深圳石岩、铁岗水库藻类及环境影响因子分析

付贵萍，宁凯乐，张佳红，罗文怀，胡章立

1)深圳大学生命科学学院，深圳518060;2)深圳市海洋生物资源与生态环境重点实验室，深圳518060

位于中国东南部沿海的广东省深圳市，由于受地形条件限制和降雨年内分配不均的影响，淡水资源匮乏，供水主要依靠东江引水和水库蓄水.铁岗水库和石岩水库属于深圳市最早建成的中型水库，每年供水达4.85×108m3以上，汛期还可以联合调度两水库泄洪，是深圳市重要的供水与防洪调蓄库体.近年来，随着城市规模的扩大和人口的激增，铁岗水库和石岩水库水源保护区内的点源、面源和内源污染不断增多，导致水库水体中氮和磷含量较深圳市其他水库偏高［1］，对城市饮用水的安全一定程度上构成潜在威胁.

水库作为一类介于河流和湖泊之间的水体，其中的浮游植物群落结构有着自身的特殊性［2］.一些供水水库水体由于富营养化致使浮游植物群落结构发生改变，优势种类逐步被富营养化指示种蓝藻和绿藻所取代［3］，蓝藻在水体中的密度和相对丰度大幅度增加，甚至还发生了蓝藻水华［4］.中国一些地区的饮用水源中已检测出微囊藻毒素［5］.深圳地处亚热带地区，常年高温和强光照的气候条件非常有利于蓝藻的生长，然而有关深圳地区水库浮游植物的报道较少，年际变化的资料不全.为此，本研究选择该地区氮磷浓度偏高的铁岗水库和石岩水库，开展浮游植物全年变化和水环境变化调查，以期掌握水库中浮游植物群落结构变化及其与水环境的关系，为深圳市饮用水源的水生态监测及水质管理提供基础数据.

1 材料与方法

1.1 水库概况

石岩水库和铁岗水库均位于深圳市宝安区，石岩水库处于茅洲河上游，集雨面积44 km2，有石岩河等6条支流汇入水库.铁岗水库处于西乡镇西乡河上游，集雨面积64 km2，有大官陂河等6条支流汇入水库.目前两水库主要水源来自东江水源工程，由塘头抽水泵站相互连通，共同供给深圳中西部居民正常生产生活用水.两水库基本概况见表1.

表1 石岩水库和铁岗水库概况Table 1 Main features of Shiyan reservoir and Tiegang reservoir

1.2 水样采集与水质测定

图1 石岩水库采样点示意图Fig.1 Sampling sites of Shiyan Reservoir

2007年1—12月在石岩水库和铁岗水库的中心S1和S2各设一个采样点 (图1和图2)，每月月初采样一次，用Orion 5-star便携式多参数水质分析仪现场测定水温、溶解氧 (dissolved oxygen，DO)、pH值，用塞氏罗盘测定透明度.采集表层0.5 m处的水样分析总磷 (total phosphorus，TP)、总氮 (total nitrogen，TN)、高锰酸盐指数 (chemical oxygen demand［Mn］，CODMn)，分析参考《水与废水监测分析方法》［6］.

图2 铁岗水库采样点示意图Fig.2 Sampling sites of Tiegang Reservoir

1.3 浮游植物的采样与计数

浮游植物的采样与水质采样同时进行，定性样品采用25号浮游生物网在水面下0.5 m处进行横“∞”字形取样;定量样品采用1 L采水器采集表层 (距水面0.5 m)、中层 (根据采样点深度确定中层水体)和底层 (距水底0.5 m)水样.混合后取1 L混合水样，所有样品均用鲁哥氏液固定沉淀24 h，浓缩至30 mL，采用血球计数板计数，观察仪器为Olympus BX-41研究型显微镜，藻类鉴定参考 《中国淡水藻类》［7］.

藻类Shannon多样性指数计算方法为

其中，Mi为第i属藻类的细胞数;M为所有藻类的细胞数.

Margalef物种丰富度指数为

其中，S为藻类的属数.

1.4 数据处理

水库富营养化评价方法采用水利部颁发的《地表水资源质量评价技术规程》 (SL 395—2007)［8］.综合营养指数

其中，En为评价项目赋分值;N为评价项目数.

