浮游植物對退水渠水污染生態(tài)的影響

郭 鵬

(新賓縣水務(wù)局，遼寧 撫順 113200)

隨著人類對河流水資源的過度開發(fā)，河流退水渠已經(jīng)受到不同程度的污染，嚴(yán)重影響周圍人們的日常生活和城市的良好發(fā)展[1- 2]。水生植物群落能夠參與河流的能量流動和物質(zhì)循環(huán)，可以準(zhǔn)確反映水體的水質(zhì)狀況，彌補(bǔ)了水體理化指標(biāo)在水質(zhì)評價上的不足[3- 4]。近年來，以浮游植物作為生物監(jiān)測評價水質(zhì)污染水平，在國內(nèi)外得到了廣泛應(yīng)用，但尚缺乏退水渠尺度關(guān)于浮游植物群落結(jié)構(gòu)與水質(zhì)狀況評價的研究。上夾河水渠發(fā)源于新賓滿族自治縣境內(nèi)分水嶺，由東向西流經(jīng)5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，由于沿渠工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，建筑垃圾與生活垃圾越來越多，水資源污染日益嚴(yán)重。為全面了解退水渠內(nèi)浮游植物群落結(jié)構(gòu)及水質(zhì)現(xiàn)狀，本文運(yùn)用浮游植物群落調(diào)查和水質(zhì)指標(biāo)，對退水渠水質(zhì)污染情況進(jìn)行了綜合評價，旨在為河流水生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測和健康評估提供科學(xué)依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置

根據(jù)上夾河水渠考核點(diǎn)位監(jiān)測，自西向東共設(shè)置5個監(jiān)測點(diǎn)，如圖1所示。

圖1 上夾河監(jiān)測點(diǎn)分布

1.2 浮游植物的采集

用2L有機(jī)玻璃采水器分別采集0～60cm，100～160cm深的水樣，并量取500mL倒入采樣瓶中加入魯哥氏液進(jìn)行現(xiàn)場固定。靜置48h后，用虹吸管抽取不含藻類的清液，剩余沉淀物轉(zhuǎn)入50mL定量瓶中；再用上述清液少許沖洗三次沉淀器，沖洗液轉(zhuǎn)入定量瓶中，并加入2%的甲醛溶液進(jìn)行保存。清液濃縮至20mL，在顯微鏡下進(jìn)行觀察、分類以及鑒別，隨后進(jìn)行計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)，密度計(jì)算如下[5]：

(1)

式中，n—計(jì)數(shù)所得浮游植物的數(shù)目；V—測試水樣量，mL；Va—計(jì)數(shù)框的體積，mL；Vs—1L濃縮后的體積，mL；Ac—計(jì)數(shù)面積，mm2；A—計(jì)數(shù)框面積，mm2；D—浮游植物密度，個/L。

依據(jù)GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中水質(zhì)監(jiān)測情況和基本項(xiàng)目，參考《水和廢水監(jiān)測分析方法》的有關(guān)要求，對水質(zhì)指標(biāo)pH值、透明度(SD)、溶解氧(DO)、化學(xué)需氧量(COD)、氨氮、總氮(TN)、總磷(TP)進(jìn)行分析測定，采用氧化還原測定儀和總有機(jī)碳分析儀對ORP和TOC采用測定，金屬鎘、鉛通過ICP-OES進(jìn)行測定[6- 8]。

1.3 評價方法

采用Pielou均勻度指數(shù)(J)和Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H′)評價水體的水質(zhì)狀況，計(jì)算浮游植物優(yōu)勢度(Y)確定優(yōu)勢種，計(jì)算公式如下[9- 10]：

(2)

(3)

(4)

(5)

式中，fi—第i個物種出現(xiàn)的頻率；Ni—第i個物種的個體數(shù)；N—同一種樣品的個體總數(shù)；S—種類數(shù)。J值若大于0.8為無污染，0.5～0.8為輕度污染，0.3～0.5為中度污染，0～0.3為重度污染；H′值若大于3.0為無污染，2.0～3.0為輕度污染，1.0～2.0為中度污染，0～1.0為重度污染；當(dāng)Y≥0.02時，確定為優(yōu)勢種。

采用湖泊綜合營養(yǎng)指數(shù)對SD、TP和TN進(jìn)行富營養(yǎng)化程度評價[11]，計(jì)算公式如下：

TLI(SD)=-19.41ln(SD)+51.8

(6)

