王先云，吳雪飛，張 東，盧 寧

(城市水資源開發(fā)利用(南方)國家工程研究中心，上海城市水資源開發(fā)利用國家工程中心有限公司，上海 200082)

青草沙水庫位于長江入?？?，為江心取水人工水庫，呈魚形，最大水深13 m，平均水深11.4 m，水面面積為67 km2，日前供水量達500 萬m3/d。水庫除了發(fā)揮戰(zhàn)略水源地的功能外，在塑造城市景觀生態(tài)、優(yōu)化局域小氣候方面也發(fā)揮著重要作用。浮游植物作為水域生態(tài)系統(tǒng)初級生產(chǎn)力的重要組成部分，在水質(zhì)環(huán)境安全評價及制水工藝調(diào)整依據(jù)方面扮演重要角色，對該水庫建成及蓄水后浮游植物的群落結(jié)構(gòu)進行跟蹤調(diào)查，為該水庫水質(zhì)環(huán)境生態(tài)評估、湖庫富營養(yǎng)化預控及制水工藝研究提供數(shù)據(jù)資料，是一項基礎而有意義的研究工作。

顫藻為多細胞原核生物，分布廣，種類多。由已有的研究可知某些種類的顫藻能夠產(chǎn)生微囊藻肝毒素(Microcystin，MC)或者土霉味次生代謝產(chǎn)物，水廠常規(guī)制水工藝對高濃度氣味物質(zhì)不能有效去除［1，2］。國內(nèi)對顫藻種群結(jié)構(gòu)的研究很少，本文對青草沙水庫建庫五年以來顫藻的種群結(jié)構(gòu)及時空變化進行了重點關注和分析，以期為水庫的水質(zhì)安全保障提供基礎資料。

1 材料與方法

根據(jù)青草沙水庫水體流態(tài)及形狀，將庫區(qū)分為庫首、墾區(qū)、庫中、庫尾四個區(qū)域，代表庫區(qū)的整體情況，每個區(qū)域設置1 ～4 個采樣點，每個月每個點采樣1 ～4 次，每個區(qū)域數(shù)據(jù)為各采樣點平均后所得。采樣點分布如圖1 所示。

樣品采集及試驗方法均參考《水和廢水監(jiān)測分析方法》第四版。

顫藻檢出率:在浮游生物采樣調(diào)查中，有顫藻檢出的月份占所有調(diào)查月份的百分率。

文中涉及顫藻密度相關數(shù)據(jù)除明確說明外均為有顫藻檢出的樣品統(tǒng)計所得，無顫藻檢出的樣品不參與統(tǒng)計。

圖1 水庫采樣點分布Fig.1 Distribution of Sampling Sites in Qingcaosha Reservoir

2 結(jié)果與分析

2.1 青草沙水庫泵閘調(diào)度變化時間節(jié)點

本次對藻類和顫藻的群落結(jié)構(gòu)分析按照水庫建設及泵閘調(diào)度變化分為兩大階段:閉水期(2009 年1 月～2010 年9 月)和運營期(2010 年10 月～至今)。其中閉水期第一個月(2009 年1 月)為圍庫大壩合攏期，運營期第一年(2010 年10 月～2012 年3月)為試運營期，2012 年4 月進入穩(wěn)定運營期至調(diào)查周期結(jié)束。非咸潮期水庫泵閘調(diào)度安排如表1所示。

2.2 青草沙水庫顫藻種群時空變化

2.2.1 水庫顫藻檢出情況

由于顫藻在青草沙水庫藻類群落結(jié)構(gòu)組成中屬于非主要優(yōu)勢種，故首先對顫藻的檢出情況進行了統(tǒng)計，結(jié)果如表2 所示。

表1 水庫非咸潮期泵閘調(diào)度變化時間節(jié)點Tab.1 Changes of Time Nodes on Reservoir Pump Brake Controlling during Non-Salty Tide

