福州市環(huán)境監(jiān)測站 林 晶

近年來，我國水庫、湖泊等封閉型水體富營養(yǎng)化問題嚴重[1]。營養(yǎng)豐富的水體中，藍藻常于春夏季大量繁殖形成水華，引起水質(zhì)惡化，甚至產(chǎn)生毒素，對魚類、人畜產(chǎn)生毒害[2-3]。研究表明，水庫發(fā)生富營養(yǎng)化與水體中的氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)水平、水文條件、氣候條件等因素關(guān)系密切，在營養(yǎng)源持續(xù)較高的前提下，水文、氣象氣候條件是藻類水華爆發(fā)的重要誘導(dǎo)因素。目前，對山仔水庫已有的研究更側(cè)重于探討水庫富營養(yǎng)化與氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)水平及水文條件的影響[4-6]，而光合有效輻射等氣象條件對水華爆發(fā)的影響鮮見報道。

本文依據(jù)福州市環(huán)境監(jiān)測站2010年1月～10月山仔水庫水質(zhì)自動監(jiān)測站的監(jiān)測數(shù)據(jù)及水庫浮游植物優(yōu)勢種及數(shù)量監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析了山仔水庫藻類生物量與藍藻水華發(fā)生的相關(guān)因子，如光合有效輻射、溫度、總氮、總磷、pH、溶解氧等之間的關(guān)系，旨在研究影響藍藻水華的主要生態(tài)因子，以期今后將自動監(jiān)測數(shù)據(jù)更好地應(yīng)用于藻類預(yù)警監(jiān)測工作中。

1 研究地區(qū)和方法

1.1 研究區(qū)概況

敖江是福建省第六大河，流域面積2655km2，河長137km。山仔水庫位于敖江下游，水庫呈長條不規(guī)則狀分布，調(diào)節(jié)庫容1.06×108m3，于1994年11月開始蓄水，為福州第二水源。跟蹤調(diào)查表明，水庫于2000年開始呈現(xiàn)富營養(yǎng)化趨勢，并觀測到藍藻水華現(xiàn)象，在枯水年份更為明顯，對福州供水安全造成一定影響。市環(huán)境監(jiān)測部門從2003年起設(shè)立水質(zhì)自動監(jiān)測站，對水質(zhì)理化指標、藻類、氣象等指標進行連續(xù)的觀測，以及時掌握水庫水質(zhì)變化和藍藻水華發(fā)生情況。

1.2 監(jiān)測方法及內(nèi)容

1.2.1 監(jiān)測地點與監(jiān)測項目

山仔水質(zhì)自動監(jiān)測站位于福州連江小滄鄉(xiāng)鹿島山莊。水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)包括采水單元、配水單元、分析單元、控制單元、數(shù)據(jù)采集與傳輸單元以及輔助單元，目前水站采用 2小時采樣分析一次的頻次。

本次試驗監(jiān)測項目對象為：水溫、pH、濁度、溶解氧（DO）、總磷（TP）、總氮(TN)、藻青蛋白、氣象（其中的光合有效輻射參數(shù)）等8個參數(shù)。其中pH、水溫、濁度、溶解氧分析儀采用德國WTW公司的儀器，總磷、總氮分析儀由湖南力合公司提供，藻青蛋白分析儀為美國 ysi公司產(chǎn)品，氣象參數(shù)分析儀為意大利lsi公司產(chǎn)品。

1.2.2 監(jiān)測方法

主要在線監(jiān)測分析方法見表1。

表1 在線監(jiān)測分析方法

2 結(jié)果與分析

2.1 2010年山仔水庫藻類監(jiān)測結(jié)果及評價

2.1.1 藻類分布情況

藻類監(jiān)測結(jié)果表明，2010年山仔水庫僅10余種藻類，1月份開始就以藍藻（凱氏魚腥藻）占優(yōu)勢，3月份魚腥藻藻細胞密度出現(xiàn)高峰（達108cells/L），水體觀測到藻類水華現(xiàn)象，隨后藻細胞密度降低，但在水體中仍占優(yōu)勢；3月份監(jiān)測到有微囊藻出現(xiàn)，但不形成優(yōu)勢，一直到7月份微囊藻成為優(yōu)勢種類，且占據(jù)絕對優(yōu)勢，這樣的狀況一直持續(xù)到9月份，除了藍藻，其他藻類的種類數(shù)和細胞數(shù)量均很少。將這一結(jié)果與前人所做的浮游植物多年監(jiān)測情況進行對比，結(jié)果顯示，山仔水庫主要優(yōu)勢種類由隱藻、綠藻、藍藻、硅藻向單一的藍藻（如魚腥藻、微囊藻）過渡；優(yōu)勢種所占比例逐年增加，浮游植物種類數(shù)呈下降趨勢，種類多樣性降低。

