洪尚波，吳光應(yīng)

(巫山縣環(huán)境監(jiān)測(cè)站，重慶巫山 404700)

三峽水庫成庫以來，庫區(qū)水環(huán)境的變化以及對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響一直備受人們關(guān)注。水庫蓄水以后，支流回水區(qū)形成許多庫灣，這些庫灣在干流回水頂托作用下水流緩慢，其水文條件、生境狀況區(qū)別于其它河段，也與一般意義上的湖泊、水庫有明顯差別［1］。有調(diào)查表明，三峽庫區(qū)次級(jí)河流受到不同程度污染，水體中N含量豐富。N元素不是發(fā)生富營養(yǎng)化的限制因子，其限制因子主要為P［2］。磷參與光合作用中間產(chǎn)物的轉(zhuǎn)變和能量傳遞，在藻類生長過程中起著重要作用。對(duì)于湖泊環(huán)境中磷循環(huán)與藻類生長的關(guān)系已有很多研究［3～8］，而專門針對(duì)三峽庫區(qū)次級(jí)河流磷變化與藻類生長的研究則未見系統(tǒng)報(bào)道。本文以三峽庫區(qū)具有代表性的次級(jí)河流大寧河為研究對(duì)象，在系統(tǒng)調(diào)查大寧河氮、磷、葉綠素a的多年時(shí)空分布特征的基礎(chǔ)上，通過野外監(jiān)測(cè)和室內(nèi)培養(yǎng)分析水華期間大寧河回水區(qū)藻類生長與磷鹽變化的關(guān)系，探討綠藻水華暴發(fā)的機(jī)制，進(jìn)一步為保護(hù)生態(tài)環(huán)境、防治水華污染提供依據(jù)。

1 研究方法

1.1 點(diǎn)位布設(shè)情況

采用GPS定位，沿入長江河口逆流至大昌鎮(zhèn)方向34km河段設(shè)置5個(gè)斷面，分別是A菜籽壩(30°59'038″N，109°36'031″E)，B 白水河 (29°56'942″N，109°53'593″E)，C 東坪壩 (31°08'478″N，109°53'634″E)，D 雙龍 (31°10'970″N，109°52'463″E)，E 大昌 (31°15'943″N，109°47'562″E)。其中A斷面位于大寧河入長江河口處，B、C、D斷面位于大寧河回水區(qū)易發(fā)生水華的區(qū)域，E斷面位處大寧河回水區(qū)上游，點(diǎn)位分布如圖1所示。

圖1 采樣點(diǎn)位圖

1.2 年變化調(diào)查

2006～2010年進(jìn)行每年3～10月定位采樣，每月上旬于D斷面采樣1次。采用有機(jī)玻璃分層采樣器采河道中央水面下0.5m表層樣品。

1.3 2011年3～6月流域調(diào)查

2011年3月24日、4月28日、5月17日、5月25日、5月30日、6月3日，對(duì)大寧河A、B、C、D、E 5個(gè)斷面進(jìn)行定位采樣，采用有機(jī)玻璃分層采樣器采河道中央水面下0.5m表層樣品。

1.4 日變化定點(diǎn)位實(shí)驗(yàn)

2011年5月24日～5月30日，對(duì)大寧河B斷面進(jìn)行定位采樣，采用有機(jī)玻璃分層采樣器采河道中央水面下0.5m、2.0m、5.0m、10.0m、底層水樣樣品。

1.5 室內(nèi)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)

取1000ml三角燒瓶5只，將5月24日采自大寧河B斷面樣品在自然光照條件下培養(yǎng)。取B斷面河水經(jīng)0.45μm濾膜后，于108kPa壓力和121℃下蒸煮15min，作為培養(yǎng)基儲(chǔ)于玻璃容器中，黑暗處5℃保存，使用該培養(yǎng)基補(bǔ)充每日自然蒸發(fā)量。每次分析取水樣100ml，保持三角燒瓶中樣品體積第一日 1000ml，第二日 900ml，第三日 800ml，依此［9］。

