2016, Vol. 37
2. 江苏省溧阳市环境监测站, 溧阳 213333;
3. 江苏省太湖水污染防治办公室, 南京 210013;
4. 中国丹麦科研教育中心, 北京 100190;
5. 中国科学院大学, 北京 100049
, ZHOU Tao2, ZHU Guang-wei1
, JIN Ying-wei1,5, CUI Yang1, XU Hai1, ZHU Meng-yuan1, XIA Ming-fang3, CHEN Wei-min1
2. Liyang Environmental Monitoring Station, Liyang 213333, China;
3. Taihu Water Pollution Control Office of Jiangsu Province, Nanjing 210013, China;
4. Sino-Danish Center for Education and Research, Beijing 100190, China;
5. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
富营养化及其伴随的有害藻类异常增殖问题是当前我国水库水环境的主要威胁之一. 由于经济社会发展中对水环境的保护不足，我国的湖库普遍面临富营养化的环境问题. 水库在我国城市供水中的作用越来越重要，因此其水质状况也至关重要[1]. 李子成等[2]基于2005-2007年25个省湖库水质数据分析表明，仅7.69%的湖泊总磷(TP)浓度属于贫营养水平，有16.57%的湖泊为中营养水平，超过四分之三的湖泊属富营养水平，水库的水质尽管要好于湖泊，有34%的水库TP浓度能达到贫营养水平，但仍有35%的水库TP浓度属富营养水平.
与浅水湖泊经常出现的蓝藻水华问题不同，水库等中营养深水水体中硅藻是更广泛存在的有害浮游植物[3]. 硅藻异常增殖进而影响水质是水库中较为常见的生态灾害. 如崔扬等[4]的研究表明，除7-9月以外，硅藻是沙河水库浮游植物的主要浮游植物门类，有时能占藻类总生物量的71.3%. 在美国、 德国、 日本等国家的湖库中，也常有春季硅藻水华灾害的报道[5, 6, 7]. 硅藻大量增殖甚至暴发水华能导致水库水质变差、 相关水厂工艺运行效率低下、 出水水质异味等问题[8]. 除此之外，硅藻大量增殖还会引起一系列生态环境问题，如产生腥味、 威胁桡足类浮游动物繁殖和孵化等问题[9, 10, 11].
在不同的环境条件下，水库的有害藻类可能不同. 如在广东省大沙河水库，蓝藻和绿藻是全年占优的藻门； 该省的剑潭水库则在群落结构上以绿藻为主，其次是硅藻[12, 13]. 同时，在不同的生态系统中，引起硅藻水华的因素亦存在较大差异[14]. 影响湖库中硅藻生长的因素包括气象水文过程、 水体总氮(TN)、 TP等营养盐状况、 不同浮游植物藻门之间对生长条件(如光照、 营养盐等)的竞争以及食物链结构等[15]. 硅藻水华的优势种类也会随着生境的不同而存在差异，如在河流生态系统中，最为常见的硅藻水华优势属是小环藻和冠盘藻[14]. 对于不同地区而言，水库中硅藻的优势种类可能存在差异. 如浙江的紧水滩水库、 横山水库中硅藻优势种均包括直链藻，而湖北金沙河、 熊河水库则以针杆藻为主要的硅藻优势属之一[16, 17, 18, 19]. 相应地，同一地区不同水文、 营养状态的水库，其硅藻优势种类也会有所不同. 因此，对于湖库硅藻的研究需要针对地区性和水体特点，在查明该硅藻水华水体优势种类的基础上，同时考虑蓝藻、 绿藻等其他常见藻门的生物量、 群落结构等特征，结合食物链上下级状况来估计该湖库中捕食作用能否显著影响到硅藻乃至浮游植物整体的大规模繁殖，从而更加全面地预防和控制湖库硅藻大规模异常增殖问题. 