史偉生

（1.太原理工大學(xué) 山西太原 030024；2.山西省水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心 山西太原 030001）

1 浮游植物及其生物多樣性

1.1 浮游植物（藻類）

藻類是原生生物界的一類真核生物（有些也為原核生物，如藍(lán)藻門(mén)的藻類），又稱葉狀植物、裂殖植物或孢子植物等，是一群具有色素體、無(wú)真正根莖葉和生殖器官分化的單細(xì)胞的低等生物。主要為水生，無(wú)維管束，能進(jìn)行光合作用，是浮游植物的最大類群，在本文中所說(shuō)的浮游植物就是指藻類[2]。

1.2 生物多樣性

生物多樣性（biodiversity）是指在一定時(shí)間和一定地區(qū)所有生物物種及其遺傳變異和生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性總稱。它是生物進(jìn)化的結(jié)果，是人類賴以持續(xù)生存的基礎(chǔ)。一般認(rèn)為生物多樣性包括物種多樣性、遺傳多樣性和生態(tài)系統(tǒng)多樣性三個(gè)層次。其中物種多樣性是構(gòu)成生態(tài)系統(tǒng)多樣性的基本單位，是生物多樣性的核心，也是本文研究的主要內(nèi)容[1]。

物種多樣性是指生態(tài)系統(tǒng)中動(dòng)物、植物、微生物等生物種類的豐富程度。物種多樣性包括兩個(gè)方面，其一是指一定區(qū)域內(nèi)的物種豐富程度，可稱為區(qū)域物種多樣性；其二是指生態(tài)學(xué)方面的物種分布的均勻程度，可稱為生態(tài)多樣性或群落物種多樣性。物種多樣性是衡量一定地區(qū)生物資源豐富程度的一個(gè)客觀指標(biāo)[3]。

2 汾河流域大中型水庫(kù)現(xiàn)狀及生物監(jiān)測(cè)

汾河是黃河第二大支流，也是山西省最大的河流，干流全長(zhǎng)694km。流域內(nèi)的四座大中型水庫(kù)：汾河水庫(kù)、汾河二庫(kù)、文峪河水庫(kù)和澮河水庫(kù)是汾河上的主要水庫(kù)，也都是省內(nèi)關(guān)系地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生態(tài)保護(hù)和人民生產(chǎn)生活的重要水庫(kù)之一。其中汾河水庫(kù)是省內(nèi)最大水庫(kù)，庫(kù)容為7億m3，控制流域面積5268km2，也是我省最大的地表飲用水水源地。汾河二庫(kù)位于汾河水庫(kù)下游，是一座以防洪為主，兼顧城市供水、灌溉和發(fā)電綜合利用的大型水庫(kù)。而文峪河水庫(kù)位于汾河的一級(jí)支流文峪河上，是全河唯一的大型水庫(kù)，也是全省六大水庫(kù)之一。澮河水庫(kù)系汾河一級(jí)支流澮河干流上的一座以防洪、灌溉為主，兼旅游等綜合利用的中型水庫(kù)，控制流域面積1301km2。

山西省水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心在2011年對(duì)流域內(nèi)這4座大中型水庫(kù)進(jìn)行了葉綠素和浮游植物的生物監(jiān)測(cè)，此項(xiàng)工作是汾河水生態(tài)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)工程的工作內(nèi)容之一，也是我省歷史上首次對(duì)汾河流域上的大中型水庫(kù)進(jìn)行浮游植物的監(jiān)測(cè)。

3 采樣與監(jiān)測(cè)

根據(jù)各水庫(kù)的流域特征、形態(tài)、地理位置和以往開(kāi)展理化水質(zhì)監(jiān)測(cè)的經(jīng)驗(yàn)，在各水庫(kù)的壩前設(shè)置采樣點(diǎn)一處，進(jìn)行水質(zhì)項(xiàng)目和浮游植物的采樣分析。

汾河水庫(kù)、汾河二庫(kù)、文峪河水庫(kù)和澮河水庫(kù)自2011年8月至12月，對(duì)浮游植物進(jìn)行每月一次的取樣監(jiān)測(cè)，由于澮河水庫(kù)庫(kù)干，只在10、11、12月份監(jiān)測(cè)浮游植物。

4 浮游植物分析

4.1 種類

現(xiàn)今世界發(fā)現(xiàn)的浮游植物有3萬(wàn)多種，共11個(gè)門(mén)[4]。本次汾河流域的浮游植物監(jiān)測(cè)按照《淡水微型生物圖譜—系統(tǒng)、分類及生態(tài)》和《中國(guó)淡水藻類》的分類系統(tǒng)對(duì)浮游植物進(jìn)行分類。在對(duì)四水庫(kù)的監(jiān)測(cè)中共發(fā)現(xiàn)6個(gè)門(mén)46個(gè)屬的浮游植物。其中綠藻門(mén)最多有2個(gè)綱、5個(gè)目、12個(gè)科、23個(gè)屬。其次是硅藻門(mén)，有2個(gè)綱、3個(gè)目、5個(gè)科、10個(gè)屬。第三是藍(lán)藻門(mén)1個(gè)綱、2個(gè)目、4個(gè)科、6個(gè)屬。其余三個(gè)門(mén)的浮游植物都較少，其中甲藻門(mén)和隱藻門(mén)都各有1個(gè)綱、1個(gè)目、1個(gè)科、1個(gè)屬，而裸藻門(mén)也只有1個(gè)綱、1個(gè)目、1個(gè)科、2個(gè)屬。

