杭州西湖浮游藻類的初步研究

杭州西湖浮游藻類的初步研究

杭州西湖位于杭州西部，是中國著名的旅游目的地。是由淡水湖沼經(jīng)歷了海水入侵的海相時期再淡化成現(xiàn)代西湖,一般研究多認為西湖形成淡水湖的年代距今約2000年。西湖一面瀕臨市區(qū),三面環(huán)山,南北長約3.2km,東西寬約2.8km,繞湖一周近15km,有水面積5.66km2,平均水深僅1.56m,全湖被蘇堤、白堤分割成5個子湖區(qū):外湖、北里湖、西里湖、岳湖和小南湖,各湖區(qū)的水體通過堤下的橋洞相互溝通。湖中有三潭印月、湖心亭和阮公墩3個小島。湖水原靠天然雨水補給,自1986年錢塘江引水工程竣工后,每年人工引水平均約2400萬m3;主要有長橋溪、龍泓澗、金沙澗等支流匯入,西湖泄水主要通過圣塘河和古新河入運河。有關研究資料表明:杭州西湖浮游藻類的種類極為豐富,其中藍藻、綠藻占優(yōu)勢,反映水質(zhì)超富營養(yǎng)化的特點。湖內(nèi)藻類成份正由附生性轉(zhuǎn)變?yōu)橐愿∮涡詾橹鳌Ｎ骱w富營養(yǎng)化的原因是多方面的,主要原因是可溶性磷濃度含量過高,刺激了藻類的生長。水體富營養(yǎng)化的治理是一個世界性的難題,我國大多數(shù)湖泊水體中氮磷含量普遍存在超標現(xiàn)象,是造成水體富營養(yǎng)化的主因[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16],導致水質(zhì)下降。由于西湖為半封閉性湖泊,水的更新程度差,自凈能力弱,加上湖區(qū)周圍經(jīng)濟迅速發(fā)展,致使含氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)大量累積,當?shù)妆戎颠_到15～20且氣溫、光照、水文氣象等外部條件適宜時會引起藻類瘋長,出現(xiàn)大面積“水華”現(xiàn)象。雖然通過截污、疏浚和錢塘江引水等一系列治理措施,使西湖水質(zhì)得到了一定程度的改善,但西湖水體富營養(yǎng)化趨勢仍未得到根本控制。本文旨在通過對杭州西湖浮游藻類變化規(guī)律與水質(zhì)關系的研究為西湖環(huán)境的綜合治理提供理論依據(jù)。1材料和方法1.1樣站根據(jù)需要共設6個采樣站,樣站1(N30°15′10.63″,E120°07′40.36″),曲苑風荷,位于岳湖。樣站2(N30°15′24.66″,E120°08′12.83″),位于北里湖。樣站3(N30°15′45.31″,E120°09′06.05″),位于外湖出水口處。樣站4(N30°14′54.78″,E120°09′18.75″),涌金池,位于外湖。樣站5(N30°13′47.98″,E120°08′13.79″),蘇堤入水口處,位于小南湖。樣站6(N30°14′33.86″,E120°07′43.14″),設于丁家山景區(qū),位于西里湖。(圖1)1.2實驗方法[18、19、20、18、19和20]1.2.1第一，國家控制自2006年9月開始,每月采集水樣兩次,至2007年9月結(jié)束?，F(xiàn)場測定水溫,加入1ml硫酸錳溶液和2ml堿性碘化鉀固定溶解氧水樣,總氮水樣加硫酸酸化至pH≤1保存,總磷水樣加硫酸酸化至pH<2,4℃保存。1.2.2淡水藻類物種鑒定方法主要觀察活體與固定樣,所用顯微鏡為Nikon:E200(帶數(shù)碼攝像功能),物種鑒定主要依據(jù)《中國淡水藻類—系統(tǒng)、分類及生態(tài)》、《藻類名詞及名稱》和《淡水微型生物圖譜》。