朱弘陽，張子良，楊志昭，王 茜，孔凡青

（1.天津農(nóng)學(xué)院水產(chǎn)學(xué)院/天津市水生生態(tài)及養(yǎng)殖重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300384；2.生態(tài)環(huán)境部海河流域北海海域生態(tài)環(huán)境監(jiān)督管理局生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)與科學(xué)研究中心，天津 300170）

大清河水系地處海河流域的中部，流域面積45 131 km2，流經(jīng)山西省、河北省、北京市、天津市4地。大清河水系對(duì)冀中平原乃至海河流域都有著舉足輕重的影響，在保持華北地區(qū)生態(tài)平衡、調(diào)節(jié)氣候方面都起著關(guān)鍵性的作用。浮游植物是水域生態(tài)系統(tǒng)中的初級(jí)生產(chǎn)者，在水域生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的能量流動(dòng)、物質(zhì)循環(huán)和信息傳遞方面具有至關(guān)重要的作用[1-2]。浮游植物個(gè)體、種群及群落的變化可以反映出水環(huán)境受污染程度[3-5]。為了給水域治理工作提供數(shù)據(jù)支持，通過實(shí)地考察及數(shù)據(jù)分析，針對(duì)大清河流域保定段浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行分析。

1 材料與方法

1.1 采樣時(shí)間與地點(diǎn)

依據(jù)河流功能區(qū)域差異和周邊居民集聚程度，在大清河流域保定段共布設(shè)了7 個(gè)采樣點(diǎn)位，分別于2020 年4 月和2021 年5 月開展調(diào)查。各樣點(diǎn)分布見表1。

表1 大清河流域浮游植物監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)信息

1.2 樣品采集與處理

浮游植物樣品采集分為定性樣品采集和定量樣品采集。1）浮游植物定性樣品采用25 號(hào)浮游生物網(wǎng)（孔直徑為0.075 mm），在水下0.15 m 處作“∞”字形拖動(dòng)3 min，將樣品轉(zhuǎn)入樣品瓶后加入3 mL 福爾馬林進(jìn)行固定，保存于100 mL 標(biāo)本瓶中帶回分析。2）浮游植物定量樣品用采水器采集1 L 水樣到樣品瓶，用15 mL 0.5%魯哥氏染色劑現(xiàn)場(chǎng)固定，并及時(shí)標(biāo)號(hào)，記錄位置、日期、采樣點(diǎn)號(hào)，充分靜置24 h，濃縮至50 mL，在10×40 倍鏡下識(shí)別浮游植物物種，并進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)[6]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采樣點(diǎn)內(nèi)的浮游植物的種類構(gòu)成與當(dāng)?shù)丨h(huán)境有一定關(guān)系，根據(jù)浮游植物相對(duì)豐度可推測(cè)水體中浮游生物類群數(shù)，浮游植物的多樣性也可反映水質(zhì)狀況。根據(jù)相關(guān)指數(shù)分析浮游植物群落的結(jié)構(gòu)和多樣性特征，Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)（H′）、Pielou 均勻度指數(shù)（J）和Margalef 豐富度指數(shù)（D）計(jì)算公式為

式中，S為浮游植物種類的總數(shù)目；Pi為第i種個(gè)體數(shù)占總個(gè)體數(shù)的比例；N為所有個(gè)體的總數(shù)[7]。

浮游植物密度（N）計(jì)算公式為

式中，N為每1 L 水中的浮游植物的數(shù)量；Gs為計(jì)數(shù)框面積，mm2；Fs為一個(gè)視野的面積，mm2；Fn為計(jì)數(shù)的視野數(shù)；V為1 L 水樣沉淀后的體積，mL；U為計(jì)數(shù)框的容積，一般為0.1 mL；Pn為一個(gè)視野中浮游植物的個(gè)數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 浮游植物的種類組成

兩次調(diào)查浮游植物群落種群概況如圖1 所示。2020 年鑒定出浮游植物8 門107 種，其中藍(lán)藻門（Cyanobacteria）17 種，占比15.89%；隱藻門（Cryptophylum）4 種，占比3.74%；甲藻門（Dinoflagellate）3 種，占比2.80%；硅藻門（Diatomum）37 種，占比34.58%；裸藻門（Gymnophylum）6 種，占比5.61%；綠藻門（Chlorophyta）36 種，占比33.64%；金藻門（Chrysophyta）和黃藻門（Xanthophyta）各2 種，均占比1.87%。

圖1 2020 年與2021 年浮游植物種類對(duì)比

在2021 年的調(diào)查中，共鑒定出浮游植物8 門123種（包括變種），其中硅藻門種數(shù)最多，有56 種，占比45.53%；綠藻門40 種，占比32.52%；藍(lán)藻門14 種，占比11.38%；甲藻門4 種，占比3.25%；裸藻門和隱藻門各3 種，均占比2.44%；金藻門2 種，占比1.63%；黃藻門1 種，占比0.81%。