4.2 細(xì)胞密度

（1）汾河水庫(kù)

2011年的8月到12月浮游植物密度在3380.5～298.7萬(wàn)個(gè)/L之間，在8到10月浮游植物密度高于《全國(guó)重點(diǎn)湖庫(kù)藻類試點(diǎn)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)程》（暫行）中規(guī)定的浮游植物爆發(fā)的臨界狀態(tài)，即1000萬(wàn)個(gè)/L這一標(biāo)準(zhǔn)。

（2）汾河二庫(kù)

浮游植物密度在3064.1～74.4萬(wàn)個(gè)/L之間，在8、9月浮游植物密度高于浮游植物爆發(fā)的臨界狀態(tài)。

（3）文峪河水庫(kù)

浮游植物密度在2801.5～121.3萬(wàn)個(gè)/L，其中10月是四大水庫(kù)中浮游植物密度最大的。8、9、10三個(gè)月份的浮游植物密度高于浮游植物爆發(fā)的臨界狀態(tài)。

（4）澮河水庫(kù)

澮河水庫(kù)由于前幾月庫(kù)干，10月份才有水，也才有水生浮游植物在其中生長(zhǎng)，又趕上冬季到來(lái)，水溫不高，所以10、11、12月份浮游植物密度都不大，在311.8～47.8萬(wàn)個(gè)/L。

5 浮游植物多樣性分析

5.1 生物多樣性指數(shù)

種類多樣性指數(shù)不考慮種的指示意義，只考慮群落的結(jié)構(gòu)特征。一般說(shuō)來(lái)，多樣性指數(shù)取決與三個(gè)因素，即種類多寡、個(gè)體豐度及均勻度。種類多樣性受到生態(tài)環(huán)境的影響，特別與污染程度有關(guān)，所以可用多樣性指數(shù)來(lái)反映污染的情況[2]。

目前使用比較多的幾種多樣性指數(shù)是Shannon-Weaver多樣性指數(shù)（H’）、Cairns連續(xù)比較指數(shù)、Keefe-BergersenTU指數(shù)、Simpson氏多樣性指數(shù)和Margalef氏多樣性指數(shù)（D）。尚有它種多樣性指數(shù)，本文不一一列舉。不同的多樣性指數(shù)的理論基礎(chǔ)不同，側(cè)重不一樣，所以不是完全等價(jià)的。有時(shí)受資料性質(zhì)的限制，只能選用較簡(jiǎn)單的指數(shù)。

本文使用Margalef氏多樣性指數(shù)（D）法和目前美國(guó)主要使用的經(jīng)Lloyd簡(jiǎn)化后的Shannon-Weaver多樣性指數(shù)（H’）法對(duì)汾河流域四水庫(kù)中的浮游植物進(jìn)行多樣化分析。

5.2 經(jīng)Lloyd簡(jiǎn)化后的Shannon-Weaver多樣性指數(shù)（ H’）

5.2.1 分析方法

式中：C——由log10轉(zhuǎn)換為log2的系數(shù)，C=3.322；

N——浮游植物個(gè)體總數(shù)；

ni——第i屬的浮游植物個(gè)體數(shù)。

Shannon-Weaver多樣性指數(shù)（H’）越小表明水庫(kù)中浮游植物的生物多樣性越小，種類組成越單一，水體可能受到的污染越嚴(yán)重，而數(shù)值越大則說(shuō)明浮游植物生物多樣性較好，種類較多且分布均勻，水體污染較輕，爆發(fā)水華的風(fēng)險(xiǎn)不大。

5.2.2 分析結(jié)果

四水庫(kù)在絕大多數(shù)時(shí)間的H’都在2～3之間，說(shuō)明水庫(kù)浮游植物的生物多樣性和污染狀況都處在中等水平。

汾河水庫(kù)除10月外浮游植物的H’都在2.3以上，說(shuō)明水庫(kù)的富營(yíng)養(yǎng)化程度和浮游植物生物多樣性一般，但是變化幅度較大。10月份H’只有1.03，是由于這個(gè)月的浮游植物種類比較單一，只有9個(gè)屬，遠(yuǎn)小于其余月份發(fā)現(xiàn)的14至19個(gè)屬，優(yōu)勢(shì)種的優(yōu)勢(shì)度達(dá)到91.6%，第一優(yōu)勢(shì)種的優(yōu)勢(shì)度也達(dá)到了78.45%，說(shuō)明水庫(kù)中浮游植物的細(xì)胞密度都集中到少數(shù)幾個(gè)屬上，浮游植物的生物多樣性也大幅下降。而11月份在水庫(kù)中不僅發(fā)現(xiàn)了16個(gè)屬的浮游植物，且優(yōu)勢(shì)種的優(yōu)勢(shì)度只有47.72%，說(shuō)明浮游植物在不同屬的數(shù)量分布上比較平均，浮游植物的生物多樣性也較高，H’達(dá)到了3。