利用SPSS13.0软件对理化指标、浮游藻类丰度进行Pearson相关性分析，r值为相关性系数，P＜0.05即为显著相关.理化指标数值取各采样点均值.

2 结果与分析

2.1 水环境因子

深圳地区属于亚热带海洋性季风气候，调查期间，石岩水库和铁岗水库的表层水温年平均值分别为24.9和25.5℃.其中，石岩水库的最高水温为32.3℃，最低水温为15.6℃;铁岗水库的最高水温为32.7℃，最低水温为16.5℃.

铁岗水库水体的DO波动幅度较石岩水库大，石岩水库DO最低值在4月份，为5.78 mg/L，最高值在5月份，为10.86 mg/L.铁岗水库最低值在3月份，为5.42 mg/L;最高值在5月份，为10.46 mg/L.从全年情况来看，冬季的DO值明显高于其他季节.

石岩水库TN变化在0.90～2.26 mg/L之间，TP变化在0.035～0.049 mg/L之间;铁岗水库TN变化在0.32～1.31 mg/L之间，TP变化在0.020～0.043 mg/L之间 (图3和图4).从营养盐全年变化趋势来看，铁岗水库TN的变化幅度比石岩水库小;石岩水库的TP质量浓度一直处于较高水平，仅在11月略降.

图3 石岩水库和铁岗水库各月总氮的变化Fig.3 Dynamics of TN in Shiyan Reservoir and Tiegang Reservoir

图4 石岩水库和铁岗水库各月总磷的变化Fig.4 Dynamics of TP in Shiyan Reservoir and Tiegang Reservoir

石岩水库和铁岗水库的各项环境因子的年平均值和标准差如表2所示.根据《地表水资源质量评价技术规程》［8］进行计算，石岩水库全年的富营养指数在53.5～57.9，可见其全年处于轻度富营养状态.铁岗水库全年富营养指数在49.2～55.85，除1月份和2月份为中营养状态外，其余月份均为轻度富营养状态.

表2 石岩水库和铁岗水库水体各项环境因子的年均值 ±s)Table 2 Annual mean of the environmental parameters in Shiyan Reservoir and Tiegang Reservoir(± s)

表2 石岩水库和铁岗水库水体各项环境因子的年均值 ±s)Table 2 Annual mean of the environmental parameters in Shiyan Reservoir and Tiegang Reservoir(± s)

水库名称透明度/cm ρ(叶绿素)/(μg·L －1)ρ(CODMn)/(mg·L －1)ρ(TN)/(mg·L －1)ρ(TP)/(mg·L －1)石岩 58±7 53.02±26.88 0.043 ±0.004铁岗 65±6 45.33±31.22 3.04 ±0.67 1.51 ±0.39 2.75 ±0.75 0.93 ±0.24 0.034 ±0.009

2.2 浮游植物种类组成

石岩水库水体中浮游植物2007年全年有57种，隶属33属 (图5)，其中蓝藻种类最多.全年中8月种类数最多，为30种;1月最少，为12种.蓝藻(Cyanophyta)、硅藻(Bacillariophya)和绿藻(Chlorophyta)从2、3月开始渐增，8月之后开始减少.

图5 石岩水库浮游植物种类变化Fig.5 Annual variation of the phytoplankton species in Shiyan reservoir

铁岗水库水体中浮游植物2007年全年有65种，隶属于38属，数量略高于石岩水库.其中，蓝藻种数最多，绿藻和硅藻种类数相差不大，裸藻(Euglenophyta)和甲藻(Pyrrophyta)比较少，而其他门种类少见 (图6).全年浮游植物种类数动态趋势是:1—8月递增，此后开始减少.其中，1和12月最少，为15种;8月最多，为34种.全年各门藻种类数变化各有不同，蓝藻种类数变化较大，在4—9月相对比较多，其余月份较少.硅藻种类数由4月始渐增，至10月硅藻占的比例最大.相比之下，甲藻和裸藻门种类数全年变化较稳定.尽管两水库的浮游植物群落结构变化趋势相近，但铁岗水库中各个门的藻种类较石岩水库均衡.

