水库是通过人工筑坝形成的水体，广泛用于防洪、灌溉、发电和航运等，随着全球水资源供需矛盾的加剧，水库供水成为缓解供水压力的最主要途径(Kalff et al., 2011；黄成等，2011).近年来，随着农业、生活污水排放量的增加，水体营养物质负荷加重，浮游植物分布特征也在随之发生改变(王朝晖等，2005)，部分水库水华频发，给水资源利用带来巨大损失，甚至威胁饮用水安全(郭跃华等，2011；刘昂俊等，2006；李博等，2013)，危害人体健康(Gągałaet al., 2010).水体浮游植物生长影响因素复杂，其中营养水平被认为是影响浮游植物水平分布最重要的因子，当水体中N、P浓度分别达到0.2 mg · L^-1和0.02 mg · L^-1时，浮游植物就会大量繁殖(蒋建辉，2013；Lilover and Stips， 2008).此外，温度、光照、营养盐、风浪、 滤食性鱼类和浮游甲壳动物捕食等均影响着浮游植物生长、群落结构和时空分布(An and Jones， 2000；Buzzi，2002；张敏等，2009；赵孟绪和韩博平，2005)，甚至成为藻类水华的诱因(Kanoshina et al., 2003；Liu et al., 2011；O′Neil et al., 2012；蔡琳琳等，2012).

六都寨水库位于资水支流辰水中游，水库总库容1.31亿 m³，集雨面积338 km²，最大水深22 km，是一座以灌溉为主，兼有防洪、发电、养殖、旅游等综合功能的大型水利工程，也是湖南省邵阳市的第二水源地.2012年8月六都寨水库曾发生蓝藻水华，严重威胁备用水源水质安全.目前针对六都寨水库水环境质量和藻类水华风险的研究仍较少见，本文对六都寨水库水体理化指标、浮游植物种类组成、群落结构变化等情况进行了全面的调查，应用生物多样性指数和综合营养状态指数对六都寨水库营养水平进行评价，探讨蓝藻水华响应控制措施，为稳定和改善库区水质，保障饮用水安全提供科学依据.

根据六都寨水库水域特征，2012年9月在库区和入库河流共设置7个采样点，其中入库河流二渡河设置1个采样点，六都寨水库库区设置6个采样点，具体采样点信息如图 1所示.

图 1(Fig. 1)

图 1 六都寨水库采样点位图 Fig. 1 Study area and Sampling sites of Liuduzhai Reservoir

在每个采样点采集表层(0.5 m)水样及浮游植物样品，在水库中心S4样点(水深约17 m)和水库大坝坝首S7样点(水深约21 m)加采水下2 m、5 m及底层水样及浮游植物样品.采样前现场测定溶解氧(DO)、pH值、电导率(Cond.)、水温(T)、透明度(SD).水样存放在聚乙烯瓶中，24 h内置于4 ℃冰箱保存，浮游植物定量水样用鲁哥氏液固定，浮游植物定性样品用5%福尔马林固定.

实验室内检测总氮(TN)、总磷(TP)、氨氮(NH₃-N)、硝氮(NO^-₃-N)、高锰酸盐指数(COD_Mn)、叶绿素a(Chl.a)等水体指标.具体分析方法参见文献(国家环境保护总局，2002).浮游植物定量水样带回实验室静置后用虹吸法浓缩至30 mL后进行计数分析，浮游植物种类鉴定及计数方法参见文献资料(金相灿和屠清瑛，1990；章宗涉和黄祥飞，1991；韩茂森和束蕴芳，1995).所有实验测定数据用SPSS19.0软件进行聚类、相关性等统计分析，用Excel和Origin 8. 0完成数据计算、分析与制图.

选取水体叶绿素a(Chl.a)、总磷(TP)、总氮(TN)、透明度(SD)和高锰酸盐指数(COD_Mn)为评价指标，计算综合营养状态指数TLI(∑).当TLI(∑)值介于0~30之间时，为贫营养状态；当TLI(∑)值介于30~50之间时，为中营养状态；当TLI(∑)值介于50~60之间时，为轻度富营养化状态；当TLI(∑)值介于60~70之间时，为中度富营养化状态；当TLI(∑)值大于70时，为重度富营养化状态.

采用浮游植物香农-威纳多样性指数(Shannon-Wiener，H′)评价六都寨水库水质状况.H′的计算公式为：

H′为水质监测的参数，其对水质的评价标准为：当H′>3，轻或无污染；1~3，中污染；0~1，重污染.

