王 捷, 馮 佳, 謝樹蓮,*, 張建民, 程 革, 連耀俊

1 山西大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院, 太原 030006 2 太原市汾河景區(qū)管理委員會(huì), 太原 030002

汾河太原河段浮游植物多樣性及微囊藻產(chǎn)異味物質(zhì)成因

王 捷1,2, 馮 佳1,2, 謝樹蓮1,2,*, 張建民1,2, 程 革1,2, 連耀俊1,2

1 山西大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院, 太原 030006 2 太原市汾河景區(qū)管理委員會(huì), 太原 030002

2012年7月和10月，對(duì)汾河太原河段浮游植物多樣性及微囊藻產(chǎn)異味物質(zhì)進(jìn)行了調(diào)查研究，并對(duì)其水質(zhì)進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果顯示：(1)共鑒定出浮游植物6門65屬126種，其中綠藻門種類最多，有25屬57種，其次為硅藻門，有26屬40種，藍(lán)藻門有9屬20種，其它門種類相對(duì)較少，包括裸藻門2屬5種，甲藻門2屬2種，隱藻門1屬2種；(2)2012年7月份的優(yōu)勢種為藍(lán)藻門的微小平裂藻(Merismopediatenuissima)、不定微囊藻(Microcystisincerta)，硅藻門的尖針桿藻(Synedraacus)，綠藻門的四尾柵藻(Scenedesmusquadricauda)、美麗網(wǎng)球藻(Dictyosphaeriumpulchellum)和甲藻門的微小多甲藻(Peridiniumpusillum)，10月份的優(yōu)勢種為藍(lán)藻門的微小平裂藻、阿氏浮絲藻(Planktothrixagardhii)、兩棲顫藻(Oscillatoriaamphibia)，硅藻門的尖針桿藻，綠藻門的四尾柵藻和隱藻門的嚙蝕隱藻(Cryptomonaserosa)；(3)2012年7月份和10月份迎澤橋段浮游植物平均細(xì)胞密度分別為188.28×106個(gè)/L和58.66×106個(gè)/L，南內(nèi)環(huán)橋段浮游植物平均細(xì)胞密度分別為83.78×106個(gè)/L和65.99×106個(gè)/L，表明水體為富營養(yǎng)型；(4)Margalef多樣性指數(shù)(D)為2.04—2.68，Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H)為0.49—1.00，Pielou均勻度指數(shù)(J)為0.13—0.26，數(shù)據(jù)分析顯示汾河太原河段水質(zhì)為中度污染至重污染；(5)通過對(duì)分離純化的微囊藻揮發(fā)性異味物質(zhì)的檢測，8株微囊藻中有6株可產(chǎn)生明顯的異味。經(jīng)過嗅味判斷及與常見異味種類標(biāo)準(zhǔn)品的比對(duì)，確定這6株微囊藻產(chǎn)生的異味物質(zhì)主要為β-環(huán)檸檬醛(β-cyclocitral)。

汾河太原河段; 浮游植物; 多樣性; 微囊藻; 異味物質(zhì); 水質(zhì)評(píng)價(jià)

浮游植物是水生態(tài)系統(tǒng)中的初級(jí)生產(chǎn)者和溶解氧供應(yīng)者，是水體中食物鏈和食物網(wǎng)的基礎(chǔ)，維持著水生態(tài)系統(tǒng)的平衡和健康[1- 2]。水環(huán)境的變化(尤其是溫度和營養(yǎng)鹽的變化)會(huì)直接影響浮游植物的生物量及群落結(jié)構(gòu)[3]。目前，隨著水體富營養(yǎng)化問題日趨嚴(yán)重，已出現(xiàn)敏感型浮游植物種類大量消失，多樣性指數(shù)減小，群落結(jié)構(gòu)趨于簡單，水質(zhì)下降等問題[4]。利用浮游植物評(píng)價(jià)水體營養(yǎng)水平已受到國內(nèi)外廣泛重視[5]。