并且，由于水库营养水平受水库流域特征和水文特征等因素的影响，如较高的农业用地与森林用地之比、 水库水深较小以及流域面积与水库面积之比较高等均会导致水库处于较高的营养水平，因而硅藻的生长与水库营养水平、 流域特征和水文特征等因素之间可能存在着密切联系[20]. Jeppesen等[21]研究丹麦湖泊发现，硅藻的物种丰度和多样性与湖泊TP浓度、 平均深度正相关. Beaver等[22]在研究美国密苏里河中游6座水库中浮游生物对枯水期、 汛期的响应时发现，水库的水力停留时间越短，硅藻的生物量就越高. 另外，对于某特定地区水库而言，营养盐等因素在时间空间尺度上均存在着波动幅度大，需要长时间、 高频率监测等特点，因而调查水库营养状况、 水库浮游植物群落特征存在时间和经济上的难度； 相比之下，水库深度、 流域面积与水库库容之比等因素相对稳定且易于获取，因此若能探寻某地区水库的深度、 流域库容之比与营养水平、 硅藻及其他藻门的关系，则可以为今后的水库管理工作提供巨大的便利[20]. 目前，国内外相关研究的重点在于对水库浮游植物的群落结构和主要优势种属进行调查，主要考虑湖泊水库总体营养水平及其对浮游植物群落结构特别是蓝藻的影响，并没有对硅藻进行特别的关注，且缺乏从营养盐、 食物链、 水文及流域特征等方面对水源地型水库中硅藻问题的控制因素进行较为全面的专门研究[23, 24, 25]. 国内对硅藻问题的研究也主要集中在河流、 海洋等水体，缺乏对水库这类水体中硅藻问题的关注[26, 27].
本研究选取苏南地区水库为调查对象. 苏南地区的水库密度大，地处亚热带东南湿润区的丘陵山区，在自然地理区位和人类活动影响强度等方面具有其独特性. 该地区城市化进程较快，土地利用比例高，导致土地资源紧张，水库流域的农业开发力度大，且多以茶果园为主[28]. 研究表明，水库流域茶园的氮污染排放强度高，对水库的水质影响大[29]. 此外，苏南水库大多承担城市供水的功能，富营养化问题成为水库管理者最关注的生态灾害之一.
前人通过对该地区典型水库沙河水库6 a的监测研究表明，每年5-7月的春末夏初时期硅藻生物量将达到峰值，是苏南地区水库硅藻灾害发生的敏感期[4, 30]. 为此，本研究于2015年6月的硅藻异常增殖高发期对苏南18座水库开展生态学调查，分析了苏南水库的浮游植物群落结构、 硅藻及其关键优势种属，分析了水质指标、 水库水文特征、 生物指标等因素与硅藻及其他主要浮游植物藻门(如蓝藻、 绿藻)的关系，探讨了苏南地区水库硅藻灾害敏感期的主要控制因素及潜在防控途径，以期为科学保障湖库水源地水质安全提供科学依据.
1 材料与方法 1.1 调查水库概况本研究所调查的苏南水库分别位于句容市、 江宁区、 溧水区、 溧阳市和宜兴市，如图 1. 其中17座为水源地型水库，1座为非水源地型水库(大坝坊水库). 从水库规模看，3座为大型水库(沙河、 大溪、 横山水库)，9座为中型水库(赵村、 方便、 中山、 老鸭坝、 北山、 二圣、 句容、 前宋、 塘马、 油车水库)，5座为小型水库(吕庄、 大坝坊、 团结、 竹林、 鸡笼坝水库). 其中，溧阳地区水库的选择主要参照胡尊乐等对该地区饮用水源地安全评价的名录[31].
 | 图 1 苏南地区水库位置分布示意 Fig. 1 Locations of reservoirs in the South of Jiangsu Province |
不同水库的库容规模、 集水面积见表 1. 其中集水面积(A)和总库容(V)是当地水库管理部门官方公布的数据，水库面积是根据Google Earth Pro 2013年12月10日的影像进行矢量化而获取，采样点深度为现场测量结果.