图6 铁岗水库浮游植物种类变化Fig.6 Annual variation of the phytoplankton species in Tiegang reservoir

2.3 浮游植物优势种

铁岗水库浮游植物优势种主要来自蓝藻门，最常见的为伪鱼腥藻(Pseudoanabaena sp.)、中华尖头藻 (Merismopediasinica)和柱孢鱼腥藻(Anabaena cylindrica)，如表3所示.除1月份直链藻(Melosira)(硅藻门)占优势外，伪鱼腥藻在绝大多数月份占绝对优势.石岩水库在绝大多数月份内同样以伪鱼腥藻和中华尖头藻为优势，7月柱孢鱼腥藻占绝对优势，1、11和12月以硅藻门的直链藻为优势种.

2.4 浮游植物丰度变化

铁岗水库全年藻类丰度中，蓝藻占93.30%，绿藻占1.47%，硅藻占4.78%，裸藻和甲藻的比例都小于1.00%.石岩水库全年蓝藻占93.10%，绿藻占1.36%，硅藻占5.10%.对比两水库浮游植物丰度可发现，蓝藻占绝对优势，其次是硅藻.

从图7的浮游植物丰度随时间的变化来看，铁岗水库和石岩水库的浮游植物丰度都在11月和12月相对较低.铁岗水库浮游藻类丰度在12月最低，为1.90×107L－1;石岩水库在11月最低，为3.60×107L－1.8月，铁岗水库和石岩水库的浮游藻类丰度陡增，达到全年最高值，分别为2.54×109L－1和1.42×109L－1，其余月份相对比较稳定，一般为1.00 ×108L－1.

表3 石岩水库和铁岗水库浮游植物优势种Table 3 Dominant phytoplankton species in Shiyan reservoir and Tiegang reservoir

图7 铁岗水库和石岩水库浮游植物丰度变化Fig.7 Phytoplankton abundance variation in Tiegang Reservoir and Shiyan Reservoir

2.5 浮游植物多样性指数评价

由图8可见，两水库中铁岗水库Shannon指数变化较平稳，最低值在2月，为0.75;最高值在6月，为0.98，年均值为0.84.石岩水库最低值在11月，为0.40;最大值在6月，为0.89，年均值为0.75.两水库夏秋两季的Shannon指数明显高于春冬季节.一般而言，种类越多或各个种的个体数量分布越均匀，群落物种的Shannon指数越大［9］.夏秋两季的光照更多，温度更高，有利于浮游植物的生长，这可能是Shannon指数较高的原因.

图8 铁岗水库和石岩水库浮游植物Shannon指数全年变化Fig.8 Shannon index of phytoplankton in Tiegang Reservoir and Shiyan Reservoir

两水库水体Margalef值的变化也显示，夏秋两季相对较高 (如图9).铁岗水库Margalef值在1.91～4.51，4—9月Margalef值大于3，而其他几个月相对较低，年均值为3.15.石岩水库年均值为3.01，11月份值最低，6月份最高，为4.24.

图9 铁岗水库和石岩水库浮游植物Margalef值全年变化Fig.9 Margalef index of phytoplankton in Tiegang Reservoir and Shiyan Reservoir

2.6 浮游植物丰度与环境因子的关系

利用SPSS软件对两水库水体的浮游植物丰度与环境因子Pearson相关性统计分析结果 (表4)显示，铁岗水库中，浮游植物丰度与水温呈显著正相关(r=0.611，P=0.035);而石岩水库中CODMn与浮游植物丰度呈显著正相关(r=0.607，P=0.037).

表4 铁岗水库和石岩水库水体浮游植物丰度与环境因子的相关性分析Table 4 The correlation analysis between phytoplankton abundance and environmental parameters in Tiegang Reservoir and Shiyan Reservoir

3 讨论

按《地表水环境质量标准》［10］，石岩水库的TN超标严重，全年仅7月份低于Ⅲ类地表水标准.铁岗水库的情况相对较好，全年除1月和10月外均符合Ⅲ类地表水标准.铁岗和石岩两水库的TP质量浓度在监测期间均符合Ⅲ类地表水标准，但石岩水库的总磷含量要高于铁岗水库.美国环境保护署 (Environmental Protection Agency，EPA)在 《湖泊与水库技术指导手册-营养盐标准》中指出，TP与TN质量浓度分别超过10和150 μg/L时，有可能发生蓝藻水华［11］.石岩和铁岗两水库全年的TN和TP质量浓度均远超过此标准，因此铁岗两水库均具备发生蓝藻水华的营养盐条件.

