趙 冬

（遼寧省錦州水文局，遼寧 錦州 121000）

錦凌水庫承擔(dān)錦州市的供水與防洪任務(wù)，兼具改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境的作用，也為錦州市區(qū)提供一處集度假、觀光、休閑于一體的綜合生態(tài)景觀。隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，農(nóng)業(yè)面源污染、禽畜養(yǎng)殖和生活污染等加劇了錦凌水庫水體富營養(yǎng)化程度。有學(xué)者認(rèn)為，蓄水初期水庫水質(zhì)主要受入庫河流水質(zhì)的影響，藍(lán)藻暴發(fā)及水體富營養(yǎng)化大多是由總磷超標(biāo)引起的，而正式供水后往往會暴發(fā)硅藻水化[1-2]。

浮游植物的多樣性及群落組成結(jié)構(gòu)變化，對水生態(tài)功能具有顯著影響，這也是指示系統(tǒng)穩(wěn)定性及健康狀況的重要參數(shù)；另外，由于各環(huán)境因子對不同浮游植物的影響具有一定差異，許多學(xué)者深入探究了環(huán)境因子與浮游植物群落特征的關(guān)系，運(yùn)用多樣性指數(shù)評價(jià)了湖庫水體水質(zhì)[3-5]。然而，基于浮游植物群落多樣性指數(shù)及葉綠素a、總磷、總氮等理化指標(biāo)的水質(zhì)生物學(xué)評價(jià)和綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)評價(jià)都存在指標(biāo)體系過于單一的局限性。鑒于此，文章通過全面調(diào)查2021 年錦凌水庫水生態(tài)狀況系統(tǒng)分析其浮游植物群落結(jié)構(gòu)，綜合使用熵權(quán)法、營養(yǎng)指數(shù)法及水質(zhì)生物評價(jià)法評判錦凌水庫健康狀態(tài)，旨在為該水庫水生態(tài)管理和修復(fù)提供參考[6-8]。

1 調(diào)查方法

1.1 布設(shè)采樣點(diǎn)

錦凌水庫控制水域面積3 029km2，總庫容8.80 億m3，凈調(diào)節(jié)水量1.61 億m3，正常蓄水面積52.71km2，正常蓄水位60m，向錦州市每年供水量達(dá)到0.98 億m3，對小凌河徑流也具有一定的調(diào)節(jié)作用。由于地下水資源豐富，有利于生態(tài)環(huán)境建設(shè)項(xiàng)目的實(shí)施。

本研究于2021 年2 月、5 月和8 月對錦凌水庫布設(shè)的M1～M5 五個(gè)采樣點(diǎn)實(shí)施水生態(tài)系統(tǒng)調(diào)查，采集水質(zhì)理化指標(biāo)、浮游動(dòng)植物物樣品。

1.2 樣品處理

依據(jù)《水和廢水監(jiān)測分析方法》對懸浮物SS、總氮TN、葉綠素a、總磷TP、氨氮NH3-N、高錳酸鹽指數(shù)CODMn、透明度SD、溶解氧DO、pH 值和水溫T 等10 項(xiàng)常規(guī)環(huán)境因子進(jìn)行樣品采集分析。

浮游植物的采集流程如下：首先利用采水器在每個(gè)采樣點(diǎn)分別提取底、中和表層水樣，經(jīng)均勻混合后定容至1L，并加入15mL 魯哥氏液進(jìn)行固定。然后將水樣濃縮到30mL，將其帶回實(shí)驗(yàn)室鏡檢。根據(jù)《淡水浮游生物研究方法》中的方法，按照以下步驟計(jì)算相關(guān)指標(biāo)：對于生物量，將濃縮水樣中的浮游動(dòng)植物數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并根據(jù)已知的濃度因子計(jì)算出單位體積的生物量；對于豐度，根據(jù)固定體積中的浮游動(dòng)植物數(shù)量計(jì)算出單位體積中的豐度。

1.3 評價(jià)方法

1）水質(zhì)生物學(xué)評價(jià)。本研究選用物種優(yōu)勢度（Y）、均勻度指數(shù)（J）和多樣性指數(shù)（H'）進(jìn)行評價(jià)，其計(jì)算方法為：