 | 表 1 苏南地区水库基本信息 Table 1 General information of reservoirs in the South of Jiangsu Province |
样品的采集与测定方法与文献[32]相同. 采样点尽可能位于所在水库的坝前近湖心. 对于调查点深度大于5 m的水库，采集表层(0.5 m)、 中层以及底层(泥上0.5 m内)水样. 而对于采样点深度不足5m的水库，则仅采集表层0.5 m以及底层水样. 分层水样现场过滤后冷藏保存，当天送回实验室进行分析处理. 其中监测溶解性总氮(DTN)、 溶解性总磷(DTP)、 悬浮颗粒物(SS)、 溶解性有机碳(DOC)和叶绿素a(CHL)的样品，现场用Whatman GF/F玻璃纤维滤膜进行过滤后冷藏，用于测定硝态氮(NO3--N)、 亚硝态氮(NO2--N)、 氨氮(NH4+-N)、 反应性活性磷(SRP)等离子的水样用孔径为0.2 μm的津隆公司混合纤维滤头现场过滤后冷藏. 对于浮游植物，将上述不同层位获得水样等量混合至1 L后，添加5%鲁格试剂固定. 浮游动物样则每层采集5L水样，用25号浮游生物网过滤浓缩至30 mL塑料方瓶中，现场加1 mL甲醛固定.
现场使用美国黄石仪器公司YSI 6600V2型多参数水质分析仪分层测定溶解氧(DO)、 水温(WT)等参数. 利用直径30 cm的塞式盘测量透明度(SD). 所有水样均冷藏保存至转移室内.
室内水质指标的测定方法参考文献[4]. 其中TN、 DTN的测定为碱性过硫酸钾消解、 紫外(波长210 nm)分光光度法测定； TP、 DTP的测定为碱性过硫酸钾消解、 钼锑抗显色分光光度法(波长700 nm)； NO3--N、 NO2--N、 NH4+-N、 SRP则用荷兰Skalar流动注射分析仪直接测定； CHL的测定采用热乙醇提取、 分光光度法测定(波长665 nm、 750 nm)； SS采用105℃烘干重量法； 高锰酸盐指数的测定采用高锰酸钾水浴氧化后草酸钠、 高锰酸钾氧化滴定法； DOC测定采用岛津TOC-L CPH有机碳分析仪测定. 浮游植物群落结构的鉴定使用Olympus CH生物光学显微镜镜检，鉴定到属，各属细胞数的基础上，根据体积-重量经验公式换算为生物量(BM,mg ·L-1). 浮游动物采用Zeis倒置显微镜镜检并估算生物量. 样品处理和生物量估算方法参照文献[33].
1.3 营养状态指数(TLI)
采用中国环境监测总站2001年发布的《湖泊(水库)富营养化评价方法和分级技术规定》[总站生字(2001)090号]计算所调查水库的营养状态指数(TLI). 该方法共包含5项指标，其中以CHL为基准参数，其余参数包括TP、 TN、 SD和高锰酸盐指数等. 针对5项指标分别评分后，根据权重得到加权平均值. 评价结果以0-100的连续数字对水库营养状态进行分级. TLI(∑)<30为贫营养，30≤ TLI(∑) ≤50 为中营养，50
数据图表及主要统计参数由Excel 2013与R 3.2.2分析绘制完成[36, 37].
2 结果与分析 2.1 水质状况所调查水库的表层水温介于24.96-30.66℃之间，底层水温介于10.45-26.16℃之间，属于较适宜硅藻生长的温度. 表层DO介于6.68-15.30 mg ·L-1间，未发现有缺氧问题，高锰酸盐指数介于1.43-5.30 mg ·L-1之间，DOC介于1.67-4.39 mg ·L-1，水体NO2--N基本未检出. 其余主要水质状况如表 2.
