胡 恩， 王文科， 張振文， 孫長順， 蘇雅玲

(1. 長安大學 環(huán)境與工程學院， 西安 710061； 2. 陜西省環(huán)境科學研究院， 西安 710061；3. 中國科學院 南京地理與湖泊研究所， 南京 210008)

漢江流域是我國南水北調(diào)中線工程重要水源涵養(yǎng)區(qū)與供給區(qū)。為滿足電力需求和地方經(jīng)濟發(fā)展，漢江流域上游(陜西段)干、支流規(guī)劃了數(shù)座水電站。攔河筑壩修建水電從時空尺度改變著河道的完整性和連續(xù)性，使得天然河流水文特征發(fā)生變化，如流速變緩、水體滯留時間變長，呈現(xiàn)類似湖泊的靜水特性等[1-2]，除此之外，還會引起河流原有生物群落結構的更替和重組[3-6]。隨著時間推移，誘發(fā)河道型水庫水質(zhì)下降、水體富營養(yǎng)化，甚至暴發(fā)水華等一系列水生態(tài)環(huán)境問題，威脅漢江水質(zhì)安全和湖庫功能[7-8]。

近年來，漢江流域不斷受到富營養(yǎng)化問題的困擾，藻類水華風險劇增[9]。藺河口水庫是漢江重要支流嵐河的重要水利樞紐。2017年春夏之交，該水庫短時間內(nèi)突發(fā)水色異?，F(xiàn)象，整個庫區(qū)與河道水體呈深褐色，引發(fā)當?shù)孛癖娍只拧Ｑ芯勘砻?，除了明顯的污染物輸入外，藻類水華被認為是水體變色的誘因之一[10]。水華一旦形成，阻擋光照穿透深度，降低水體透明度，在適宜的水文、氣象環(huán)境條件下，湖庫會出現(xiàn)嚴重厭氧狀況，真光層以下積累的生物腐爛分解，誘發(fā)水體顏色異常、水質(zhì)異味等生態(tài)環(huán)境問題[11]。與淺水湖泊經(jīng)常出現(xiàn)的藍藻水華問題不同，硅藻水華是河流和水庫更為常見的災害性物種。為此，在2017年4月下旬，作者對水質(zhì)和藻類組成開展調(diào)查研究，初步探討硅藻水華是否是引發(fā)藺河口水庫水色泛褐的原因，調(diào)查結果有助于為管理部門保障湖庫水質(zhì)安全提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究水庫概況

本研究所調(diào)查的藺河口水庫(32°18′30.33″N；108°56′27.55″E)位于陜西省安康市嵐皋縣，是漢江一級支流嵐河控制性水利樞紐工程。嵐河流域內(nèi)山高谷深，整個流域呈東南高、西北低的形態(tài)。嵐河由滔河、東鄉(xiāng)河等支流匯聚而成，河流全長153 km，流域面積約2130 km2，經(jīng)嵐皋縣至安康注入瀛湖。

1.2 采樣點布設

采樣調(diào)查選擇4月下旬，正值藺河口水庫水色泛深褐色顯著期。由南向北共設7個采樣點，上游兩條主要支流布設4個點位(LG4、LG5、LG6和LG7)，支流交匯處1個點位(LG3)，下游庫區(qū)2個點(LG1和LG2)，7個采樣點位均進行水質(zhì)監(jiān)測，藻類調(diào)查工作則主要在LG1、LG2、LG3、LG4和LG5 5個點位。

1.3 樣品采集及分析方法

樣品的采集與測定方法參考文獻[12]?，F(xiàn)場用賽氏盤測定透明度(SD)。水質(zhì)與浮游植物樣品采集時均取表層0.5 m與5 m深混合水樣。取2 L水樣帶回實驗室，測定總氮(TN)、總磷(TP)、葉綠素a(Chl-a)濃度、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)等水質(zhì)指標。采集1 L水樣用1%魯哥試劑固定，靜置48 h，利用虹吸法吸除上清液，定容至30 mL，用于浮游植物群落結構的鑒定。TN的測定為堿性過硫酸鉀消解、紫外(波長600 nm)分光光度法；TP的測定為堿性過硫酸鉀消解、鉬銻抗顯色分光光度法(波長700 nm)；Chl-a采用熱乙醇提取、分光光度法(波長665 nm、770 nm)測定；CODMn采用高錳酸鉀水浴氧化后草酸鈉、高錳酸鉀氧化滴定法。浮游植物群落結構的鑒定采用Olympus CH生物光學顯微鏡鏡檢，鑒定到屬。在各屬細胞密度(cells/L)的基礎上，根據(jù)體積重量經(jīng)驗公式計算浮游植物生物量(BM, mg/L)，樣品處理和生物量估算方法參照文獻[13]。湖庫營養(yǎng)狀態(tài)采用相關加權營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法計算(TLI(Σ))，利用Chl-a、TN、TP、CODMn和SD 5個參數(shù)評價，評價分級標準為：TLI(Σ)<30為貧營養(yǎng)，30～50為中營養(yǎng)，>50為富營養(yǎng)[14]。