式中：N、S表示物種個(gè)體數(shù)和物種數(shù)；ni、fi表示物種i的個(gè)體數(shù)及其出現(xiàn)頻率，將Y≥0.02 作為優(yōu)勢種的判斷標(biāo)準(zhǔn)，按照表1 中的標(biāo)準(zhǔn)劃分浮游植物多樣性等級。

表1 多樣性分級標(biāo)準(zhǔn)

2）綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)。根據(jù)錦凌水庫CODMn、SD、TN、TP、葉綠素a 等水質(zhì)指標(biāo)值，對水庫水生態(tài)健康狀況利用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)（TLI）進(jìn)行分析，計(jì)算方法如下：

式中：TLI（j）、ωj為指標(biāo)j的營養(yǎng)指標(biāo)及其權(quán)重，文章直接引用《中國湖泊環(huán)境》中的計(jì)算結(jié)果確定CODMn、SD、TN、TP、葉綠素a指標(biāo)權(quán)重分別為0.1834、0.1834、0.1790、0.1879、0.2663。通常將營養(yǎng)狀態(tài)分為重度、中度、輕度富營養(yǎng)和中、貧營養(yǎng)5 級，相應(yīng)TLI 取值區(qū)間為≥70、60～70、50～60、30～50、＜50[9-11]。

3）水生態(tài)健康評價(jià)。根據(jù)錦凌水庫特征，選擇浮游植物多樣性指數(shù)、底棲動(dòng)物生物量、葉綠素a、浮游動(dòng)植物生物量等水生態(tài)指標(biāo)和SS、TP、NH3-N、TN、CODMn、DO、SD 等物理化學(xué)指標(biāo)構(gòu)建綜合評價(jià)體系。錦凌水庫的水生態(tài)健康狀況考慮利用綜合指數(shù)EHCI 進(jìn)行評估，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

式中：ωi、Ii為參評指標(biāo)i的權(quán)重及其歸一化值，取值區(qū)間均為0～1，詳細(xì)計(jì)算公式見文獻(xiàn)[12]。采用等間隔的方式可將EHCI 指數(shù)劃分成很差、較差、中等、好、很好5 個(gè)等級，對應(yīng)的取值范圍為0～20、20～40、40～60、60～80、80～100。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Origin9.0、Excel2012、Arc Gis10.2和SPSS20.0等軟件，完成數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析、制圖、底圖繪制以及相關(guān)性分析?？紤]到群落中的偶見屬、多種屬情況，按照設(shè)定要求將優(yōu)勢度Y≥0.02的浮游植物作為優(yōu)勢種。在分析前應(yīng)合理選擇單峰或線性模型，一般利用除趨勢對應(yīng)分析來確定。結(jié)果表明，排序軸的最大長度梯度超過4宜選取CCA典型對應(yīng)分析法。

2 結(jié)果與分析

2.1 水質(zhì)指標(biāo)及綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)

2021 年錦凌水庫TLI 指數(shù)和水體理化因子如表2，結(jié)果表明5 月份CODMn和葉綠素a 濃度達(dá)到最大，而總氮和透明度最小，季節(jié)變化與其它指標(biāo)的相關(guān)性較低。根據(jù)DS、TN、TP、葉綠素a和CODMn計(jì)算TLI 指數(shù)，其平均值為44.7，錦凌水庫整體達(dá)到中營養(yǎng)狀態(tài)。具體而言，2 月和8 月的TLI 指數(shù)處于30～50 的中營養(yǎng)狀態(tài)，5 月較高達(dá)到輕度營養(yǎng)水平，營養(yǎng)狀態(tài)相同時(shí)指數(shù)越大則營養(yǎng)程度越高。從小到大，不同季節(jié)TLI 指數(shù)排序?yàn)榇杭荆径荆鞠募尽?/p>

表2 錦凌水庫TLI 指數(shù)及水質(zhì)指標(biāo) mg/L

2.2 浮游植物群落結(jié)構(gòu)

