环境科学研究  2017, Vol. 30 Issue (4): 510-519  DOI: 10.13198/j.issn.1001-6929.2017.01.70

引用本文  

宋云龙, 张金松, 朱佳, 等. 西丽水库叶绿素a时空分布特征及其影响因素[J]. 环境科学研究, 2017, 30(4): 510-519.
SONG Yunlong, ZHANG Jinsong, ZHU Jia, et al. Spatial and Temporal Characteristics of Chlorophyll-a and Influencing Factors in Xili Reservoir[J]. Research of Environmental Sciences, 2017, 30(4): 510-519.

基金项目

水利部公益性行业科研专项(201301047);深圳科技创新项目基础研究(JCYJ20140508155916418)

责任作者

张金松(1963-), 男, 黑龙江哈尔滨人, 教授, 博士, 主要从事饮用水安全保障研究, zhangjinsong@waterchina.com

作者简介

宋云龙(1983-), 男, 山东威海人, songyunlongwater@163.com

文章历史

收稿日期:2016-10-02
修订日期:2016-11-29
西丽水库叶绿素a时空分布特征及其影响因素
宋云龙1 , 张金松1 , 朱佳2 , 高静思1 , 王丽3 , 陶益4 , 张丽5     
1. 哈尔滨工业大学深圳研究生院土木与环境工程学院, 广东 深圳 518055;
2. 深圳职业技术学院建筑与环境工程学院, 广东 深圳 518055;
3. 深圳市水质检测中心, 广东 深圳 518055;
4. 清华大学深圳研究生院, 广东 深圳 518055;
5. 深圳市国家气候观象台, 广东 深圳 518040
摘要:以典型亚热带供水型水库--西丽水库为研究对象,对其2013年4月-2014年6月藻类ρ(Chla)及其相关环境因子进行监测,分析了藻类ρ(Chla)时空演变规律及其与环境因子的关系.结果显示:西丽水库ρ(TChla)(TChla为总叶绿素a)为2.65~60.35μg/L,其中蓝藻ρ(Chla)为0.77~30.58μg/L,硅藻ρ(Chla)为0.77~31.62μg/L,绿藻ρ(Chla)为0.77~12.71μg/L.汛期(6-9月)优势藻为蓝藻,其他时期硅藻占优势,绿藻全年处于较低水平.藻类分布具有明显的空间异质性,ρ(Chla)整体呈西北库区高东南库区低的特点,汛期白芒河入库区域ρ(Chla)偏高,存在一定的藻华风险.汛期盛行西南风,平均风速为2.7 m/s,有利于藻类自高浓度的西部库区向东迁移,一定程度上降低了藻华风险.水库流场空间差异较大,水体流速为0.005~0.025 m/s,水库主导流向为东北-西南,对西北库区的高浓度藻类起到稀释作用.Pearson相关分析和典范对应分析(CCA)显示,温度、有机物以及径流量是影响藻类生长和分布的前三位因子,磷是藻类生长的限制性营养盐.
关键词西丽水库    叶绿素a    时空分布    环境因子    相关分析    典范对应分析    
Spatial and Temporal Characteristics of Chlorophyll-a and Influencing Factors in Xili Reservoir
SONG Yunlong1 , ZHANG Jinsong1 , ZHU Jia2 , GAO Jingsi1 , WANG Li3 , TAO Yi4 , ZHANG Li5     
1. School of Civil and Environment Engineering, Harbin Institute of Technology Shenzhen Graduate School, Shenzhen 518055, China;
2. School of Architectural and Environmental Engineering, Shenzhen Polytechnic, Shenzhen 518055, China;
3. Shenzhen Water Quality Testing Center, Shenzhen 518055, China;
4. Graduate School at Shenzhen, Tsinghua University, Shenzhen 518055, China;
5. Shenzhen National Climate Observatory, Shenzhen 518040, China
Abstract: A fifteen-month field observation was conducted from April 2013 to June 2014 in Xili Reservoir, a public drinking water supply reservoir in Shenzhen.The spatial and temporal distribution of environmental factors and chlorophyll-a concentration were studied, and their relationship was analyzed.The results indicated that the average of ρ(TChla) was 16.84 μg/L, ranging from 2.65-60.35 μg/L.The annual average ρ(Chla) of Cyanophyta was 7.34 μg/L, ranging from 0.77-30.58 μg/L.The annual average ρ(Chla) of Bacillariophyta was 7.81 μg/L, ranging from 0.77-31.62 μg/L.The annual average ρ(Chla) of Vhlorophyta was 3.31 μg/L, ranging from 0.77-12.71 μg/L.Cyanophyta was the primary species in the rainy season, while Bacillariophyta was the primary species in the other months.There was obvious spatial heterogeneity in the community of phytoplankton at Xili Reservoir.Chlorophyll-a concentration decreased gradually from the northwest to the southeast.In the rainy season, ρ(Chla) near Baimang River was very high, and there was a risk of algal blooming.Wind blew at 2.7 m/s from the southwest in the rainy season.As a result, phytoplankton moved in the wind's direction, reducing the risk of algal blooming in the western reservoir.The spatial heterogeneity of flow field at Xili Reservoir was obvious.The water flow rate was 0.005-0.025 m/s, and the leading flow was from the northeast to the southwest.High concentrations of algae in the western part of Xili Reservoir were diluted by the leading flow.The results of Pearson correlation analysis and canonical correspondence analysis revealed that water temperature(WT), ρ(TOC) and rain capacity were the most significant factors for algal blooms.Phosphorus was the restricting factor of algae growth.
Keywords: Xili Reservoir    chlorophyll-a    temporal and spatial variations    environmental factors    correlation analysis    canonical correspondence analysis    