1.2.3水樣大小測定取5ml魯哥氏液注入495ml水樣中,24h后用虹吸管小心抽掉上清液,余下20～25ml沉淀物轉(zhuǎn)入30ml定量瓶中,再用上清液少許沖洗容器幾次,沖洗液加到30ml定量瓶中。然后吸取0.1ml樣品注入0.1ml計數(shù)框,在10×10或10×40倍的顯微鏡下測定樣本大小并逐個計數(shù)。每個水樣計數(shù)3片取平均值按公式:N=(Vs×n)/(V×Va)換算成單位體積中的個體數(shù)量。式中,N為1L水中浮游藻類個體數(shù)(個/L);V為采樣體積(L);Vs為濃縮體積(ml);Va為計數(shù)體積(ml);n為計數(shù)時所得的個體數(shù)。1.2.4標準溶液評估對采集的水樣按水質(zhì)評價和監(jiān)測標準進行理化指標(主要包括T(溫度)、DO(溶解氧)、BOD5(五日生化需氧量)、CODCr(化學需氧量)、TN(總氮)、TP(總磷)等)分析。2結(jié)果2.1藻類體豐度檢測杭州西湖共鑒定出浮游藻類179種,綠藻78種,占總數(shù)的43.6%;裸藻23種,占12.9%;藍藻25種,占14.0%;隱藻1種,占0.6%;金藻3種,占1.7%;甲藻3種,占1.7%;黃藻5種,占2.8%;硅藻41種,占總數(shù)的22.9%。西湖浮游藻類的種類和個體豐度較過去均有所增加。樣站1共檢出藻類54種,優(yōu)勢種為不整齊藍纖維藻(Dactylococcopsisirregularis);樣站2共檢出78種,優(yōu)勢種為點形平裂藻(Merismopediapunctata)和兩棲顫藻(Oscillatoriaamphibian);樣站3共檢出79種,其中優(yōu)勢種為兩棲顫藻(Oscillatoriaamphibian);樣站4共檢出66種,優(yōu)勢種為兩棲顫藻(Oscillatoriaamphibian)、巨形螺旋藻(Spirulinamajor)和細小平裂藻(Merismopediaminima);樣站5共檢出67種,優(yōu)勢種為四尾柵藻(Scenedesmusquadricauda);樣站6共檢出75種,優(yōu)勢種為四尾柵藻(Scenedesmusquadricauda)。顯然:藍藻門和綠藻門在種類和優(yōu)勢種上都占據(jù)了絕對優(yōu)勢。2.2指標和評價2.2.1峰和東南角階段浮游藻類種類數(shù)在一個較大的范圍內(nèi)變化,11月底各樣站出現(xiàn)最高峰,然后開始逐漸下降,3月底4月份初又開始回升(圖2)。Margalef多樣性指數(shù)在0.249～4.973之間波動,從9月份開始顯下降趨勢,到3月的平均值達到最高為1.97(圖3)。2.2.2simpon多樣性指數(shù)個體豐度最大值出現(xiàn)在樣站3達44640000ind./L,10月中旬,多數(shù)樣站達到最大值,然后呈下降趨勢(圖4)。Simpon多樣性指數(shù)在0.4208～0.9987之間波動。樣站5的平均值最高達0.9042,其他各樣站的平均值保持在0.8700左右(圖5)。2.2.3年生時期樣站5的穩(wěn)定性Shannon-Weiner多樣性指數(shù)在0.002～2.254之間變動。樣站2、樣站6最高值同時出現(xiàn)在4月底,樣站1在2月初出現(xiàn)最高值,樣站4的最大值出現(xiàn)在3月中旬,樣站5在12月底出現(xiàn)最大值,樣站3維持在一個相對穩(wěn)定的水平(圖6)。均勻度指數(shù)在0.003～10.466范圍內(nèi)變動,各樣站隨時間的變化趨勢與Shannon-Weiner多樣性指數(shù)基本保持一致,各樣站之間的差異顯著(圖7)。