王 瑜，劉錄三，舒儉民，劉存歧，朱延忠，田志富

(1:中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院，北京100012)

(2:河北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，保定071002)

白洋淀浮游植物群落結(jié)構(gòu)與水質(zhì)評(píng)價(jià)*

王 瑜1，2，劉錄三1＊＊，舒儉民1，劉存歧2，朱延忠1，田志富2

(1:中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院，北京100012)

(2:河北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，保定071002)

為掌握白洋淀浮游植物的群落結(jié)構(gòu)及水質(zhì)狀況，對(duì)白洋淀8個(gè)典型采樣點(diǎn)進(jìn)行了采樣調(diào)查，共發(fā)現(xiàn)浮游植物133種(屬)，群落組成以綠藻、硅藻和藍(lán)藻為主;春季以綠藻和硅藻為優(yōu)勢(shì)門類，小球藻、尖尾藍(lán)隱藻、不定微囊藻為優(yōu)勢(shì)種(屬)，浮游植物的密度在496×104－6256×104cells/L之間，平均密度為2384×104cells/L;夏季以綠藻和藍(lán)藻為優(yōu)勢(shì)門類，小球藻、粗狀細(xì)鞘絲藻、腎形藻為優(yōu)勢(shì)種(屬)，浮游植物的密度在318×104－4630×104cells/L之間，平均密度為1785×104cells/L，與2005年以來(lái)對(duì)白洋淀進(jìn)行的2次浮游植物生態(tài)調(diào)查結(jié)果比較表明，浮游植物密度出現(xiàn)顯著上升.應(yīng)用修正卡爾森營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法和優(yōu)勢(shì)種評(píng)價(jià)法對(duì)白洋淀的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果顯示白洋淀多數(shù)水體處于富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài).

白洋淀;浮游植物;群落結(jié)構(gòu);水質(zhì)評(píng)價(jià)

作為水生生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，浮游植物種類繁多，分布廣泛，它們通過(guò)參與湖泊物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)，共同維持著生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能，并且對(duì)湖泊污染及凈化起著指示作用［1-3］.近年來(lái)，在湖泊水質(zhì)監(jiān)測(cè)中，將浮游植物數(shù)量、群落特征結(jié)合水質(zhì)化學(xué)檢測(cè)作為環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)的方法得到了廣泛應(yīng)用［4-5］.其中修正卡爾森營(yíng)養(yǎng)指數(shù)法和優(yōu)勢(shì)種評(píng)價(jià)法被廣泛應(yīng)用于湖泊、水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)的評(píng)價(jià)中［6-8］.

白洋淀地處華北平原東部，是海河流域最大的淡水湖泊，也是華北地區(qū)最大的內(nèi)陸淺水湖泊，水質(zhì)肥美，生物繁茂，歷史上有“華北明珠”之稱.然而，由于白洋淀區(qū)內(nèi)人口密度大，工業(yè)廢水、生活污水隨地表徑流直接進(jìn)入湖中，上游補(bǔ)給水量減少，水位下降，生態(tài)系統(tǒng)比較脆弱，對(duì)污染的自凈能力逐漸降低，導(dǎo)致湖水質(zhì)量逐年惡化，湖泊富營(yíng)養(yǎng)化程度日益嚴(yán)重［9］.為系統(tǒng)了解白洋淀浮游植物的種類組成與空間分布概況，揭示白洋淀富營(yíng)養(yǎng)化程度，本文對(duì)白洋淀進(jìn)行綜合生態(tài)系統(tǒng)調(diào)查，對(duì)不同樣點(diǎn)環(huán)境因子狀況及浮游植物群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，進(jìn)一步分析白洋淀浮游植物的種類組成、密度、出現(xiàn)率以及優(yōu)勢(shì)種等，探討白洋淀浮游植物群落變化的原因，為實(shí)現(xiàn)白洋淀富營(yíng)養(yǎng)化的治理與調(diào)控提供必要的理論及數(shù)據(jù)支持，對(duì)實(shí)現(xiàn)環(huán)境壓力下的淺水湖泊生態(tài)系統(tǒng)評(píng)估與診斷、提出切實(shí)可行的富營(yíng)養(yǎng)化防治調(diào)控對(duì)策、保護(hù)生物多樣性等具有廣泛的應(yīng)用前景和學(xué)術(shù)價(jià)值.