监测结果显示(表 1)，六都寨水库各项水质指标除TN、TP外均达到《地表水环境质量标准(GB3838—2002)》中Ⅲ类水标准.六都寨水库TN浓度坝首高于库尾，各点位TN浓度差异显著(p<0.05)，库区内S5、S6采样点TN浓度较高，分别为1.17和1.20 mg · L^-1，超出Ⅲ类水标准，达不到饮用水要求.六都寨水库TP浓度从库尾向水库坝前方向逐渐降低，入库河流二渡河(S1)和河流入库口(S2)两个点位TP浓度较高，超过地表水Ⅲ类水标准；库区内其他样点(S3~S7)TP浓度均符合饮用水要求.

表1(Table.1)

表1 六都寨水库各样点理化数据 Table.1 Physical and chemical parameters of different sampling points in Liuduzhai reservoir

表1 六都寨水库各样点理化数据 Table.1 Physical and chemical parameters of different sampling points in Liuduzhai reservoir 采样点 pH DO/ (mg·L-1) CODMn/ (mg·L-1) BOD5/ (mg·L-1) TN/ (mg·L-1) NH+4/ (mg·L-1) NO-3/ (mg·L-1) TP/ (mg·L-1) Chl a/ (μg·L-1) TN/TP TLI 注： 表示GB3838—2002中无此项指标限值. S1 7.02 8.16 3.10 0.78 0.96 0.39 0.50 0.07 3.64 13.71 46.89 S2 7.14 7.10 3.40 1.72 0.78 0.20 0.17 0.06 20.24 13.00 48.11 S3 7.38 7.10 3.30 1.18 0.78 0.27 0.18 0.03 10.40 26.00 42.97 S4 7.64 7.54 3.50 0.72 0.36 0.15 0.19 0.03 8.59 12.00 41.25 S5 7.72 7.45 3.00 1.50 1.17 0.18 0.26 0.03 9.64 39.00 40.92 S6 8.08 7.13 3.40 0.96 1.20 0.17 0.35 0.02 5.90 60.00 39.35 S7 8.25 7.23 3.30 0.96 0.91 0.26 0.35 0.02 5.98 45.50 38.51 GB3838—2002(Ⅲ类) 6~9 5 ≤6 ≤4 1.0 1.0 0.05

当淡水湖泊与水库中TP 与TN 浓度分别超过0.01 mg · L^-1和0.15 mg · L^-1即有可能在环境因素适合的情况下发生蓝藻水华(USEPA，2000).同时，氮磷比N/P值对于水体藻类水华的发生具有重要意义.研究认为N/P<7的水体为氮限制，N/P>10的水体为磷限制(USEPA，2000；单保庆等，2012；Bulgakov and Levich， 1999).六都寨水库所有点位TP浓度均大于0.02 mg · L^-1，TN浓度均大于0.36 mg · L^-1，氮磷浓度均高于藻类水华的临界值；水库N/P值范围为12.0~60.0，平均值为29.9.因此，六都寨水库具有发生蓝藻水华的营养盐基础，且N/P比例关系为磷限制.六都寨水库库区内Chl.a 浓度范围为5.90~20.24 μg · L^-1，沿河流入库口至水库大坝方向呈现递减规律，与广东流溪河水库Chl.a空间分布规律呈现相同趋势(林国恩等，2009).根据综合营养状态指数(TLI)，六都寨水库TLI在38.51~48.11之间波动，平均值为42.57，表明六都寨水库已处于中营养状态.

水库中心S4和坝首S7样点分层结果显示，水库中心S4样点TN浓度随水深呈上升趋势，TP浓度水下0.5~5 m相差不大，但底层水体TP浓度明显高于上层水体；S7样点TN、TP浓度在水深纵向分布上变化差异不大(图 2).研究表明，水库营养物浓度在纵向存在明显分层，深层的营养物浓度明显高于表层.采用不同的水库调度方式，可以影响水库的营养物的水平及其分布(王孟等，2004；贾海峰等，2001).由此推测，S4样点氮、磷浓度可能受沉积物释放的影响，也可能与六都寨水库调水方式有关.

图 2(Fig. 2)

图 2 S4、S7点TN、TP垂直分布图 Fig. 2 Vertical variation of TN and TP in S4 and S7

调查期间发现六都寨水库浮游植物共6门24科46属(表 2)，其中绿藻门11科21属，占45.7%；硅藻6科13属，占28.3%；蓝藻3科7属，占15.2%.其他门类3门4科5属共占10.8%.

