基于浮游植物监测的红花湖水质污染及富营养化评价

基于浮游植物监测的红花湖水质污染及富营养化评价

0浮游植物群落组成百花湖是贵州省乌江上游主要支流猫跳河水库的第二个储水水库。湖面地理坐标为东经106°27′～106°32′,北纬26°35′～26°41′,蓄水面积14.5km2,最大水深36m,平均水深12.55m,库容1.82亿m3,表层水温夏秋高温季节可达26℃,冬季12月为10℃,为黔中地区仅次于红枫湖、乌江水库的第三大喀斯特人工河道水库。担负着库区周边饮水、发电、工业用水、农灌、养殖、游泳等多种功能。近年来,由于大量的工业废水和生活污水直接排入湖区,使湖水中营养盐急剧增加,引起浮游植物大量繁殖形成水华,湖水水质迅速恶化,多次发生鱼类死亡及湖水发黑等污染事故,严重影响了库区周边工农业生产和人民生活。本文通过1995年4月～1996年6月一个水文年对百花湖浮游植物的定点逐月监测,对百花湖浮游植物的种类组成、季节变化、种群数量、优势种、污染指示种、综合指数、绿藻指数、生物多样性指数等群落生态学指标进行了初步研究。选用生物指示法、藻类综合指数、生物多样性指数等指标,对百花湖水质污染及营养水平现状进行了评价。1工作方法1.1采样站配置根据全国《湖泊营养化调查规范》的要求,结合百花湖环境特征,共设置了5个采样站位(图1)。1.2浮游植物生物量的测定每月中上旬在所设样站进行采样。定性样品的采集用25号浮游植物网于水下0.5～1.5m捞取。定量样品用1L的改良北原式采水器从表层至2倍于透明度的深处(6～8m)分3至6层采水,每层1L,将各层水样充分混均后,从中取1L,加少量鲁哥氏液,经室内静置24h后,以“沉淀倾泄法”弃去上层澄清液,留取30ml浓缩液作定量计数,依“目镜视野法”求出每升水体中所含的浮游植物个体数和细胞数,再以细胞体积法推算出生物量。按照R.Margalef多样性指数公式d=S-1/lnN,求出d值,按Shannon-Weaver多样性指数公式H¯¯¯=−∑ni/N.ln(ni/N)Η¯=-∑ni/Ν.ln(ni/Ν),求H¯¯¯Η¯值,按照均匀度指数公式e=H¯¯¯/lnSe=Η¯/lnS,求出e值。式中S为种类数,N为个体数,ni为i种的个体数。2结果与讨论2.1浮游植物的种类组成对采集的5个站位150号定性样品,经镜检鉴定,百花湖全年共发现浮游藻类8门、13纲、20目、36科、102属、281种(含变种及变型)。按种类多少依次为绿藻门158种、蓝藻门62种、硅藻门37种、隐藻门8种、裸藻门5种、金藻门5种、甲藻门4种、黄藻门3种。浮游植物的种类组成随季节发生变化(表1)。从表中可以看出,绿藻种数始终占首位,而夏秋温暖季节蓝藻种类增加,位居第二,冬春则硅藻种数增加,按浮游植物种类组成特点划分,百花湖属绿—蓝藻型湖泊。2.2浮游植物细胞密度百花湖浮游植物细胞密度经统计计算年均为4762万个/L(个体数年均2254.58万个/L)。夏秋温暖季节浮游植物的细胞密度可达7720.90万个/L(个体数可达3371.39万个/L),与1980年的研究结果相比增长了23倍,按国内有关评价湖泊富营养标准:个体数>10×105个/L即为富营养,已大大超过富营养水平。百花湖浮游植物细胞密度以夏、秋2季最大,春季次之,冬季最小。这主要是由于晚春、夏、秋季节,一些喜温的蓝藻如微囊藻、鱼腥藻等异常增殖的结果,且常形成蓝藻水华。(图2)2.3夏季和春季生物量比较百花湖浮游藻类的数量、生物量因季节而异,春季各站个体数平均为2230.24万个/L,细胞数量高可达4888.41万个/L,生物量平均为94.21mg/L;夏季各站个体数平均为2182.69万个/L,细胞数最高可达5833.30万个/L,生物量平均为92.20mg/L;秋季各站个体平均数为3371.39万个/L,细胞数最高可达7720.92万个万个/L,生物量平均为142.42mg/L;冬季各站个体数平均为1234万个/L,细胞数量高可达2000.37万个/L,生物量平均52.13mg/L。个体数量、生物量的季节变化趋势,与浮游植物细胞密度的变化趋势是基本吻合的(表2)。2.4常见富营养水体种百花湖浮游植物除微囊藻属、盘星藻属、卵囊藻属的种类周年均占优势外,其余因季节不同而出现不同的优势种群。春季以脆杆藻、锥囊藻,夏季以鱼腥藻、小球藻、胶网藻等为主;秋、冬季则直链藻渐次增多。