就藻类的种类数和优势种而言，胡韧等［12］研究表明，石岩水库中藻类总数为48种，其中，绿藻种类最多，为23种;其次是蓝藻和硅藻，分别为9种和8种.与本研究结果对比发现，2000—2007年以来浮游植物种类数有所增多，尤其是蓝藻种类增加显著.各门优势种也有所变化，蓝藻优势种由平裂藻和伪鱼腥藻演变为伪鱼腥藻和中华尖头藻;而绿藻优势种由衣藻演变为栅藻属及鼓藻属，硅藻优势种由直链藻和小环藻演变为直链藻属.其中，伪鱼腥藻、栅藻和直链藻均为富营养型水体中的优势种类和指示种.

将本研究结果与林秋奇、王朝晖等［13-14］报道的2000年石岩水库丰水期与枯水期浮游植物丰度对比发现，2007年同期浮游植物丰度较2000年均有明显增高，8月份由1.128×107L－1(2000年)增至1.420×109L－1(2007年)，11月份由3.540×106L－1(2000年)增至 3.600×107L－1(2007年)，夏季较冬季增幅更显著，而且浮游植物丰度中蓝藻所占比例明显提高，由74.6%(2000年)提高至93.10%(2007年).石岩水库浮游植物密度已超过1.00×106L－1，目前国内有关浮游植物密度的富营养化标准为 1.00×106L－1［15］，可以确定石岩水库的富营养化状态已十分明显.

文献［16］指出，石岩水库浮游植物 Shannon多样性指数丰水期为3.39，枯水期为1.85.本研究结果表明，Shannon指数年均值为0.75，最低值在当年11月，为0.40;最大值在当年6月，为0.89.可见石岩水库藻类多样性近年来有较大下降.

就影响水库浮游植物丰度的环境因子而言，有学者采用不同的多元统计分析方法研究浮游植物丰度和水环境因子的关系，结果不尽相同.文献［17］指出，氮磷营养盐是影响高州水库浮游植物群落分布的重要因子.杨亮杰等［18］调查发现，水温、高锰酸盐指数、透明度、pH值与浙江横山水库的浮游植物群落结构关系最为密切.Naselli-Florses［19］研究了西西里岛的21个水库，认为水位变化、pH值、富营养程度对浮游植物丰度有较大影响.本研究中影响石岩水库和铁岗水库浮游植物丰度的相关环境因子有水温和CODMn.

浮游植物群落结构受多种因素的影响，除温度和营养盐浓度 (TN和TP等)外，浮游动物和鱼类等食藻动物、噬藻细菌、水库的水文条件和水力停留时间也会对藻类群落结构产生影响［20］.这些条件的差异导致石岩和铁岗这两座气候条件一致、水源相同的水库水体中浮游植物丰度的影响因素复杂多变.如水温与铁岗水库浮游植物丰度关系最密切，但却不显著影响石岩水库浮游植物丰度.CODMn表征水体有机污染物程度，有机污染物在水体微生物的分解作用下，能够产生NH3、CO2和PO43－等藻类生长所需要的营养物质［21］，因而石岩水库浮游植物丰度表现出与CODMn显著性相关，但CODMn却没有显著影响铁岗水库藻类丰度.本研究中N和P未表现出与水库浮游植物丰度的明显相关性，究其原因也是受水库中除藻类外的其他生物与非生物环境条件的影响.

结 语

本研究对深圳地区石岩水库和铁岗水库TN、TP和CODMn等水环境因子全年调查结果显示，石岩水库2007年各月份的富营养指数在53.5～57.9，处于轻度富营养状态.铁岗水库2007年各月份的富营养指数在49.2～55.85，除1、2月份为中营养状态外，其余月份均为轻度富营养状态.

