陳佳林，余海軍，王茜

大清河水系浮游植物多樣性分析及評價(jià)

陳佳林，余海軍，王茜通信作者

（天津農(nóng)學(xué)院水產(chǎn)科學(xué)學(xué)院，天津 300392）

對大清河水系2018年5月和8月的浮游植物多樣性進(jìn)行了監(jiān)測分析，結(jié)果表明大清河水系水體中共有浮游植物5門58種，物種較豐富。其中種數(shù)最多的為綠藻門22種，占總種數(shù)的37.93%；最少的為金藻門1種，占比為1.72%；藻細(xì)胞密度最大的為硅藻門6 004.33×106個(gè)/L，占總藻細(xì)胞密度的59.69%，最小的為金藻門3.76×106個(gè)/L，占比為0.04%；優(yōu)勢種為銅綠微囊藻（）、尖針桿藻（）、四角十字藻（）、二形柵藻（）、小席藻（）、尺骨針桿藻（）、螺旋弓形藻（）；浮游植物細(xì)胞密度時(shí)間、空間分布不均，變化較大。利用Shannon-Wiener 指數(shù)、Pielou指數(shù)和Margalef指數(shù)計(jì)算大清河水系浮游植物多樣性指數(shù)，綜合評價(jià)其水質(zhì)為中度污染。

大清河水系；浮游植物；多樣性分析

大清河系地處海河流域中部，東經(jīng)113°39′～117°34′，北緯38°10′～40°102′之間，它西起太行山，東臨渤海灣，北臨永定河，南界子牙河，河系跨山西、河北、北京、天津4省市，總面積43 060 km2。大清河發(fā)源于太行山東麓，分為南北兩支，北支為白溝河水系，主要支流有南、北拒馬河、小清河、琉璃河、中易水、北易水等。南支為趙王河水系，主要支流有瀑河、漕河、府河、唐河、潴龍河等，均匯入白洋淀[1]。大清河水系在冀中平原乃至海河流域都有著舉足輕重的地位，對華北地區(qū)的生態(tài)平衡和氣候調(diào)節(jié)起到關(guān)鍵作用[2]。

浮游植物是水域生態(tài)系統(tǒng)中最重要的初級生產(chǎn)者，是水中溶解氧的主要供應(yīng)者，是水域生態(tài)系統(tǒng)中食物網(wǎng)的啟動者，在水域生態(tài)系統(tǒng)的能量流動、物質(zhì)循環(huán)和信息傳遞中起著至關(guān)重要的作用。浮游生物對水體的營養(yǎng)狀況有一定的指示作用，具有常規(guī)理化參數(shù)所不具有的綜合性、長期性和靈敏性，被廣泛應(yīng)用于水質(zhì)的生物學(xué)評價(jià)[3]。

1 材料與方法

1.1 采樣時(shí)間與地點(diǎn)

分別于2018年5月和8月對大清河水系進(jìn)行2次采樣，共設(shè)25個(gè)采樣點(diǎn)，見表1。

表1 大清河水系采樣點(diǎn)位表

1.2 樣品的采集與處理

浮游植物定性樣品用25號浮游生物網(wǎng)（200目），在水下0.15 m處作“∞”字型拖曳3 min，入樣品瓶后加3 mL福爾馬林固定，保存于100 mL標(biāo)本瓶中帶回分析；浮游植物定量樣品則取1 L水樣于樣品瓶中，加15 mL魯哥氏液固定，帶回實(shí)驗(yàn)室充分靜置24 h后濃縮至50 mL，然后在顯微鏡下進(jìn)行種類鑒定和計(jì)數(shù)[4-5]。

1.3 數(shù)據(jù)分析方法

本文采用Shannon-Wiener多樣性指數(shù)（）、Margalef豐富度指數(shù)（）和Pielou均勻度指數(shù)（）來描述大清河水系的浮游植物群落結(jié)構(gòu)和多樣性特征，計(jì)算公式如下：