表2 水庫不同調(diào)度運行時期顫藻檢出統(tǒng)計Tab.2 Statistics of Oscillatoria Checkout on Reservoir during Different Pump Brake Periods

由表2 可知在閉水期顫藻檢出率為35.7%，除冬季外其他三個季節(jié)均有檢出，檢出位置主要位于水庫的中上游位置，即墾區(qū)和庫首;在試運營期顫藻檢出率為66.7%，春夏秋冬四季均有檢出，檢出位置主要位于中上游，但隨時間發(fā)生明顯遷移(中上游—全庫)，2011 年夏季開始，在庫首、墾區(qū)、庫中和庫尾四個區(qū)域均可檢測到;在穩(wěn)定運營期至調(diào)查結(jié)束期間顫藻檢出率為42.3%，檢出位置基本位于中下游位置(庫中和庫尾)。水庫穩(wěn)定運營之后，顫藻檢出率由2012 年的58. 3% 降為2013 年的41. 7%，2014 年顫藻未檢出。綜上可知:一是顫藻呈現(xiàn)出廣溫性特征，春夏秋冬均可檢測到;二是顫藻在水庫閉水期、試運營期、穩(wěn)定運營期三個階段檢出率呈現(xiàn)單峰變化，且穩(wěn)定運營期檢出率有明顯降低的趨勢，建庫以來顫藻種群在青草沙水庫檢出位置遷移方向為中上游—全庫區(qū)—中下游。

2.2.2 水庫顫藻密度時間變化

將調(diào)查周期內(nèi)檢出顫藻的樣品中顫藻密度、占總藻密度的百分比進行統(tǒng)計，結(jié)果如圖2 所示。

圖2 水庫不同檢出月份顫藻密度和占總藻密度百分比Fig.2 Density of Oscillatoria and Percentage to Total Algae Density in Different Checkout Months

由圖2 可知檢出顫藻平均密度3. 02E +06 cells/L，顫藻最高密度出現(xiàn)在試運營期(2011 年7 月)，達1.54E +07 cells/L，其次在試運營期和穩(wěn)定運營交界期(2012 年1 月)顫藻密度也達到107cells/L，最低密度出現(xiàn)在2013 年9 月，僅為1.85E+ 04 cells/L。檢出月份中顫藻占總藻密度百分比從0.28%到66.23%不等，所有采集樣品顫藻占總藻的百分比為4%，除顫藻占比最大時(即2011年7 月)成為優(yōu)勢種外，整體來看顫藻不屬于青草沙水庫優(yōu)勢藻類種群。

水庫泵閘不同調(diào)度階段統(tǒng)計數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 水庫不同調(diào)度時期檢出顫藻密度和占總藻密度平均百分比Tab.3 Density of Oscillatoria and Average Percentage to the Total Algae Density in Different Pump Brake Periods

由表3 可知檢出顫藻在運營期平均密度達106cells/L，占總藻密度百分比大于10%，在閉水期顫藻密度僅105cells/L。檢出顫藻平均密度表現(xiàn)為試運營期＞穩(wěn)定運營期＞閉水期，占總藻密度百分比表現(xiàn)為穩(wěn)定運營期＞試運營期＞閉水期，穩(wěn)定運營期顫藻密度比試運營期低，占比卻升高，這與穩(wěn)定運營期總藻密度的降低有關。

2.2.3 水庫顫藻密度空間分布變化

對調(diào)查周期內(nèi)不同時間顫藻在不同區(qū)域的密度和分布比例進行統(tǒng)計，進一步了解建庫以來顫藻的分布變化，具體如圖3 所示。

圖3 水庫不同時間顫藻空間分布變化Fig.3 Variation of Spatial Distribution of Oscillatoria in Qingcaosha Reservoir in Different Checkout Months

