围为50.6～65.5，平均值为56.3，变幅为±3.8，评价结果为轻度-中度富营养。一年中综合营养指数最高为温度较高的夏季（7—9月），最低为温度较低的秋季（10—11月）和春季（5—6月），主要是夏季浮游植物细胞密度大、水体叶绿素含量高和透明度低所致。根据综合营养指数评价标准，春季（5—6月）和秋季（10—11月）为轻度富营养，夏季（7—9月）为轻度-中度富营养。在空间分布上，各站点综合营养指数分布规律不明显，站点S1和S3为轻度-中度富营养，S2为轻度富营养。

2.5 藻类多样性指数与营养指数的关系

本次调查结果表明利用浮游植物多样性指数和综合营养指数对水体进行评价，结果不完全一致。利用生物多样性指标评价结果为中度污染，而用综合污染指数评价结果为轻度-中度富营养。图2给出了浮游植物多样性指数与综合营养状态指数拟合状况，可以看出Margalef指数和Shannon-Wiener指数与营养状态指数的拟合效果均比较差，表明了水质化学评价方法与浮游植物多样性评价结果有一定偏差，这与国内一些学者的研究结果[15，16]相似。究其原因，一方面因为化学指标测定的是采样瞬间的水质理化状况，另一方面因为浮游植物多样性变化比理化指标的变化滞后一定时间。

3 结论

（1）漳泽水库是浊漳河流域最大的水库，库区集水面积3 176 km2，库容4.27亿m3，是一座以工业和城市供水、灌溉、防洪为主，兼顾养鱼、旅游的综合大型水库。根据浮游植物调查，5和11月库区浮游植物细胞密度以绿藻-隐藻为主要优势，6—10月蓝藻细胞密度大幅增加甚至超过隐藻成为绿藻-蓝藻型。

（2）库区藻类 Margalef多样性指数（D）值在2.30～4.12 范围波动、 平均值为 3.42±0.49，Shannon-Wiener多样性指数（H）值在1.91～3.79范围波动、平均值为3.17±0.45。两个指数波动范围及均值差别不大，由于两个指数评价体系略有不同，Margalef多样性指数评价结果为中度污染，Shannon-Wiener多样性指数评价结果为轻度-β中度污染，但从结果可以看出两种指数平均值均在轻度污染与中度污染的临界值附近，因此说明库区水体已经受到一定污染。

（3）2010年库区水体综合营养状态指数波动范围为50.6～65.5，其中以温度较高的夏季最高，温度较低的秋季、春季较低，评价结果为春、秋季轻度富营养，夏季轻度-中度富营养，可以说明水体为轻度富营养并向中度富营养过渡。

（4）采用浮游植物多样性指数评价水体污染状况与理化指标评价结果略有差别，但是仍可以一定程度反映库区环境的污染形势。因此，在实际评价中需合理分析各类指数值波动范围，综合分析才能得到符合实际的结论。

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