Shannon-Wiener多樣性指數(shù)（）：

Margalef物種豐富度指數(shù)（）：

—浮游植物種類的總數(shù)目；

P—第種個(gè)體數(shù)占總個(gè)體數(shù)的比例；

—所有個(gè)體的總數(shù)[6]。

2 結(jié)果與分析

2.1 浮游植物群落結(jié)構(gòu)組成

本次研究共鑒定出浮游植物5門58種，其中綠藻門種數(shù)最多，為22種，占總種數(shù)的37.93%；硅藻門次之，為18種，占比為31.03%；藍(lán)藻門13種，占比為22.41%；裸藻門4種，占比為6.90%；金藻門1種，占比為1.72%。各采樣點(diǎn)浮游植物種類組成和分布分別見圖1和表2、表3。從圖1和表2、表3看出，藍(lán)藻門、硅藻門和綠藻門是主要類群，優(yōu)勢種為銅綠微囊藻、尖針桿藻、四角十字藻、二形柵藻、小席藻、尺骨針桿藻、螺旋弓形藻。浮游植物細(xì)胞密度時(shí)間、空間分布不均，變化較大。

圖1 大清河水系浮游植物種類組成

表2 大清河5月浮游植物種類分布

注：“＋”表示檢出，下同

表3 大清河8月浮游植物種類分布

2.2 浮游植物的細(xì)胞密度變化

大清河水系水體中的藻細(xì)胞密度范圍為16.67×106個(gè)/L～297.05×106個(gè)/L，平均密度為111.33×106個(gè)/L。其中硅藻門的藻細(xì)胞密度最大，達(dá)6 004.33×106個(gè)/L，占總藻細(xì)胞密度的59.69 %，其次分別為藍(lán)藻門3 787.06×106個(gè)/L，占37.65 %，綠藻門244.37×106個(gè)/L，占2.43 %，裸藻門19.32×106個(gè)/L，占0.19 %，金藻門3.76×106個(gè)/L，占0.04 %。

5月水體中的細(xì)胞密度范圍為16.67×106個(gè)/L～127.21×106個(gè)/L，平均密度為42.98×106個(gè)/L，其中藻細(xì)胞密度最大的是3號點(diǎn)（郝家鋪），最少的是10號點(diǎn)（中唐梅）；8月水體中的細(xì)胞密度范圍為95.04×106個(gè)/L～297.05×106個(gè)/L，平均密度為179.69×106個(gè)/L，細(xì)胞密度最大的是18號點(diǎn)（安新橋），最少的點(diǎn)是7號（松山）。據(jù)國內(nèi)湖泊富營養(yǎng)化評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[7]（浮游植物密度＜30萬個(gè)/L為貧營養(yǎng)水平，（30～100）萬個(gè)/L為中營養(yǎng)水平，＞100萬個(gè)/L為富營養(yǎng)水平），由圖2可知大清河流域2018 年5 月和8 月浮游植物的平均密度均大于100萬個(gè)/L，整體屬于富營養(yǎng)水平。

圖2 大清河水系5月和8月各采樣點(diǎn)浮游植物藻細(xì)胞密度

2.3 生物多樣性分析

2.3.1 多樣性、豐富度和均勻度

大清河水系各采樣點(diǎn)的浮游植物通過Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)和豐富度指數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。Shannon-Wiener（）多樣性指數(shù)一般用來描述種的個(gè)體出現(xiàn)的紊亂和不確定性，該指數(shù)值越高，表明多樣性越高。計(jì)算結(jié)果顯示，5月的范圍為0.15～1.97，平均值為0.99，最大值出現(xiàn)在17號點(diǎn)（萬家碼頭），最小值出現(xiàn)在3號點(diǎn)（郝家鋪）；8月的范圍為0.07～1.66，平均值為0.88，最大值出現(xiàn)在15號點(diǎn)（南堤路），最小值出現(xiàn)在10號點(diǎn)（中唐梅）。Pielou（）均勻度指數(shù)是群落的實(shí)測多樣性與最大多樣性的比率，變動范圍在0～1之間，比率越高，多樣性越高，用它來評價(jià)生物多樣性水平更為直觀。計(jì)算結(jié)果顯示，5月的范圍在0.07～0.79，平均值為0.38；8月的范圍在0.04～0.69，平均值為0.37。Margalef（）豐富度指數(shù)是描述群落或生境中物種數(shù)目的多寡，其值越大，多樣性則越高。5月值范圍變動在1.44～5.51，平均值為3.42，最大值出現(xiàn)在22號點(diǎn)（圈頭），最小值出現(xiàn)在3號點(diǎn)（郝家鋪）；8月值范圍變動在1.00～3.33，平均值為2.38，最大值出現(xiàn)在7號點(diǎn)（松山），最小值出現(xiàn)在10號點(diǎn)（中唐梅）。綜合上述多樣性指數(shù)得出，大清河水系浮游植物多樣性較差。