由圖3 可知以密度百分比占比≥50%為準，那么顫藻在庫區(qū)不同調(diào)度階段分布區(qū)域如下:閉水期檢出顫藻主要分布在墾區(qū)(2009 年4 月、7 月、9 月)和庫首(2009 年10 月、2010 年5 月)，試運營期檢出顫藻分布經(jīng)歷了庫中(2010 年10 月)—墾區(qū)(2010年11 月)—庫首(2010 年4 ～6 月)—庫尾(2011 年7 月)—庫中(2011 年8 ～10 月)—庫尾(2011 年11月、12 月)，穩(wěn)定運營期檢出顫藻分布經(jīng)歷了庫中(2012 年1 月)—庫尾(2012 年5 月)—庫中(2012年6 ～9 月)—庫尾(2012 年11 月)，庫尾、庫中、墾區(qū)(2013 年5 ～6 月)—庫首(2013 年8 月)—庫中(2013 年9 ～10 月)，之后至調(diào)查周期結(jié)束(2014 年5 月)顫藻在水庫中未檢出。整體來看，閉水期顫藻主要分布在墾區(qū)和庫首，試運營期逐漸轉(zhuǎn)移至庫中庫尾區(qū)域，穩(wěn)定運營期則呈現(xiàn)非常明顯規(guī)律的庫中庫尾分布。

青草沙水庫不同區(qū)域檢出顫藻密度時間變化如表4 所示。

表4 水庫不同區(qū)域檢出顫藻密度時間變化Tab.4 Temporal Variation of Oscillatoria in Qingcaosha Reservoir at Different Reservoir Regions

由表4 可知顫藻表現(xiàn)出廣溫特性，在不同季節(jié)均可檢出，但夏冬兩季密度(106cells/L)高于春秋兩季(105cells/L);從顫藻在各個區(qū)域的分布來看，庫尾密度最高，達2.51E+06 cells/L，其余三個區(qū)域都在105cells/L 水平;從階段變化來看，庫首、庫中、庫尾的分布密度高峰均出現(xiàn)在試運營期，達106cells/L，墾區(qū)分布密度高峰出現(xiàn)在穩(wěn)定運營期，達105cells/L;從檢出顫藻在水庫不同區(qū)域季節(jié)分布角度來看，除墾區(qū)密度高峰出現(xiàn)在夏季外，其他三個區(qū)域季節(jié)密度高峰均出現(xiàn)在冬季。另外，庫尾顫藻密度比較穩(wěn)定，四個季節(jié)均維持在106cells/L 水平，庫首、墾區(qū)、庫中三個區(qū)域顫藻密度波動較大，如墾區(qū)在冬季樣品中有未檢出情況，庫中在春季密度為103cells/L，僅從顫藻的密度和分布的角度可以推測，庫首、墾區(qū)、庫中區(qū)域開闊，容易受到風浪等環(huán)境因素的影響，而庫尾區(qū)域受水庫大堤駁岸防風消浪作用，相對穩(wěn)定。

顫藻檢出月份中于2009 年7 月23 日、2009 年7 月28 日、2009 年9 月28 日、2011 年8 月19 日、2011 年8 月24 日、2011 年9 月7 日對墾區(qū)、庫中或庫尾進行了分層采樣，采樣區(qū)域水深及不同水層顫藻密度，如表5 所示。從有限的6 次分層數(shù)據(jù)中尚不能看出顫藻明顯分層分布規(guī)律，但可以看出一點，顫藻在各水層均可采集到。

表5 不同區(qū)域不同水層顫藻密度分布變化Tab.5 Variation of Oscillatoria Density Distribution at Different Reservoir Regions and Water Layers