2.3藻類污染指數(shù)2.3.1綠色藻類指數(shù)是綠色藻類的數(shù)量不包括鼓藻/鼓藻的數(shù)量綠藻指數(shù)為0～1屬貧營養(yǎng)型,1～5屬富營養(yǎng)型,5～15屬重富營養(yǎng)型。綠藻指數(shù)=72/6=12,屬重富營養(yǎng)型。2.3.2富營養(yǎng)型:一個是好的、好中小型富營養(yǎng)型,5202020204.小于1為貧營養(yǎng)型,1～2.5為弱富營養(yǎng)型,3～5為中度富營養(yǎng)型,5～20為重度富營養(yǎng)型,20～43為重富營養(yǎng)型。20<綜合指數(shù)<43,為重富營養(yǎng)型。2.3.3水體污染度40～1為重度污染,1～2為嚴重污染,2～4為中度污染,4～6為輕度污染,大于6為清潔水體。共出現(xiàn)33次重度污染,48次嚴重污染,20次中度污染,6次輕度污染。2.4cocdr、tp的變化規(guī)律杭州西湖全年水溫在7.0～33.5℃內(nèi)波動,最高水溫出現(xiàn)在7月底8月初,最低水溫出現(xiàn)在1月份,平均水溫為19.9℃;pH值為中性稍偏堿性,所有樣點的平均值為7.99;DO受季節(jié)的變化的影響較大,全年在2.37～12.31mg/L范圍內(nèi)變化,DO含量最高的為樣站3,平均值為8.71mg/L,最低的為樣站1,平均值為6.71mg/L,所有樣站平均值為7.71mg/L;BOD5在0.27～5.38mg/L范圍內(nèi)變化,樣站3的平均值最高為3.15mg/L,樣站1的平均值最低為1.44mg/L,所有樣站的平均值為2.21mg/L;CODCr的平均值相差較大,樣站2最高為24.7mg/L,樣站5最低為9.24mg/L,所有樣站的平均值為18.00mg/L;TP的變化范圍在0.017～0.283mg/L之間,平均值最高的樣站2為0.121mg/L,平均值最低的樣站5為0.074mg/L,所有樣站平均值為0.102mg/L;各樣站的TN相差不大,平均值在1.75～2.80mg/L范圍內(nèi)波動,所有樣站的平均值為2.24mg/L,樣站1最高達7.64mg/L,樣站3最低為0.61mg/L。3杭州西湖水質(zhì)現(xiàn)狀與前人研究相比,杭州西湖的浮游藻類種類和個體豐度均有所增加。與國內(nèi)其他淡水湖泊相比,杭州西湖的物種多樣性指數(shù)也具一定優(yōu)勢,耐污性種類兩棲顫藻(Oscillatoriaamphibian)在各樣站出現(xiàn)的次數(shù)和豐度都極高,整個西湖水域藻類個體豐度非常高,樣站3的個體豐度最高可達44640000ind/L。一般來說,多樣性指數(shù)越大,則水質(zhì)越好。一般在未污染的水體中,種類多而種群數(shù)量大多偏低;而在污染水體中,由于不同種類對污染的反應不同,少數(shù)種類的種群數(shù)量增加;但在嚴重污染時,種類數(shù)和種群數(shù)量都降低。研究發(fā)現(xiàn):杭州西湖綠藻門的種類所占比例開始增大,藍藻門的種類所占比例開始減小,說明西湖水質(zhì)正在逐漸變好。然而,綜合綠藻指數(shù)(綠藻指數(shù)=12,屬重富營養(yǎng)型)、綜合指數(shù)(20<綜合指數(shù)<43,為重富營養(yǎng)型)、Margalef多樣性指數(shù)以及裸藻門種類占浮游藻類總數(shù)12.9%,說明杭州西湖水體還是屬典型富營養(yǎng)化水體。