2.3.2 浮游植物的生物多樣性對水質(zhì)的評價(jià)

近年來，多樣性指數(shù)常常被用作監(jiān)測環(huán)境污染的評價(jià)指標(biāo)[8]，多樣性指數(shù)對水質(zhì)評價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)見表4。

表4 多樣性指數(shù)對水質(zhì)評價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)[8]

多樣性指數(shù)對水質(zhì)評價(jià)的指標(biāo)一般認(rèn)為，浮游植物物種的生物多樣性高時(shí)水質(zhì)較好。根據(jù)5月和8月大清河水系Shannon-Weiner多樣性指數(shù)、Margalef豐富度指數(shù)所反映的特征對大清河水系水質(zhì)進(jìn)行評價(jià)的初步結(jié)果見圖3和圖4，5月Margalef指數(shù)浮動在3左右，表明水體的水質(zhì)介于中度污染和清潔之間，Shannon-Weiner多樣性指數(shù)浮動在1左右，表明水體水質(zhì)介于中度污染和重度污染之間；8月Margalef指數(shù)浮動在2.3左右，表明水體的水質(zhì)趨向介于中度污染和輕度污染之間，Shannon-Weiner多樣性指數(shù)浮動在1左右，表明水體水質(zhì)介于中度污染和重度污染之間。綜合上述，可初步認(rèn)為該流域水體全年的水質(zhì)介于重度污染和輕度污染之間，部分點(diǎn)位水質(zhì)較好，物種豐富度較高，而局部地域點(diǎn)位的物種豐富度較低，水質(zhì)較差，與取樣點(diǎn)受人類干擾程度及污染程度強(qiáng)弱有明顯關(guān)系。

圖3 大清河水系5月各采樣點(diǎn)浮游植物多樣性指數(shù)

圖4 大清河水系8月各采樣點(diǎn)浮游植物多樣性指數(shù)

3 討論

2018年5月和8月大清河水系水體中共鑒定出浮游植物5門58種，物種較為豐富，藍(lán)藻門和硅藻門是主要類群。其中25個(gè)采樣點(diǎn)中5月和8月的優(yōu)勢種均為銅綠微囊藻，而銅綠微囊藻是引起我國淺水河流湖泊“水華”的主要藻種[9]。藍(lán)藻“水華”爆發(fā)是水體富營養(yǎng)化常見的特征之一[10]?！八A”爆發(fā)通常造成水體透明度下降，溶解氧含量和生物多樣性降低，銅綠微囊藻還會分泌藻毒素，嚴(yán)重破壞水域生態(tài)系統(tǒng)平衡，直接影響工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及生活用水的質(zhì)量，從而威脅水體周圍生態(tài)環(huán)境安全及社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展[11]。WALLACE等[12]發(fā)現(xiàn)微囊藻水華爆發(fā)時(shí)，大量微囊藻以群體狀態(tài)漂浮在水體表層，致使其他浮游植物無法進(jìn)行光合作用而死；王奕玲等[13]指出對蝦養(yǎng)殖生產(chǎn)過程中，藻結(jié)構(gòu)以微囊藻為優(yōu)勢種時(shí)，會造成對蝦大量發(fā)病死亡；謝欽銘等[14]在探討微囊藻對輪蟲種群生長的影響中發(fā)現(xiàn)，高濃度銅綠微囊藻（1.0×106cells/mL）會導(dǎo)致輪蟲死亡；曹煜成等[15]研究發(fā)現(xiàn)，微囊藻細(xì)胞可導(dǎo)致對蝦急性中毒死亡。本次采樣調(diào)查中，5月和8月檢測出銅綠微囊藻密度最高的樣點(diǎn)均為3號點(diǎn)（郝家鋪），該樣點(diǎn)靠近人類集聚區(qū)，生活污水等可能未經(jīng)處理或處理不徹底排放，導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，適宜微囊藻生長，從而成為優(yōu)勢種。本次調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大清河水系2018年水體富營養(yǎng)化水平較高，相關(guān)部門應(yīng)加強(qiáng)大清河水系水環(huán)境的治理和污水排放的監(jiān)管力度，逐漸改善該水系的種群結(jié)構(gòu)，恢復(fù)生態(tài)平衡。