表2(Table.2)

表2 六都寨水库浮游植物群落组成 Table.2 Composition of phytoplankton in Liuduzhai Reservoir

表2 六都寨水库浮游植物群落组成 Table.2 Composition of phytoplankton in Liuduzhai Reservoir 门      科      属      蓝藻门 Cyanophyta 色球藻科 Chroococcaceae 微囊藻属 Microcystis 平裂藻属 Merismopedia 色球藻属 Chroococcus 念珠藻科 Nostocaceae 鱼腥藻属 Anabaena 伪鱼腥藻属 Pseudanabaena 颤藻科 Osicillatoriaceae 颤藻属 Oscillatoria 浮丝藻属 Planktonema 隐藻门 Cryptophyta 隐鞭藻科 Cryptomonadaceae 隐藻属 Crytomonas 裸藻门 Euglenophyta 裸藻科 Euglenaceae 鳞孔藻属 Lepocinclis 裸藻属 Euglena 甲藻门 Pyrrophyta 多甲藻科 Peridiniaceae 多甲藻属 Peridinium 角甲藻科 Ceratiaceae 角甲藻属 Ceratium 硅藻门 Bacillariophyta 舟形藻科 Naviculaceae 布纹藻属 Gyrosigma 羽纹藻属 Pinnularia 舟形藻属 Navicula 圆筛藻科 Coscinodiscaceae 小环藻属 Cyclotella 直链藻属 Melosira 脆杆藻科 Fragilariaceae 针杆藻属 Syncdra 针杆藻属 Syncdra 脆杆藻属 Fragilaria 平板藻属 Tabellaria 桥弯藻科 Cymbellaceae 桥弯藻属 Cymbella 双眉藻属 Amphora 双菱藻科 Surirellaceae 双菱藻属 Surirella 异极藻科 Gomphonemaceae 异极藻属 Gomphonema 绿藻门 Chlorophyta 栅藻科 Scenedsmaceae 栅藻属 Scenedesmus 水网藻科 Hydrodictyaceae 盘星藻属 Pediastrum 鼓藻科 Desmidiaceae 新月藻属 Closterium 角星鼓藻属 Staurastrum 微星鼓藻属 Micrasterias 鼓藻属 Cosmarium 凹顶鼓藻属 Euastrum 柱形鼓藻属 Penium 棒型鼓藻属 Gonatozygon 小球藻科 Chlorellaceae 四角藻属 Tetraedron 小球藻属 Chlorella 月牙藻属 Selenastrum 卵囊藻科 Oocystaceae 并联藻属 Quadrigula 卵囊藻属 Oocystis 纤维藻属 Ankistrodesmus 双星藻科 Zygnemataeeae 水绵属 Spirogyra 小椿藻科 Characiaceae 小椿藻属 Characium 衣藻科 Chlamydomonadaceae 衣藻属 Chlamydomonas 空星藻科 Coelastraceae 空星藻属 Coelastrum 团藻科 Volvocaceae 空球藻属 Eudorina 群星藻科 Sorastraceae 集星藻属 Actinastrum

根据监测结果(图 3)，库区内各点(S2~S7)浮游植物总细胞密度变化范围为3.68×10⁶~5.84×10⁶ cells · L^-1，入库河流二渡河(S1)浮游植物总细胞密度为8.51×10⁵ cells · L^-1，比库区内样点低1个数量级.库区内浮游植物细胞密度最高点为河流入库口(S2)，此点密度最高的是硅藻，占总细胞密度的61.7%；库区内S3、S4和S5样点绿藻细胞密度较高，分别占总细胞密度的48.4%、57.1%和67.7%.靠近水库大坝的S6和S7样点蓝藻细胞密度较高，分别占总细胞密度的64.3%和68.7%.S6、S7点蓝藻主要种类为铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa).铜绿微囊藻在S6、S7点细胞密度分别为2.70×10⁶ cells · L^-1和2.76×10⁶ cells · L^-1占总细胞密度的60.6%和60.8%.绿藻常为中营养型水体的代表种，而蓝藻常为富营养化水体的优势种.六都寨水库S3、S4和S5样点绿藻细胞密度较高，与抚仙湖等许多处于贫-中营养状态大型水库情况相似(胡韧等，2002；潘继征等，2009).S6、S7点靠近水库大坝，流速较缓，虽然TLI结果反映的是中营养水平，但其藻类细胞组成以铜绿微囊藻为主，已是富营养化水体的优势种.六都寨水库浮游植物优势种群沿河流入库口至水库大坝方向从硅藻向绿藻和蓝藻转变，这种空间分布趋势可能与水库水动力条件变化有关.研究表明硅藻在高流速水体中生长速率高于低流速水体，绿藻和蓝藻在流速缓慢的水体中生长速率较高(曾辉，2006).六都寨水库河流入库口水流速度较快，适应流水环境的硅藻占优势，而向大坝方向水流速度减缓，适应低流速水环境的绿藻、蓝藻等逐渐占据优势.