| 表 2 苏南水库主要水质指标平均值 Table 2 Average values of water quality indices of reservoirs in the South of Jiangsu Province |
水库的SD能够影响水体生物的活动范围、 生存条件，并反映水体的富营养状态[38, 39]. 对于具有景观用途水库(如前宋、 油车水库)，SD还影响水库的美观[40]. 对苏南水库的SD分析表明，苏南水库的SD还与DO和WT之间有联系：苏南水库的相对透明度(SD/Depth之比)与DO显著正相关(图 2，P<0.001). 底层溶解氧高低关系到水体的底泥营养盐释放强度，进而影响水库水质的优劣. 通过YSI现场测试结果表明，除了深水水库外，部分浅水水库亦存在着底层缺氧的情况，这与透明度不高紧密相关(平均值为150 cm). 而对于中山水库等透明度很好的水库，现场能够观察到大量沉水植物的存在，保证了底层DO处于较高水平. 另外水库本身的深度影响水温分层，对水体上下层的混合产生影响，也能够影响底层DO浓度. 苏南水库底层DO与SD和水深的综合关系说明底层营养盐的释放风险受水深和水质的双重控制.
 | 图 2 苏南水库SD/Depth之比与水库底层DO的关系 Fig. 2 Relationship between SD/Depth ratio and DO in bottom layer of reservoirs in the South of Jiangsu Province |
对于CHL、 TN、 TP、 高锰酸盐指数等常规指标而言，在所有调查的水库中，其平均浓度分别为17.9 μg ·L-1、 1.32 mg ·L-1、 38.0 μg ·L-1和3.27 mg ·L-1. 所有水库的TN浓度均超过Ⅰ类水限定值(0.2 mg ·L-1)，只有中山水库低于Ⅱ类水限定值(0.5 mg ·L-1)，而前宋、 大溪、 方便、 老鸭坝等4个水库的TN浓度低于Ⅲ类水限定值(1.0 mg ·L-1)，沙河、 二圣等水库低于了Ⅴ类水限定值(2 mg ·L-1)，而塘马、 横山、 油车等水库TN甚至超过了Ⅴ类水限定值，其他水库TN低于IV类水限定值.
调查的18个水库水体TP含量均超过Ⅰ类水限定值(0.010 mg ·L-1)，并低于Ⅳ类限定值(0.100 mg ·L-1). 其中团结、 方便、 中山等水库的TP浓度低于Ⅱ类限定值(0.025 mg ·L-1)，大坝坊、 油车、 句容等水库TP高于Ⅲ类水限定值(0.050 mg ·L-1).
油车水库高锰酸盐指数低于Ⅰ类水限定值(2.0 mg ·L-1)，大坝坊、 方便、 句容水库等高锰酸盐指数超过了Ⅱ类水限定值(4.0 mg ·L-1)，其余水库均低于Ⅱ类水限定值[41].
总体而言，苏南水库的富营养化相关指标中，TN的达标情况最不乐观. 这可能与水库周围的农业活动密集以及春末降雨强度较大有关[42, 43, 44].
2.2 水库营养状态苏南18个水库中TLI达到贫营养水平(TLI<30)的水库数量为0. 中山水库TLI指数最低，为33.8，这反映了亚热带湿润丘陵地区水库高营养盐的本底特征(表 2). 达到富营养水平(TLI>50)的水库数量为6个，占所调查水库的1/3，分别为大坝坊水库(56.9)、 句容水库(54.3)、 北山水库(52.1)、 塘马水库(51.4)、 鸡笼坝水库(50.9)和竹林水库(50.8). 其余水库均为中营养水平. 尽管水库调查仅选择水库坝前的一个采样点，但仍说明苏南水库的营养水平总体较高. 同时也说明南京与宜兴地区的水源地型水库营养水平较溧阳、 镇江地区而言相对较低，这与溧阳地区水库周围农业活动强烈和镇江地区人为活动干扰频繁的现实情况相吻合.
2.3 浮游植物组成和硅藻群落结构在17个具有浮游生物数据的水库中，共鉴定出蓝藻(Cyanophyta)、 硅藻(Bacillariophyta)、 绿藻(Chlorophyta)、 隐藻(Cryptophyta)、 甲藻(Pyrrophyta)、 裸藻(Euglenophyta)和金藻(Chrysophyta)等7个藻门的52个藻属. 其中硅藻和绿藻在浮游植物的丰度上占优势地位(图 3). 硅藻共有10个藻属，而绿藻包含25个藻属. 从细胞数量上看，蓝藻数量占优，在所有浮游植物属中，仅蓝藻中席藻(Phormidium)的总体优势度(Y)达到优势水平(Y>0.02)，这与席藻细胞小、 数量多的生态学特征有关. 对于硅藻数量而言，在其中10个水库的细胞数量达到100～1 000万cells ·L-1，处于轻度硅藻水华状态[45].