水体富营养化引起的藻华是我国面临的日益严重的水环境问题.目前藻华的研究集中在藻华严重的太湖、巢湖、滇池和三峡水库等大型湖库[1-4],对藻类浓度相对较低但敏感度更高的饮用水水源水库关注较少.藻类生长和演替受水质、气象和水动力等多种因素共同影响[5-6],现有研究多关注其中某一方面,对多因素的综合影响研究较少.对藻类集中爆发的春夏时期研究较多[7-8],对藻类风险较低的秋冬季节研究不足,尤其是对藻类生物量年际演变规律的研究更少.藻类爆发的本质是其生物量长期演变和聚集的最终体现,忽略整个演变过程而只关注藻类爆发时段则难以全面认识和深入理解藻华机理.

传统藻类研究技术手段主要有分光光度法和显微镜计数法两大类.前者只能检测总ρ(Chla),对藻类群落结构揭示能力不充分[9].后者可将不同藻类鉴别开来,但由于不同种类的藻细胞体积相差可达几百倍,显微镜计数法反映藻类生物量的能力欠佳.调制荧光仪根据蓝藻、绿藻和硅藻等的叶绿素a荧光特性差异,可分别测得相应的ρ(Chla),使研究者在掌握藻类生物量的同时更深入的探究藻类群落演替规律[10-12].目前关于西丽水库的研究相对较少,并且多关注水质方面,藻类与环境因子关系的研究比较缺乏.因此课题组对西丽水库ρ(Chla)及其相关环境因子进行了15个月的连续监测,研究了藻类爆发、消退、休眠、复苏和再爆发全过程ρ(Chla)时空演变规律,识别了藻类高风险区域,分析了藻类与其关键环境因子的相关关系,为预防藻类爆发,维护水生态安全提供理论依据和数据支撑.

1 材料与方法 1.1 采样点的布设 1.1.1 采样点

对西丽水库10个采样点进行每月1~2次采样监测,采样点布设见图 1,其中1号采样点靠近麻磡河,2号采样点靠近东江来水口,3号采样点靠近西丽湖坝,4、5号采样点为库心活水区,6号采样点靠近自来水厂取水口,7号采样点为死水区,8号采样点靠近农业污染源,9号采样点靠近铁岗水库取水口,10号采样点靠近白芒河.

图 1 采样点布设 Figure 1 Location map of sample sites
1.1.2 采样水层

每个点位分3~5层采样,表层为水面下10 cm左右水层,透光层水样在与透明度同深度处采取,温跃层为水体1 m内温度变化超过1 ℃水层,活性层为ρ(DO)为2 mg/L水层,底层为底泥上方约10 cm水层,其中表层、透光层和底层始终纳入监测范围,温跃层和活性层视WT(水温)和ρ(DO)分布状况而定,出现即监测.