1 材料與方法

1.1 調(diào)查樣點(diǎn)及采樣方法

2009年4月上旬(春季)和6月中旬(夏季)對(duì)代表白洋淀濕地環(huán)境總體特征的8個(gè)采樣點(diǎn)(38°49'-38°57'N，115°56'-116°06'E)(圖1)的浮游植物及相關(guān)環(huán)境因子進(jìn)行采樣分析.使用改良北原式有機(jī)玻璃采水器采集水樣1L，水深在3m以內(nèi)、水團(tuán)混合良好的水體，只采表層(0.5m)水樣1L;水深3-10m的水體，分別取表底兩層水樣各500ml進(jìn)行混合.樣品用魯哥試劑固定，另加1%體積的福爾馬林液保存.浮游植物樣品的處理、分析方法以及水質(zhì)分析方法均參照《湖泊生態(tài)系統(tǒng)觀測(cè)方法》［10］.

1.2 數(shù)據(jù)處理和分析

浮游植物樣品在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行沉淀、濃縮及鏡檢計(jì)數(shù).使用SPSS及PRIMER V6軟件［11］進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，生態(tài)指標(biāo)主要包括浮游植物物種數(shù)、密度、香農(nóng)-威納指數(shù)(H')、豐富度指數(shù)(d)、均勻度指數(shù)(J').

2 結(jié)果與討論

2.1 浮游植物群落組成與生物多樣性

兩次調(diào)查共鑒定出浮游植物8門133種(屬).其中春季8門78種(屬)，群落組成以綠藻、硅藻和藍(lán)藻為主，其中綠藻門最多，為33種(屬)，占藻類總種數(shù)的42.3%;硅藻門15種(屬)，占藻類總種數(shù)的19.2%;藍(lán)藻門11種，占藻類總種數(shù)的14.1%;裸藻門7種，占藻類總種數(shù)的9.0%;甲藻門2種，占藻類總種數(shù)的2.6%;黃藻門2種，占藻類總種數(shù)的2.6%;隱藻門5種，占藻類總種數(shù)的6.4%;金藻門3種，占藻類總種數(shù)的3.8%.夏季共鑒定到浮游植物8門109種(屬)，浮游植物群落組成以綠藻、藍(lán)藻和裸藻為主，其中綠藻門最多，為57種(屬)，占藻類總種數(shù)的52.3%;藍(lán)藻門21種，占藻類總種數(shù)的19.3%;裸藻門15種，占藻類總種數(shù)的13.8%;硅藻門6種(屬)，占藻類總種數(shù)的5.5%;甲藻門3種，占藻類總種數(shù)的2.8%;黃藻門2種，占藻類總種數(shù)的1.8%;隱藻門4種，占藻類總種數(shù)的3.7%;金藻門1種，占藻類總種數(shù)的0.9%(圖2).春季白洋淀優(yōu)勢(shì)種為綠藻門的小球藻(Chlorella sp.)，出現(xiàn)頻度為100%，亞優(yōu)勢(shì)種為隱藻門的尖尾藍(lán)隱藻(Chroomonas acuta Uterm.)和藍(lán)藻門的不定微囊藻(Microcystis incerta Lemm.)，出現(xiàn)頻度分別為87.5%和100%.夏季白洋淀優(yōu)勢(shì)種有綠藻門的小球藻，出現(xiàn)頻度為100%，亞優(yōu)勢(shì)種為藍(lán)藻門的粗狀細(xì)鞘絲藻(Leptolyngbya valderiana Anagn.)和綠藻門的腎形藻(Nephrocytium agardhianum Nageli.)，出現(xiàn)頻度分別為70%和88%.

白洋淀春季浮游植物的 H'為 1.43-2.82，平均值為 2.09.d 為 2.15-3.89，平均值為 2.88.5 號(hào)樣點(diǎn) H'最低，為 1.43，d 為 2.15，1 號(hào)樣點(diǎn) H'最高，為 2.82，d 為3.89.可見(jiàn)，H'與 d 的空間分布趨勢(shì)較為一致.浮游植物的 J'為0.44-0.80，平均值為0.62(圖3a).夏季浮游植物的 H'為1.42-3.29，平均值為 2.50.d 為 2.05-5.78，平均值為4.11，5 號(hào)樣點(diǎn) H'最低(1.42)且 d 為 2.05，8 號(hào)樣點(diǎn) H'最高(3.29)且d為5.78.H'與 d的空間分布趨勢(shì)較為一致.浮游植物的 J'為0.51-0.82，平均值為 0.68(圖3b).白洋淀夏季浮游植物的種類比春季多，但無(wú)明顯的優(yōu)勢(shì)類群，群落組成以藍(lán)綠藻為主，且靠近居民區(qū)或靠近網(wǎng)箱養(yǎng)魚區(qū)、畜禽養(yǎng)殖區(qū)等受人類活動(dòng)影響大的采樣點(diǎn)浮游植物種類較多，位于淀區(qū)出水口、靜水蓄積區(qū)的采樣點(diǎn)種類較少，這與以往對(duì)白洋淀浮游植物研究的結(jié)果一致［12］.