水體富營養(yǎng)化引起的藍(lán)藻水華是全球關(guān)注的重要環(huán)境問題[6]。最常見的是微囊藻水華，在生長和分解過程中能產(chǎn)生具有危害的微囊藻毒素(microcytins, MCs)和揮發(fā)性的異味代謝產(chǎn)物。目前研究較多的藻源異味物質(zhì)是2-甲基異茨醇(MIB)、土嗅素(geosmin)、β-紫羅蘭酮(β-ionone)和β-環(huán)檸檬醛(β-cyclocitral)[7- 8]。異味的產(chǎn)生，導(dǎo)致飲用水質(zhì)下降，增加了處理成本，對(duì)漁業(yè)經(jīng)濟(jì)造成不可估量的損失，也對(duì)風(fēng)景區(qū)的美學(xué)價(jià)值帶來負(fù)面影響[9]。我國的巢湖、東湖、滇池、太湖都發(fā)生過水體異味事件，導(dǎo)致當(dāng)?shù)仫嬘盟C(jī)[10- 13]。由于水體異味生物源廣泛、生物活動(dòng)周期長和產(chǎn)異味類群定位困難，特別是藻源異味，在水環(huán)境評(píng)價(jià)及水處理中已受到關(guān)注。

汾河太原河段集休閑、度假、觀光旅游為一體，是一個(gè)以“人、城市、生態(tài)、文化”為主題的大型公園，目前全長 12 km，寬500 m，占地600 hm2[14- 15]。2011年，該河段曾爆發(fā)罕見的大面積藍(lán)藻水華，污染水域長達(dá)數(shù)公里，尤以迎澤大橋到南內(nèi)環(huán)橋段最嚴(yán)重。因此，本文以這段水體為研究對(duì)象，分析了其浮游植物群落結(jié)構(gòu)的時(shí)空變化，對(duì)其富營養(yǎng)化狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，并分離純化水體中的微囊藻細(xì)胞，對(duì)其產(chǎn)異味物質(zhì)進(jìn)行分析，以期為汾河太原河段富營養(yǎng)化調(diào)控和水華防治提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 采樣時(shí)間及位點(diǎn)

圖1 汾河太原河段采樣點(diǎn)分布示意圖

2012年7月3日和26日、10月9日和26日，在山西省太原市汾河迎澤大橋和南內(nèi)環(huán)橋段設(shè)采樣位點(diǎn)(圖1)，共采樣4次。

1.2 樣品采集與處理

按照有關(guān)文獻(xiàn)[16]采集樣品。定量樣品采集水樣l000 mL，放入貼有標(biāo)簽的標(biāo)本瓶中，加入l5 mL魯哥氏劑(Lugol′s)現(xiàn)場固定，在室內(nèi)靜置48 h，再濃縮至30 mL，搖勻后，取0.1 mL濃縮水樣于浮游生物計(jì)數(shù)框中，在10×40倍光學(xué)顯微鏡下計(jì)數(shù)[17- 18]。定性樣品采集用25號(hào)浮游生物網(wǎng)在水體中采集多次，置于兩個(gè)50 mL采樣瓶中，其中一個(gè)采樣瓶中加入少量的福爾馬林固定，用于種類鑒定，另一個(gè)采樣瓶中為活體水樣，帶回實(shí)驗(yàn)室后，采用經(jīng)典的毛細(xì)管法，即巴斯德吸管制作的毛細(xì)管(Pasteur Micropipette)在解剖鏡下挑取單個(gè)微囊藻群體，ddH2O清洗6—8次，最后放入含有2 mL MA培養(yǎng)基[19]的24孔培養(yǎng)平板中培養(yǎng)，4—5周便可得到單克隆藻種。純化后的微囊藻藻種編號(hào)分別為FH0001、FH0002、FH0003、FH0004、FH0005、FH0006、FH0007、FH0008，保存于山西大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院藻種庫中。

1.3 藻類多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)及優(yōu)勢度計(jì)算

Margalef多樣性指數(shù)[20- 21]為D= (S-1) / lnN，式中S為種類數(shù)，N為個(gè)體數(shù);D值越大水質(zhì)越清潔:0—1為重度污染，l—2為嚴(yán)重污染，2—4為中度污染，4—6為輕度污染，大于6為清潔水。

Shannon-Wiener多樣性指數(shù)[20- 21]為H= -∑ (ni/N) ln (ni/N)，式中，H值越大水質(zhì)越清潔:0—1為重污染，1—3為中污染，大于3為輕污染或無污染。