1.2 试验方法

采用ZPY-1型采水器分层采样并分别保存,水样采集后2 h内运回实验室,4 ℃保存,当天完成ρ(Chla)的测定,ρ(TOC)、ρ(CODMn)、ρ(TP)、ρ(TN)、ρ(NH4+-N)、ρ(NO3--N)、ρ(Fe)和ρ(Silicate)等2 d内完成检测.ρ(Chla)采用调制荧光仪(德国WALZ Phyto-PAM)测定,并定期与《水和废水监测分析方法》[13]中的丙酮萃取分光光度法校正;WT、水深、pH、ρ(DO)、浊度采用多参数水质测定仪(美国YSI 6600V2型)现场测定;透明度采用塞氏盘现场测定;ρ(CODMn)采用酸性高锰酸钾法测定;ρ(TP)采用钼酸铵分光光度法测定;ρ(Silicate)采用硅钼蓝分光光度法测定;ρ(TN)、ρ(NH4+-N)、ρ(NO3--N)采用流动分析仪(法国Alliance-Futura)测定,ρ(TOC)采用总有机碳分析仪(GE-Siever 5310C)测定;水库流场采用SonTek RiverSurveyor M9流场仪监测.

1.3 时期划分

根据气象条件将全年划分为5个时期:前汛期为2013年和2014年4—6月,后汛期为2013年7—9月,高温无雨期为2013年10—11月,冬季枯水期为2013年12月—2014年2月,温度跃升期为2014年3月.

1.4 数据分析

藻类与环境因子间的双变量关系采用Pearson相关分析在SPSS 20.0上进行,藻类与环境因子间的综合相关关系采用CCA在XLSTAT 2010上进行.藻类平面分布图是根据各点位藻类总ρ(Chla)在相应气候期内的多月平均值,通过克里金插值法,在ArcMap 10.2上生成,水库流畅分布图在Matlab.R2012上绘制.

2 结果与讨论 2.1 叶绿素a时空分布特征

相对于太湖、巢湖和滇池等大型天然湖泊[14-17],西丽水库ρ(Chla)处于较低范围,表现出城市供水水源水库的鲜明特征.由图 2可见,西丽水库藻类ρ(TChla)平均值为16.84 μg/L,最高为60.35 μg/L,出现在2014年4月10号采样点透光层;最低为1.45 μg/L,出现在2013年11月采集的2号采样点表层.监测期内ρ(Chla)呈现V型变化趋势:从2013年4月开始快速增加,并于2013年前汛期达到全年最高水平(21.85 μg/L),后汛期继续维持高浓度(17.95 μg/L),高温无雨期浓度开始下降(13.86 μg/L),冬季枯水期跌至全年最低水平(7.01 μg/L),2014年温度跃升期藻类开始复苏(8.85 μg/L),至2014年前汛期又剧增至高浓度水平(24.82 μg/L),并且比去年同期高13.59%.2013年前汛期藻类浓度高于后汛期,是因为前汛期流域地表污染物浓度高,强降雨对流域地表的冲刷作用将大量的营养盐带入水库[18],促进藻类快速生长,而后汛期地表径流带入的营养盐相对较少.2013年7月在暴雨后采样,ρ(Chla)明显降低.究其原因:① 连续阴雨天气不利于藻类生长② 暴雨对藻类浓度产生稀释作用.

注:各组柱由左至右采样点编号为1~10. 图 2 ρ(TChla)随时间变化 Figure 2 Annual trend in total chlorophyll-a