图 3(Fig. 3)

图 3 六都寨水库浮游植物细胞密度分布图 Fig. 3 Phytoplankton cell density in different sampling points of Liuduzhai reservoir

S4、S7采样点浮游植物细胞密度垂直分布结果表明，浮游植物细胞密度随水深增加先升高后降低.浮游植物细胞密度最高值并不是表层，而是水下5 m处(图 4).S4采样点藻类细胞密度波动范围为2.62×10⁶~6.09×10⁶ cells · L^-1，该样点水下各层绿藻占浮游植物总细胞密度的比例较高.S7采样点藻类细胞密度波动范围为4.54×10⁶~6.94×10⁶ cells · L^-1，浮游植物细胞密度组成以蓝藻为主，水下5 m处铜绿微囊藻细胞数量最高，为5.56×10⁶ cells · L^-1.该样点水下0.5、2、5 m和底层水体中浮游植物以铜绿微囊藻为主，所占比例分别为60.76%、77.89%、80.17%和92.83%，铜绿微囊藻细胞密度比例随水深增加而增加.

图 4(Fig. 4)

图 4 S4、S7样点浮游植物细胞密度垂直分布图 Fig. 4 Vertical variation of phytoplankton cell density in S4 and S7

Shannon-Wiener多样性指数(H′)计算结果显示，六都寨水库H′值介于2.19~3.17，根据H′水质评价标准(0～1重污染，1～3中污染，>3轻或无污染)，S7点H′值随水深增加而下降，除S7点底层外，其余大部分样点均处于中污染水平.S4点各层水体H′值在2.22~2.63之间波动，均处于中污染水平.

表3(Table.3)

表3 六都寨水库各采样点生物多样性指数(H′) Table.3 Shannon-Wiener index(H′)of different sampling points in Liuduzhai reservoir

表3 六都寨水库各采样点生物多样性指数(H′) Table.3 Shannon-Wiener index(H′)of different sampling points in Liuduzhai reservoir 点位 H′ S1-表层 3.03 S2-表层 2.36 S3-表层 3.17 S4-表层 2.63 S4-2 m 2.55 S4-5 m 2.78 S4-底层 2.22 S5-表层 2.19 S6-表层 2.20 S7-表层 2.48 S7-2 m 1.45 S7-5 m 1.38 S7-底层 0.55

在对藻类与环境因子做相关性分析之前，对各采样点进行聚类分析(图 5).选择参数包括常规水体理化指标(pH、Cond.、SD、DO、T、BOD₅、COD_Mn、TN、TP、NH₃-N、NO^-₃-N).从图 5可看出，六都寨水库各点位水生境可划分2类，S1、S2为一类，S3~S7为第二类.对S3~S7进行Pearson相关性分析，结果如表 4所示.

图 5(Fig. 5)

图 5 六都寨水库采样点聚类分析树状图 Fig. 5 Dendrogram of sampling points in Liuduzhai reservoir

表4(Table.4)

表4 六都寨水库浮游植物与环境因子的Pearson相关系数 Table.4 Pearson correlation of phytoplankton cell density and environmental factors in Liuduzhai reservoir

