殷 燕,劉玉飛，徐 軍,王潔屏，徐 意，戴 娟

(1. 浙江鼎清環(huán)境檢測(cè)技術(shù)有限公司，杭州 310003;2. 杭州市生態(tài)環(huán)境局臨安分局，杭州 310003; 3. 浙江農(nóng)林大學(xué)暨陽學(xué)院，杭州 310003)

前 言

浮游植物是水體中的初級(jí)生產(chǎn)者，不同的藻類對(duì)環(huán)境中污染物的敏感響應(yīng)程度不同，其種類和數(shù)量的直接變化可以反映水體的污染性質(zhì)和程度，因此被廣泛用于水生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)[1～4]。例如葉麟等[1]基于浮游植物群落指數(shù)評(píng)價(jià)出三峽水庫水生態(tài)系統(tǒng)健康狀況較好。但以往，浮游植物的調(diào)查與研究多以單一水體為主，如水庫[5～7]、湖泊[8～10]、濕地[11-12]及河流[13-14]等，而在同一地區(qū)的不同水體之間進(jìn)行浮游植物多樣性調(diào)查與評(píng)價(jià)的研究報(bào)道甚少[15]。

臨安地處浙江省西北部，屬杭州市管轄，東臨余杭區(qū)，南連富陽區(qū)、桐廬縣、淳安縣。臨安區(qū)內(nèi)有著清涼峰國(guó)家自然保護(hù)區(qū)、天目山國(guó)家自然保護(hù)區(qū)以及青山湖國(guó)家森林公園，自然資源極具豐富，已知的生物資源已經(jīng)達(dá)到7 000余種，是全球生物多樣性研究的熱點(diǎn)地區(qū)之一[16-17]。目前，對(duì)臨安區(qū)生物多樣性的研究主要集中于高等植物和陸生動(dòng)物等[16-17]，鮮有對(duì)其水生生物多樣性的研究報(bào)道。而臨安境內(nèi)水系豐富，有天目溪、昌化溪、分水江、英公水庫、里畈水庫、青山湖等。盛海燕等[18]和施沁璇等[19]僅對(duì)青山湖進(jìn)行了浮游植物的調(diào)查與分析，有關(guān)臨安區(qū)境內(nèi)水系浮游植物多樣性的調(diào)查研究還尚未有報(bào)道。

2019年12月26日，浙江省生態(tài)環(huán)境廳發(fā)布了《關(guān)于開展重點(diǎn)區(qū)域生物多樣性調(diào)查評(píng)估工作的通知(浙環(huán)發(fā)﹝2019﹞25號(hào))》，決定在麗水、舟山等29個(gè)市(區(qū))開展生物多樣性本底調(diào)查，在此基礎(chǔ)之上，在臨安區(qū)開展水生生物多樣性本底調(diào)查。本研究通過調(diào)查臨安區(qū)不同水體中夏季浮游植物的種類組成及分布情況，全面掌握浮游植物多樣性現(xiàn)狀，從而進(jìn)一步深入了解臨安區(qū)境內(nèi)水系生態(tài)健康現(xiàn)狀及富營(yíng)養(yǎng)化狀況，以期為城市地表水體生態(tài)保護(hù)及管理政策的制定提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況及采樣點(diǎn)布設(shè)

臨安區(qū)介于東經(jīng)118°51′～119°52′，北緯29°56′～30°23′之間。東西長(zhǎng)約100km，南北寬約50km，總面積3 126.8km2。臨安境內(nèi)有南苕溪、中苕溪、天目溪和昌化溪等4條主要溪流，分屬長(zhǎng)江和錢塘江2大水系[17]。根據(jù)臨安區(qū)水系特征，在2020年5月26日～6月2日期間，選取了11處具有代表性的典型水體作為研究對(duì)象，共設(shè)置了26個(gè)采樣點(diǎn)。它們分別為青山水庫(1～5號(hào)采樣點(diǎn))、水濤莊水庫(7～8號(hào)采樣點(diǎn))、里畈水庫(10～11號(hào)采樣點(diǎn))、英公水庫(17～18號(hào)采樣點(diǎn))、青山殿水庫(20號(hào)采樣點(diǎn))、華光潭一級(jí)水庫(25號(hào)采樣點(diǎn))、昌化溪(21～24, 26號(hào)采樣點(diǎn))、天目溪(12～13、15～16、19號(hào)采樣點(diǎn))、分水江(14號(hào)采樣點(diǎn))、中苕溪(6號(hào)采樣點(diǎn))、南苕溪(9號(hào)采樣點(diǎn))。具體如圖1所示。

