湘江長(zhǎng)沙段浮游植物區(qū)系組成及水質(zhì)評(píng)價(jià)初步研究

張 校，肖 玲，劉應(yīng)迪

(湖南師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，中國 長(zhǎng)沙 410081)

湘江是湖南人民的母親河，它由南向北從昭山進(jìn)入長(zhǎng)沙市區(qū)，經(jīng)三汊磯轉(zhuǎn)向西北，是長(zhǎng)沙市居民生活和工業(yè)用水的重要水源．湘江在長(zhǎng)沙城區(qū)內(nèi)水文情況改變較小，自凈能力不強(qiáng)，岸邊污染點(diǎn)明顯，易受到污染而形成富營養(yǎng)化，已受到有關(guān)部門及學(xué)術(shù)界廣泛關(guān)注[1-4]．

目前關(guān)于湘江水污染情況的研究相對(duì)較少，部分文獻(xiàn)涉及到重金屬污染的問題[5-8]，亦有少量關(guān)于湘江長(zhǎng)沙段水生浮游植物群落組成的研究[7]，有關(guān)湘江長(zhǎng)沙段浮游植物與水質(zhì)關(guān)系、利用浮游植物區(qū)系資料來進(jìn)行水質(zhì)評(píng)價(jià)等方面的研究，尚未見報(bào)道．

浮游植物廣泛分布于江河湖海，池塘溝渠，與人類的生活、生存有著極其密切的關(guān)系．人類生活污水和工業(yè)廢水的排放能不斷改變水體的化學(xué)成分，進(jìn)而影響水體中的藻類生長(zhǎng)[9]．通過研究藻類群落結(jié)構(gòu)和數(shù)量變化能夠反應(yīng)出研究區(qū)域水質(zhì)變化情況，同時(shí)，由于受納水體中不易降解的重金屬污染物在沉降和轉(zhuǎn)移的過程中會(huì)因?yàn)樯镒饔枚M(jìn)入水生生物體內(nèi)，因此通過調(diào)查水域內(nèi)的重金屬指示藻類還能得知被研究水體是否已被重金屬鹽污染[9]．

本項(xiàng)目運(yùn)用指示生物方法，調(diào)查了湘江及其周邊水體浮游植物的種類，利用耐污染藻類的指示作用，并結(jié)合水體理化指標(biāo)測(cè)定，對(duì)湘江長(zhǎng)沙段水質(zhì)評(píng)價(jià)進(jìn)行了初步研究，為湘江浮游植物區(qū)系組成研究及水質(zhì)監(jiān)測(cè)提供科學(xué)依據(jù)．

1 研究方法

1.1 樣品的采集

圖1 采樣點(diǎn)分布示意圖

根據(jù)湘江長(zhǎng)沙段主城區(qū)江段情況，由北向南設(shè)定3個(gè)采樣點(diǎn)(S1，S2，S3)，采樣點(diǎn)避開回水區(qū)、排污口(圖1)．采樣時(shí)間為2010年10月至2011年9月，頻率每月1次．

采樣水質(zhì)指標(biāo)測(cè)定包括水溫、pH、透明度、溶氧量(DO)等．浮游植物樣品的采集采用浮游生物網(wǎng)(0.064 mm)進(jìn)行∞方法撈取，采樣點(diǎn)每次采樣固定∞撈取法往返80次進(jìn)行，采集層面為水面至面下30 mm的表層．采樣撈取結(jié)束后迅速拉起生物網(wǎng)將濃縮水樣裝入采集瓶，用蒸餾水將藻類洗入采樣瓶，得100 mL濃縮水樣，另取采樣點(diǎn)表層水樣300 mL返實(shí)驗(yàn)室后冷藏保存用于總氮(TN)、總磷(TP)檢測(cè)．

1.2 樣品的處理

濃縮水樣用甲醛固定，實(shí)驗(yàn)室自然沉降24 h，除去上層懸浮液75 mL得底層沉降濃縮液25 mL，制作裝片進(jìn)行顯微鏡觀察．結(jié)合查閱相關(guān)藻類分類學(xué)資料[10-15]進(jìn)行種類鑒定，采用計(jì)數(shù)板(求精XB-K-25，上海)進(jìn)行計(jì)數(shù)，在沉降瓶底部以星狀發(fā)散吸取17個(gè)點(diǎn)(中心1點(diǎn)外圍2層各8個(gè)點(diǎn))進(jìn)行取樣觀察．表層水樣采用國家水質(zhì)監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)分析法[16]進(jìn)行總氮總磷測(cè)定，平行樣數(shù)為3，結(jié)果取平均值．