Pielou均勻度指數(shù)[20- 21]J=H/ lnS,式中，H為Shannon-Wiener多樣性指數(shù)，S為種類數(shù);求得浮游植物的均勻度指數(shù)J值0—0.3為重污染，0.3—0.5為中污染，0.5—0.8為輕污染或無污染。

優(yōu)勢度的計(jì)算方法按照Mcnaughton優(yōu)勢度指數(shù)[20- 21]Y=ni/N×fi,求得浮游植物優(yōu)勢度指數(shù),式中ni為第i種的個(gè)體數(shù)，N為站位中浮游植物總個(gè)數(shù)，fi為第i種在各站位中出現(xiàn)的頻率。

1.4 微囊藻產(chǎn)異味物質(zhì)檢測

微囊藻藻株產(chǎn)生的異味物質(zhì)通過頂空固相微萃取-氣象色譜法(HS-SPME-GC)測定[10]。準(zhǔn)確吸取處于對(duì)數(shù)生長期的微囊藻藻液3 mL于25 mL棕色螺口瓶中，補(bǔ)充超純水至10 mL，加入3.0 g經(jīng)550 ℃烘烤6 h的NaCl和一個(gè)小的磁力攪拌器轉(zhuǎn)子，將棕色螺口瓶置于磁力攪拌器上60 ℃水浴預(yù)熱15 min，攪拌器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速調(diào)為500 rpm/min，固相微萃取裝置固定于螺口瓶上方，將萃取頭插入瓶內(nèi)部頂空萃取45 min，萃取結(jié)束后將萃取頭拔出，立即插入GC進(jìn)樣口中進(jìn)行解吸附與GC分析。

2 結(jié)果和分析

2.1 浮游植物區(qū)系組成及優(yōu)勢種

通過對(duì)采集樣品的觀察，共鑒定出浮游植物126種，隸屬于6門65屬，區(qū)系組成主要以綠藻、硅藻、藍(lán)藻為主，其中綠藻門種類最多，有25屬57種，占總種數(shù)的45.0%，其次為硅藻門，有26屬40種，占總種數(shù)的31.7%，藍(lán)藻門有9屬20種，占總種數(shù)的15.9%，其它門種類相對(duì)較少，裸藻門2屬5種，甲藻門2屬2種，隱藻門1屬2種，共占總種數(shù)的7.4%。

根據(jù)樣點(diǎn)中浮游植物出現(xiàn)的頻率和相對(duì)豐度，以優(yōu)勢度Y>0.02來界定優(yōu)勢種。經(jīng)計(jì)算，兩個(gè)樣點(diǎn)7月份的優(yōu)勢種為藍(lán)藻門的微小平裂藻(Merismopediatenuissima)、不定微囊藻(Microcystisincerta)，硅藻門的尖針桿藻(Synedraacus)，綠藻門的四尾柵藻(Scenedesmusquadricauda)、美麗網(wǎng)球藻(Dictyosphaeriumpulchellum)和甲藻門的微小多甲藻(Peridiniumpusillum)，10月份的優(yōu)勢種為藍(lán)藻門的微小平裂藻、阿氏浮絲藻(Planktothrixagardhii)、兩棲顫藻(Oscillatoriaamphibia)，硅藻門的尖針桿藻，綠藻門的四尾柵藻和隱藻門的嚙蝕隱藻(Cryptomonaserosa)。

2.2 浮游植物細(xì)胞密度

浮游植物細(xì)胞密度是反映水體富營養(yǎng)化程度的重要指標(biāo)。2012年7月份和10月份迎澤橋段浮游植物平均細(xì)胞密度分別為188.28×106個(gè)/L和58.66×106個(gè)/L，南內(nèi)環(huán)橋段浮游植物平均細(xì)胞密度分別為83.78×106個(gè)/L和65.99×106個(gè)/L。從表1可以看出，7月份和10月份，迎澤橋段和南內(nèi)環(huán)橋段，均以藍(lán)藻門細(xì)胞密度最大，占總量的50%以上。7月初白天氣溫在26 ℃以上，迎澤大橋段和南內(nèi)環(huán)橋段浮游植物細(xì)胞密度高達(dá)194.30×106個(gè)/L和105.40×106個(gè)/L，而10月底氣溫已降到13 ℃左右，浮游植物細(xì)胞密度也降低，為56.81×106個(gè)/L和37.57×106個(gè)/L。