图 3可见,西丽水库主要藻类是硅藻和蓝藻,绿藻次之.硅藻ρ(Chla)平均值为7.81 μg/L,最高为31.62 μg/L,出现在2014年4月的10号采样点,月均最高值为2014年4月的18.44 μg/L,月均最低值为2014年1月的3.56 μg/L.蓝藻ρ(Chla)平均值为7.34 μg/L,最高值为30.58 μg/L,出现在2013年6月的10号采样点,月均最高值为2014年6月的13.15 μg/L,月均最低值为2014年1月的1.73 μg/L.绿藻ρ(Chla)平均值为3.31 μg/L,最高值为12.71 μg/L,出现在2013年6月的10号采样点,月均最高值为2014年5月的7.81 μg/L,月均最低值为2013年12月的0.51 μg/L.总体上东北库区(1、2、3号采样点)硅藻比例明显偏高,这与东江来水硅藻含量高有关.白芒河库湾(8、9、10号采样点)蓝藻优势明显,这可能是因为入库河流带来的高浓度营养物质适宜蓝藻大量繁殖.南部库区(4、5、6、7号采样点)硅藻和蓝藻优势度相当.

注:各组柱由左至右采样点编号为1~10. 图 3 蓝藻、绿藻、硅藻ρ(Chla)随时间变化 Figure 3 Annual trend in chlorophyll-a of cyonophyta, bacillariophyta and chlorophyte

图 4反映了藻类种群结构变化规律,硅藻和蓝藻交替占优势,而绿藻全年处于较低水平.2013年4月蓝藻比例为25.25%,之后快速上升,6月达到38.64%,超越硅藻成为优势藻类,9月达到峰值50.62%;之后逐步降低,2013年12月—2014年2月为30%左右,处于最低水平;2014年3月起随着气温升高,蓝藻开始复苏,并在前汛期迅速增加,5月超越硅藻,重新成为优势藻类.硅藻与蓝藻存在激烈的竞争关系,其生长趋势与蓝藻相反:2013年4—6月比例为44.31%~65.11%,优势明显;6—9月比例降为26.55%~35.33%,低于蓝藻;10月比例迅速上升,再次成为优势藻类,并且于12月末达到峰值63.62%,并将优势一直维持到2014年4月.绿藻比例为7.03%~28.18%,全年处于较低水平,呈现出前汛期高而秋冬低的演变规律;与2013年相比,2014年绿藻比例明显降低,水库藻类多样性降低.综合可见硅藻从10月至来年4月占优势,蓝藻从5月至9月优势明显,而绿藻浓度常年处于较低水平.

图 4 藻类种群结构变化 Figure 4 Community structure of phytoplankton
2.2 藻类高风险区域识别

综合考虑水环境质量和水厂对藻类的去除能力,认为ρ(TChla)<20 μg/L无藻华风险,20 μg/L≤ρ(TChla)<40 μg/L存在轻度藻华风险,40 μg/L≤ρ(TChla)<60 μg/L存在中度藻华风险,ρ(TChla)≥60 μg/L存在高藻华风险.图 5反映了藻类ρ(TChla)在各气候期的平面分布情况.西丽水库ρ(TChla)整体呈现西北库区高东南库区低的特点.2号采样点是东江来水进入西丽水库的位置,水质较优,硅藻优势明显,是全库ρ(TChla)最低处(10.25 μg/L),无藻华风险.1号采样点是麻磡河入库区,径流带入的藻类和营养盐增加了水库的藻华风险,但由于靠近2号采样点,受到大量东江来水的稀释作用,风险有所缓解.3、4、5号采样点位于水库活水区,水体交换迅速,流速大,ρ(TChla)为10.74~12.38 μg/L,无藻华风险.6号采样点位于水库最南端,是自来水厂取水口,远离麻磡河和白芒河,水体流速高,ρ(TChla)平均值为12.41 μg/L,无藻华风险.10号采样点是白芒河入库区域,径流带入大量的营养盐和藻类,使得其附近的整个库湾藻类浓度一直处于全库最高水平(26.32 μg/L),汛期表层最高ρ(TChla)达到60.35 μg/L,藻华风险极高,高温无雨期也存在一定风险,容易爆发局部蓝藻水华,是需要密切关注的高风险区域.8号采样点附近存在荔枝园,部分肥料和农药等面源污染进入水库后引起氮磷浓度升高,为藻类生长提供了营养物质,存在较高的藻类风险.9号采样点是铁岗水库取水口,该区域库形狭长,水体交换缓慢,其ρ(TChla)处于较高水平(14.82 μg/L),汛期存在藻华风险.从时间上看,高温无雨期、冬季枯水期和温度跃升期各采样点均无藻华风险,汛期尤其是前汛期8、9、10号采样点不同程度存在藻华风险.