1.3 水質(zhì)評(píng)價(jià)

分別采用：(1)Thunmark和Nygaard藻類種類商[17-19]；(2)柯克威茨(Lolkwitzh),馬遜(Marrson)的污水分帶[16-18]及津田松苗的水質(zhì)指示生物表[17-18,20]；(3)耐污染藻類指示作用[18]．

2 結(jié)果與分析

2.1 水體理化特征

采樣期水體理化指標(biāo)數(shù)據(jù)(圖2)顯示，銀盆嶺(S1)、江邊(S2)與猴子石(S3)采樣點(diǎn)調(diào)查期間DO值變化范圍為9.1～3.5，與溫度成反比，pH變化范圍5.5～6.5，偏酸性，透明度季節(jié)變化明顯．所有TN、TP數(shù)據(jù)均高于水體富營養(yǎng)化臨界值0.2 mg/L、0.02 mg/L，可見湘江長(zhǎng)沙段水體TN、TP含量已超標(biāo)，達(dá)富營養(yǎng)化水平．

A,采樣點(diǎn)S1各指標(biāo); B, 采樣點(diǎn)S2各指標(biāo); C, 采樣點(diǎn)S3各指標(biāo); D, 湘江整體透明度．溶氧量(DO)單位為mg/L，總氮、總磷(TN、TP)單位為mg/L，水溫T單位℃圖2 湘江各采樣點(diǎn)2010年10月至2011年9月水體理化指標(biāo)

2.2 浮游植物的種類組成

試驗(yàn)期間共采集藻類6門，43屬，61種．其中硅藻(Bacillariophyta)18屬共29種占45%，綠藻(Chlorophyta)16屬共24種占38%，藍(lán)藻(Cyanophyta)5屬共5種占8%，裸藻(Euglenophyta)2屬共4種占6%，黃藻(Xanthophyta)1屬占1.5%共1種，甲藻門(Dinophyta)1屬占1.5%共1種．

采樣期間，S1采樣點(diǎn)共采集種類5門，37屬，49種，其中硅藻17屬共26種，綠藻14屬共16種，藍(lán)藻3屬共3種，裸藻2屬共3種，黃藻1屬共1種．S2采樣點(diǎn)共采集5門39屬54種，其中硅藻18屬共29種，綠藻13屬共17種，藍(lán)藻4屬共4種，裸藻3屬共4種，黃藻1屬共1種．S3采樣點(diǎn)共采集6門，42屬，58種，其中硅藻18屬共28種，綠藻15屬共20種，裸藻4屬4種，裸藻3屬共4種，黃藻1屬共1種，甲藻1屬共1種．具體藻類及出現(xiàn)地點(diǎn)見表1．

湘江浮游植物生物組成較豐富，3個(gè)采樣點(diǎn)種類差別不明顯，種類數(shù)量自北向南增多．各采樣點(diǎn)均有藍(lán)藻、綠藻、硅藻和裸藻．硅藻在各采樣點(diǎn)連續(xù)采樣期間變化較小，綠藻在春季種類增加明顯．

湘江在調(diào)查期間浮游植物種類數(shù)量變化的基本規(guī)律為春季上升，夏、秋豐水期下降，冬季枯水期裸藻小幅度繁殖，這是因?yàn)樨S水期水體流量大，藻類個(gè)體密度較小的緣故．硅藻采樣期間各月均有出現(xiàn)，直鏈藻屬(Melosira)、菱形藻屬(Nitzschia)與針桿藻屬(Synedra)為常見種類；綠藻在春秋季繁殖較明顯；裸藻在冬季有小幅度的繁殖期，原因?yàn)槎鞠娼闪髁魉贉p慢枯水嚴(yán)重，水體中的營養(yǎng)鹽成分大量滯留，給裸藻繁殖提供了有利條件．

2.3 湘江長(zhǎng)沙段水質(zhì)藻類生態(tài)學(xué)評(píng)價(jià)

2.3.1 藻類種類商 依據(jù)Thunmark和Nygaard提出的以下藻類種類商[17-19]計(jì)算公式，根據(jù)不同藻類類群與有機(jī)污染和營養(yǎng)物的相關(guān)性求出商值，劃分水質(zhì)類型．

藍(lán)藻商、綠藻商、硅藻商，0～1為貧營養(yǎng)型，1～5為富營養(yǎng)型，5～15為重富營養(yǎng)型．復(fù)合藻商<1為貧營養(yǎng)型，1～2.5為弱富營養(yǎng)型，3～5為中度富營養(yǎng)型，5～20為重度富營養(yǎng)型，20～43為超重富營養(yǎng)型．偶然出現(xiàn)的低頻率藻不納入本次藻類商計(jì)算．