表1 汾河太原河段浮游植物細(xì)胞密度(×106 個(gè)/L)Table 1 Phytoplanktonic cell density in the Taiyuan region of the Fenhe River

2.3 浮游植物多樣性

浮游植物多樣性對(duì)于群落結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性起著重要作用，它反映了群落特有的物種組成和個(gè)體密度特征，與物種豐富度和均勻度指數(shù)密切相關(guān)[22- 23]。Margalef多樣性指數(shù)D值介于2.04—2.68之間，7月份平均值為2.26，10月份平均值為2.60。Shannon-Wiener多樣性指數(shù)H值介于0.49—1.00之間，7月份平均值為0.85，10月份平均值為0.69。Pielou均勻度指數(shù)J值介于0.13—0.26之間，7月份平均值為0.23，10月份平均值為0.18。

2.4 微囊藻產(chǎn)異味物質(zhì)檢測結(jié)果

對(duì)分離純化的微囊藻揮發(fā)性異味物質(zhì)的檢測結(jié)果表明，8株微囊藻中有6株(FH0001、FH0002、FH0003、FH0004、FH0005、FH0006)可產(chǎn)生明顯的異味。經(jīng)過嗅味判斷及與常見異味種類標(biāo)準(zhǔn)品的比對(duì)，確定這6株微囊藻產(chǎn)生的異味物質(zhì)主要為β-環(huán)檸檬醛(β-cyclocitral)，其他三類淡水水體常見的異味物質(zhì)(Geosmin，2-MIB 和β-紫羅蘭酮)均未檢出。GC的分析結(jié)果顯示，6株產(chǎn)異味微囊藻的主要揮發(fā)性物質(zhì)具有同β-環(huán)檸檬醛標(biāo)樣一致的色譜學(xué)行為。在上述分析條件下其色譜主峰的保留時(shí)間與β-環(huán)檸檬醛標(biāo)樣相同(圖2)。結(jié)合對(duì)藻株氣味的嗅味判別(煙草味)可以確定這些微囊藻藻株產(chǎn)生的主要異味物質(zhì)為β-環(huán)檸檬醛。

圖2 微囊藻藻株溶解性異味化合物與其標(biāo)準(zhǔn)樣品的氣相色譜圖

3 討論

3.1 汾河太原河段浮游植物群落特征

浮游植物是水體主要的初級(jí)生產(chǎn)者，其群落結(jié)構(gòu)組成和分布對(duì)水生態(tài)環(huán)境起著重要的指示作用，而浮游植物群落結(jié)構(gòu)、優(yōu)勢種類及其變化反映了水體的富營養(yǎng)化程度[24- 26]。一般認(rèn)為，藍(lán)藻為優(yōu)勢類群指示水體呈富營養(yǎng)化狀態(tài)，綠藻為優(yōu)勢種指示水體呈中營養(yǎng)化狀態(tài)，而硅藻為優(yōu)勢種顯示水體呈貧營養(yǎng)化狀態(tài)[1]。2012年7月和10月共4次調(diào)查結(jié)果表明，汾河太原河段水體浮游植物以綠藻、硅藻、藍(lán)藻為主，綠藻種類最多，硅藻和藍(lán)藻次之，但藍(lán)藻門細(xì)胞密度最高，占絕對(duì)優(yōu)勢，表明該區(qū)段水體已呈富營養(yǎng)化狀態(tài)。這和之前對(duì)該區(qū)段的調(diào)查結(jié)果相似[15,27]。在兩個(gè)季節(jié)中優(yōu)勢種群也有一定的變化，7月份除了藍(lán)藻門、綠藻門、硅藻門的一些種類為優(yōu)勢種外，甲藻門的微小多甲藻也為優(yōu)勢種，而10月份隱藻門的嚙蝕隱藻成為了優(yōu)勢種。錢奎梅等[28]運(yùn)用浮游植物優(yōu)勢種和生物量的變化研究了太湖富營養(yǎng)化進(jìn)程。對(duì)汾河景區(qū)水體富營養(yǎng)化的進(jìn)一步研究中，也可運(yùn)用浮游植物優(yōu)勢種和生物量的變化進(jìn)行調(diào)查。

3.2 微囊藻產(chǎn)異味物質(zhì)