一般認(rèn)為，浮游植物物種的生物多樣性高時(shí)，水質(zhì)較好[8]。從本研究的結(jié)果看，以Margalef指數(shù)進(jìn)行評價(jià)的結(jié)果為大清河水系的水質(zhì)介于中度污染和清潔之間，物種豐富度相對較高；而以Shannon-Weiner指數(shù)對其評價(jià)，結(jié)果介于重度污染和中度污染之間，生物多樣性相對較低。究其原因，Margalef指數(shù)僅考慮群落的物種數(shù)量和總體密度，而忽略了個(gè)體數(shù)在各種種間的分配狀況[16]。而在Shannon-Weiner指數(shù)中，包含著種數(shù)和各種間個(gè)體分配均勻性兩個(gè)成分，各種之間，個(gè)體分配越均勻，值就越大。如果每一個(gè)體均屬于不同的種，多樣性指數(shù)就最大；如果每一個(gè)體都屬于同一種，則多樣性指數(shù)就最小。本次調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，各采樣點(diǎn)中浮游植物種數(shù)雖多，但個(gè)體密度分布不均，所以計(jì)算出的Shannon-Weiner指數(shù)數(shù)值偏小，這與王珊等[16]、劉存等[17]和方慷[18]的研究結(jié)果一致。另外，河道改造、植被種植、營養(yǎng)鹽輸入等一系列人為活動也會使浮游植物多樣性降低，從而導(dǎo)致利用生物指數(shù)評價(jià)水質(zhì)的結(jié)果偏低[18]。饒欽止等[19]認(rèn)為用于評價(jià)水質(zhì)的指標(biāo)多適用于天然水體，一般不適用于人為富營養(yǎng)狀態(tài)的水體。可見對于人類聚集區(qū)附近水體營養(yǎng)狀況的評價(jià)不能簡單地使用生物指標(biāo)。因此，用生物多樣性指數(shù)來評價(jià)水質(zhì)仍存在一定的局限性[20-22]，有待在今后的研究中進(jìn)一步深入探討。

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Analysis and evaluation of phytoplankton diversity in Daqinghe basin

Chen Jialin, Yu Haijun, Wang QianCorresponding Author

（College of Fisheries, Tianjin Agricultural University, Tianjin 300392, China）

The phytoplankton diversity of Daqinghe basin was analyzed in May and August in 2018. The results showed that there were a total of 58 species and 5 phyla in Daqinghe basin, indicating a high diversity of species. Among them, chlorophyceae were the main phytoplankton groups. There were 22 species of chlorophyte in the mainstream, accounting for 37.93% of the total phytoplankton species. The minority were chrysophyta accounting for 1.72%. Bacillariophyta had the maximum cell density of 6 004.33×106cell/L, accounting for 59.69% of the total cell density, while the chrysophyta were 3.76×106cell/L, accounting for 0.04%. The universal dominant species in the river were,,,s,,and. The cell density of phytoplankton hadunevenly spatial and temporal distribution. This paper used the Shannon-Wiener index, Pielou index and Margalef index to calculate the phytoplankton diversity of Daqinghe basin, indicating that the water quality in the Daqinghe basin was moderately polluted.

Daqinghe basin; phytoplankton; biodiversity

1008-5394（2020）04-0049-07

10.19640/j.cnki.jtau.2020.04.010

X824

A

2019-06-27

國家自然科學(xué)基金（31672264）

陳佳林（1993—），男，碩士在讀，主要從事水生生物多樣性研究。E-mail：cjl550594951@163.com。

王茜（1971—），女，副教授，博士，主要從事水生動物及昆蟲分子系統(tǒng)學(xué)研究。E-mail：wqgt1999@163.com。

責(zé)任編輯：張愛婷