图 5 不同气候期内ρ(TChla)平面分布 Figure 5 Chlorophyll-a chart in different climatic period
2.3 库内藻类输移规律分析 2.3.1 风对藻类迁移的影响

水体表面风速和风向对藻类的输移影响显著[19-21].研究认为,当风速小于3 m/s时,藻类在水面顺风漂流;当风速大于3 m/s时,风浪会将表面漂浮的藻类带入水下,发生垂直方向上的迁移[22-23].由表 1可见,2013年主导风向为东北风,频率为19%,平均风速2.1 m/s.2014年主导风向为东北偏东风和东北风,频率均为16%,平均风速分别为2.3、2.2 m/s.监测期间深圳主导风风速小于3 m/s,主要促使西丽水库藻类沿水面漂散,导致西丽水库藻类呈现西北库区高东南库区浓度低的分布特点.2013年9月—2014年4月主要盛行东北偏北风或东北风,在风力作用下,藻类从低浓度的东北部向高浓度的西南部迁移,风加剧了藻类聚集,但其间西丽水库藻类处于低浓度状态,因此不会引发藻华风险.2013年6月、8月以及2014年5月、6月主导风为西南风,促进了水库西部的高浓度藻类向东部迁移扩散,有利于疏散高浓度藻团,降低藻华风险.2013年4月、5月、7月以及2014年4月主导风为东北风或东北偏东风,则会促进藻类向西南库区聚集,加剧藻华风险.10号采样点位于西丽水库西北角的狭长库湾区域,不论是东北风还是西南风,均不利于区域内藻类输散,爆发局部藻华的风险较高.此外,深圳地处东南沿海,汛期时有台风出现,最大风速为8.1~12.7 m/s,极大可风速可达14.5~24.3 m/s,风向为西南偏南风或西南风.台风引发巨大波浪,促使表层藻类在垂直方向上剧烈运动,加上暴雨的冲刷作用,使得表层聚集的藻类快速回到中下层水体,降低藻类水华风险.

表 1 西丽水库风速、风向统计分析 Table 1 Statistics of the wind speed and direction of Xili Reservoir
2.3.2 流场对藻类迁移的影响

西丽水库是典型的调水供水型水库,接纳大量的东江水并转供给下游的铁岗水库,水体更新速度快于天然湖泊.图 6是水库流场分布图,受人工的供水和调水的影响,水库流场空间差异大:在东江来水口、铁岗水库取水口以及河流入水口处,水体流速达0.020~0.025 m/s,而死水区(7号采样点)水体流速为0.005 m/s左右.与风驱动为主导因素的太湖流场0.005~0.010 m/s的流速[24]相比,西丽水库水体流速明显偏高.低水力停留时间和高水体流速是西丽水库保持较低藻类浓度的重要原因.

注:箭头是表示该点位水体流速的矢量,箭头大小表示流速大小,箭头方向表示流速方向. 图 6 西丽水库流场分布 Figure 6 Flow field distribution of Xili Reservior

西丽水库主导流向是东江进水口(2号采样点)—西丽湖坝(3号采样点)—库心(4号采样点)—西部库区(8号采样点).优质的东江来水自东北流向西南,确保了东半库区水质优良,对西半库区高浓度藻类起到稀释作用.次主导流向是东江进水口(2号采样点)—西丽湖坝(3号采样点)—库心(5号采样点)—水厂取水口(6号采样点),次主导流向流程短,不与河流交汇,外源污染少,确保水厂取水口水质良好.白芒河入库区域是西丽水库藻类浓度最高的区域,该区域水体流速高,水体交换强烈,有利于藻类的扩散,降低了局部藻类爆发风险.麻堪河来水中含有较高浓度的藻类,入库后受到主导流场的影响,藻类向西南方向疏散.整体上看,西丽水库水由藻类浓度低的东部库区流向藻类浓度高的西部库区,对西部和西北部库区的高浓度藻类起到稀释作用,但不利西部库区高浓度的藻类向中东部扩散.

