基于浮游生物的指标在评估阿尔及利亚两座连通半干旱水库营养状态中的适用性评估

《Aquatic Ecology》：An assessment of the usefulness of plankton-based indices for trophic state in two connected semi-arid Algerian reservoirs

　　

半干旱地区的水库日益受到由营养盐富集、水文改变和气候变率驱动的富营养化（eutrophication，水体养分过剩导致藻类过度繁殖）的影响。在阿尔及利亚，水质监测仍主要依赖理化参数，而生物指标的使用不足。本研究评估了基于浮游生物的指标在评估阿尔及利亚西北部两座相连但特征对比的水库——浅层引水水库Cheliff和深层蓄水水库Kerrada——营养状态（trophic state，指水体营养水平对应的生态状态）中的有用性。研究人员于2020年11月至2022年10月每月采集水样，并使用不同的浮游植物（phytoplankton，水中悬浮的微小植物）和浮游动物（zooplankton，水中悬浮的微型动物）指标对水库营养状态进行了比较。Cheliff水库被归类为较高营养级别（富营养至超富营养），而接收Cheliff来水的Kerrada水库则被归类为较低营养级别（中营养）。多变量分析表明，营养盐富集、浊度和颗粒物塑造了Cheliff的浮游生物群落，而水深和水体透明度是Kerrada的主要驱动因子。浮游植物指标反映了营养对比，而基于浮游动物的指标因温度和捕食等区域环境影响而表现不一。研究人员的发现证明了基于浮游生物的指标能够为对比水库的营养条件提供互补信息。然而，绝对营养状态分类的差异表明，在将基于浮游动物的指标应用于半干旱水库的常规监测之前，需要对其进行区域校准。尽管如此，该研究为阿尔及利亚水库提供了基线数据。

**论文解读：基于浮游生物指标的半干旱水库营养状态评估——以阿尔及利亚Cheliff与Kerrada水库为例**

**一、研究背景与目的**

半干旱地区的水库正日益受到富营养化（eutrophication，水体养分过剩导致藻类过度繁殖）的威胁，其主要驱动因素包括营养盐富集、水文改变和气候变率。在阿尔及利亚，水质监测仍主要依赖理化参数，而生物指标的使用相对不足，这限制了对水库生态状况的全面评估。基于此，研究人员选取了阿尔及利亚西北部两座相连但特征显著对比的水库——浅层引水水库Cheliff和深层蓄水水库Kerrada——开展研究，旨在评估基于浮游生物的指标在营养状态（trophic state，指水体营养水平对应的生态状态）评估中的适用性。该研究对于完善半干旱地区水库监测体系具有重要的现实意义。论文发表在《Aquatic Ecology》。

**二、研究内容与意义**

研究人员于2020年11月至2022年10月对两座水库进行了为期两年的每月采样，综合运用Carlson营养状态指数（TSI）、浮游植物指数（IPL和IPLAC）以及基于浮游动物的多项指标，结合多变量统计方法，系统评估了浮游生物指标在对比水库营养状态中的表现。研究发现，浮游生物指标能够提供与理化评估互补的信息，但浮游动物指数的绝对分类结果存在区域适应性差异，需要针对地中海半干旱生态系统进行校准。该研究为阿尔及利亚水库的生态监测提供了重要的基线数据和指标选择参考。

**三、主要技术方法**

研究样本来源于阿尔及利亚西北部的Cheliff水库和Kerrada水库，每座水库各设4个采样点，并按表层、中层和深层分层采集水样。主要技术方法包括：采用Carlson TSI（基于叶绿素a、透明度、总磷）评估营养级别；应用浮游植物指数IPL和IPLAC反映群落组成与生态质量；采用浮游动物指数TSI_ROT1、TSI_ROT3、TSI_ROT4、TSI_CR和TSI_CY/CA评估浮游动物响应；通过主成分分析（PCA）和冗余分析（RDA）识别环境驱动因子；使用Kruskal–Wallis检验和Dunn事后检验分析季节差异。