石岩水库和铁岗水库藻类2007年调查结果显示，石岩水库浮游植物种类数为57种，隶属于33属;铁岗水库浮游植物种类数为65种，隶属于38属.两水库浮游植物种类数均在8月份最多;浮游植物优势种均为蓝藻门的伪鱼腥藻和中华尖头藻;浮游植物丰度全年最高值均在8月份，其余月份相对比较稳定，一般为1×108L－1.浮游植物丰度和环境因子相关性分析结果显示，石岩水库浮游植物丰度与CODMn呈显著正相关，铁岗水库水体中浮游植物丰度与水温显著正相关.本研究调查结果可为深圳地区水库水生态长期监测和水质管理提供基础数据支持.

致 谢:衷心感谢深圳大学雷安平教授对本研究的悉心指导!

/References:

［1］ Shenzhen Municipal Water Affairs Bureau.2006 Shenzhen water resources bulletin［EB/OL］.(2008-12-08)［2014-03-13］.http://www.szwrb.gov.cn/cn/zwgk_list.asp?lid=lid＆lm=431＆m=5.(in Chinese)深圳市水务局.2006年深圳市水资源公报 ［EB/OL］.(2008-12-08)［2014-03-13］.http://www.szwrb.gov.cn/cn/zwgk_list.asp?lid=lid＆lm=431＆m=5.

［2］ Wang Xiaohui.Structure characteristics of phytoplankton community in dashuiqiao reservoir［J］.Journal of Hydroecology，2013，34(2):40-45.(in Chinese)王晓辉.大水桥水库浮游植物群落结构特征研究［J］.水生态学杂志，2013，34(2):40-45.

［3］ Zhang Hua，Hu Hongjun，Chao Aimin，et al.Seasonal changes of phytoplankton community structure in Jinshuitan Reservoir，Zhejiang，China ［J］.ACTA Ecologica Sinica，2013，33(3):944-956.(in Chinese)张 华，胡鸿钧，晁爱敏，等.浙江紧水滩水库浮游植物群落结构季节变化特征 ［J］.生态学报，2013，33(3):944-956.

［4］ Shi Liandong，Zhu Weijia，Zhang Junfang，et al.Seasonal succession of phytoplankton community structures and analysis of spring water bloom in subtropical reservoir——as tangpu resevior in Zhejiang province［J］.Journal of Hydroecology，2013，34(2):32-39.(in Chinese)施练东，竺维佳，张俊芳，等.亚热带水库浮游植物群落结构季节演替及其春季水华成因分析——以浙江汤浦水库为例 ［J］.水生态学杂志，2013，34(2):32-39.

［5］ Chen Chunhao，Zhang Junfang，Ma Peiming，et al.Spatial-temporal distribution of phytoplankton and safety assessment of water quality in Xikeng Reservoir［J］.Journal of Hydroecology，2012，33(2):32-38.(in Chinese)陈春浩，张俊芳，马沛明，等.茜坑水库浮游植物时空分布及水质风险评价 ［J］.水生态学杂志，2012，33(2):32-38.

［6］ Chinese State Environmental Protection Administration.Water and wastewater monitoring analysis method［M］.4th ed.Beijing:China Environmental Science Press，2002.中国国家环境保护总局.水和废水监测分析方法［M］.4版.北京:中国环境科学出版社，2002.

［7］ Hu Hongjun.The freshwater algae of China［M］.Beijing:Science Press，2006:9-478.(in Chinese)胡鸿钧.中国淡水藻类［M］.北京:科学出版社，2006:9-478.

［8］ SL 395—2007 Technological regulations for surface water resources quality assessment［S］.(in Chinese)SL 395—2007地表水资源质量评价技术规程 ［S］.

［9］ Zhang Ting，Li Lin，Song Lirong.Annual dynamics of phytoplankton abundance and community structure in the Xionghe Reservoir［J］.Acta Ecologica Sinica，2009，29(6):2971-2980.(in Chinese)张 婷，李 林，宋立荣.熊河水库浮游植物群落结构的周年变化 ［J］.生态学报，2009，29(6):2971-2980.