2.4 ρ(Chla)与环境因子的关联性分析 2.4.1 ρ(Chla)与水质因子双变量相关分析

表 2反映了ρ(Chla)与水质因子的相关关系.由表 2可见,不同藻类与环境因子相关关系存在显著差异.总藻、硅藻和绿藻的主要相关因子一致,按相关系数绝对值大小排序依次为水温>pH>ρ(NO3--N)>ρ(Silicate)>ρ(TN),其中ρ(Chla)与ρ(Silicate)负相关,与其他环境因子为正相关.蓝藻ρ(Chla)与多个水质因子存在较高相关性,依次是水温>ρ(TOC)>pH>ρ(CODMn)>ρ(Silicate)>ρ(Fe)>透明度>ρ(TN)>浊度.

表 2 藻类ρ(Chla)与水质因子Pearson相关系数 Table 2 Pearson correlation coefficients between chlorophyll-a and water quality factors

水温对于蓝藻、硅藻和绿藻的ρ(Chla)均是首要影响因子,这与LV等[25]的研究结果相一致.西丽水库汛期水温为23~32 ℃,与蓝藻的最适宜温度范围(25~33 ℃)重叠,容易爆发蓝藻水华,因此汛期要加强对水温和蓝藻的监测.水温与硅藻和绿藻的相关性小于蓝藻,原因可能是蓝藻在适宜的水温中大量增殖,在与硅藻、绿藻的竞争中取得优势,一定程度上抑制了硅藻和绿藻的生长.

pH与3种藻类均存在一定相关性.西丽水库pH为6.51~8.76,汛期和旱期平均pH分别为7.89和7.25,呈现汛期高而旱期低的特点,这与蓝藻的变化规律相一致.常淳等[26]在于桥水库也发现类似规律.Berge等[27]认为,当pH在6.5~8.5范围内波动时,藻类的生长速率基本不变.西丽水库pH变化可能是藻类增殖的结果而非原因,因为藻类的光合作用和呼吸作用等生命活动对pH影响显著[28-29].白天光照充足,光合作用明显大于呼吸作用,吸收CO2使水体pH升高.夜间以呼吸作用为主,生成CO2使pH降低.水质和藻类的监测是在白天进行,因此检测到高藻期间水体pH明显升高.

西丽水库ρ(TN)和ρ(TP)平均值分别为1.41、0.023 mg/L,TN/TP〔即ρ(TN)/ρ(TP)〕约为61.相关分析显示,ρ(Chla)与ρ(TN)存在一定相关性,与ρ(TP)无明显相关性.西丽水库ρ(TN)略低于天然湖泊,而ρ(TP)仅为其1/5左右[30],营养盐处于较低水平.吴雅丽等[31]认为,太湖春季藻类生长的ρ(TP)阈值为0.059 mg/L,而夏季藻类生长旺盛,对TP需求量更高.与天然湖泊较高的藻类叶绿素a含量相比,西丽水库藻类浓度明显处于低水平,原因可能是ρ(TP)较低,在一定程度上限制了藻类大量生长.

ρ(TOC)和ρ(CODMn)与蓝藻相关性较高,可能的原因有:① 高浓度的有机物为藻类增殖提供充足的碳源;② 蓝藻本身即为有机物,作为TOC和COD的一部分被检测出来.透明度与蓝藻负相关,浊度与蓝藻正相关,说明蓝藻的爆发是水体浊度升高、透明度降低的重要原因.

2.4.2 ρ(Chla)与水动力和气象因子双变量相关分析

同一天各点位的水动力因子和气象因子数值相同,数据特征与水质因子不同,因此单独分析其与藻类ρ(Chla)的相关性.由表 3可见,总藻、硅藻和绿藻的主要相关因子一致,依次为HRT>湿度>日照时数>气压,其中与HRT、湿度为正相关,与日照时数、气压为负相关.与蓝藻相关的因子较多,依次为气压>湿度>气温>降水量>径流量>HRT,其中与气压负相关,与其他因子正相关.HRT与3种藻类均存在较高的相关性,硅藻、绿藻与HRT相关性更高,并且水体流速与3种藻类均有一定的负相关性,说明优化水利调度,加快水体流动性,降低HRT,是抑制藻类生长的有效途径.气压与3种藻类成负相关性,尤其是与蓝藻相关系数达到-0.692;湿度与3种藻类正相关,与蓝藻相关系数高达0.624.目前还没有气压、湿度与藻类生长存在直接因果关系的报道.降水量、径流与蓝藻相关系数分别为0.441和0.422,是因为汛期降雨对流域的冲刷,以地表径流的形式将大量的蓝藻和营养物质带入水库[18].

