佛子嶺水庫浮游生物特征及水質評價

劉昌利,田華祥,馬永富,呂園園,劉俊生,韓新莉,周紅娟

(1.皖西學院生物與制藥工程學院,安徽六安237012;2.六安市環境監測中心站,安徽六安237012)

佛子嶺水庫浮游生物特征及水質評價

劉昌利1,田華祥2,馬永富2,呂園園1,劉俊生1,韓新莉1,周紅娟1

(1.皖西學院生物與制藥工程學院,安徽六安237012;2.六安市環境監測中心站,安徽六安237012)

2009年1月-2009年12月在對佛子嶺水庫進行水質理化監測的同時,對水庫5個站點進行浮游生物群落生態調查。佛子嶺水庫共檢出浮游藻類8門221種,以綠藻門、硅藻門和藍藻門為主;檢出浮游動物83種,以原生動物和輪蟲為主。水質生物監測評價結果表明,佛子嶺水庫受到輕-中度污染,水質等級為II類,屬中營養型水體。

佛子嶺水庫;浮游生物;水質評價

佛子嶺水庫是以防洪、灌溉、供水為主,兼發電、水產養殖等多功能的水利樞紐工程,是大別山重要水源地之一,承擔著向合肥、六安等大中城市和周邊縣城、小集鎮供水任務。為提高水庫水質監測的準確性[1],開展生物監測,筆者于2009年1月-2009年12月對佛子嶺水庫的浮游生物資源進行了調查,利用浮游生物種類、數量、群落演替、生物多樣性指數H(Shannon)等指標進行水質評價[2-4],現將結果報導如下。

1 材料與方法

1.1 浮游生物的采集與觀察

根據佛子嶺水庫的環境地理特征,每月在六安市水質監測中心站設定的掃帚河、徐家沖、兩河口、石壩壁和壩前5個采樣點分別進行1次水化學與生物監測采樣。水質理化分析由六安市水質監測中心站負責。浮游生物定性樣本用25號浮游生物網在水庫表面至水下0.5m處以每秒20-30cm的速度呈“∞”字形拖動約3min,收集樣品用4%的福爾馬林固定;另采集定性樣本1份不固定,帶回實驗室備活體觀察。定量樣本采用有機玻璃采水器取水庫表層(0.5m)、中層(15m)水樣各1L,混合后加入30ml魯哥氏液(Lugol)固定24h[4],帶回室內濃縮至20ml保存[5](P34-37)。鏡檢時搖均固定或濃縮水樣,取0.1ml用浮游生物計數板觀察,同一樣品計數3次,取其平均數作為結果,記錄所觀察到的浮游生物種類和數量。每一樣本觀察前先看不固定的活體水樣,熟悉該樣中浮游動植物形態,但不統計數據。葉綠素a的測定執行國標GB3838-2002標準[5](P34-37)。

1.2 數據處理

統計每月各監測站所出現的浮游動植物種類與數量,計算同期浮游生物量,統計一年中水庫所出現的浮游動植物種類與數量。所得數據用生物多樣性指數(H)計算[4][6]。依據浮游生物種類、數量、群落演替、H值對水庫水質進行綜合評價。式中:N為浮游植、動物個體總數,ni為第i次個體數,H為生物多樣性指數。綜合評價標準當生物指數H>3.50、3.50-2.50、2.50-2.00、2.00-1.00和0-0.90,對應的污染等級分別是清潔、輕度污染、中度污染、重度污染和嚴重污染[4]。綜合污染指數K值由六安市水質監測中心站提供。

2 結果與分析

2.1 浮游藻類群落特征

2009.1-2009.12月佛子嶺水庫共檢出浮游藻類221種,隸屬于綠藻門(Chlo rophyta)、硅藻門(Bacillariophta)、藍藻門(Cyanophyta)、黃藻門(Xanthophyta)、裸藻門(Euqlenophyta)、甲藻門(Pyrrophyta)、金藻門(Chrysophyta)和隱藻門(Crp tophyta)8個門[7-9],各門種類及所占比例見表1。水庫硅藻種數全年較多,綠藻種類波動最大,藍藻種類偏少,1-11月綠藻和藍藻種類波動趨于同步;10-12月,綠藻和硅藻種類增加,藍藻種類減少,見圖1。