圖1 采樣點(diǎn)分布Fig.1 Location of sampling sites

1.2 樣品采集與鑒定

浮游植物樣品采集頻次為一次，分為定樣和定量采樣。定性樣品用25號(hào)浮游生物網(wǎng)在水體表層做∞字來回拖動(dòng)3～5min撈取，加入5～10mL的魯哥氏液固定；定量樣品在水體表層0～0.5m處采集1L，加入15mL的魯哥氏液固定，帶回實(shí)驗(yàn)室沉淀濃縮至30mL供鏡檢[20]。浮游植物定量計(jì)數(shù)用0.1mL浮游植物計(jì)數(shù)框在10×40倍光學(xué)顯微鏡下觀察。每個(gè)標(biāo)本計(jì)數(shù)2次求平均值，一般每次計(jì)數(shù)100個(gè)視野，每次計(jì)數(shù)的結(jié)果與其平均值之差應(yīng)不大于±15%。根據(jù)濃縮倍數(shù)換算為每升水樣中的細(xì)胞數(shù)(cells/L)，即浮游植物的豐度。藻類的比重接近于1，故可以直接由藻類的體積換算為生物量(濕重)，單位為mg/L[20]。浮游植物全部鑒定到種，鑒定參考《中國(guó)淡水藻類：系統(tǒng)、分類及生態(tài)》《中國(guó)常見淡水浮游藻類圖譜》等書籍[21～24]。

常規(guī)理化指標(biāo)，如水溫、pH、透明度、溶解氧等利用水溫計(jì)，pH計(jì)、透明度盤和溶解氧測(cè)定儀現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)分析與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

浮游植物群落結(jié)構(gòu)采用Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H′)、Margalef物種豐富度指數(shù)(D)、Pielou均勻度指數(shù)(J)和物種優(yōu)勢(shì)度(Y)等參數(shù)分析。各參數(shù)計(jì)算公式如下[25-26]：

H′=-Σ(ni/N)×log2(ni/N)

(1)

D=(S-1)/lnN

(2)

J=H′/lnS

(3)

Y=(ni/N)×fi

(4)

式中：N為群落中所有物種的個(gè)體數(shù)；S為物種數(shù)；ni為第i個(gè)分類單元個(gè)體數(shù)；fi表示第i物種的出現(xiàn)頻率；Y≥0.02確定為優(yōu)勢(shì)種。

浮游植物多樣性評(píng)價(jià)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)見表1所示。

表1 浮游植物多樣性分級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Classification and evaluation criteria for phytoplankton biodiversity

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的處理及分析采用的軟件為Excel2010，作圖軟件為及Arcgis10.2。

2 結(jié)果與討論

2.1 浮游植物群落組成特征

由表2可看出，本次從臨安區(qū)全境內(nèi)采集的定性水樣中，共鑒定出浮游植物7門50屬74種，其中，有硅藻門(Bacillariophyta)物種18種，占總物種數(shù)的24.3%；有綠藻門(Chlorophyta)物種32種，占43.2%；有藍(lán)藻門(Cyanophyta)7種，占比9.5%；有裸藻門(Euglenophyta)物種9種，占12.2%；有甲藻門(Dinophyta)物種4 種，占5.4%；有隱藻門(Cryptophyta)物種3種，占比4.1%；黃藻門(Xanthophyta)1種，占1.35%。從上述結(jié)果中可以看出，綠藻門為占比最高的類群。

從表3可以看出，各采樣點(diǎn)種類數(shù)范圍在3～35種，各采樣點(diǎn)浮游植物群落組成差異顯著，青山水庫1號(hào)點(diǎn)共鑒定出物種35種，而天目溪的12號(hào)點(diǎn)位僅鑒定出物種3種。硅藻門分布最廣泛，每個(gè)采樣點(diǎn)均能采集到，其次是綠藻門，而黃藻門僅在極個(gè)別站位檢測(cè)到。

表2 臨安區(qū)水系夏季浮游植物名錄Tab.2 List of phytoplankton in Lin′An river system in summer

續(xù)表2

表3 各采樣點(diǎn)浮游植物密度、生物量及群落組成Tab.3 Density, biomass and community composition at different sampling sites

2.2 不同水體浮游植物豐度和生物量分析

夏季，臨安各采樣點(diǎn)浮游植物豐度為0.005～265.37×106cells/L，浮游植物平均豐度為26.73×106cells/L。各采樣點(diǎn)浮游植物生物量為0.01～164.43mg/L，浮游植物平均生物量為14.68 mg/L(表3)。按照不同水體生境類型來看，浮游植物豐度和生物量最大值出現(xiàn)在青山水庫，最小值出現(xiàn)在昌化溪。水庫浮游植物平均豐度和生物量分別為25.74×106cells/L、14.25 mg/L；河流浮游植物平均豐度和生物量分別為1.74×106cells/L、1.13 mg/L。水庫浮游植物豐度和生物量顯著高于河流，這與楊華等[27]對(duì)天津市河流和水庫浮游植物的調(diào)查結(jié)果一致。