汾河二庫(kù)浮游植物的H’都在2.6以上，且變化不大。其中汾河二庫(kù)10月份浮游植物的H’達(dá)到了3.4，這和本月水庫(kù)中發(fā)現(xiàn)了18個(gè)屬的浮游植物，且浮游植物優(yōu)勢(shì)度分布比較平均相對(duì)應(yīng)。

總體來(lái)看文峪河水庫(kù)浮游植物的生物多樣性是四個(gè)水庫(kù)中最好的，每個(gè)月在水庫(kù)中發(fā)現(xiàn)的浮游植物的屬的數(shù)量都在13以上，浮游植物優(yōu)勢(shì)度的分布也比較平均。相應(yīng)的浮游植物的H’都在2.6以上，且11和12月都達(dá)到了3以上。

澮河水庫(kù)11月份的H’最低，小于1。這是由于本月水庫(kù)中的浮游植物的種類很單一，僅有7個(gè)屬被檢出，且優(yōu)勢(shì)種脆桿藻的優(yōu)勢(shì)度達(dá)到91.37%，成為絕對(duì)優(yōu)勢(shì)種，水庫(kù)中浮游植物的生物多樣性非常低。四座水庫(kù)多揮性指數(shù)H’值見(jiàn)表1。

表1 汾河流域大中型水庫(kù)浮游植物Shannon-Weaver多樣性指數(shù)（ H'）表

5.3 Margalef氏多樣性指數(shù)（D）

5.3.1 分析方法

式中：S——浮游植物屬數(shù)；

N——浮游植物個(gè)體總數(shù)。

Margalef氏多樣性指數(shù)D主要是種類多少的一種反映，它假定種屬數(shù)S與總個(gè)體數(shù)ln N具有線性關(guān)系，其實(shí)未必一定如此。D越大，水質(zhì)越好。不過(guò)D受樣方大小的影響明顯，只有在兩個(gè)區(qū)域的自然生態(tài)條件相當(dāng)時(shí)，才有較好的可比性。

5.3.2 分析結(jié)果

理論上D越大反映出水庫(kù)的水質(zhì)越好，但是由于四水庫(kù)的自然生態(tài)條件存在差異，所以它們的Margalef氏多樣性指數(shù)D不存在可比性。

文峪河水庫(kù)夏季浮游植物的D明顯低于冬季，這是由于冬季氣候寒冷時(shí)浮游植物的數(shù)量迅速下降，而種類數(shù)沒(méi)有明顯變化。這也反映出文峪河水庫(kù)的浮游植物的生物多樣性在冬季要好于夏季。

汾河水庫(kù)浮游植物的D的變化趨勢(shì)與文峪河水庫(kù)相似，只是在10月份由于只監(jiān)測(cè)出9個(gè)屬的浮游植物，所以D最小只有0.49，這和Shannon-Weaver多樣性指數(shù)（H’）的評(píng)價(jià)結(jié)論相呼應(yīng)。

汾河二庫(kù)的D普遍較小，其中10月份最高也只有1.08，這是由于在本月水庫(kù)中共監(jiān)測(cè)出18個(gè)屬的浮游植物，種類較豐富。

澮河水庫(kù)由于監(jiān)測(cè)出浮游植物的數(shù)量較少，導(dǎo)致D都在1以上。

四座水庫(kù)多揮性指數(shù)D值見(jiàn)表2。

6 結(jié)論

根據(jù)以上四水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化和浮游植物的分析，可見(jiàn)水庫(kù)的污染狀況一般，富營(yíng)養(yǎng)化程度不嚴(yán)重，全年未發(fā)現(xiàn)水華爆發(fā)現(xiàn)象，但水庫(kù)依然存在進(jìn)一步富營(yíng)養(yǎng)化的趨勢(shì)。

表2 汾河流域大中型水庫(kù)浮游植物Margalef氏多樣性指數(shù)（D）表

從使用argalef氏多樣性指數(shù)（D）法和經(jīng)Lloyd簡(jiǎn)化后的Shannon-Weaver多樣性指數(shù)（H’）法對(duì)四水庫(kù)浮游植物的生物多樣性的分析結(jié)果看，水庫(kù)浮游植物的生物多樣性目前處在中等水平，這與水庫(kù)的污染和富營(yíng)養(yǎng)化的狀況相對(duì)應(yīng)。但是也偶然會(huì)有個(gè)別月份水庫(kù)中浮游植物的生物多樣性會(huì)下降，如汾河水庫(kù)的10月份和澮河水庫(kù)的11月份，這與水庫(kù)水環(huán)境的變化有關(guān)，也和分析評(píng)價(jià)方法的選擇有關(guān)。

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