 | 图 3 苏南水库浮游植物组成及生物量 Fig. 3 Composition and biomass of phytoplankton in reservoirs in the South of Jiangsu Province |
从生物量上看，硅藻、 蓝藻、 绿藻、 隐藻、 甲藻、 裸藻和金藻所占总生物量(BMphyto)的百分比分别为46.8%、 12.1%、 23.4%、 8.0%、 6.4%、 2.4%和1.0%. 其中，苏南水库中硅藻以小环藻(Cyclotella)、 针杆藻(Synedra)和曲壳藻(Achnanthes)为主，多样性较低. 绿藻多样性较高，其中衣藻(Chlamydomonas)(46.56%)、 鼓藻(Cosmarium)(10.30%)、 栅藻(Scenedesmus)(10.27%)、 空星藻(Coelastrum)(8.46%)和角星鼓藻(Staurastrum)(5.79%)等，它们的生物量占绿藻总平均BM的80%. 蓝藻门中，席藻(Phormidium)(50.08%)、 束丝藻(Aphanizomenon)(20.52%)、 尖头藻(Raphidiopsis)(15.03%)和微囊藻(Microcystis)(9.35%)在10个藻属中优势明显.
对于单个水库而言，沙河、 北山和大坝坊水库的BMphyto最高，分别为6.0、 5.8和4.4 mg ·L-1. 而团结、 方便、 二圣、 中山和油车水库的BMphyto则小于1 mg ·L-1.
各水库硅藻中的优势属状况如表 3. 总体而言，针杆藻、 小环藻、 曲壳藻的平均优势度均大于0.02，3个属平均生物量分别占硅藻总生物量的51.6%、 21.4%、 8.8%，针杆藻与小环藻是优势度最为普遍与显著的. 针杆藻在团结、 鸡笼坝、 油车水库中生物量不占优势，其余水库中均占优. 小环藻则是除了老鸭坝水库，在所有其他水库中均占优势地位(表 3). 直链藻(Melosira)与曲壳藻的平均优势度相近，且大于0.02，但在8个水库的浮游植物样本中未检出直链藻，因此无法将其认定为苏南水库中硅藻的优势属.
| 表 3 苏南水库硅藻各属优势度水平(Y) 1) Table 3 Degree of dominance (Y) of different genera in Bacillariophyta in reservoirs in the South of Jiangsu Province |
浮游动物主要考察枝角类、 桡足类和轮虫类等. 在17座水库中(除横山水库)共发现枝角类7个种/属，桡足类9个种/属，以及轮虫类14个种/属. 平均优势度大于0.02的浮游动物有：透明溞(0.213)、 卜氏晶囊轮虫(0.052)、 无节幼体(0.034)、 短尾秀体溞(0.033)、 广布中剑水溞(0.032)和螺型龟甲轮虫(0.028). 就单个水库而言，大坝坊和北山两个富营养化问题较为严重水库中，轮虫在3类浮游动物中占优，分别占其总生物量的90.6%和57.7%. 其他水库多为枝角类或桡足类等体积较大、 摄食能力较强的浮游动物为优势种属(图 4).
 | 图 4 苏南水库浮游动物组成及生物量 Fig. 4 Composition and biomass of zooplankton in reservoirs in the South of Jiangsu Province |
由前人研究结果可知，营养盐，尤其是磷元素对淡水水体中藻类生长繁殖以及群落结构演替有着至关重要的作用[46, 47, 48]. 因此，磷通常为淡水生态系统初级生产力的限制因子[14].