由藻源異味物質(zhì)引起的水體異味問題已經(jīng)成為了嚴(yán)重的環(huán)境問題，飲用水和水產(chǎn)品中的異味物質(zhì)也逐漸受到人們的重視，因此，對(duì)水體尤其是飲用水源的環(huán)境監(jiān)測變得非常重要。異味包括嗅覺異味和味覺異味，其中嗅覺異味包括土霉味(earthy/musty/moldy)、芳香味(fragrant/vegetable/fruit/flowery)、草木味(grassy/hay/straw/woody)、魚腥味(fishy/rancid)、沼氣味(marshy/swampy)、化學(xué)藥品味(chemical/hydrocarbon)、氯化物味(chlorineous/ozonous)及藥味(medicinal/phenolic)等8類[29]。水體中藻類產(chǎn)生的異味性次生代謝物種類繁多，最常見的是具有土霉味的2-甲基異莰醇(2-methylisobomeol，2-MIB) 和土嗅素(geosmin，GSM)，此外，還有β-環(huán)檸檬醛(β-cyclocitra1)、β-紫羅蘭酮(β-ionone)、香葉基丙酮(neryl acetone)和2，4-癸二烯醛(2, 4-decadiena1)等[30]。Juttner的研究表明，β-環(huán)檸檬醛主要是由微囊藻所產(chǎn)生，在發(fā)生微囊藻水華的水體中，會(huì)有高濃度的β-檸檬醛存在[31]。李林等研究表明，武漢大蓮花湖β-環(huán)檸檬醛與微囊藻日變化顯著相關(guān)[32]。本研究發(fā)現(xiàn)，6株微囊藻產(chǎn)生的異味物質(zhì)均為β-環(huán)檸檬醛，這種異味物質(zhì)可能會(huì)給汾河太原河段造成嗅味問題，進(jìn)而影響該段的整體水質(zhì)[29,33]。

3.3 汾河太原河段水質(zhì)評(píng)價(jià)

浮游植物生物多樣性指數(shù)是湖泊水質(zhì)監(jiān)測的重要指標(biāo)，廣泛應(yīng)用于水體環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)中[26,34]。浮游植物的優(yōu)勢種和細(xì)胞密度通常也可以反映水體的富營養(yǎng)化程度。藍(lán)藻多是耐污性比較強(qiáng)的種類，其細(xì)胞密度急劇增加并最終成為優(yōu)勢類群是水體富營養(yǎng)化的重要表征之一，即藍(lán)藻細(xì)胞密度越高，水體富營養(yǎng)化程度越嚴(yán)重[35]。

本文的研究數(shù)據(jù)顯示，汾河太原河段浮游植物Margalef多樣性指數(shù)D值較低，指示水體為中度污染，Shannon-Wiener多樣性指數(shù)H值介于0—1之間，表明浮游植物群落結(jié)構(gòu)簡單且不穩(wěn)定，對(duì)環(huán)境變化敏感，為重污染水體，Pielou均勻度指數(shù)J值介于0—0.3之間，表明浮游植物群落中各物種個(gè)體數(shù)目分配不均勻，優(yōu)勢種明顯，為重污染水體。綜合分析，汾河景區(qū)段水質(zhì)為中度污染至重污染。據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)，浮游植物細(xì)胞密度小于30×104個(gè)/L時(shí)水體為貧營養(yǎng)型，30×104—100×104個(gè)/L時(shí)為中營養(yǎng)型，大于100×104個(gè)/L時(shí)為富營養(yǎng)狀態(tài)[36]。2012年7月和10月，汾河景區(qū)段的浮游植物細(xì)胞密度均大于100×104個(gè)/L，并且藍(lán)藻門的細(xì)胞密度最大，占總量的50以上，表明水體為富營養(yǎng)狀態(tài)。出現(xiàn)這種情況的主要原因是由于氣溫的升高，上游生活污水和工業(yè)廢水的排入，導(dǎo)致景區(qū)水自凈能力降低，水質(zhì)惡化，水體富營養(yǎng)化程度加重。

致謝：中國科學(xué)院水生生物研究所李仁輝研究員對(duì)本文寫作給予幫助,中國科學(xué)院武漢植物園王中杰助理研究員完成對(duì)異味物質(zhì)的測定，特此致謝。

[1] 劉建康. 高級(jí)水生生物學(xué). 北京: 科學(xué)出版社, 1999.