表1 佛子嶺水庫浮游生物群落特征

圖1 佛子嶺水庫主要藻類的種類變化

2.2 浮游藻類的季節、數量變化

佛子嶺水庫浮游植物數量,一年中藍、綠藻占藻類總數的比例之和11月最低,3-4月最高,藍、綠藻占優勢的時間有4個月。全年硅藻所占比例較高,7月最低、11月最高,7-12月硅藻比例增加并維持在較高水平,與低溫、光照不足等惡劣環境有利于硅藻生長密切相關[10,11],見圖2。水庫浮游藻類生物量:冬季>秋季>夏季>春季,見圖3。

圖2 佛子嶺水庫主要浮游植物占藻類比例變化

圖3 佛子嶺水庫浮游生物量與種類的季節變化

2.3 浮游動物群落特征

2009.1-2009.12月佛子嶺水庫共檢出浮游動物81種,隸屬于原生動物門(Protozoa)、輪蟲動物門(Rotifera)、節肢動物門(A rthropoda)的枝角亞目(Cladocera)、節肢動物門(A rthropoda)的橈足綱(Copepoda)。原生動物和輪蟲是水庫浮游動物的主要種類。

水庫浮游動物的種類,6-12月多于1-5月,原生動物與輪蟲、枝角類與橈足類的種類波動趨于同步,見圖4。

圖4 佛子嶺水庫浮游動物種類的變化

2.4 浮游動物的季節、數量變化

佛子嶺水庫浮游動物以原生動物、輪蟲為主,一年中2-7月輪蟲數量較高,8-12月、1月原生動物數量較高,3-4月以枝角類為主。浮游動物生物量:秋季>夏季>冬季>春季,見圖3。

全年浮游植物種類、生物量大于浮游動物。1-6月浮游植物與浮游動物的比值逐步降低,8-12月該比值又逐步增大,見表2。

全年浮游生物量與物種數的變化呈正相關,受溫度影響不大,見圖5。

圖5 水庫浮游生物量與種類的變化

表2 2009年佛子嶺水庫水質生物監測評價

2.5 水庫生物監測結果

佛子嶺水庫的生物多樣性指數 H、浮游植物葉綠素a、浮游生物種類組成、生物量所進行的水質評價,一年中水質優良狀況是3-9月>1-2月、10-12月,即枯水期及其前后水質最差。5個站點的水質變化不大,水質優良度:徐家沖、兩河口>石壩壁、掃帚河>壩前,壩前水質較差與人類活動多密切相關。綜合評價佛子嶺水庫:水質輕-中度污染,水質等級為 II類,屬中營養型水體[5,12,13],見表2、3。

表3 佛子嶺水庫各站點水質生物監測評價

3 討論

3.1 水庫浮游生物特征

2009.1 -2009.12月佛子嶺水庫共檢出浮游藻類221種,以硅藻、綠藻和藍藻為主;浮游動物83種,以原生動物和輪蟲為主,水庫浮游生物量10.45×104L-1-123.34×104L-1個。水體中既有貧營養型的優勢類群:金藻門的魚鱗藻屬,綠藻門的叉鏈藻屬和叉星藻屬,硅藻門的平板藻屬和根管藻屬;也有中營養型水體的優勢類群:甲藻門的角藻屬,硅藻門的脆桿藻屬,綠藻門的空星藻屬和鼓藻屬。還有富營養型水體的優勢類群:藍藻門的微囊藻屬、魚腥藻屬、顫藻屬、束絲藻屬和平裂藻屬,綠藻門的柵藻屬、小球藻屬、弓形藻屬和衣藻屬,硅藻門的直鏈藻屬、針桿藻屬和舟形藻屬,裸藻門的裸藻屬,隱藻門的隱藻屬[14]。

水庫浮游植物種類、生物量大于浮游動物。2-6月浮游植物與浮游動物的比值逐步降低,8-12月該比值逐步增大,其原因可能是浮游動物以藻類為食,對浮游植物數量起著“負反饋”調節所致。