表4 六都寨水库浮游植物与环境因子的Pearson相关系数 Table.4 Pearson correlation of phytoplankton cell density and environmental factors in Liuduzhai reservoir pH DO Cond. SD T TN NH+4 NO-3 TP N/P BOD5 CODMn Chl.a 藻细胞密度 蓝藻 注：*p<0. 05；**p<0.01. pH 1 DO -0.164 1 Cond. -0.970** 0.025 1 SD 0.760 0.202 -0.876 1 T 0.836 0.068 -0.876 0.937* 1 TN 0.429 -0.439 -0.532 0.572 0.415 1 NH+4 0.012 -0.654 0.121 -0.534 -0.507 0.100 1 NO-3 0.953* -0.341 -0.946* 0.782 0.818 0.670 0.059 1 TP -0.917* 0.513 0.822 -0.576 -0.736 -0.457 -0.179 -0.928* 1 N/P 0.731 -0.558 -0.750 0.681 0.672 0.888* 0.102 0.902* -0.807 1 BOD5 -0.255 -0.067 0.091 0.019 -0.298 0.642 0.216 -0.040 0.324 0.228 1 CODMn 0.076 -0.096 0.102 -0.166 0.170 -0.621 -0.182 -0.081 -0.244 -0.240 -0.958* 1 Chl.a -0.944* 0.253 0.865 -0.681 -0.858 -0.285 0.070 -0.885* 0.951* -0.677 0.500 -0.375 1 藻细胞密度 0.320 -0.217 -0.112 -0.103 0.241 -0.523 0.047 0.146 -0.473 -0.081 -0.954* 0.941* -0.565 1 蓝藻 0.939* -0.366 -0.836 0.585 0.769 0.293 0.095 0.888* -0.978** 0.688 -0.473 0.357 -0.986** 0.582 1

六都寨水库藻细胞密度与BOD₅显著负相关(p<0.05)，与COD_Mn显著相关(p<0.05)，蓝藻细胞密度与pH、NO^-₃显著相关(p<0.05)、与TP显著负相关(p<0.01).在浮游植物丰度较高的水体中，较强的光合作用消耗水体中大量CO₂，蓝藻的大量增生伴随了CO₂浓度降低与pH 上升.赵孟绪和韩博平(2005)对汤溪水库的研究也显示，蓝藻细胞密度与pH呈显著正相关关系.同时，六都寨水库蓝藻细胞密度与NO^-₃显著相关的结果表明，若集水区内硝氮污染进一步加剧，将会增加水库发生蓝藻水华的风险.

浮游植物群落结构的演替与水华的发生是由多个环境因子在时间和空间上综合作用的结果(Liu et al., 2012；O′Neil et al., 2012；姚绪姣等，2012)，虽然营养盐含量高、水体流动速度慢、温度持续升高、光照充足等条件是被公认的蓝藻发生的必备条件(Sheng et al .，2012；姚玲爱等，2011；边归国等，2010；王新伟，2012)，但不同水体蓝藻发生的时间、主要诱发因子不尽相同.因此，应针对水库水华发生的条件、机理，确定控制性指标，建立水库水华发生的预警机制.

水质监测及评价结果均表明，六都寨水库处于中营养状态，入库河流与河流入库口的综合营养指数高于库区内，水质受外源污染影响.六都寨水库集水区工业污染很少，以传统农业为主，水库周围有大片水稻田，水库中有零散分布的网箱养鱼，集水区内乡镇及农村污水处理设施较落后.鉴于六都寨水库备用饮用水源水质的重要性和水华爆发原因的复杂性，其治理应从集中处理生活污水、减少含磷洗涤剂使用、控制化肥使用量、控制并逐步取消水库网箱养鱼等多方面措施控制水库氮磷营养盐的输入量，并可以通过在库区建设浮床、人工湿地等措施吸收水体营养盐，修复水生态环境以提高水体自净能力(姚玲爱等，2011).只有通过长期科学监控和综合防治，使水资源得到合理利用，才能逐步减缓水体富营养化进程，从根本上控制蓝藻水华爆发，保障饮用水安全.

1)六都寨水库氮、磷浓度较高，TN浓度波动范围为0.36~1.20 mg · L^-1，TP为0.02~0.07 mg · L^-1，靠近水库大坝处氮污染较严重，靠近河流入库口处磷污染较严重.水库中心点位TN、TP浓度随水深增加基本呈现增高趋势.六都寨水库各点位的综合营养状态指数(TLI)在38.51~48.11之间波动，处于中营养状态.

2)调查期间库区内浮游植物共6门24科46属，总细胞密度变化范围为3.68×10⁶~5.84×10⁶ cells · L^-1，入库支流二渡河浮游植物总细胞密度为8.51×10⁵ cells · L^-1，明显低于库区内.河流入库口以硅藻为主，水库中心区域以绿藻为主，靠近水库大坝的水域以蓝藻为主.

3)六都寨水库藻细胞密度与COD_Mn和BOD₅显著相关，蓝藻细胞密度与pH值、NO^-₃、TP浓度显著相关，若集水区内氮污染进一步加剧，将会增加六都寨水库发生蓝藻水华的风险.