常年出现并占优势的种类有:水华微囊藻Microcystisflos-aquae□△、铜绿微囊藻M.aeruginosa□△及其大型变种M.aeruginosavar.major□△、水华鱼腥藻Anabaenaflos-aquae□△、弱细颤藻Oscillatoriatenuis○□△及其亚洲变种O.tenuisvar.asiatica○□△、角甲藻强壮变型Cexatiumhirundinellaf.robustum□+、分歧锥囊藻Dinobryonschroeteri□+、巴豆叶脆杆藻Fragilariacrotonensis□+、颗粒直链藻Melosiragranulata□△、球囊藻Sphaerocystisschroeteri+、小球藻Chlorellavulgaris○△、浮球藻Planktosphaeriagelotinosa□、湖生卵囊藻Oocystislacustis□+△、单生卵囊藻O.solitaria□+△、椭圆卵囊藻O.elliptica□+△、美丽胶网藻Dictyosphaeriumpulchellum□△、琵琶盘星藻Pediastrumbiwae□+、双射盘星藻P.biradiatum□+、二角盘星藻纤细变种P.duplexvar.gracillimum□+、单角盘星藻具孔变种P.simplxvar.duodenarium□+、小空星藻Coelastrummicroporum□+、库津新月藻CloseriumKutzingii+、纤细新月藻C.gracile□+、弯曲栅藻Scenedesmusarcuatus□△、纤细角星鼓藻Staurastrumgracile□+、曼弗角星鼓藻S.manfeldtii□+、具齿角星鼓藻S.indentatum+等种类。它们中的绝大多数种类是富营养水体的常见种。其中具“○”符号的为多污性(PS)水体中的指示种类;具“△”符号的是α—中污性(α-ms)水体中的指示种类;具“□”符号的是β—中污性(β—ms)水体中的指示种类,具“+”符号的是寡污(OS)水体的指示种类。参考国内外已报道的耐污藻类文献,百花湖水体中共发现污染指示藻类90种,其中74种是指示β—ms以上水质(即α—ms,PS),表明百花湖已为中污染向重污染过渡的阶段。2.5藻类指数及其季节变化和水质评价2.5.1绿藻指数值绿藻指数公式:绿藻种类数(不包括鼓藻)鼓藻种数。评价标准:绿藻指数值0～1为贫营养,1～5为富营养,5～15为重富营养。通过计算,百花湖各样站的绿藻指数为1.3～5.5之间(表3),水体属富营养至重富营养型。2.5.2富营养型标准藻类综合指数=(蓝藻门+绿藻门+中心纲硅藻+裸藻)种数/鼓藻目种数。评价标准:综合指数值<1为贫营养,1～2.5为弱富营养型,3～5为中度富营养型,5～20为重度富营养型,20～43为重富营养型。经计算,百花湖各样站藻类综合指数为3.6～9.0之间(表4),表明水体为中度富营养至重度富营养型。2.5.3藻类多样性指数2.5.3.水质污染情况R.Margalef指数值d>5时,水质清洁,d>4水质轻污染,d>3水质中污染,d<3水质重污染。经计算,百花湖各样站的d值为0.91～2.06之间(表5),d<3,表明水体受到重污染。2.5.3.水体重污染Shannon-Weaver指数值H¯¯¯Η¯为0～1时,水体重污染,1～3为中污染,大于3为轻污染或无污染。计算结果,百花湖各样站H¯¯¯Η¯值有80%小于1(表6),指示水体受到重污染,另20%在1～3间,指示中污染。2.5.3.水体富营养化的主要原因均匀度指数e值0～0.3为重污染,0.3～0.5为中污染,0.5～0.8为轻污染或无污染。经计算,百花湖e值80%在0.3以下,另20%在0.3～0.5之间(表7),表明水体为重污染水质。综合上述各种评价指标,百花湖已受到重污染,属于富营养型向重度富营养型过渡的湖泊,且近年来,这种人为的富营养化进程在加速发展,究其污染的主要原因,我们认为有以下几方面:1.上游红枫湖水体已为重污染富营养型湖泊,其湖水直接流入百花湖是导致百花湖水体污染和富营养化的重要原因。2.工矿企业排放生产污水。其中以贵州有机化工总厂、贵阳焦化厂、清镇棉纺织厂、林东煤矿等大中型企业的大量生产污水直接进入百花湖,是其污染状况加剧的主要原因。3.湖区水产养殖业的增加,尤其是高密度的投饵网箱养殖,使水体的氮,磷负荷进一步加重,加速了富营养化的进程。4.湖区周边城镇大量的含磷生活污水的直接入湖,也是导致污染加重,富营养化进程加速发展的原因之一。5.旅游业的迅速发展及农田地表径流侵蚀带来的污染,也促进水体富营养化的进程。百花湖水体污染的进一步发展,势必给贵阳市白云区及湖区周边人民群众的生活用水带来危机。因此,控制该湖水体的进一步污染,延缓或彻底解决百花湖水体富营养化问题,就成为这一地区经济可持续发展的关键。目前,百花湖水体总氮含量年均值6.0mg/L,总磷年均值为0.025mg/L。尽管总氮指标大大超过富营养化指标,但总磷却仍在富营养化限制值附近(富营养化P限制值TP<0.02mg/L),由此可见,百花湖是典型的磷限制富营养化湖泊,如能控制污染源,尤其是磷源,