TLI(TP)=16.24ln(TP)+94.36

(7)

TLI(TN)=16.94ln(TN)+54.53

(8)

(9)

式中，Wi—第i種參數(shù)相關(guān)權(quán)重；TLI(i)表示第i種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；TLI(Σ)—綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)。若TLI(Σ)>70為重度富營養(yǎng)；60

依據(jù)GB3838—2002，采用單因子指數(shù)法對水體水質(zhì)狀況及其污染程度進(jìn)行評價[12- 13]。項(xiàng)目實(shí)測值超過Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)值時即為超標(biāo)，單因子指數(shù)法公式如下：

(10)

式中，Ii—單因子指數(shù)；Ci—第i種評價因子的觀測值；Si—第i種評價因子的評價標(biāo)準(zhǔn)值。

根據(jù)《城市黑臭水體整治工作指南》，將黑臭水體分為“重度黑臭”和“輕度黑臭”兩個級別[14]，分級標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 城市黑臭水體污染程度分級標(biāo)準(zhǔn)

注：*表示水深不足25cm時，該指標(biāo)按水深的40%取值。

2 結(jié)果與分析

2.1 浮游植物種類組成分析

各監(jiān)測點(diǎn)浮游植物種類組成，如圖2所示，由各監(jiān)測點(diǎn)浮游植物種類組成來看，金藻門、隱藻門、甲藻門和裸藻門種類較少，主要為綠藻門、藍(lán)藻門、硅藻門三大門類，其中綠藻門種類數(shù)最多，裸藻門和藍(lán)藻門在各個監(jiān)測點(diǎn)分布較均勻，種類數(shù)相差不大；硅藻門在監(jiān)測點(diǎn)1#和5#種類數(shù)居多；在監(jiān)測點(diǎn)2#和5#處沒有發(fā)現(xiàn)金藻門。

圖2 各監(jiān)測點(diǎn)浮游植物種類組成

各監(jiān)測點(diǎn)浮游植物群落密度統(tǒng)計(jì)結(jié)果，見表2。可以看出，5#測點(diǎn)離污染源較遠(yuǎn)，水面開闊，浮游植物密度較低；4#測點(diǎn)的浮游植物密度最大，主要是由于測點(diǎn)流速適中，氣溫適中且光照充足，非常適宜藻類的生長與繁殖。各監(jiān)測點(diǎn)浮游植物密度分布從大到小的順序?yàn)?#>3#>1#>2#>5#。硅藻門密度最大，占浮游植物總密度的30.01%。

表2 上夾河各監(jiān)測點(diǎn)浮游植物群落密度分布 單位：個/L

2.2 優(yōu)勢種統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析

各監(jiān)測點(diǎn)優(yōu)勢種及優(yōu)勢度統(tǒng)計(jì)見表3。浮游植物優(yōu)勢種共有12種，優(yōu)勢種群與營養(yǎng)狀態(tài)的對應(yīng)關(guān)系一般為：隱藻門代表貧、中水體，綠藻門和藍(lán)藻門代表重富營養(yǎng)水體，綠藻門和硅藻門代表富營養(yǎng)水體，硅藻門代表中富營養(yǎng)水體。由表3可知，主要優(yōu)勢種群為綠藻門、藍(lán)藻門、硅藻門，指示為中-重富營養(yǎng)狀態(tài)。

表3 各監(jiān)測點(diǎn)優(yōu)勢種及優(yōu)勢度統(tǒng)計(jì)

2.3 多樣性指數(shù)與均勻度指數(shù)評價結(jié)果

各監(jiān)測點(diǎn)均勻度指數(shù)(J)和多樣性指數(shù)(H′)計(jì)算結(jié)果，見表4。浮游植物Pielou均勻度指數(shù)在0.86～1.73之間，平均值為1.168。根據(jù)指數(shù)評價，5個監(jiān)測點(diǎn)中3#和4#為重度污染，其余監(jiān)測點(diǎn)為中度污染。浮游植物Shannon-Wiener多樣性指數(shù)在0.32～0.48之間，平均值為0.40，為中度污染。

表4 上夾河各監(jiān)測點(diǎn)多樣性指數(shù)