除北山、 二圣和大溪水库外，苏南水库中，硅藻生物量与DTP呈指数正相关(P<0.01)，说明该地区影响硅藻生长的主要磷形态为溶解态(图 5). 北山水库硅藻生物量虽高于拟合线，但与该结论不矛盾； 二圣水库不但硅藻生物量低，浮游植物总生物量也低，结合浮游动物生物量可知，该水库可能浮游动物食性鱼类的数量控制得较低，因此其对浮游动物的捕食强度不大，进而增强了浮游动物对浮游植物生物量的控制.
 | 图 5 苏南水库DTP与BMbac的关系 Fig. 5 Relation between DTP and BMbac in reservoirs in the South of Jiangsu Province |
TP与硅藻的生物量呈负相关，与归一化后的CHL显著正相关(P<0.05)； 与BMphyto的相关度尽管不是很强，但二者的变化趋势也很接近：即随着TP浓度的升高，BMphyto将相应增加，相关度的P值为0.8，处于弱显著水平，这表明苏南水库中磷是总藻生物量的关键控制元素. 此外，TP浓度与绿藻密度显著正相关(P<0.05)，与蓝藻BM显著正相关(P<0.01). 这都反映出磷对于苏南水库中某些类浮游植物种属的生物量有明显影响. 结合DTP与硅藻生物量的关系，说明TP的增加并未引起硅藻生物量的相应上升，而主要是其他藻门的繁殖，说明绿藻、 蓝藻与硅藻对营养盐(尤其是磷)为竞争关系. 由于体积小等原因，在温度、 营养水平较高时，蓝绿藻的生物量通常会超过硅藻. 因此，与春末夏初时期不同，在夏季高温期，绿藻、 蓝藻可能替代硅藻成为优势浮游植物门类，并且TP越高的水库将越早出现蓝绿藻替代硅藻的趋势. 因此，对于该地区营养水平较高的水库而言，在春末夏初时期，气温可变性大，绿藻、 蓝藻的生物量是需要关注的另一问题.
上述关系表明，在现有的TP浓度水平下，苏南水库在春末夏初阶段会出现其它藻门(如蓝藻、 绿藻)与硅藻竞争营养盐的情况. 并且，高TP浓度会增加水库在该阶段出现蓝藻绿藻大量增殖的风险，由硅藻问题上升为更为严重的蓝藻问题. DTP是TP在水体中的一种存在形式，与颗粒态磷(主要为生物体磷)可以通过生物利用、 藻类降解等过程互相转化. 而DTP浓度对硅藻生物量又有着显著的促进作用，可知当进一步降低磷特别是溶解态磷在水库中的浓度时，将进一步突出该时期水库硅藻在营养盐竞争上的劣势，从而达到控制硅藻生物量的目的.
在本次水库调查中，TN与硅藻及其它浮游植物门类的生物量均无明显相关趋势. 由常规水质指标可知，TN浓度较高，因此TN可能不是该地区限制藻类生长的主要元素. 然而，这并不表明苏南水库的富营养化灾害防控中不需要对氮进行控制，反而说明相比磷而言，这些水库的氮污染或者氮本底更高. 从目前的水质状况和治理经验看，尽管磷与硅藻生物量之间的关系更为密切，然而一系列的控制措施也既没有有效控制磷水平，也没有有效控制硅藻生物量，单一磷控制策略的难度很大，如果能够对氮也进行有效控制，水库硅藻异常增殖的风险势必大大下降. 因此，需要进一步加强该地区密集的农业活动的科学管理，如布置缓冲区、 增加植被覆盖率等来吸收和截留多余养分以及减少由雨水冲刷造成的养分流失，降低氮的面源污染.
反映水库综合营养水平的参数TLI与BMphyto、 群落结构紧密相关，并与硅藻生物量间接相关. TLI与BMphyto、 蓝藻硅藻生物量之比(BMcyano/BMbac)均呈显著的指数正相关(图 6，P<0.01). 这表明苏南地区水库中BMphyto和BMcyano/BMbac将随着TLI的升高而呈指数上升趋势，并且当TLI达到55.5时，BMcyano/BMbac将达到50%； 当TLI达到62时，BMcyano/BMbac接近100%. 该关系进一步佐证了TP浓度的增加会提高水库蓝藻替代硅藻的趋势，并且说明苏南水库藻类的控制需要从多种角度，既要控制TP，又要降低TN、 高锰酸盐指数等指标浓度. 硅藻占优是该地区水质中营养阶段的典型特征，水库进一步向富营养化发展的话，危害更大的蓝藻将逐步占据优势地位.