從采樣結(jié)果得出，2021 年變化較為明顯的浮游植物有13 種，其中最為明顯的是硅藻門中的菱形藻（Nitzschia wullerstorffii）[8]。浮游植物物種數(shù)量增加，主要是因?yàn)楣柙彘T和綠藻門中種的數(shù)量增加。

一般認(rèn)為，硅藻型浮游植物群落在水質(zhì)污染較輕的水體中具有典型性，綠藻型暗示著水質(zhì)富營養(yǎng)化嚴(yán)重[9]。在兩次調(diào)查中，綠藻門由36 種（33.64%）增加到40 種（32.52%），硅藻門由37 種（34.58%）增加到56 種（45.53%）。表明水質(zhì)污染變輕，但有富營養(yǎng)化趨勢(shì)。

在淡水生態(tài)環(huán)境中，藍(lán)藻類顫藻和平裂藻為公認(rèn)富營養(yǎng)的浮游植物種類，淡水藍(lán)藻種群增加表明水體富營養(yǎng)化程度加重[10-12]。從調(diào)查結(jié)果看，藍(lán)藻門種數(shù)量由17 種減少為14 種，但綠藻門種數(shù)量有所增加，特別是柵藻科（Scenedesmaceae）數(shù)量增多，說明水體的富營養(yǎng)程度加重。

2.2 浮游植物的密度

本調(diào)查中，浮游植物在空間分布上的差異較大，其中光淀張莊最多，有49 種；王林口最少，僅有16 種。光淀張莊的藻類分布以綠藻門、隱藻門為主，硅藻門與藍(lán)藻門為輔[13]。經(jīng)過對(duì)這些采樣點(diǎn)的對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，未污染水體中，藻類主要為硅藻門，其次為藍(lán)藻門、綠藻門；而在水體污染后，種數(shù)減少，藻類以藍(lán)藻門為主。浮游植物的總體密度對(duì)比見圖2。

圖2 2020 年與2021 年大清河流域浮游植物密度對(duì)比

2.3 浮游植物的生物多樣性

大清河流域保定段2020 年和2021 年浮游植物Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)、Pielou 均勻度指數(shù)和Margalef 豐富度指數(shù)的結(jié)果見表2，生物多樣性指數(shù)與水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表3[14-15]。

表2 2020 年和2021 年大清河流域浮游植物指數(shù)

表3 生物多樣性指數(shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2020 年，大沙地、北河店、王林口、光淀張莊和安格莊中心的Shannon-Wiener 指數(shù)均大于3，2021 年則只有王林口和光淀張莊的多樣性指數(shù)大于3，說明其他點(diǎn)位與2020 年相比，受到了不同程度的污染。7 個(gè)采樣點(diǎn)中，西大洋水庫和安格莊中心的Pielou 均勻度指數(shù)小幅下降，其他5 個(gè)點(diǎn)位略有上升。相較于2020 年，2021 年各點(diǎn)位Margalef 豐富度指數(shù)均直線下滑，大沙地和安格莊中心降幅超過98%；王林口和西大洋水庫的物種豐富度較低，而其他5 個(gè)點(diǎn)位的物種豐富度低，個(gè)體分布不均勻。

從調(diào)查結(jié)果來看，Margalef 指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果是大清河保定段水系水質(zhì)處于中度污染與清潔之間，物種豐富度較高；而使用Shannon-Wiener 指數(shù)對(duì)其評(píng)價(jià)是介于重度污染與中度污染之間，生物多樣性相對(duì)較低。Margalef 豐富度指數(shù)考慮了群落中物種數(shù)量與總體密度之間的關(guān)系，忽視了個(gè)體數(shù)在物種之間的分配情況[16]。此外，其他的一系列人為活動(dòng)也造成浮游植物多樣性減少，導(dǎo)致利用生物指數(shù)評(píng)價(jià)水質(zhì)的結(jié)果偏低[17]。孫玉鳳等運(yùn)用浮游植物的優(yōu)勢(shì)種和生物多樣性指數(shù)等對(duì)庫里泡水庫進(jìn)行研究，表明庫里泡水質(zhì)污染狀況處于富營養(yǎng)與中富營養(yǎng)之間[18]。劉紹俊等運(yùn)用生物多樣性指數(shù)對(duì)星云湖進(jìn)行研究，評(píng)價(jià)得出星云湖水質(zhì)為較高的富營養(yǎng)狀態(tài)[19]。

3 總結(jié)

本文針對(duì)大清河流域保定段浮游藻類群落的結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行了詳細(xì)的分析，旨在為水域治理工作提供數(shù)據(jù)支持。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，大清河流域保定段存在中度或重度污染，相關(guān)部門及研究人員需要及時(shí)采取措施開展水域治理工作。