化學指標方面,根據(jù)《水質(zhì)標準匯編》中“地表水環(huán)境質(zhì)量標準基本項目標準限值”部分標準進行評定:所有樣站中DO、BOD5、CODCr最好時均可達Ⅰ類水標準(DO≥7.5mg/L、BOD5≤3mg/L、CODCr≤15mg/L),TP和TN大多情況處于屬于Ⅲ類水標準(0.025≤TP≤0.050.5≤TN≤1.0)以下。比較而言,樣站3的DO和TN較好,但其他指標相對較差。樣站1、樣站5和樣站6的BOD5、CODCr和TP較好,樣站2各指標較差,樣站6的各項指標大多好于樣站5。根據(jù)極值評價法(即以所有指標中最差的一項為評價標準),杭州西湖的水質(zhì)仍屬于Ⅴ類水。與其他淡水湖泊水質(zhì)情況一樣[2,4,10,14,15,2,4,10,14,15],導致西湖水質(zhì)標準下降的主要原因還是TN和TP的含量超標。調(diào)查發(fā)現(xiàn),主要原因有:近2000年高齡的西湖已進入衰老期,自身調(diào)節(jié)能力較差,加上水淺且交換率低,只有小南湖一個進水口和圣塘閘一個出水口,加上湖區(qū)內(nèi)灣道較多使湖水不能達到充分混合的效果。湖中又有蘇堤和白堤阻礙了湖水之間充分流動,造成流動“死角”。又因西湖是處于大城市中的著名旅游景點,大量游客的活動和機動車尾氣的排放在一定程度上影響了湖水的質(zhì)量,導致一些藻類生長十分迅速,極易造成湖水水質(zhì)惡化。此外,西湖底泥平均厚達0.8m,含大量豐富的有機質(zhì),特別是氮和磷。這些營養(yǎng)物質(zhì)在一定條件下,如風浪、船只的攪動,底層氮磷等仍有可能上浮,為藻類所利用。也可能藻類和其他浮游生物之間存在某種復雜的生物關系從而促進藻類吸收N、P。究其原因,樣站5和樣站6附近的賓館、飯店比較多,周圍還有大片茶樹林,下雨時,含P、N很高的雨水從上游入西湖,樣站5和樣站6的DO(≥5mg/L)、BOD(≤4mg/L)和CODCr(≤20mg/L)都至少達到Ⅲ類水的標準,一年中TN和TP的含量維持在一個比較穩(wěn)定變化的水平。樣站2旁邊有一公交站點,行人游客眾多,水的透明度較低且水草很少。樣站3設在西湖一個主要的出水口處,此處水深達2m以上,風浪較大,DO(5.52～9.00mg/L)和TN(1.79mg/L)是所有樣點中相對較好的。樣站5位于引錢塘水經(jīng)凈化處理過后流入西湖的入水口旁,且生長大量沉水植物,各項指標明顯要好于其他各樣站。要徹底改善西湖的水質(zhì),當?shù)卣畱晟坪图訌姽芾砹Χ?堅決關閉湖區(qū)周邊的工廠,杜絕生活污水排往湖中,禁止游客亂扔廢棄物;改善水流在湖中的分布:增加換水頻率和流量,增加進水口和出水口,各區(qū)域間相互灌通,以達到最好的引水效果。引入的水在進入西湖前應經(jīng)凈化處理,去除其中含N、P有機物及有害物質(zhì)。探索新的治理方法:根據(jù)國內(nèi)和國外一些治理湖泊經(jīng)驗,可在湖中種植適量較大型水生植物吸收N、P,然后加以收集和捕撈。此外,在湖中投放聚合氯化鋁、聚合氯化鐵等鹽可使含磷鹽被吸附而沉降,降低TP。筆者設想:N、P有機物→藻類→浮游動物→魚類食物鏈上,在控制N、P排放的同時,構(gòu)造更復雜的食物網(wǎng),讓藻類成為更多種浮游生物的食物,如研究專以浮游藻類為食的轉(zhuǎn)基因魚類,從而使更多的N、P朝有利的方向流動。鑒于西湖水淺泥多的現(xiàn)狀,能否探究先在小范圍內(nèi)圍湖挖泥,然后依次向前推進,徹底清除淤泥中的N、P的方法?？傊?利用生物(浮游藻類)參數(shù)監(jiān)測杭州西湖水質(zhì)的結(jié)果與理化參數(shù)監(jiān)測所得的結(jié)果能較好的吻合,兩者都顯示了西湖水體富營養(yǎng)化的事實