1.4 數(shù)據(jù)分析方法

數(shù)據(jù)分析、圖表繪制及主要統(tǒng)計參數(shù)計算由Excel 2013與Origin Pro 2017軟件完成。

2 結果與分析

2.1 水質(zhì)及營養(yǎng)水平狀況

藺河口水庫水質(zhì)指標狀況見表1。

表1 藺河口水庫主要水質(zhì)指標

受深褐色的影響，水庫平均透明度SD為0.64 m。Chl-a、TN、TP和CODMn等常規(guī)指標其平均濃度分別為18.5 μg/L、1.10 mg/L、0.23 mg/L及3.89 mg/L。水庫TN平均濃度超過Ⅲ類水限定值(1.0 mg/L)，TP平均濃度超過Ⅴ類水限定值(0.2 mg/L)。根據(jù)《湖泊(水庫)富營養(yǎng)化評價方法和分級技術規(guī)定》，對Chl-a、TN、TP、CODMn和SD 5項湖泊(水庫)富營養(yǎng)化評價指標評分，7個采樣點加權平均計算營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)TLI(Σ)介于53.46～58.34，平均值為56.50，表明藺河口水庫處于富營養(yǎng)狀態(tài)[TLI(Σ)>50]。

2.2 浮游植物組成、生物量及密度

根據(jù)鑒定結果，藺河口水庫5個采樣點位鑒定出浮游植物主要有13種(屬)，隸屬5個門類。其中硅藻門(Bacillariophyta)5種(屬)；藍藻門(Cyanophyta)3種(屬)；隱藻門(Cryptophyta)3種(屬)；綠藻門(Chlorophyta)1種(屬)；甲藻門(Pyrrophyta)1種(屬)。

藺河口水庫5個采樣點位浮游植物總生物量介于8.62～15.84 mg/L，其中硅藻為7.45～14.6 mg/L，隱藻為0.36～1.0 mg/L，甲藻為0.11～0.43 mg/L，藍藻生物量為0.07～0.11 mg/L，綠藻生物量0.02～0.04 mg/L。各點位藻類生物量組成特征基本相似，均表現(xiàn)為硅藻>隱藻>甲藻>藍藻>綠藻(圖1)。

圖1 水庫各采樣點位藻類生物量

藺河口水庫浮游植物平均總生物量為12 mg/L。硅藻平均值為11.02 mg/L，占浮游植物總生物量的92%；隱藻平均值為0.58 mg/L，占比4.8%；甲藻和藍藻生物量相對較小，平均值分別為0.28 mg/L和0.09 mg/L，分別占比2.3%和0.7%；綠藻平均生物量為0.03 mg/L，占比0.2%。從細胞密度來看，藺河口水庫藻類總細胞密度為0.86×108～1.59×108cells/L，平均值為1.21×108cells/L，符合水華的標準[15-16]。與生物量相似，細胞密度以硅藻為主，硅藻細胞密度平均值為1.10×108cells/L，占總細胞密度的90.4%；其次為藍藻，均值為8.64×106cells/L，占比7.1%；隱藻和甲藻細胞密度分別為2.33×106cells/L和5.54×105cells/L，分別占比1.9%和0.5%；綠藻平均細胞密度為7.13×103cells/L(圖2)。

3 討論

3.1 藺河口水庫硅藻水華特征

與其它區(qū)域相比，藺河口水庫硅藻水華在發(fā)生時間和群落結構組成上有所區(qū)別。據(jù)報道， 1992年至今，在漢江流域下游發(fā)生過數(shù)次硅藻水華，時間多集中在2—3月[17]；太湖流域水庫硅藻水華則大多出現(xiàn)5—6月[18]；嘉陵江硅藻水華發(fā)生在2月中旬[19]。藺河口水庫硅藻水華于4月中旬出現(xiàn)，4月下旬達到峰值，5月上旬顏色開始消退，至中旬基本消失殆盡。以上過程符合硅藻水華生長峰值時間短、消亡速度快的特點。