3 討論

關于藻類的分類系統(tǒng)比較復雜且一直處于發(fā)展當中［3］，原先的顫藻屬(Oscillatoria)屬于藍藻門顫藻目(Osillatoriales)顫 藻 科(Oscillatoriaceae)［4，5］。20 世紀末分類學者對顫藻目重新進行了界定，陳宇煒等［6］在2003 年結(jié)合國內(nèi)常用藻類分類工具書將原顫藻屬中學名發(fā)生變更的種類進行了梳理，提到大部分浮游種類分到了浮游藍絲藻屬，另有4 種浮游種類分到了湖生藍絲藻屬，約70 種分到了膠鞘藻屬。國際上早已有關于能夠產(chǎn)生2-甲基異莰醇的顫藻的報道，包括小顫藻(Oscillatoria tenuis)、浮顫藻(Planktothrix)和泥污顫藻(Oscillatoria limosa)等［7-9］，這些藻種在普通光學顯微鏡下形態(tài)學特征相近，不易區(qū)分，報道種類較少，本次統(tǒng)計顫藻屬分類主是以胡鴻鈞的《中國淡水藻類——系統(tǒng)、分類及生態(tài)》和朱浩然主編的《中國淡水藻志-藍藻門-藻殖段綱》為依據(jù)，構(gòu)成顫藻基礎數(shù)據(jù)，進一步分類或者嗅味溯源研究需結(jié)合分子生物學手段進一步鑒定。

關于顫藻生境的描述比較復雜:顫藻可生長于湖泊、溝渠、沼澤等不同環(huán)境中，既有浮游種類亦有底棲種類，如近旋顫藻(Oscillatoria subcontorta)適宜靜止水體，巨顫藻(Oscillatoria princes)既適合靜止水體亦適宜稻田底泥［4］。本文水體分層采樣數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)各個水層均可檢測到顫藻且顫藻密度在各水層無明顯規(guī)律便不難理解，另外，由于調(diào)研周期短，分層采樣頻次低，顫藻檢出率低，也可能是分層分布不規(guī)律的一個原因，了解科學的分布規(guī)律還有待繼續(xù)深入的調(diào)查分析。

關于溫度和光照對顫藻生長的影響。有研究得出光照對沉積物中顫藻的復蘇影響不顯著，溫度影響比較明顯［10］;另有研究指出巨顫藻在30 ℃生長最好［11］;還有學者發(fā)現(xiàn)顫藻可以成為溫泉中的優(yōu)勢種［12］;也 有 學 者 指 出 阿 氏 顫 藻(Oscillatoria agardhii)在自然水體中適宜生長溫度可以低至13 ℃，不同光照強度影響阿氏顫藻生長數(shù)目［13］。青草沙水庫地處長江入?？谖恢?，根據(jù)中國天氣網(wǎng)崇明天氣預報數(shù)據(jù)，冬季最高氣溫多在0 ℃以上，現(xiàn)場監(jiān)測青草沙水庫全年水溫變化范圍5 ～32 ℃，一年四季、不同水層均可采集到顫藻，顫藻密度高峰出現(xiàn)在冬季和夏季，這與前人研究發(fā)現(xiàn)具備統(tǒng)一性。

關于顫藻與嗅味關系的研究，國內(nèi)外報道很多，有學者對東太湖嗅味溯源的研究發(fā)現(xiàn)顫藻與致嗅物質(zhì)2-甲基異莰醇呈明顯的線性相關［14］，還有學者從顫藻樣品中檢測出了致嗅基因［15］。本文基于風險預案的目的對青草沙水庫建庫五年來顫藻種群的變化特征進行了統(tǒng)計分析，為今后研究及風險控制奠定了基礎。

4 結(jié)論

通過對青草沙建庫以來顫藻種群的時空分布變化調(diào)查研究分析，可以得出如下結(jié)論。

(1)顫藻檢出率明顯降低，建庫五年來平均密度占總藻密度比例僅4%，顫藻屬于非青草沙水庫優(yōu)勢種群。

(2)建庫以來青草沙水庫顫藻種群分布存在遷移現(xiàn)象:檢出區(qū)域和主要分布區(qū)域由中上游遷移至中下游。

(3)顫藻種群在青草沙水庫曾一年四季、不同水層均可檢出，密度高峰出現(xiàn)在冬季和夏季。

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