[2] Lepist? L, Holopainen A L, Vuoristo H. Type-specific and indicator taxa of phytoplankton as a quality criterion for assessing the ecological status of Finnish boreal lakes. Limnologica-Ecology and Management of Inland Water, 2004, 34(3): 236- 248.

[3] 李秋華, 韓博平. 基于CCA的典型調(diào)水水庫浮游植物群落動(dòng)態(tài)特征分析. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2007, 27(6): 2355- 2364.

[4] 張俊芳, 馮佳, 謝樹蓮, 王石會(huì). 山西寧武亞高山湖群浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征. 湖泊科學(xué), 2012, 24(1): 117- 122.

[5] 田志強(qiáng), 田秉暉, 辛麗花, 賈大偉, 張磊. 于橋水庫秋季浮游植物群落結(jié)構(gòu)與水質(zhì)因子的關(guān)系. 環(huán)境污染與防治, 2011, 33(5): 64- 68.

[6] 施麗梅, 蔡元鋒, 楊華林, 李朋富, 孔繁翔, 孔令東. 太湖梅梁灣水華微囊藻基因型組成和產(chǎn)毒微囊藻豐度的變化. 湖泊科學(xué), 2009, 21(6): 801- 805.

[7] 齊敏, 孫小雪, 鄧緒偉, 陳雋, 謝平. 太湖不同形態(tài)異味物質(zhì)含量、相互關(guān)系及其與環(huán)境因子關(guān)系的探討. 湖泊科學(xué), 2013, 25(1): 31- 38.

[8] Chen J, Xie P, Ma Z M, Niu Y, Tao M, Deng X W, Wang Q. A systematic study on spatial and seasonal patterns of eight taste and odor compounds with relation to various biotic and abiotic parameters in Gonghu Bay of Lake Taihu. China. Science of the Total Environment, 2010, 409(2): 314- 325.

[9] 宋立榮, 李 林, 陳 偉, 甘南琴. 水體異味及其藻源次生代謝產(chǎn)物研究進(jìn)展. 水生生物學(xué)報(bào), 2004, 28(4): 434- 439.

[10] 李林. 淡水水體中藻源異味化合物的分布、動(dòng)態(tài)變化與降解研究 [D]. 武漢: 中國科學(xué)院水生生物研究所, 2005.

[11] Guo L. Ecology—doing battle with the green monster of Taihu Lake. Science, 2007, 317(5842): 1166- 1166.

[12] 劉立明. 巢湖典型區(qū)域水體異味物質(zhì)時(shí)空動(dòng)態(tài)及土霉異味的去除研究 [D]. 武漢: 中國科學(xué)院水生生物研究所, 2011.

[13] 徐盈, 黎雯, 吳文忠, 張甬元. 東湖富營養(yǎng)水體中藻菌異味性次生代謝產(chǎn)物的研究. 生態(tài)學(xué)報(bào), 1999, 19(2): 212- 216.

[14] 郭春燕, 李砧, 謝樹蓮. 太原市汾河景區(qū)浮游藻類及水質(zhì)評(píng)價(jià)研究. 山西大學(xué)學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版, 2006, 29(2): 205- 208.

[15] 王捷, 謝樹蓮, 王中杰, 徐瑤, 李仁輝. 汾河(太原市景區(qū)段)微囊藻的分子多樣性及產(chǎn)毒能力. 湖泊科學(xué), 2011, 23(4): 505- 512.

[16] 章宗涉, 黃祥飛. 淡水浮游生物研究方法. 北京: 中國科學(xué)出版社, 1991: 333- 344.

[17] 陳家長, 孟順龍, 尤洋, 胡庚東, 瞿建宏, 吳偉, 范立民, 馬曉燕. 太湖五里湖浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征分析. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2009, 18(4): 1358- 1367.

[18] 龐科, 姚錦仙, 王昊, 劉松濤, 李翀, 呂植. 額爾古納河流域秋季浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2011, 31(12): 3391- 3398.

[19] Kasai F, Kawachi M, Erata M, Watanabe M M. NIES-Collection List of Strains. 7th ed. Tsukuba: National Institute for Environmental Studies Japan, 2004: 257- 257.