**四、研究结果**

**1. 营养状态评估与浮游生物群落**

基于TSI计算结果，Cheliff水库的叶绿素a（CHL）、总磷（TP）和透明度（SD）均值分别为47.2±23.7 μg L^-1、208.2±178.9 μg L^-1和0.4±0.2 m，对应富营养至超富营养状态；Kerrada水库的相应值为7.1±3.1 μg L^-1、36.5±53.1 μg L^-1和2.0±0.6 m，对应中营养状态。共鉴定浮游植物140种，其中Cheliff有131种，Kerrada有117种，绿藻纲（Chlorophyceae）多样性最高（45种），蓝藻纲（Cyanophyceae）相对丰度在两座水库均占优势。浮游植物指数IPL和IPLAC显示Cheliff为富营养至超富营养，Kerrada为中营养。共鉴定浮游动物29种，轮虫（Rotifera）种类最多（19种）。浮游动物指数中，TSI_PTECTA和TSI_CY/CA将Cheliff归类为富营养，而TSI_BAC、TSI_CR和TSI_NROT将其归类为中-富营养；Kerrada的浮游动物指数跨度从中营养到富营养。季节分析显示，两座水库的多数指标存在显著季节变化，但Cheliff与Kerrada之间的营养差异在全年保持一致。

**2. 环境变量与水质指数的季节相关性**

PCA结果显示，Cheliff水库前两轴解释了45.9%的总方差，第一轴与电导率、总溶解固体（TDS）、颗粒物（PM）、有机质（OM）、浊度、CHL、TSI_CHL和TSI_SD正相关，反映富营养化和矿化梯度；第二轴主要与磷酸盐（PO₄^3-）、温度、IPL、TSI_TP及多个浮游动物指数相关。Kerrada水库前两轴解释了41.9%的方差，第一轴与CHL、TSI_CHL、TSI_SD、浊度、电导率和TDS正相关，代表生产力和透明度降低。季节上，秋季和夏季样品与较高的营养条件相关，冬季和春季则与更高的透明度和溶解氧相关。

**3. 浮游植物和浮游动物组合**

RDA分析中，第一轴解释了44.1%的约束方差，主要区分两座水库的水体环境：Kerrada与水深和透明度正相关，Cheliff与PM、CHL、OM、浊度、NH₄⁺、PO₄^3-和电导率负相关。第二轴反映季节性的温度和溶解氧梯度。物种分布显示，绿藻纲、裸藻纲（Euglenophyceae）、硅藻纲（Bacillariophyceae）以及轮虫Keratella valga、Brachionus angularis和剑水蚤Acanthocyclops americanus与Cheliff的浅水富营养条件相关；而甲藻纲（Dinophyceae）、金藻纲（Chrysophyceae）、鼓藻科（Desmidiaceae）和蓝藻纲以及枝角类Diaphanosoma brachyurum和哲水蚤Copidodiaptomus numidicus则与Kerrada的深水透明环境相关。

**五、讨论总结**

讨论部分指出，Carlson TSI明确揭示了两座水库的营养差异，这与水库形态学（水深、水文停留时间）密切相关。浮游植物的优势类群在两座水库中相似，但物种组成存在显著差异，反映了水深、浊度和营养盐的共同塑造作用。浮游植物指数IPL和IPLAC能够一致反映营养对比，但两者的敏感性差异体现了群落结构与功能组成的互补价值。浮游动物指数表现不一，TSI_BAC可能因细菌生产力而非浮游植物生物量驱动而低估富营养程度，TSI_CR可能受鱼类捕食和生境不稳定影响而偏低。这些偏差源于指标最初基于中欧温带湖泊的夏季群落校准，与地中海半干旱水库的热力状况、水文变率和浮游生物物候存在差异。因此，浮游动物指数在应用于该区域常规监测前需要基于更多水库进行区域校准。

**六、结论**

本研究对阿尔及利亚西北部两座特征对比的半干旱水库进行了为期两年的营养状态和浮游生物指标的综合评估。Carlson营养状态指数、浮游植物群落和多项基于浮游生物的指标一致地区分了Cheliff和Kerrada水库，识别出Cheliff为富营养至超富营养，Kerrada主要为中营养。然而，单个浮游动物指数的响应差异凸显了在解读生物指标时需要考虑当地环境条件、水文特征和气候背景。因此，基于浮游生物的指标是有价值的补充工具，与理化评估相结合时可改善水库营养状态的表征和监测。Cheliff水库观察到的退化生态状况可能增加蓝藻增殖风险、提高水处理复杂度并对生态系统服务产生潜在影响。将基于浮游生物的方法纳入常规监测计划，可为生态变化的早期发现和基于证据的水库管理提供经济有效的支持。需要在更多水库中开展研究，以更好地校准这些指标，使其适用于地中海半干旱生态系统。