1.6 分析方法

水樣各項(xiàng)目均按照國家標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行分析［10］?？偟捎脡A性過硫酸鉀消解紫外分光光度法;磷(總磷、溶解性磷酸鹽和溶解性總磷)采用鉬酸銨分光光度法。為了控制測(cè)定的準(zhǔn)確性，每10個(gè)測(cè)定樣品用標(biāo)準(zhǔn)樣品校驗(yàn)。另采用10%的平行樣分析來控制實(shí)驗(yàn)的精密度。

水體葉綠素a采用便攜式多參數(shù)水質(zhì)測(cè)定儀(DS5X)測(cè)定;藻類分析使用FlowCAM(BTFCVSIV)藻類分類系統(tǒng)［11］;數(shù)據(jù)相關(guān)性及主成分分析采用 SPSS17.0 統(tǒng)計(jì)軟件處理［12～13］。

圖2 大寧河回水區(qū)葉綠素a、總磷、總氮月變化趨勢(shì)

2 結(jié)果分析

2.1 大寧河回水區(qū)營養(yǎng)鹽與藻類生長年變化特征

2006～2010年，大寧河回水區(qū)調(diào)查點(diǎn) (圖1所示D斷面)3～10月份水體葉綠素a、總磷、總氮的變化情況見圖2?？傮w上看水體中葉綠素a含量，3～5月份基本保持在6mg/m3以下 (2008年3月份發(fā)生水華，葉綠素a達(dá)到18.367mg/m3)，6～9月份處于一個(gè)較高的水平，10月份會(huì)有所下降;水體中總磷、總氮含量變化情況與葉綠素類似，在3～5月份保持較低水平并逐漸增大，在6月份以后達(dá)到一個(gè)較高水平，其中總氮含量變化趨勢(shì)比較穩(wěn)定，總磷含量變化波動(dòng)較大，磷系統(tǒng)循環(huán)受各因素影響更加敏感。

2.2 大寧河回水區(qū)2011年3～6月水體三態(tài)磷鹽及藻類生長時(shí)空變化

由2006～2010年對(duì)大寧河回水區(qū)的調(diào)查可知，每年的3～6月份該區(qū)域水體主要營養(yǎng)鹽及生物指標(biāo)將有一個(gè)由低水平向高水平變化的過程。因此于2011年3～6月份對(duì)其進(jìn)行了一次詳細(xì)調(diào)查，其三態(tài)磷的變化特征見表1，其chla及三態(tài)磷鹽的時(shí)空分布規(guī)律見圖3。2011年3～6月，在對(duì)大寧河回水區(qū)5個(gè)斷面的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，E斷面位處回水區(qū)上游，其總磷、可溶性磷、正磷酸鹽含量為5個(gè)斷面中最低，但其變異系數(shù)為5個(gè)斷面中最大。由圖3中葉綠素變化情況可知，E斷面葉綠素含量一直處于較低水平，故該情況的出現(xiàn)非由藻類生長引起，可能是由于三峽水庫放水，底泥磷鹽釋放導(dǎo)致水體磷鹽增大所致。A斷面位于大寧河入長江河口位置，受長江水體磷鹽影響 (2006～2010年長江巫山段總磷平均含量0.110mg/L)，其三態(tài)磷鹽含量為5個(gè)斷面中最高，其變異系數(shù)為5個(gè)斷面中最小。B、C、D斷面位于大寧河回水區(qū)中段，其磷循環(huán)的穩(wěn)定性受到水力沖刷、外源磷輸入與生物調(diào)控等多因素動(dòng)態(tài)平衡的影響，總磷、可溶解性磷和正磷酸鹽的變異系數(shù)范圍分別為42% ～55%、39%～47%和66% ～77%，其變異系數(shù)可溶解性磷最小，總磷次之，正磷酸鹽最大，說明在這個(gè)磷循環(huán)系統(tǒng)中，正磷酸鹽是一個(gè)比較敏感的指標(biāo)，能夠較好地指示磷循環(huán)平衡的狀態(tài)。