表 3 藻类ρ(Chla)与水动力和气象因子Pearson相关系数 Table 3 Pearson correlation coefficients between chlorophyll-a and hydrodynamic/meteorological factors
2.4.3 叶绿素a与环境因子典范对应分析

利用CCA研究了水质、水动力和气象因子的综合作用对藻类生长的影响,结果见图 7.F1特征值为0.079,解释率为80.66%.水温与F1轴关系最为密切,其次是气温,这说明F1轴主要反映了温度的变化.温度是影响西丽水库藻类生长和分布的首要因子,蓝藻和绿藻位于F1轴正方向,硅藻位于F1轴负方向,这说明温度的升高有利于蓝藻和绿藻在水体中占优势,而对硅藻不利.即水温升高后,蓝藻和绿藻竞争力高于硅藻.气压与F1轴显著负相关,可能是由气压与温度呈显著负相关这一气象规律引起的.F2特征值为0.019,解释率为19.34%.ρ(TN)、ρ(TP)和ρ(Silicate)与F2轴最相关,因此F2轴代表了水体中的氮、磷和硅等营养盐成分.ρ(TN)位于F2轴负向而ρ(TP)和ρ(Silicate)位于正向,这说明西丽水库由氮盐丰富态向磷盐丰富态转变更有利于藻类生长,磷是西丽水库的限制性营养盐.ρ(TOC)和ρ(CODMn)代表的有机物是藻类的第二大类影响因子,水体有机污染程度高的时期或区域中藻类生长繁殖速度快.径流量和降水量是藻类的第三大影响因子,这可能是因为白芒河和麻磡河等河流污染相对严重,前汛期径流将流域内的大量藻类和有机物带入水库.ρ(Fe)与F2轴呈明显的负相关性,因为Fe是藻类光合作用和新陈代谢的必要元素,对藻类生物量和生长速率均有重要影响[32-33].日照时数、蒸发量、pH、ρ(NO3--N)和ρ(NH4+-N)对藻类的影响也比较微弱,ρ(DO)、HRT和透明度等与藻类没有明显相关性.

环境因子:DO—ρ(DO);TOC—ρ(TOC);COD—ρ(CODMn);TP—ρ(TP);TN—ρ(TN);氨氮—ρ(NH4+-N);硝酸盐氮—ρ(NO3--N);铁—ρ(Fe);硅酸盐—ρ(Silicate). 图 7 ρ(Chla)与环境因子CCA分析 Figure 7 Canonical correspondence analysis of environmental factors and phytoplankton
3 结论

a) ρ(TChla)时间变化规律为前汛期>后汛期>高温无雨期>温度跃升期>冬季枯水期.硅藻在冬春季节占优势,蓝藻在汛期占优势,绿藻全年处于低浓度水平.ρ(TChla)整体呈西北库区高东南库区低的分布规律,汛期白芒河入库区域ρ(TChla)偏高(以蓝藻为主),是藻华高风险区.8号采样点由于农业面源污染的进入,在汛期也存在一定藻华风险,其他点位藻华风险较低.

b)库区年均风速小于3 m/s,藻类在风力作用下以水面漂流为主,汛期西南风促使东部的高浓度藻类向库中迁移,降低了局部地区爆发藻华的风险.台风极大风速达到14.5~24.3 m/s,使水体表面藻类向中下层迁移.流场主导流向是由东北—中南—西部,东北方向的东江来水对西部库区的高浓度藻类起到稀释作用.

c) Pearson相关分析和CCA结果基本一致,温度是藻类生长和分布的第一影响因子,TOC和COD代表的有机物以及径流量和降水量分列第二位和第三位,磷是藻类生长的限制性营养盐.蓝藻的关键环境因子与硅藻、绿藻存在一定差异.

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