2.4 富營養(yǎng)化評價結(jié)果分析

各監(jiān)測點(diǎn)富營養(yǎng)化指數(shù)見表5。監(jiān)測點(diǎn)4#的SD和TP指數(shù)及綜合富營養(yǎng)化指數(shù)最高，已經(jīng)達(dá)到重度富營養(yǎng)化狀態(tài)；而監(jiān)測點(diǎn)1#、2#、3#和5#處于中度富營養(yǎng)化狀態(tài)；監(jiān)測點(diǎn)1#為起始位置，表明從上游就處于中度富營養(yǎng)化狀態(tài)，之后處于重度富營養(yǎng)化狀態(tài)，最后又處于中度富營養(yǎng)化狀態(tài)，主要是附近工業(yè)廢水與醫(yī)藥廢水的排入導(dǎo)致了中-重度富營養(yǎng)化狀態(tài)，這與浮游植物群落評價結(jié)果相吻合。

表5 各監(jiān)測點(diǎn)富營養(yǎng)化指數(shù)

2.5 水質(zhì)指標(biāo)測定結(jié)果分析

各監(jiān)測點(diǎn)水質(zhì)參數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表6。可以看出，監(jiān)測點(diǎn)3#的TN、氨氮、COD均超標(biāo)，主要是由于該測點(diǎn)臨近居民區(qū)，受人類生活的干擾較大，導(dǎo)致TN測定值均超過Ⅴ類限值；測點(diǎn)2#、3#和5#的氨氮均超標(biāo)，測點(diǎn)1#、3#和4#的COD均超標(biāo)。因此，該退水渠水體屬于劣Ⅴ類，可能是由于附近工業(yè)廢水、企業(yè)醫(yī)藥廢水和居民生活污水未經(jīng)處理直接排入河流。

表6 各監(jiān)測點(diǎn)水質(zhì)參數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

注：表中“—”處表示該斷面水質(zhì)參數(shù)未超標(biāo)。

各監(jiān)測點(diǎn)黑臭水體指標(biāo)參數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表7，各監(jiān)測點(diǎn)黑臭水體指標(biāo)均未超標(biāo)，表明水體沒有出現(xiàn)黑臭現(xiàn)象。

表7 黑臭水體指標(biāo)參數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

2.6 相關(guān)性分析

浮游植物群落指數(shù)與水質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)關(guān)系見表8。可以看出，鎘、鉛、COD、透明度、pH值與浮游植物密度和種類數(shù)呈顯著性相關(guān)。其中SD與浮游植物總種類數(shù)呈顯著正相關(guān)，與綠藻門密度呈顯著正相關(guān)；COD與浮游植物總種類數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)，與綠藻門種類數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)；鉛與浮游植物總密度呈極顯著負(fù)相關(guān)，與硅藻門密度呈顯著負(fù)相關(guān)；鎘與裸藻門種類數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)，與裸藻門密度呈極顯著負(fù)相關(guān)。因此，鎘、鉛、COD、透明度是影響上夾河浮游植物群落結(jié)構(gòu)的主要水質(zhì)指標(biāo)。

表8 浮游植物群落指數(shù)與水質(zhì)指標(biāo)間的Pearson相關(guān)性分析

注：“*”表示在P﹤0.05水平上顯著相關(guān)。

3 結(jié)論

上夾河退水渠浮游植物豐富，浮游植物總密度為2.56×105個/L，主要優(yōu)勢種群為綠藻門、藍(lán)藻門、硅藻門，為富營養(yǎng)型水體；黑臭水體評價結(jié)果顯示退水渠未發(fā)生黑臭現(xiàn)象；Pielou均勻度指數(shù)和Shannon-Wiener多樣性指數(shù)評價結(jié)果為退水渠處于中-重度污染狀態(tài)，超過Ⅴ類水質(zhì)指標(biāo)的有TN、氨氮和COD；Pearson相關(guān)性分析表明，鎘、鉛、COD和透明度是影響植物群落的主要指標(biāo)，流域水環(huán)境現(xiàn)狀與優(yōu)勢種評價結(jié)果相一致。該研究結(jié)果說明浮游植物能夠準(zhǔn)確反映水體的水質(zhì)狀況，彌補(bǔ)了水體理化指標(biāo)在水質(zhì)評價上的不足，能夠?yàn)樯蠆A河退水渠生態(tài)系統(tǒng)的健康評價提供數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。