 | 图 6 苏南水库TLI与BMphyto及BMcyano/BMbac的关系 Fig. 6 Correlation of TLI with BMphyto and BMcyano/BMbac in reservoirs in the South of Jiangsu Province |
由图 7(a)、 7(b)可知，苏南水库中BMphyto、 BMbac/BMphyto与水体深度均呈显著正相关关系(P<0.05)，说明硅藻适宜的环境为较深的水库. 考虑到采样时深水水库已出现分层情况，因此深度越大的水库，硅藻相对生物量(BMbac/BMphyto)越大. 同时，当其他环境因子相近时，水库深度的增加，会导致BMphyto增大，进而导致硅藻生物量增加. 当水体深度达到约9m时，BMbac/BMphyto将达到50%. 另外，由于TP浓度的增加会引起浮游植物包括蓝藻生物量的上升，因此浅水水库的TP控制阈值可能无法达到深水水库相应的保护目标. 不同硅藻属占硅藻生物量的比值与水库深度之间并无显著相关关系(P>0.05)，说明硅藻并不会随着水体深度的变化而发生优势属和结构的演替，可能说明在苏南地区水库的深度范围内，由深度引起的温度差别不足以影响到硅藻整体群落结构的改变.
 | 图 7 苏南水库BMphyto、 BMbac/BMphyto、 BMchl/BMphyto与水深的关系及其95%置信区间 Fig. 7 Relationship of BMphyto,BMbac/BMphyto,BMchl/BMphyto with water depth in reservoirs in the South of Jiangsu Province and its 95% confidence interval |
对于苏南水库另一优势浮游植物门类绿藻而言[图 7(c)]，其占浮游植物总BM的比值(BMchl/BMphyto)与水体深度呈显著负相关(P<0.05)，表明随着水体深度的增加，绿藻将被硅藻逐渐取代，说明绿藻的生长更需要较高的温度和光照条件. 换言之，若发生硅藻水华，水库水深越大，风险越大. 这说明水位控制对硅藻的生物量、 水华风险可能都有影响. 另外，由于在磷利用上绿藻与硅藻呈竞争关系，深度的作用则为深水水库硅藻在该竞争关系中提供了有利条件.
由于相对透明度与底层DO呈显著相关关系，为了预防和控制硅藻水华，对于深度较大的水库，需要将TP浓度控制到更低水平. 否则，由于BMphyto的增加，会引起水体透明度的显著下降，从而导致底层缺氧情况的加剧，进而引起底泥中磷元素的释放，产生恶性循环.
3.3 流域库容比对水库的影响流域面积与库容之比(A/V)关系到水库的换水周期，也与水库接受外来水体的范围大小有关. 流域范围越大，通常代表更多的营养物质，特别是在苏南丘陵山区，以茶果园为主要农业生产，A/V与TLI呈显著正相关(图 8，P<0.05)，由图 6可知，浮游植物总BM和BMcyano/BMbac将上升； 而A/V越大，说明水的截留时间越短. 水库更多具有河流的特征，对硅藻而言，可能生物量并不低. 从调查结果看，A/V也与CHL呈显著正相关. 事实上，随着流域土地利用方式的合理化安排，A/V与TLI的关系将同样发生变化. 减少因流域面积大而导致的营养盐输入量高的问题，可以缓解TLI与A/V之间的正相关趋势，进而减少浮游植物总生物量的增量、 延缓BMcyano/BMbac上升的趋势. 相应地，春季硅藻也将随着营养盐输入的降低，缓解其异常增殖的规模，从而避免出现威胁饮用水安全的事件.