［10］ GB 3838—2002 Environmental quality standards for surface water.(in Chinese)GB 3838—2002地表水环境质量标准.

［11］ United States Environmental Protection Agency.Nutrient criteria technical guidance manual:lakes and reservoirs［Z］.Washington D C:［s.n.］2000.

［12］ Hu Ren，Lin Qiuqi，Wang Zhaohui.Phytoplankton composition and distribution in typical reservoirs of Guangdong province［J］.Acta Ecologica Sinica，2002，22(11):1939-1944.(in Chinese)胡 韧，林秋奇，王朝晖.广东省典型水库浮游植物组成与分布特征 ［J］.生态学报，2002，22(11):1939-1944.

［13］ Lin Qiuqi，Hu Ren，Duan Shunshan.Reservoir trophic states and the response of plankton in Guangdong province［J］.Acta Ecologica Sinica，2003，23(6):1101-1108.(in Chinese)林秋奇，胡 韧，段舜山.广东省大中型供水水库营养现状及浮游生物的响应 ［J］.生态学报，2003，23(6):1101-1108.

［14］ Wang Zhaohui，Lin Qiuqi，Hu Ren.Pollution by bluegreen algae(Cyanophyta)in reservoirs of Guangdong province and water quality evaluation ［J］.Journal of Tropical and Subtropical Botany，2004，12(2):117-123.(in Chinese)王朝晖，林秋奇，胡 韧.广东省水库的蓝藻污染状况与水质评价 ［J］.热带亚热带植物学报，2004，12(2):117-123.

［15］ Zhang Junyi，Jiang Jiangluan，Liu Qing，et al.The characteristics of microbial and phytoplankton community and waterquality in the Guangzhou segment of Pearl River［J］.Journal of Hydroecology，2011，32(2):38-46.(in Chinese)张俊逸，蒋江峦，刘 擎，等.珠江广州段微生物和浮游植物群落与水质特征研究 ［J］.水生态学杂志，2011，32(2):38-46.

［16］ Wang Zhaohui，Han Boping，Hu Ren.Phytoplankton community structure and eutrophication of reservoirs in Guangdong province，China ［J］.Chinese Journal of E-cology，2005，24(4):402-405.(in Chinese)王朝晖，韩博平，胡 韧.广东省典型水库浮游植物群落特征与富营养化研究 ［J］.生态学杂志，2005，24(4):402-405.

［17］ Li Saiyang，Han Zhiyong，Xu Zhencheng，et al.Study on the structure of phytoplankton community and its relationships with environmental factors in Gaozhou Reservoir［J］.Journal of Hydroecology，2013，34(5):16-24.(in Chinese)李思阳，韩志勇，许振成，等.高州水库浮游植物群落结构及其与环境因子的关系［J］.水生态学杂志，2013，34(5):16-24.

［18］ Yang Liangjie，Yu Pengfei，Zhu Junquan，et al.Community structure characteristics of phytoplankton and related affecting factors in Hengshan Reservoir，Zhejiang，China［J］.Chinese Journal of Applied Ecology，2014，25(2):569-576.(in Chinese)杨亮杰，余鹏飞，竺俊全，等.浙江横山水库浮游植物群落结构特征及其影响因子 ［J］.应用生态学报，2014，25(2):569-576.

［19］ Luigi Naselli-Flores.Phytoplankton assemblages in twentyone Sicilian Reservoirs:relationships between species composition and environmental factors［J］.Hydrobiologia，2000，424(1/2/3):1-11.

［20］ Chislock M F，Sharp K L，Wilsona A E.Cylindrospermopsis racibarskii dominates under very low and high nitrogen-to-phosphorus ratios［J］.Water Research，2014，49:207-214.

［21］ Wei Peng，Huang Liangmin，Feng Jiahe，et al.Distribution characteristics of COD and DO and its influencing factors in the Guangzhou sea zone of the Pearl River Estuary［J］.Ecology and Environmental Science，2009，18(5):1631-1637.(in Chinese)魏 鹏，黄良民，冯佳和，等.珠江口广州海域COD与DO的分布特征及影响因素 ［J］.生态环境学报，2009，18(5):1631-1637.