由圖2和圖3可知，調(diào)查期間臨安各水體夏季浮游植物相對(duì)豐度差異顯著。青山水庫藍(lán)藻門相對(duì)豐度為75.5%，占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，其次為綠藻門，其余門類占比均小于2%，這與盛海燕等[18]在青山水庫調(diào)查的結(jié)果一致，其在2009年調(diào)查發(fā)現(xiàn)青山水庫夏季也主要以藍(lán)藻、綠藻為主。臨安主要飲用水源地里畈水庫綠藻門相對(duì)豐度為55.2%，占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，其次為隱藻門；水濤莊水庫以硅藻門為主，相對(duì)豐度占比為47.5%。反觀臨安區(qū)河流生境類型，南苕溪、天目溪和昌化溪硅藻門相對(duì)豐度占比最高，分水江藍(lán)藻門、硅藻門和綠藻門相對(duì)豐度分布比較均勻。

圖2 不同水庫浮游植物豐度組成Fig.2 Composition of phytoplankton abudace in different reservois

圖3 不同河流浮游植物豐度組成Fig.3 Composition of phytoplankton abundace in different rivers

2.3 不同水體浮游植物優(yōu)勢(shì)種比較

在本次調(diào)查中，不同生境環(huán)境其水體浮游植物優(yōu)勢(shì)種不同，此次臨安區(qū)調(diào)查有19種浮游植物的優(yōu)勢(shì)度指數(shù)大于0.02，主要來源于藍(lán)藻門、硅藻門和綠藻門。研究表明，中國(guó)水體的浮游植物也主要以綠藻、藍(lán)藻和硅藻為主[28-29]，本研究也得到同樣的結(jié)果。如表4所示，青山水庫的浮游植物優(yōu)勢(shì)種是藍(lán)藻門的優(yōu)美平裂藻、圓胞束球藻和綠藻門的項(xiàng)圈鼓藻；水濤莊水庫的浮游植物優(yōu)勢(shì)種主要是硅藻門的梅尼小環(huán)藻和披針形曲殼藻；昌化溪的浮游植物優(yōu)勢(shì)種主要是卷曲魚腥藻、梅尼小環(huán)藻、簡(jiǎn)單舟形藻、近緣橋彎藻，而天目溪的浮游植物優(yōu)勢(shì)種則主要為假魚腥藻、鈍脆桿藻。整體上來看，不同水體浮游植物優(yōu)勢(shì)種有交叉現(xiàn)象，如硅藻門的梅尼小環(huán)藻作為優(yōu)勢(shì)種出現(xiàn)在了6個(gè)不同的水體環(huán)境中，披針形曲殼藻則為3個(gè)不同水體的優(yōu)勢(shì)種。

表4 臨安各水體浮游植物優(yōu)勢(shì)種及其優(yōu)勢(shì)度Tab.4 Dominant species and their dominance of phytoplankton in different water bodies in Lin′An

2.4 不同水體浮游植物多樣性評(píng)價(jià)分析

表5給出了臨安區(qū)浮游植物群落Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H′)、Margalef豐富度指數(shù)(D)和Pielou均勻度指數(shù)(J)。圖4為此次調(diào)查過程中現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的水溫、pH、溶解氧及透明度數(shù)據(jù)。

調(diào)查期間，pH值范圍在7.45～9.35之間，溶解氧范圍在4.4～10.6之間，水溫在20.1～28.5℃之間。透明度則體現(xiàn)出極大的空間分布差異，最低值出現(xiàn)在青山水庫0.57m，最高值出現(xiàn)在里畈水庫為2.5m，5條河流透明度無顯著差異(P>0.05)，平均值為0.83m。pH與溶解氧的空間分布趨勢(shì)較為一致。

臨安浮游植物群落的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)范圍為1.17～3.47，平均值為2.50。8號(hào)點(diǎn)水濤莊水庫的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)最大，而青山水庫3號(hào)點(diǎn)的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)最小。根據(jù)Shannon-Wiener多樣性指數(shù)水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，此次調(diào)查站位53.8%的站位的水體為輕度污染，23.1%站位的水體為清潔，而23.1%的站位的水體為中度污染，無重度污染水體。

表5 各采樣點(diǎn)浮游植物群落多樣性指數(shù)Tab.5 Diversity index of phytoplankton communities at different sampling sites

圖4 各采樣點(diǎn)pH、DO和水溫、透明度Fig.4 The pH, DO, water temperature and transperancy at different sampling sites

臨安浮游植物群落的Margalef豐富度指數(shù)為0.94～3.77，平均值為2.46。4號(hào)點(diǎn)青山水庫Margalef豐富度指數(shù)最大，而25號(hào)點(diǎn)華光潭一級(jí)水庫的Margalef豐富度指數(shù)最小。根據(jù)表1的水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)： 由Margalef豐富度指數(shù)計(jì)算得出此次調(diào)查的站位50%水體為輕度污染，23%的站位水體為清潔和中度污染，只有1個(gè)站位的水體為重度污染。