全年浮游生物生物量與種類的波動趨于同步,但11-12月生物種類、生物量最高,大于其它月份,是否與枯水期浮游生物密度增大,檢出物種數增多有關還有待進一步研究。

水庫浮游動物中原生動物與輪蟲、枝角類與橈足類種數波動趨于同步,可能是輪蟲、橈足類分別以原生動物、枝角類為食導致了彼此的消漲。

3.2 水庫生物監測結果評價

水庫浮游藻類以硅藻為主,全年硅藻生物量占藻類總量的11.16-90.92%,月均達57.90%,顯示水庫水質清潔度較好[12]。硅藻中數量最多的依次是直鏈藻屬、脆桿藻屬、針桿藻屬、菱形藻屬和橋彎藻屬;綠藻最多的依次是鼓藻屬、盤星藻屬和新月藻屬;藍藻最多的分別是微囊藻屬和顫藻屬;金藻門最多的是魚鱗藻屬;甲藻門最多的是角甲藻屬。其中金藻門的魚鱗藻屬是貧營養型水體的優勢類群;甲藻門的角甲藻屬和硅藻門的脆桿藻屬是中營養型水體的優勢類群;硅藻門的直鏈藻屬,藍藻門的微囊藻屬和顫藻屬是富營養型水體的優勢類群。鑒于中營養型水體的角甲藻屬、脆桿藻屬是水庫的優勢類群,藍藻較少,生物多樣性指數H為2.2-3.4,藻類葉綠素a為2.40-2.74mg/m3,生物監測評價水庫屬于中營養型水體[12,14],與庫區Ⅱ類水質相符。

根據污染加重后,浮游生物種類減少、生物量增加的特點,在1-6月隨浮游生物量與物種數比值的降低,水質應該逐步好轉,8-12月隨比值增大,水質應該逐漸變差。該推斷與理化監測所得綜合污染指數K值1-6月降低、水質變好,8-12月K值增大、水質變差的結果相符合。

水庫3-4月藍、綠藻數量占優勢,進入10月綠藻、硅藻種類快速增加,生物量維持在最高水平,分別顯示3-4月,10-12月水質較差,5-9月水質較好。生物多樣性指數H值4-9月較高,浮游生物量與種類的比值5-10月維持在較低水平,二者均顯示5-9月水質較好,由此可見生物監測結果具有一致性。同時也與綜合污染指數K值顯示的水質2-8月較好,10-12月、1-2月較差結果相符。

3.3 生物監測的特點

佛子嶺水庫全年理化監測的K值變化很小,指示水質均為II類,而生物監測中浮游生物量、優勢種及H值都處于不斷的變化中,如3-9月H值顯示水質輕度污染,其他時間處于中度污染;清潔水與中營養型水體的優勢類群魚鱗藻屬、角甲藻屬和脆桿藻屬種類與數量的變化,顯示了水質在輕-中度污染間的波動。由此可見,生物監測較理化監測具有連續性,準確性[1,3]。

在輕-中度污染的水域,清潔水的指示生物敏感性強,在K值基本不變的情況,其種類與數量在不斷變化,具有一定的預警性[15]。

綠藻門、硅藻門和藍藻門各類群占水庫浮游植物種類比例在紅旗水庫[14]、大伙房水庫[13]、佛子嶺水庫分別是22.40%、45.40%和39.37%,62.73%、24.10%和33.48%,10.46%、16.70%和12.22%;3大水庫的H值分別是紅旗水庫1.90-3.52,大伙房水庫2.00-3.00,佛子嶺水庫2.22-3.37;大伙房水庫和佛子嶺水庫的葉綠素a分別是3.60-7.96 mg/m3和2.40-2.74mg/m3,由上述數據推斷水質優良度是紅旗水庫>佛子嶺水庫>大伙房水庫。但K值顯示結果是大伙房水庫>佛子嶺水庫>紅旗水庫,產生這種現象的原因與采樣方式及濃縮樣品處理方法相關[10],也與水的流速、水溫等每一水域水文、自然生態環境的不同密切相關,生物監測不同于理化監測全國執行統一的標準。因此,開展生物監測需要進行大量的生物資源調查,積累基礎資料,進一步完善相關的計算公式、評價分級以矯正生物監測的地域性[16]。

3.4 生物監測的可行性

水質監測的生物指標與理化指標之間存在著復雜的關系,理化指標中的懸浮物、高錳酸鹽指數、生化需氧量與生物指標中的浮游植物,微核技術P指數,藻類屬數在監測中占主要解釋地位[17]。

本研究理化監測中K值計算選擇了包括高錳酸鹽指數、生化需氧量在內的8項指標[4],生物監測中選擇了生物群落、優勢種、生物種類、數量、H值及葉綠素a等指標的變化評價水質,二者結果具有較好的一致性。但水質優劣是以生物對水質變化的反應為基礎,不該單純停留在各項理化監測數字上。因此,只要篩選到合理的生物指標、完善生物多樣性指數H計算公式、評價分級,生物監測將能更準確地反映水質狀況[18],生物監測擁有較高的準確性和可操作性[17,19]。

目前佛子嶺水庫浮游生物量10.45×104L-1-123.34×104L-1個,生物多樣性指數H 2.22-3.37,藻類葉綠素a 2.40-2.74mg/m3,庫區藻類是綠-硅-藍型,生態學綜合評價結果是水庫水體輕-中度污染,水質為II類,屬中營養型水體。但考慮到生物監測的預警性、上游山區種植業增大,植被減少,施肥較多,在雨水沖刷下將有大量氮、磷流入水體,庫區網箱養魚投餌過多、不法分子農藥藥魚所形成的新污染,及電魚、雷管炸魚對生態系統的嚴重破壞,如不及時采取措施,很容易出現向富營養型水體轉化的嚴重后果。

[1]張土喬,吳小剛,應向華.水質生物監測體系建設的若干問題探討[J].水資源保護,2004,(1):25-27.