2.2.1 物種組成

根據(jù)錦凌水庫浮游植物調(diào)查結(jié)果，共發(fā)現(xiàn)7 門、48 屬，其中綠藻門、硅藻門和藍(lán)藻門數(shù)量較多分別為26、10、6 個(gè)屬類，而裸藻門、隱藻門、甲藻門和金藻門各有2 個(gè)或1 個(gè)屬類，黃藻門在調(diào)查中未被發(fā)現(xiàn)。不同季節(jié)的優(yōu)勢種屬如表3 所示，進(jìn)一步分析表明不同季節(jié)浮游植物的優(yōu)勢種類存在差異，在冬季硅藻門和藍(lán)藻門是優(yōu)勢種類，春季硅藻門成為主導(dǎo)門類，而在夏季綠藻門則占據(jù)主導(dǎo)地位。

表3 浮游植物優(yōu)勢度及優(yōu)勢種

2.2.2 生物量時(shí)空分布與浮游植物豐度

月尺度上，錦凌水庫生物量和浮游植物豐度處于0.80～38.12mg/L、（4.5～104）×106cell/L 范圍。另外，浮游植物的生物量和豐度在同一時(shí)間段內(nèi)呈現(xiàn)出相似的變化趨勢，特別是在5 月份達(dá)到了峰值，這可能是由于5 月是春季過渡到夏季的時(shí)段，氣溫上升，光照和養(yǎng)分供應(yīng)增加，為浮游植物的生長和繁殖提供了有利條件，因此導(dǎo)致了豐度的增加。在2月、5 月、8 月硅藻門所占比率為45.1%、73.2%、和18.0%，藍(lán)藻門所占比例為41.2%、26.0%和23.6%，綠藻門所占比例為12.8%、0.5%、44.2%，表明不同季節(jié)的浮游植物群落組成存在明顯差異。此外，由于硅藻的暴發(fā)致使錦凌水庫5 月浮游植物生物量及豐度明顯高于其它時(shí)段?？傮w而言，2 月份浮游植物主要為硅藻門-藍(lán)藻門，優(yōu)勢屬為直鏈藻屬和偽魚腥藻屬，這與表2 中的優(yōu)勢度保持一致；5 月份以硅藻門為絕對優(yōu)勢，優(yōu)勢屬為針桿藻屬和曲殼藻屬；8 月份以綠藻門為優(yōu)勢種屬，該分布特征與表3 保持一致。

浮游植物生物量與豐度空間分布，如圖1 所示。

圖1 浮游植物生物量與豐度空間分布

由圖1 可知，各站點(diǎn)的春季浮游植物生物量與豐度未表現(xiàn)出顯著差異（P＞0.05），夏季和冬季則表現(xiàn)出顯著差異性（P＜0.05），冬季和夏季時(shí)M3、M4 站點(diǎn)的浮游植物生物量與豐度達(dá)到最大值。

2.2.3 環(huán)境因子與浮游植物群落關(guān)系

對浮游植物優(yōu)勢屬生物量與環(huán)境因子應(yīng)用Canoco5.0 軟件排序分析，結(jié)果表明排序軸的前兩個(gè)特征值為0.9 221 和0.6 318，經(jīng)調(diào)整群落變異對環(huán)境因子的響應(yīng)都大道82.1%。結(jié)果顯示，錦凌水庫浮游植物群落變化主要受TN、DS、DO、CODMn和葉綠素a 等因子的影響。CODMn與葉綠素a 的箭頭連線最長，表明這些因子對群落分布影響最大，其次是TN 和SD，NH3-N 的影響最小。不同環(huán)境因子對各月浮游植物群落的影響具有明顯差異，如2 月以直鏈藻屬和偽魚腥藻屬為優(yōu)勢屬，主要受TN 因子的影響；5 月以針桿藻書、席藻屬和曲殼藻屬為優(yōu)勢屬，主要受CODMn和葉綠素a 因子的影響[13-15]。

2.3 水質(zhì)生物學(xué)評價(jià)