2.2 浮游植物密度

白洋淀浮游植物數(shù)量在春夏兩季差異明顯.春季浮游植物的密度范圍在496×104－6256×104cells/L之間，平均密度為2384×104cells/L，不同樣點(diǎn)間密度變化較大，其中5號(hào)與7號(hào)樣點(diǎn)浮游植物細(xì)胞密度較大，1號(hào)、8號(hào)樣點(diǎn)較小.夏季浮游植物的密度范圍在318×104－4630×104cells/L之間，平均密度為1785×104cells/L(圖4)，不同樣點(diǎn)間密度變化較大，其中4號(hào)與6號(hào)樣點(diǎn)浮游植物密度較大，5號(hào)、7號(hào)樣點(diǎn)較小.浮游植物密度與優(yōu)勢(shì)種通?？梢苑从乘w富營(yíng)養(yǎng)化程度.藍(lán)藻作為耐污性比較強(qiáng)的種類，它的生物量急劇增加并最終成為優(yōu)勢(shì)類群是水體富營(yíng)養(yǎng)化的重要表征之一，即藍(lán)藻細(xì)胞密度越高，水體富營(yíng)養(yǎng)化程度越嚴(yán)重［13］.此次調(diào)查發(fā)現(xiàn)藍(lán)藻和綠藻成為浮游植物群落主要類群，這是由于工業(yè)廢水和生活污水進(jìn)入白洋淀后，水體中有機(jī)物質(zhì)含量升高［14］，富營(yíng)養(yǎng)化嚴(yán)重，因此造成水中耐污種類增加，數(shù)量也占有優(yōu)勢(shì).

為了從總體上認(rèn)識(shí)白洋淀浮游植物群落變化情況，將白洋淀2005年以來(lái)的3次浮游植物調(diào)查資料進(jìn)行對(duì)比(表1)，從種類數(shù)組成、密度大小、優(yōu)勢(shì)種方面分析白洋淀浮游植物近幾年來(lái)的動(dòng)態(tài)變化.其中2005-2006年調(diào)查資料為白洋淀8個(gè)調(diào)查樣點(diǎn)春、夏季的平均數(shù)據(jù)［12］，2009年資料為此次白洋淀8個(gè)調(diào)查樣點(diǎn)春、夏季的平均數(shù)據(jù).

表1 白洋淀浮游植物密度及優(yōu)勢(shì)種變化Tab.1 The variations of phytoplankton cell densities and dominant species

從表1可以看出，白洋淀近幾年來(lái)浮游植物密度及優(yōu)勢(shì)種的變化情況，以2005年為參考點(diǎn)，2006年浮游植物春、夏季平均密度下降0.22倍;2009年浮游植物春、夏季平均密度上升2.14倍.在這三次調(diào)查中，優(yōu)勢(shì)門類均以綠藻和藍(lán)藻為主.藻類各門年變化趨勢(shì)各不相同，浮游植物種類數(shù)呈下降趨勢(shì)，浮游植物密度呈上升趨勢(shì).在此次調(diào)查中，浮游植物密度出現(xiàn)顯著的上升，這是因?yàn)榘籽蟮硭w營(yíng)養(yǎng)鹽負(fù)荷發(fā)生改變，采樣時(shí)間處于藻類的一個(gè)生長(zhǎng)繁殖期，隨著溫度的不斷升高，光照作用的增強(qiáng)，水體環(huán)境越來(lái)越適合浮游植物的增長(zhǎng)，促進(jìn)了浮游植物數(shù)量的增加.通常來(lái)說(shuō)，中營(yíng)養(yǎng)型湖泊中常以甲藻、隱藻、硅藻類占優(yōu)勢(shì)，富營(yíng)養(yǎng)型湖泊則常以綠藻、藍(lán)藻類占優(yōu)勢(shì)［15］.由此判斷，綠藻門的小球藻屬、藍(lán)藻門的不定微囊藻成為優(yōu)勢(shì)種，表明了白洋淀水體已成為富營(yíng)養(yǎng)型水體，且有機(jī)質(zhì)含量有逐年增加的趨勢(shì).