2.1.2 藻類生物量分析

2.1.2.1 實驗室監(jiān)測

藍藻水華爆發(fā)是表觀現(xiàn)象，其前提是藻類達到一定的生物量。葉綠素a是反映藻類生物量多少的綜合指標，在實際工作中常被作為評價水體富營養(yǎng)化狀況的主導(dǎo)因子。2010年1月～10月間，選取山仔水庫庫心監(jiān)測位點，每月一次采集中泓線上層水樣，監(jiān)測水質(zhì)變化情況。實驗室分析結(jié)果表明，山仔水庫中的葉綠素a含量具有明顯的時間分布規(guī)律，隨季節(jié)變化比較明顯，3月葉綠素a出現(xiàn)第一個小高峰，5月～9月含量持續(xù)較高，于夏季7月達到最高峰。據(jù)實際觀測，水庫于春夏季出現(xiàn)藍藻水華現(xiàn)象。

圖1 2010年山仔水庫葉綠素a含量變化情況

2.1.2.2 自動監(jiān)測

藻青蛋白是藍藻所特有的一種色素，其特征性光譜吸收峰和熒光發(fā)射峰可以被用來作為對藍藻進行檢測的指標，本次實驗選取自動監(jiān)測數(shù)據(jù)中的藻青蛋白含量作為藍藻生物量的另一個衡量指標。由圖2可知，2010年1月～10月間，山仔水庫藻青蛋白含量于3月和6月、7月出現(xiàn)兩個峰值，說明藻類爆發(fā)存在一定規(guī)律，即春夏季為藍藻水華爆發(fā)危險期。因為春夏季水溫升高、光照增強，浮游植物光合作用強烈，細胞分裂增殖速度加快。在合適的氣象與水文條件下，大量藍藻群體在水中生長繁殖，并上浮到水體表面積聚，形成可見的水華。這與實驗室監(jiān)測和實際觀測結(jié)果都較為一致，據(jù)實際觀測，2010年3月開始，山仔水庫出現(xiàn)藍藻水華，并在夏季6月、7月出現(xiàn)高峰，水華情況從3月一直持續(xù)到9月。

圖2 2010年山仔水庫藻青蛋白含量變化情況

2.2 藻類生長與生態(tài)因子的相關(guān)性分析

藻青蛋白含量在一定程度上反映了水體中藻類的生長情況，而藻類生長又受到氮、磷元素、水溫、光照、pH、濁度、溶解氧等多種生態(tài)因子制約。為了研究藍藻生物量的影響因素，本文對2010年自動監(jiān)測數(shù)據(jù)進行了相關(guān)性分析，得到了藻青蛋白和環(huán)境影響因子的相關(guān)系數(shù)，如表2所示?？梢钥闯觯迩嗟鞍着cTN/TP呈負相關(guān)；與TP、pH、光合有效輻射、濁度呈顯著正相關(guān)，與TN、水溫、DO呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)較低。

表2 藻青蛋白與生態(tài)因子的相關(guān)性分析

2.3 影響藻類生長的主要生態(tài)因子分析

2.3.1 氮、磷營養(yǎng)元素

氮、磷是藻類生長的必須營養(yǎng)元素，在一定范圍內(nèi)，其含量與藻類的生長成正相關(guān)關(guān)系。據(jù)山仔水庫2010年自動監(jiān)測數(shù)據(jù)，水體中氮、磷質(zhì)量濃度月際變化和藻青蛋白變化成一定的相關(guān)關(guān)系。2010年3月～7月，水體中氮、磷水平較高，而與之相應(yīng)的，藻青蛋白在春季的3月和夏季6、7月時也出現(xiàn)峰值，而在夏季，受溫度、光照等因素的影響，藍藻大量繁殖，藻青蛋白出現(xiàn)了全年最高峰值（圖3、圖4）。

N/P也是影響藻類生長的重要因素，氮磷比在一定范圍時適宜藻類的生長，但不同學(xué)者所研究的結(jié)果也不盡相同。山仔水庫2010年春夏兩季N/P范圍在10～15間（圖5），藻青蛋白出現(xiàn)較大值；當(dāng)秋冬季氮磷比升高，超過15，尤其在1月達到31.74時，藍藻數(shù)量減少，藻青蛋白處于全年最低水平。

圖3 2010年山仔水庫總磷與藻青蛋白月均變化趨勢圖

圖4 2010年山仔水庫總氮與藻青蛋白月均變化趨勢圖

圖5 2010年山仔水庫氮磷比與藻青蛋白月均變化趨勢圖

2.3.2 光照、溫度

除了藻類生長必需的營養(yǎng)元素，影響藻類生長的生態(tài)因子還包括光照、溫度、pH值、溶解氧、水的活度、氧化還原電位、其它生物等。在富營養(yǎng)化的湖庫中，營養(yǎng)充足，藻種群由于對溫度、光照等生態(tài)因子的適應(yīng)，群落組成存在季節(jié)演替現(xiàn)象。藻種群的生長態(tài)勢與生態(tài)因子之間密切相關(guān)。