[2]胡紅波,顧泳結,李明.麗娃河水體富營養化與浮游藻類的指示關系[J].生物學雜志,2005,22(2):32-35.

[3]王海黎,陶澎.生物標志物在水環境研究中的應用[J].中國環境科學,1999,19(5):421-426.

[4]史玉強,趙國華,荊國鈞,等.遼寧大伙房水庫水質生態監測的研究[J].中國環境監測,2000,16(1):12-15.

[5]國家環保局《水生生物監測手冊》編委會.水生生物監測手冊[M].南京:東南大學出版社,1992.

[6]許木啟.從浮游動物群落結構與功能的變化看府河-白洋淀水體的自凈效果[J].水生生物學報,1996,20(3):212-219.

[7]韓茂森.淡水浮游生物圖譜[M].北京:農業出版社,1980.

[8]周鳳霞,陳劍虹.淡水微型生物圖譜[M].北京:化學工業出版社,2008.

[9]梁象秋,方紀祖,楊和荃.水生生物學(形態和分類)[M].北京:中國農業出版社,2002.

[10]何青,孫軍,欒青杉,等.長江口及其鄰近水域冬季浮游生物集群[J].應用生態學報,2007,18(11):2559-2566.

[11]吳乃成,唐濤,周淑嬋,等.香溪河小水電的梯度開發對浮游藻類的影響[J].應用生態學報,2007,18(5):1091-1096.

[12]王立前,張榆霞.云南省重點湖庫水體透明度和葉綠素a建議控制指標的探討[J].湖泊科學,2006,18(1):86-90.

[13]史玉強,李樹瑩,崔雙發,等.遼寧大伙房水庫水質及水生生物群落結構的研究[J].大連水產學院學報,2003,18(1):23-28.

[14]曹文鐘,余政哲,張宏波,等.紅旗水庫的浮游植物及水質評價[J].東北林業大學學報,2004,32(4):36-37、49.

[15]任宗明.在線生物監測技術在飲水安全預警中的應用研究[D].濟南:山東師范大學(碩士學位論文),2005.

[16]房英春,田春,肖友紅.蘇子河浮游藻類多樣性與水質的生物評價[J].水利漁業,2007,27(1):57-58,93

[17]蘇靜.地表水水質理化監測指標與生物監測指標的典型相關分析[D].成都:四川大學(碩士學位論文),2006.

[18]董旭輝,羊向東,王榮.長江中下游地區湖泊富營養化的硅藻指示性屬種[J].中國環境科學,2006,26(5):570-574.

[19]李秀珍,胡炳清,惠仲威.地表水水生生物指標與水質理化指標相關性研究[J].森林工程,2003,12(4):7-8,11.

Study on Plankton and Water Quality of Fuziling Reservior

LIU Chang-li1,TIAN Hua-xiang2,MA Yong-fu2,LV Yuan-yuan1,LIU Jun-sheng1,HAN Xing-li1,ZHOU Hong-juan1

(1.College of Biotechnology and Pharmaceutical Engineering,West Anhui University,Lu’an 237012,China;2.Lu’an Municipal Environmental Monitoring Center,Lu’an 237012,China)

The ecological investigation of algae and planktonic animal at five points in every month has been conducted in Fo-ziling Reservoir in 2009,finding out 221 species from 8 phylum in algae,mainly chlo rophyta,bacillariophyta and algae doo r,and 83 species planktonic animal,primarily protozoa and rotifer,The result of biological monitoring shows that water of Foziling Reservoir has beenmild-to moderate contaminated,calssified as Class IIStandard of Surface Water,and Foziling Reservoirwas secondary eutrophication.

Foziling Reservoir;p lankton;evaluation of water quality

X524

A

1009-9735(2010)05-0015-05

2010-09-09

安徽省教育廳自然科學基金重點項目(KJ2008A138)。

劉昌利(1964-),女,安徽六安人,教授,碩士,研究方向:渦蟲生物學及動物資源開發應用研究。