2.3 浮游植物與環(huán)境因子的關(guān)系

對(duì)調(diào)查區(qū)域的8個(gè)樣點(diǎn)的化學(xué)需氧量(COD)、高錳酸鉀指數(shù)(CODMn)、總氮(TN)、總磷(TP)、葉綠素a(Chl.a)、pH、溶解氧(DO)、透明度(SD)、水溫(T)9個(gè)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行調(diào)查.Pearson相關(guān)分析結(jié)果表明，春季浮游植物細(xì)胞密度與環(huán)境因子的相關(guān)性不顯著，夏季浮游植物細(xì)胞密度受DO(r=0.813，P=0.014)、Chl.a(r=0.818，P=0.024)和 TP(r=0.833，P=0.010)的影響較大，且呈正相關(guān)(表2).影響白洋淀春季浮游植物空間分布的最佳環(huán)境因子組合還難以確定，而DO、Chl.a和TP濃度可能是影響白洋淀夏季浮游植物空間分布的重要因子.這主要是因?yàn)橄募就ǔＪ歉粻I(yíng)養(yǎng)型湖泊發(fā)生水華的時(shí)期，在圈頭和燒車淀兩個(gè)采樣點(diǎn)，由于養(yǎng)殖業(yè)和種植業(yè)發(fā)達(dá)，水體營(yíng)養(yǎng)鹽濃度較高、藻類生長(zhǎng)繁盛、溶解氧含量較低，浮游植物細(xì)胞密度偏高;而在棗林莊和端村兩個(gè)采樣點(diǎn)，由于水面開闊、離污染源較遠(yuǎn)，因而水質(zhì)較好，浮游植物密度偏低.

白洋淀浮游植物細(xì)胞密度的季節(jié)性差異比較明顯，主要影響因素可能是水溫.環(huán)境因子對(duì)不同湖泊浮游植物群落結(jié)構(gòu)和種類數(shù)量的影響存在差別:宋曉蘭等［16］對(duì)太湖和五里河浮游植物群落結(jié)構(gòu)研究證實(shí)，風(fēng)浪和富營(yíng)養(yǎng)化水平是其生長(zhǎng)的限制條件;Jeppesen等［17］指出湖泊中濾食性魚類的放養(yǎng)密度是與浮游植物種類和數(shù)量相關(guān)性較為密切的因子.但由于浮游植物生長(zhǎng)繁殖與其它多種因素(水體穩(wěn)定性、氣候、湖泊面積、湖泊深度、水生植物群落結(jié)構(gòu)和密度)有關(guān)［18-25］，其它未知的理化、生物因子也可能通過(guò)一定方式直接或間接影響到浮游植物數(shù)量.因此很難對(duì)浮游植物數(shù)量與上述因素之間的作用方式進(jìn)行“量-效”關(guān)系分析.建議在今后的研究中，加強(qiáng)對(duì)湖泊形態(tài)、氣候特征、周邊環(huán)境狀況的調(diào)查，結(jié)合室內(nèi)模擬試驗(yàn)，探索浮游植物數(shù)量變化的影響因子.

2.4 白洋淀水體富營(yíng)養(yǎng)化程度評(píng)價(jià)

對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化程度的評(píng)價(jià)常以水體Chl.a、SD、浮游植物優(yōu)勢(shì)種等作為最主要的指標(biāo).本文采用修正卡爾森營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法(TSIM)［26］和優(yōu)勢(shì)種評(píng)價(jià)法對(duì)白洋淀的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià).其中TSIM能夠較詳細(xì)地描述水體營(yíng)養(yǎng)狀況變化，還可以進(jìn)一步提高水質(zhì)監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)質(zhì)量.其方法是根據(jù)水體SD、Chl.a、TP濃度間的相互關(guān)系，采用0-100的一系列數(shù)字對(duì)湖泊營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)分級(jí)，指數(shù)在30以下為貧營(yíng)養(yǎng)，30-50為中營(yíng)養(yǎng)，50-100為富營(yíng)養(yǎng).在同一營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)下，指數(shù)值越高，其營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)越重.