[20] Andersen R A. Diversity of eukaryotic algae. Biodiversity and Conservation, 1992, 1(4): 267- 292.

[21] Broady P A. Diversity, distribution and dispersal of Antarctic terrestrial algae. Biodiversity and Conservation, 1996, 5(11): 1307- 1335.

[22] 沈會(huì)濤, 劉存歧. 白洋淀浮游植物群落及其與環(huán)境因子的典范對(duì)應(yīng)分析. 湖泊科學(xué), 2008, 20(1): 773- 779.

[23] 王曉臣, 楊興中, 呂彬彬, 邢娟娟, 張建軍, 劉靜. 黃河下游浮游植物群落結(jié)構(gòu)及其與環(huán)境因子的關(guān)系. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 2012, 40(18): 9819- 9821.

[24] Marchetto A, Padedda B M, Mariani M A, Lugliè A, Sechi N. A numerical index for evaluating phytoplankton response to changes in nutrient levels in deep Mediterranean reservoirs. Journal of Limnology, 2009, 68(1): 106- 121.

[25] 鄧建明, 蔡永久, 陳宇煒, 張路. 洪湖浮游植物群落結(jié)構(gòu)及其與環(huán)境因子的關(guān)系. 湖泊科學(xué), 2010, 22(1): 70- 78.

[26] 朱為菊, 王全喜. 滴水湖浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征及對(duì)其水質(zhì)評(píng)價(jià). 上海師范大學(xué)學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版, 2011, 40(4): 405- 410.

[27] 馮佳, 沈紅梅, 謝樹蓮. 汾河太原段浮游藻類群落結(jié)構(gòu)特征及水質(zhì)分析. 資源科學(xué), 2011, 33(6): 1111- 1117.

[28] 錢奎梅, 陳宇煒, 宋曉蘭. 太湖浮游植物優(yōu)勢種長期演化與富營養(yǎng)化進(jìn)程的關(guān)系. 生態(tài)科學(xué), 2008, 27(2): 65- 70.

[29] Sufet I H, Khiari D, Bruchet A. The drinking water taste and odor wheel for the millennium: beyond geosmin and 2-methylisobemeol. Water Science and Technology, 1999, 40(6):1- 13.

[30] 繆恒鋒, 陶文沂. 富營養(yǎng)化水體異味物質(zhì)的臭氧氧化研究. 環(huán)境科學(xué), 2008, 29(12):3439- 3444.

[31] Juttner F.β-Cyclocitra1 and alkanes inMicrocystis(Cyanophyceae). Zeitschrift für Naturforschung, 1976, 31: 491- 495.

[32] 李林, 萬能, 甘南琴, 宋立榮. 武漢大蓮花湖異味化合物日變化及其相關(guān)因子分析. 水生生物學(xué)報(bào), 2007, 31(1): 112- 118.

[33] Mattin J F, Suffet I H. Chemical etiologies of off-flavor in channel catfish aquaculture. Water Science and Technology, 1992, 25(2): 73- 79.

[34] 王瑜, 劉錄三, 舒儉民, 劉存岐, 朱延忠, 田志富. 白洋淀浮游植物群落結(jié)構(gòu)與水質(zhì)評(píng)價(jià). 湖泊科學(xué), 2011, 23(4): 575- 580.

[35] 王朝暉, 林秋奇, 胡韌, 范春雷, 韓博平. 廣東省水庫的藍(lán)藻污染狀況與水質(zhì)評(píng)價(jià). 熱帶亞熱帶植物學(xué)報(bào), 2004, 12(2):117- 123.

[36] 王明翠, 劉雪芹, 張建輝. 湖泊富營養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法及分級(jí)標(biāo)準(zhǔn). 中國環(huán)境監(jiān)測, 2002, 18(5): 47- 49.