圖3 藺河口水庫硅藻群落組成(根據(jù)平均生物量，mg/L)

硅藻種類多，生境較廣，不同生態(tài)系統(tǒng)中硅藻水華的成因和群落結構組成可能存在很大差異。根據(jù)已有文獻，漢江流域下游硅藻水華主要以小環(huán)藻屬(Cyclotellaspp.)和冠盤藻(Stephanodiscus)為主[10, 20]；嘉陵江硅藻水華則以小環(huán)藻屬(Cyclotellaspp.)占優(yōu)[19]；長江中下游水庫硅藻水華則以針桿藻(Synedraspp.)為主[11, 18]。藺河口水庫硅藻水華主要由曲殼藻(Achnanthesexigua)和針桿藻(Synedraspp.)組成。硅藻生物量平均值為11.02 mg/L，其中曲殼藻處于絕對優(yōu)勢地位，平均生物量為10.82 mg/L，占硅藻總生物量的98.2%；針桿藻平均生物量為0.18 mg/L，占比不到1.6%；其余硅藻生物量占比0.2%(圖3)。

3.2 藺河口水庫硅藻水華影響因素分析

營養(yǎng)鹽是浮游植物生長的必要條件，過量的營養(yǎng)元素在水體中積累，導致水體富營養(yǎng)化，繼而引起藻類的異常增殖[21-22]。藺河口水庫氮、磷濃度偏高，水體處于富營養(yǎng)化狀態(tài)，滿足藻類異常增殖的營養(yǎng)需求。調(diào)查分析認為藺河口水庫營養(yǎng)鹽負荷可能受外源輸入控制：一方面，嵐河流域茶園、果園等農(nóng)業(yè)活動頻繁，氮、磷等營養(yǎng)元素隨地表徑流進入庫區(qū)；其次，流域內(nèi)村鎮(zhèn)產(chǎn)生的生活污水未完全處理進入河道；除此之外，庫區(qū)網(wǎng)箱養(yǎng)殖投放的餌料以及魚類排泄物也是營養(yǎng)鹽的潛在來源。

硅藻水華具有強烈的季節(jié)性，對氣溫響應十分敏感。大多數(shù)硅藻群落屬于相對喜涼的生物，生長適宜溫度一般為16 ℃～26 ℃之間，超過30 ℃則開始消退[23]。根據(jù)氣象資料：嵐河流域地處秦嶺以南，4月氣溫較低，適宜硅藻生長；5月上旬，隨著溫度快速攀升，硅藻則開始消亡。后期跟蹤觀測發(fā)現(xiàn)，5月中下旬藺河口水庫水體深褐色基本消失，透明度亦大幅升高(超過2.5 m)，表明藺河口水庫一個月內(nèi)完成硅藻水華的發(fā)生-峰值-消亡的生長周期，符合硅藻水華維持時間短的一般規(guī)律[11]。

湖庫流量、流速以及換水周期等水文條件對硅藻生長影響同樣顯著。水庫長期處于低流速、維持低的換水周期有利于硅藻的生長[24-25]。相比較天然湖泊，水庫水文條件更易于受人工調(diào)節(jié)的影響。河道攔河筑壩導致水流速度變緩，河流呈現(xiàn)湖泊化特征，營養(yǎng)元素在庫區(qū)積累，促進藻類生長。水庫換水具有沖刷作用，可以將浮游植物以及營養(yǎng)鹽排出庫區(qū)，低換水率有利于營養(yǎng)鹽和浮游植物在庫區(qū)的積累。資料顯示，嵐河流域4—5月降雨少，為蓄水、節(jié)水季，水庫經(jīng)常在510 m的高水位運行，換水率較低，換水周期長，適宜的水文條件為硅藻水華生長提供了便利[26]。

4 結論

通過對水質(zhì)和浮游植物群落結構調(diào)查分析，初步認為：2017年春夏之交，漢江流域藺河口水庫暴發(fā)硅藻水華，引發(fā)水色異常。此次硅藻水華是水體過高的營養(yǎng)鹽濃度、適宜的氣溫以及水文條件等多因素綜合作用的結果。在防控對策上，建議加強流域水體綜合治理，控制農(nóng)業(yè)面源染污和生活源污染，降低營養(yǎng)鹽負荷。在水華暴發(fā)的高風險期間，考慮水力調(diào)控方法，加快庫區(qū)水體交換速率，縮短換水周期，防止藻類生物量過度積累。