表1 大寧河回水區(qū)三態(tài)磷的變化特征

圖3 調(diào)查期間chla、正磷酸鹽、總磷、可溶性磷時(shí)空變化圖

2.3 水華期間磷鹽水層分布特征及其與藻類生長關(guān)系

圖4 不同水層正磷酸鹽變化圖

圖5 大寧河B斷面水體藻類與正磷酸鹽關(guān)系圖

在2011年3～6月的流域調(diào)查過程中發(fā)現(xiàn)，B斷面水體chla在5月份增長迅速，該處有發(fā)生水華的可能。因此，自5月24日始連續(xù)每日對(duì)B斷面水體進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，觀測(cè)大寧河回水區(qū)水華暴發(fā)的過程，研究其間磷鹽與藻類生長日變化特征并分析其關(guān)系。不同水層正磷酸鹽變化見圖4，正磷酸鹽與藻類生長關(guān)系見圖5。從圖4可以看出，正磷個(gè)水層。這主要是由藻類生長的垂直分布特點(diǎn)引起的，藻類主要集中在水體表層，期間0.5m水層藻類生物量有3.854～9.363mg/L(均值6.367mg/L)，2.0m水層藻類生物量有2.075～14.540mg/L酸鹽在水體中的分布因不同水深具有明顯水層差異，0.5m和2.0m水層正磷酸鹽含量比較接近，5.0m、10.0m和底層水體正磷酸鹽含量比較接近，并且0.5m和2.0m水層正磷酸鹽含量低于其它三(均值5.893mg/L)。圖5反映了藻類對(duì)正磷酸鹽的吸收關(guān)系，所選數(shù)據(jù)為24～29日中當(dāng)日透明度5倍以內(nèi)調(diào)查樣品的分析數(shù)據(jù)，結(jié)果顯示正磷酸鹽與藻類生物量在0.002水平呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。水體中溶解正磷酸鹽隨生物量的增加而減少，藻類生長主要吸收水體中的正磷酸鹽。采用線性關(guān)系粗略分析，假定藻類能將正磷酸鹽全部吸收，每1LB斷面的水理論上能夠保證藻類增長到21.4mg的極限生物量。

2.4 室內(nèi)培養(yǎng)藻類生長特征

采用FlowCAM藻類分類系統(tǒng)分析藻類，能夠記錄單個(gè)藻類的物理參數(shù)，計(jì)算出單個(gè)藻類的體積;具有650nm長通濾鏡，給出所記錄每個(gè)藻類的葉綠素?zé)晒鈴?qiáng)度。培養(yǎng)期間藻類個(gè)體體積變化情況見圖6，藻類葉綠素?zé)晒鈴?qiáng)度的變化見圖7。藻類體積在412.67～6787.83μm3/cell范圍變化。總體上看，藻類體積先逐漸增大，而后在第4～6d體積變小。表明藻類生長過程中先是個(gè)體的增長，之后是數(shù)量的增殖，但是平均體積會(huì)變小。藻類熒光強(qiáng)度的大小反映了其生物活性的強(qiáng)弱，培養(yǎng)初期，底層樣品的熒光活性最好，然后依次是5.0m水層、0.5m水層、2.0m水層和10.0m水層樣品;培養(yǎng)至第4d，各個(gè)樣品的藻類熒光強(qiáng)度差異變小，在41246～81661AU/mg范圍變化;之后第5d、第6d，各個(gè)樣品的藻類熒光活性發(fā)生變化，最大的5.0m水層樣品，達(dá)到704526 AU/mg，其次底層樣品和10.0m水層樣品，最小的是0.5m和2.0m水層樣品，分別為97214 AU/μm3和91724 AU/mg。表明培養(yǎng)過程中，藻類生長活性有一個(gè)由強(qiáng)到弱然后再增強(qiáng)的過程，而較低正磷酸鹽濃度 (0.5m和2.0m水層樣品)會(huì)抑制藻類的生物活性使其一直處于一個(gè)較低的水平。