Phytoplankton diversity and off-flavor-producingMicrocystisin the Taiyuan region of the Fenhe River

WANG Jie1,2, FENG Jia1,2, XIE Shulian1,2,*, ZHANG Jianmin1,2, CHENG Ge1,2, LIAN Yaojun1,2

1SchoolofLifeScience,ShanxiUniversity,Taiyuan030006,China2ManagementCommitteeofTaiyuanScenicSegmentofFenheRiver,Taiyuan030002,China

The Taiyuan region of the Fenhe River is a large park with a theme of “people, city, ecosystem and culture”, which promotes relaxation, vacationing and sightseeing. This portion of the river is approximately 12 km in length, 500 m in width and covers an area of 600 hm2. In recent years, the influx of domestic and industrial sewage in the upper reaches of the Fenhe River has caused the self-cleaning capacity of the river to deteriorate, degraded the river′s water quality and enhanced eutrophication in the water body. Subsequently, sensitive species of phytoplankton have dramatically reduced, resulting in a decline in the river′s diversity index and a more simplified community structure, which is prone to cyanobacteria blooms. To date, more than 60% of the lakes in China have been subject to eutrophication and have suffered from cyanobacteria blooms.Microcystisis the most frequently reported cyanobacteria genus. It has long been a primary focus of attention because of its potential to produce microcystins and to cause an undesirable taste and odor in freshwater sources. In 2011, the section of river in Taiyuan was subject to an unprecedented cyanobacteria bloom over a large area. While the affected waters spanned a length of several kilometers, the area between the Yingze Bridge and the Nanneihuan Bridge was the most seriously affected. To control eutrophication and prevent the recurrence of blooms, phytoplankton diversity and the presence of odorous compounds produced byMicrocystiswere investigated in the Taiyuan region of the Fenhe River. The water quality assessment was based on data collected during July and October, 2012. A total of 126 phytoplankton species belonging to 65 genera and 6 divisions were identified. Among these, the Chlorophyta was the most dominant division, including 57 species from 25 genera, followed by Bacillariophyta, with 40 species from 26 genera, Cyanophyta with 20 species from 9 genera, Euglenophyta, with 5 species from 2 genera, Dinophyta with 2 species from 2 genera and Cryptophyta, with 2 species from a single genus. The dominant species in July 2012 comprisedMerismopediatenuissimaandMicrocystisincerta(Cyanophyta),Synedraacus(Bacillariophyta),ScenedesmusquadricaudaandDictyosphaeriumpulchellum(Chlorophyta),Peridiniumpusillum(Pyrrophyta). In October 2012, the prevalent species wereMerismopediatenuissima,PlanktothrixagardhiiandOscillatoriaamphibia(Cyanophyta),Synedraacus(Bacillariophyta),Scenedesmusquadricauda(Chlorophyta),Cryptomonaserosa(Cryptophyta) in October, 2012. The average cell densities of phytoplankton were 188.28×106cells/L and 58.66×106cells/L at the Yingze Bridge area in July and October 2012, respectively. Meanwhile, the average cell densities of phytoplankton were 83.78×106cells/L and 65.99×106cells/L at the Nanneihuan Bridge area in July and October, 2012, respectively. This indicated that the water body was eutrophic. The Margalef index ranged from 2.04 to 2.68, and the Shannon-Wiener index ranged from 0.49 to 1.00 and the Pielou evenness index ranged from 0.13 to 0.26 at this location. These three indices revealed that the water quality was medium to heavy polluted. Eight purifiedMicrocystisstrains were isolated from the samples, and their volatile odorous compounds were determined by gas chromatography and flavor analysis. Among these, six strains were found to produce the odorous compoundβ-cyclocitral. The presence of these problematic species and the resulting compounds highlight the need to improve the water quality in the Taiyuan section of the Fenhe River, to prevent the recurrence of blooms.

Taiyuan region of the Fenhe River; phytoplankton; diversity;Microsystis; odorous compound; water quality assessment

山西省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2011011036); 山西省社會(huì)發(fā)展科技攻關(guān)項(xiàng)目(20130313010- 4)

2013- 07- 03;

2014- 05- 30

10.5846/stxb201307031828

*通訊作者Corresponding author.E-mail: xiesl@sxu.edu.cn

王捷, 馮佳, 謝樹蓮, 張建民, 程革, 連耀俊.汾河太原河段浮游植物多樣性及微囊藻產(chǎn)異味物質(zhì)成因.生態(tài)學(xué)報(bào),2015,35(10):3357- 3363.

Wang J, Feng J, Xie S L, Zhang J M, Cheng G, Lian Y J.Phytoplankton diversity and off-flavor-producingMicrocystisin the Taiyuan region of the Fenhe River.Acta Ecologica Sinica,2015,35(10):3357- 3363.