采用均勻度和多樣性指數(shù)來反映水庫水質(zhì)情況，結(jié)果如圖2 所示。結(jié)果表明，多樣性指數(shù)介于2.1～3.2 之間，月均值2.57，在5 月份呈現(xiàn)出最低值，為β-中污型；而8 月達(dá)到最高值，為清潔-寡污型。均勻度指數(shù)介于0.52～0.77 之間，月均值0.64，總體上為清潔-寡污型。對于不同季節(jié)的比較，各采樣點(diǎn)并未顯示出較大的差異，即水庫水質(zhì)相對穩(wěn)定，無明顯的波動(dòng)，從小到大排序?yàn)榇杭荆级荆枷募?，該變化趨勢與營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)相反。

圖2 浮游植物多樣性指數(shù)

2.4 水生態(tài)健康評價(jià)

研究選擇5 個(gè)站點(diǎn)2 月、5 月、8 月共15 個(gè)樣本數(shù)據(jù)的12項(xiàng)指標(biāo)評價(jià)錦凌水庫水生態(tài)健康狀況，各參評指標(biāo)的熵權(quán)及熵值計(jì)算結(jié)果如表4 所示。然后利用公式（3）計(jì)算5 個(gè)站點(diǎn)在時(shí)間時(shí)段內(nèi)的綜合健康指數(shù)，如表5 所示。

表4 評價(jià)指標(biāo)熵權(quán)及熵值

表5 水生態(tài)健康綜合指數(shù)

結(jié)果表明，生態(tài)健康指數(shù)隨季節(jié)的變化表現(xiàn)出明顯差異，其中2 月達(dá)到中等健康等級，EHCI 指數(shù)均值為0.4 848，說明該時(shí)段錦凌水庫水生態(tài)系統(tǒng)比較穩(wěn)定。具體而言，2 月份M3、M2 站點(diǎn)EHCI指數(shù)為0.3 648 和0.6 781，以上站點(diǎn)屬于較差和好等級。所選時(shí)間序列內(nèi)EHCI 月均值為0.4 078，5月EHCI 指數(shù)最小為0.2 681，該時(shí)段水生態(tài)系統(tǒng)較差。各站點(diǎn)8 月EHCI 指數(shù)未表現(xiàn)出明顯差異，月均值為0.4 705，生態(tài)系統(tǒng)為中等健康等級，說明8月相比于5 月健康狀況明顯好轉(zhuǎn)并趨于穩(wěn)定。

3 結(jié) 論

1）根據(jù)錦凌水庫浮游植物調(diào)查結(jié)果，共發(fā)現(xiàn)7 門、48 屬，其中綠藻門、硅藻門和藍(lán)藻門數(shù)量較多分別為26、10、6 個(gè)屬類，而裸藻門、隱藻門、甲藻門和金藻門各有2 個(gè)或1 個(gè)屬類。生物量和浮游植物豐度處于0.80～38.12mg/L、(4.5～104)×106cell/L 范圍，冬季的優(yōu)勢種屬以硅藻門與藍(lán)藻門為主，春季以硅藻門為主，夏季以綠藻門為主，浮游植物群落變化主要受TN、DS、DO、CODMn和葉綠素a等因子的影響。

2）總體上錦凌水庫為β～中污～清潔～寡污型及清潔-寡污型水質(zhì)。TLI 指數(shù)顯示，2 月和8 月錦凌水庫屬中營養(yǎng)狀態(tài)，5 月達(dá)到輕度營養(yǎng)程度。

3）采用理化、生物12 項(xiàng)指標(biāo)和熵權(quán)綜合指數(shù)法評價(jià)錦凌水庫生態(tài)健康狀況，結(jié)果顯示2021 年錦凌水庫總體達(dá)到中等健康水平，5 月EHCI 指數(shù)最小為0.2 681，該時(shí)段水生態(tài)系統(tǒng)較差。錦凌水庫承擔(dān)錦州市的供水與防洪任務(wù)，其生態(tài)健康狀況直接關(guān)系著城市用水安全，為防止水質(zhì)惡化水庫管理部門必須高度重視，通過采取有效保護(hù)措施保證水生態(tài)系統(tǒng)長期維持健康穩(wěn)定狀態(tài)。