2.3.2.1 光照

光是藻類進行光合作用的必需條件，光照周期及強度都會影響其生長、代謝和繁殖的速率。山仔水庫2010年藻青蛋白和光合有效輻射的月際變化趨勢如圖6所示，在氮、磷營養(yǎng)條件充足的條件下，隨著光照強度的增加，藻青蛋白含量增加，當(dāng)光合有效輻射在夏季6月、7月達到最強時，藻青蛋白含量也達到峰值，之后隨著輻射強度的減弱，藻青蛋白含量迅速減少。

圖6 2010年山仔水庫光合有效輻射與藻青蛋白月均變化趨勢圖

2.3.2.2 溫度

溫度也是引起藻類爆發(fā)的一個重要因素，它是影響藍綠藻代謝率的重要因子，一般溫度每升高 1℃，細胞代謝率加快10%左右，超過一定范圍，代謝率又下降，而不同藍綠藻其生長的適宜溫度則隨種類而異。由圖7可知，春季，隨著水溫的升高，藻青蛋白數(shù)量逐漸增加，當(dāng)?shù)?月水溫最高時，藻類進入對數(shù)增長期，數(shù)量最多，藻青蛋白含量增至最大。

根據(jù)蘇玉萍等的研究顯示，山仔水庫水華微囊藻SZ200307的增殖速率隨水溫的上升而增大，在 20℃～30℃ 范圍內(nèi)有較高的比增殖速率，其中30℃比增殖速率最大，但過低和過高的溫度都抑制了水華微囊藻 SZ200307的生長，30℃最適合其生長[7]。山仔水庫位于南亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，夏季平均水溫在 20℃～30℃之間，很適合水華微囊藻 SZ200307的生長。

圖7 2010年山仔水庫水溫與藻青蛋白月均變化趨勢圖

2.3.3 其他生態(tài)因子

2.3.3.1 pH

水體pH是一個重要的生態(tài)因子，與藻類生長關(guān)系密切。堿性系統(tǒng)易于捕獲大氣中的CO2，有利于藻類光合作用，從而產(chǎn)生較高的生產(chǎn)力，促進藻類生長。不同藻類也有不同的pH適應(yīng)范圍，一般認為藍藻偏好較高的 pH[8]。調(diào)查顯示，在山仔水庫中，優(yōu)勢藻種主要為藍藻。由圖8看出，藻青蛋白含量與pH值變化趨勢基本一致。春季pH在8.0～9.0之間，夏季pH達到9.0以上，隨著pH升高，藻青蛋白含量同步增大，促進藍藻生長。6月，pH達到極大值，藻青蛋白含量同期增至最大。

圖8 2010年山仔水庫水體pH與藻青蛋白月均變化趨勢圖

2.3.3.2 溶解氧

溶解氧是影響藻類水華的主要環(huán)境因子，當(dāng)藻類數(shù)量激增，光合作用明顯增強，水中溶解氧明顯增加。由圖9可知，6月份DO含量急劇上升，藻青蛋白含量接近最大，表明藻類快速繁殖，生物量達到最大。7月份以后，DO含量急劇下降，藻青蛋白含量呈下降趨勢，表明此時藻類大量死亡，水質(zhì)最差。

圖9 2010年山仔水庫溶解氧與藻青蛋白月均變化趨勢圖

2.3.3.3 濁度

圖10顯示，水的濁度與藻青蛋白成正相關(guān)，濁度隨著藻類數(shù)量的增加而上升。藻類在富營養(yǎng)化水體中一般都在水體表層密集地懸浮著，6月、7月當(dāng)藻類大量生長時，藻類連同藻類分泌物及其它有機和無機物使水質(zhì)混濁不清，導(dǎo)致濁度上升。隨后藻類大量死亡，濁度逐漸下降，水質(zhì)恢復(fù)澄清。

3 結(jié)論

自動監(jiān)測作為一種重要手段，已有不少地區(qū)將其應(yīng)用于藻類的監(jiān)測預(yù)警方面[9-10]。本次研究通過自動監(jiān)測站獲得的數(shù)據(jù)分析，探索并驗證了影響藍藻水華的主要生態(tài)因子，有助于掌握藍藻水華發(fā)生和發(fā)展過程，為今后的預(yù)警和防治工作提供依據(jù)。

圖10 2010年山仔水庫水濁度與藻青蛋白月均變化趨勢圖

監(jiān)測期內(nèi)，山仔水庫藻類生物量與藻青蛋白含量變化一致。與主要原因變量TN、TP、水溫、光合有效輻射，及其他相關(guān)因子pH、濁度、DO均呈正相關(guān)關(guān)系，與光合有效輻射、pH等因素的相關(guān)性尤為顯著；與TN/TP呈負相關(guān)關(guān)系，低濃度比有利于藍藻水華發(fā)展。

監(jiān)測期內(nèi)，水庫藻類生物量兩次出現(xiàn)小高峰：3月～5月隨著光合有效輻射增強、水溫升高，藻類數(shù)量增加；6月～7月水溫、光合有效輻射穩(wěn)步上升，藻類生物量在7月達到峰值；隨后溫度、光合有效輻射下降，藻類生物量隨之減少。

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