圖6 培養(yǎng)期間藻類平均體積變化圖

2.5 室內(nèi)狀態(tài)磷鹽與藻類生長關(guān)系分析

分析0.5m以及2.0m水層培養(yǎng)樣品，藻類生物量分別從5.64、2.86mg/L增長到25.06、35.95mg/L，在培養(yǎng)初期持續(xù)增長，在第4～5d增長放緩，然后第5～6d再次迅速增長，5.0m水層、10.0m水層和底層培養(yǎng)樣品一直持續(xù)增長，分別從0.26mg/L增長到2.52mg/L，0.11 mg/L增長到1.06mg/L，0.03mg/L增長到3.11mg/L。5個(gè)水層的樣品培養(yǎng)至第6d生物量分別增加了3.44倍、12.57倍、8.69倍、8.64倍和102.67倍。正磷酸鹽變化如圖8所示，0.5m和2.0m水層樣品正磷酸鹽含量相近變化相似，前3d持續(xù)下降，在第3～4d保持在0.008～0.013mg/L的較低水平，第5d分別增大到0.027 mg/L和0.037mg/L，然后第6d又降低到0.003mg/L;其它三個(gè)水層樣品正磷酸鹽含量比較接近，培養(yǎng)期間5.0m水層和底層樣品藻類活性更好，其正磷酸鹽減少較10m水層樣品更快。上述情況表明:在水體正磷酸鹽含量較低的時(shí)候(＜0.013mg/L)藻類會(huì)釋放部分之前積累在體內(nèi)的磷鹽，并將水體中部分有機(jī)態(tài)磷轉(zhuǎn)化為正磷酸鹽，這一過程發(fā)生在此次培養(yǎng)的第4d。在室內(nèi)培養(yǎng)過程中，正磷酸鹽與藻類生物量關(guān)系見圖9，藻類增長不斷消耗培養(yǎng)液中的正磷酸鹽，y=－0.005x+0.138，其消耗速率略小于自然水體 (y=－0.007x+0.150)，在室內(nèi)培養(yǎng)條件下，1L培養(yǎng)液理論上能保證藻類增長到27.6mg的生物量，稍多于天然狀態(tài)下的21.4mg，這是藻類在不利條件下釋放和轉(zhuǎn)化磷鹽的結(jié)果。

3 結(jié)論

大寧河回水區(qū)磷鹽與藻類變化表現(xiàn)出明顯的時(shí)空差異性。多年的調(diào)查數(shù)據(jù)表明，每年的3～6月大寧河回水區(qū)水體營養(yǎng)鹽和藻類含量會(huì)逐漸增大，達(dá)到一較高水平并保持?jǐn)?shù)月;對(duì)比營養(yǎng)鹽氮磷的年變化情況，磷鹽的波動(dòng)變化更大，受環(huán)境因素影響更敏感。在2011年3～6月對(duì)大寧河回水區(qū)整個(gè)區(qū)域的調(diào)查過程中發(fā)現(xiàn)，水體磷鹽含量從回水區(qū)上游至入長江河口逐漸增大;總磷、溶解性磷和正磷酸鹽三個(gè)指標(biāo)中，正磷酸鹽變異性最大，能夠較好地反映藻類消耗磷鹽的情況。正磷酸鹽和藻類生物量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，采用線性關(guān)系粗略分析，在室內(nèi)培養(yǎng)條件下藻類能在水體正磷酸鹽含量較低時(shí)釋放和轉(zhuǎn)化磷鹽，其藻類生物量理論極限容量值略高于天然狀態(tài)。室內(nèi)培養(yǎng)藻類發(fā)現(xiàn)，藻類生長過程中先是個(gè)體的增長，之后是數(shù)量的增殖，但是平均體積會(huì)變小;藻類生長活性有一個(gè)由強(qiáng)到弱然后再增強(qiáng)的過程，而較低正磷酸鹽濃度會(huì)抑制藻類的生物活性使其一直處于一個(gè)較低的水平。

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