臨安浮游植物群落的Pielou均勻度指數(shù)范圍為0.25～0.95，平均值為0.71。13號(hào)點(diǎn)東關(guān)溪的Pielou均勻度指數(shù)最大，而青山水庫3號(hào)點(diǎn)的Pielou均勻度指數(shù)最小。根據(jù)Pielou均勻度指數(shù)水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，此次調(diào)查站位88.5%的站位的水體為清潔或輕度污染，8.7%站位的水體為中度污染，僅有一個(gè)站位水體為重度污染水體。

綜合考慮這4種生物學(xué)指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果及各水體優(yōu)勢(shì)種的評(píng)價(jià)結(jié)果，青山水庫優(yōu)勢(shì)種主要是指示水體富營(yíng)養(yǎng)化的藍(lán)藻門和綠藻門，其Shannon-Wiener指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)評(píng)價(jià)出，監(jiān)測(cè)站位1、3號(hào)站點(diǎn)處于中度污染狀況，而Margalef豐富度指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果，青山水庫所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)均為清潔或輕度污染，未出現(xiàn)中度污染。蔡琨等[26]研究表明Margalef豐富度指數(shù)對(duì)對(duì)清潔和重度污染這兩種極端情況分辨能力較弱。Margalef豐富度指數(shù)主要是反映一個(gè)群落中屬數(shù)的變化趨勢(shì)，欠缺對(duì)重度污染的識(shí)別能力。除青山水庫外，臨安兩個(gè)飲用水源地里畈水庫和水濤莊水庫根據(jù)Shannon-Wiener指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)評(píng)價(jià)均顯示清潔或輕度污染的狀況，這與兩個(gè)水庫高透明度值也是相呼應(yīng)。

浮游植物處于河流生態(tài)系統(tǒng)的食物鏈?zhǔn)级?，生活周期短，?duì)水體環(huán)境變化也較為敏感[28]。本次調(diào)查發(fā)現(xiàn)，臨安區(qū)5條主要的河流其3種生物學(xué)評(píng)價(jià)指數(shù)均顯示處于清潔或輕度污染狀態(tài)。但江源等[28]認(rèn)為浮游植物多樣性指數(shù)在湖泊生態(tài)系統(tǒng)評(píng)價(jià)中應(yīng)用廣泛，而僅利用Shannon-Wiener指數(shù)和/或Pielou均勻度指數(shù)等多樣性指數(shù)來評(píng)價(jià)不同的河流較為單調(diào)。如何構(gòu)建適合河流生態(tài)系統(tǒng)特征的浮游植物指數(shù)評(píng)價(jià)模式，需要進(jìn)一步探討和研究。

3 結(jié) 論

3.1 夏季臨安區(qū)的6個(gè)水庫和5條河流中，共鑒定出浮游植物7門50屬74種(含變種)，其中有綠藻門浮游植物32種，有硅藻門浮游植物18種，有藍(lán)藻門浮游植物7種，有裸藻門浮游植物9種，有甲藻門浮游植物4 種，有隱藻門浮游植物3種以及黃藻門浮游植物1種。

3.2 臨安水庫浮游植物豐度和生物量顯著大于河流浮游植物豐度和生物量，各采樣點(diǎn)浮游植物豐度和生物量最高值出現(xiàn)在青山水庫，最小值出現(xiàn)在昌化溪。臨安各水體浮游植物優(yōu)勢(shì)種相互交叉，常見的有藍(lán)藻門假魚腥藻、硅藻門的梅尼小環(huán)藻、披針形曲殼藻等。

3.3 臨安河流浮游植物物種多樣性較好，評(píng)價(jià)水體水生態(tài)狀況為清潔或輕度污染。兩個(gè)飲用水源地里畈水庫和水濤莊水庫水生態(tài)狀況為清潔或輕度污染，表明飲用水源地水質(zhì)較好；而青山水庫部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)位Shannon-Wiener指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)均指征其水體正處于中度污染狀況。

3.4 浮游植物的生存及其種群狀況受自然環(huán)境條件影響極大，如水溫是被認(rèn)為是影響浮游植物生長(zhǎng)、繁殖、群落組成和數(shù)量變化的主要因素[27]，但此次調(diào)查只局限于夏季，雖然填補(bǔ)了臨安全域水系浮游植物多樣性狀況的空白，但上述結(jié)果僅僅是基于一次采樣的數(shù)據(jù)，調(diào)查區(qū)域后續(xù)仍要進(jìn)行其他季節(jié)以及年度的跟蹤監(jiān)測(cè)，更好地為當(dāng)?shù)毓芾聿块T掌握水生態(tài)健康及水污染治理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。