表2 白洋淀春、夏季浮游植物密度和環(huán)境因子的相關(guān)分析Tab.2 Correlation analysis between the density of Phytoplankton and environmental variables of Lake Baiyangdian in spring and summer

式中，Chl.a為葉綠素 a的含量;SD為透明度;TP為總磷含量.TSIM(Chl.a)、TSIM(TP)、TSIM(SD)分別為77.00、47.60、69.24，表明白洋淀水質(zhì)處于中富營(yíng)養(yǎng)級(jí)水平.而根據(jù)優(yōu)勢(shì)種評(píng)價(jià)法，在調(diào)查中觀察到的浮游植物優(yōu)勢(shì)種既有富營(yíng)養(yǎng)型指示種，如小球藻，也有重富營(yíng)養(yǎng)型指示種，如不定微囊藻、尖尾藍(lán)隱藻，其中以富營(yíng)養(yǎng)型指示種占優(yōu)勢(shì).綜合以上兩種評(píng)價(jià)方法，可以看出白洋淀的營(yíng)養(yǎng)程度處于富營(yíng)養(yǎng)化水平.這與沈會(huì)濤等［27］研究表明白洋淀多數(shù)水體處于富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)的結(jié)果一致，且本研究表明富營(yíng)養(yǎng)化程度有加重的趨勢(shì).

3 結(jié)論

深入了解白洋淀浮游植物種類組成、數(shù)量特征及分布特征等情況，對(duì)實(shí)現(xiàn)環(huán)境壓力下的淺水湖泊生態(tài)系統(tǒng)評(píng)估與診斷、提出切實(shí)可行的富營(yíng)養(yǎng)化防治調(diào)控對(duì)策、保護(hù)生物多樣性等具有廣泛的應(yīng)用前景和學(xué)術(shù)價(jià)值.

(1)兩次調(diào)查共觀測(cè)到浮游植物8門133種(屬)，夏季浮游植物的種類比春季多，優(yōu)勢(shì)類群發(fā)生了一定變化.其中春季采集浮游植物8門78種(屬)，夏季采集浮游植物8門109種(屬)，藍(lán)藻、綠藻和硅藻成為優(yōu)勢(shì)種，白洋淀春、夏季浮游植物平均密度為2084.6×104cells/L.與近幾年來(lái)白洋淀綜合生態(tài)調(diào)查結(jié)果比較，白洋淀浮游植物在種類組成上發(fā)生了明顯變化，且密度有逐年升高的趨勢(shì).

(2)利用浮游植物與水質(zhì)化學(xué)檢測(cè)的各項(xiàng)指標(biāo)，采用修正卡爾森營(yíng)養(yǎng)指數(shù)法和優(yōu)勢(shì)種評(píng)價(jià)法，從不同角度對(duì)白洋淀水質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)是更加符合實(shí)際情況的水質(zhì)評(píng)價(jià)方法.本文結(jié)合上述兩種水質(zhì)評(píng)價(jià)法，評(píng)價(jià)了白洋淀水質(zhì)狀況，結(jié)果顯示:白洋淀水體處于富營(yíng)養(yǎng)化水平，并有向重富營(yíng)養(yǎng)化過(guò)渡的趨勢(shì).

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Community structure of phytoplankton and the water quality assessment in Lake Baiyangdian

WANG Yu1，2，LIU Lusan1，SHU Jianmin1，LIU Cunqi2，ZHU Yanzhong1＆ TIAN Zhifu2(1:Chinese Research Academy of Environmental Sciences，Beijing 100012，P.R.China)
(2:College of Life Science，Hebei University，Baoding 071002，P.R.China)

To study the community structure of phytoplankton and assess the water quality in Lake Baiyangdian，an investigation has been conducted at eight typical sampling sites.This investigation showed that among the total 133 species identified，Chlorophyta，Cyanophyta，and Bacillariophyta were dominant in the phytoplankton community.In spring，Chlorophyta and Bacillariophyta were the dominant phylum，and Chlorella sp.，Chroomonas acuta.Uterm.and Microcystis incerta Lemm.were the dominant species.The density of the phytoplankton ranged from 496×104to 6256×104cells/L with an average of 2384×104cells/L.In summer，Chlorophyta and Cyanophyta were the dominant phylum，and Chlorella sp.，Leptolyngbya valderiana Anagn.and Nephrocytium agardhianum Nageli.were the dominant species.The density of the phytoplankton ranged from 318 ×104to 4630 ×104cells/L with an average of 1785×104cells/L.According to the comparison between this investigation and the previous two ecological investigations since 2005，the abundance of the phytoplankton has increased significantly.The index of Carlson nutritional status and the dominant genus assessment revealed that the majority water was eutrophic in the Lake Baiyangdian.

Lake Baiyangdian;phytoplankton;community structure;water quality assessment

＊ 國(guó)家環(huán)保公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(2008467041)和國(guó)家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)(2009ZX07209-008，2009ZX07528-002)聯(lián)合資助.2010-06-11收稿;2010-11-22收修改稿.王瑜，男，1985年生，碩士研究生;E-mail:wangyucraes@163.com.

＊＊ 通訊作者;E-mail:liuls@craes.org.cn.