 | 图 8 苏南水库TLI与A/V的关系 Fig. 8 Relationship between TLI and A/V ratio in reservoirs in the South of Jiangsu Province |
浮游动物在食物链中是浮游植物的摄食者，因此能够在一定程度上控制浮游植物BM，提高水体透明度，改善水质. 本次水库调查结果显示，当枝角类、 桡足类生物量较高时，浮游植物/浮游动物之比较小(P<0.05)，浮游动物对浮游植物生物量的控制能力就更大. 硅藻与枝角类、 桡足类浮游动物之间有着相同的趋势. 总量上看，除二圣水库浮游动物生物量较高，能够有效控制硅藻生物量外，其他水 库中浮游动物与硅藻生物量(BMzoo/BMbac)以及浮游植物生物量之比(BMzoo/BMphyto)较低，摄食作用较为微弱，对硅藻的控制作用还十分有限(图 9). 另外，枝角类的相对生物量与TP呈显著负相关(P<0.05)，而轮虫类占浮游动物总BM比重与TP呈显著正相关(P<0.05)，说明水库的污染程度与浮游动物的群落结构、 生态功能之间具有较强的相互作用. 当TP浓度升高时，可能会改变浮游动物群落结构，轮虫类可能会占据优势，而从体型上而言，轮虫类体积较小，对浮游植物尤其是体积较大的硅藻无有效捕食作用. 因此，轮虫类占总浮游动物比重的上升会直接引起浮游动物对硅藻生物量控制能力的下降，进一步加剧富营养化程度. 张丽彬等[49]通过实验表明当TN=3 mg ·L-1,TP=0.02 mg ·L-1左右时，浮游动物的控藻作用最为明显. 因此，对于苏南水库而言，总体上需要进一步削减TP的排放，调整渔业管理模式，减少浮游动物食性和草食性鱼类，以提高大型浮游动物生物量，提高浮游动物摄食作用对硅藻异常增殖等生态灾害的控制能力.
 | 图 9 苏南水库BMzoo/BMphyto和BMzoo/BMbac水平 Fig. 9 BMzoo/BMphyto and BMzoo/BMbac in reservoirs in the South of Jiangsu Province |
(1)通过在硅藻灾害高发期的调查发现，苏南地区水库总体处于中营养和中富营养水平，处于硅藻异常增殖适宜的营养范围，因此，普遍存在硅藻异常增殖风险. 结果表明，研究的水库中有10座达到轻度硅藻水华水平. 就营养指标上，氮的污染普遍比磷严重，溶解态磷与硅藻生物量的关系更为密切.
(2)从浮游植物的生物量看，硅藻和绿藻是调查时期苏南水库的主要浮游植物门类，特别是硅藻门中的小环藻、 针杆藻、 曲壳藻和直链藻属. 这些藻属的生物量大小决定了苏南水库春末夏初浮游植物的生物量大小，是潜在的致灾种属，应当对其生物量变化进行严密监测.
(3)总体而言，苏南水库春末夏初水库中硅藻及其他主要藻门生物量的影响因素包括TLI、 DTP和TP浓度等营养盐水平和形态，控制营养盐浓度依然是水库硅藻控制的首要手段. 除此之外，其他影响因素也包括水深、 流域面积、 库容比等水文特征，可以在今后的工作中继续探索水库硅藻及其他有害藻类与水文特征等因素的关系，从而可以根据水库深度、 流域土地利用类型等对水库进行分类，实施针对性的管理和藻华灾害控制手段. 此外，浮游动物中枝角类生物量的高低对硅藻及其它浮游藻类生物量的影响也很大. 另外，硅藻还存在与绿藻、 蓝藻的竞争问题. 总之，降低苏南水库硅藻异常增殖等藻类灾害事件的风险，从控制手段上看，可以采取降低入库营养盐负荷、 保护流域植被、 在春末夏初适当降低水深、 降低鱼类对浮游动物的捕食强度等手段.
致谢： 浮游植物鉴定由周万平研究员完成，浮游动物鉴定由沈睿杰助理研究员完成，样品采集由王树标工程师协助完成，水样分析由张成英、 夏忠工程师、 周莉硕士生协助完成，部分采样设备由于洋副研究员提供，水库部分基本数据由溧阳市水文局朱振宇副局长提供，在此一并表示感谢.
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