由藻類種類商計(jì)算結(jié)果可知(表2)，湘江藍(lán)藻商與硅藻商所指示的污染水平不高，綠藻商及復(fù)合藻商所指示的污染水平達(dá)到富營養(yǎng)型至重富營養(yǎng)型．不同季節(jié)的藻商計(jì)算表明，二、三季度藻商高于一、四季度，與夏秋季藻類種類多于春冬季有關(guān)．

表1 湘江長(zhǎng)沙段浮游植物的種類與組成

表2 各采樣點(diǎn)藻類種類商

2.3.2 污染指示種類對(duì)環(huán)境的指示作用 所謂指示生物，是指以某些種類的存在或者消失作為監(jiān)測(cè)指標(biāo)．這是最經(jīng)典的一種生物監(jiān)測(cè)方法，已具有悠久的歷史．公認(rèn)的“指示種類”應(yīng)用鼻祖為L(zhǎng)olkwitzh和Marrson[17-18]．他們從1908年開始提出指示河流有機(jī)污染的污水生物系統(tǒng)，為各個(gè)污染帶舉出了不同的“指示生物”，在指示一般有機(jī)污染方面取得了較好效果，在國外和我國都得到較廣泛的應(yīng)用．

根據(jù)Lolkwitzh和Marrson的藻類污水生物體系[17-18]，并參考津田松苗的水質(zhì)指示生物表[20]，對(duì)S1～S3各采樣點(diǎn)進(jìn)行污染程度分帶評(píng)價(jià)，結(jié)果如表3所示．各采樣點(diǎn)均檢測(cè)到了α-中污帶和β-中污帶的多種藻類指示種，以及多污帶的少量指示種，表明湘江長(zhǎng)沙段污染比較嚴(yán)重，整體達(dá)到α-中污帶和β-中污帶的水平．

在耐污染藻類指示作用方面，湘江各采樣采集到耐有機(jī)污染的指示種及重金屬Cr、Zn等的指示種(表3)，表明湘江長(zhǎng)沙段及后湖受到嚴(yán)重的有機(jī)污染，及重金屬Cr、Zn等的污染，這與湘江被排入大量城市生活及餐飲、航運(yùn)和漁船廢水，后湖周圍居民在后湖周圍傾倒廢水與生活垃圾有關(guān)．同時(shí)，湘江長(zhǎng)沙段的上游江段的重金屬污染對(duì)湘江長(zhǎng)沙段水質(zhì)的影響也不容忽視．

湘江長(zhǎng)沙段及其周邊水體中均發(fā)現(xiàn)了大量直鏈屬硅藻，繁殖時(shí)會(huì)影響水體的感觀和散發(fā)臭味，也易堵塞水廠濾池口[21]，降低養(yǎng)殖產(chǎn)量．

表3 污染指示種屬及出現(xiàn)地點(diǎn)

3 討論

湘江流域是湖南經(jīng)濟(jì)發(fā)展條件最好、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平最高、生產(chǎn)力要素最密集的區(qū)域．近些年來，湘江沿岸不斷發(fā)展的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所帶來的超標(biāo)排放，使得江水富營養(yǎng)化不斷加劇，并伴隨重金屬污染，水質(zhì)不斷下降，對(duì)沿岸廣大人民群眾的生產(chǎn)生活及用水安全帶來潛在威脅，已引起有關(guān)部門及學(xué)術(shù)界廣泛關(guān)注．但是，涉及到湘江水質(zhì)評(píng)價(jià)方面的基礎(chǔ)理論和應(yīng)用研究還很不夠，文獻(xiàn)報(bào)道也較少．林希建等[3]曾發(fā)表2000～2005年湘江水質(zhì)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)結(jié)果，所采用的氨氮指標(biāo)顯示長(zhǎng)沙段江水超標(biāo)率比較高，重金屬鎘、汞等也嚴(yán)重超標(biāo)，且枯水期比豐水期超標(biāo)更多．劉晶等[22]也調(diào)查表明湘江在2006～2007年長(zhǎng)期處于Ⅲ類水質(zhì)．本項(xiàng)目于2010年4～9月(相當(dāng)于豐水期)在湘江長(zhǎng)沙段3個(gè)取樣點(diǎn)上(S1～S3)共獲取18組數(shù)據(jù)(圖2)，反映出長(zhǎng)沙段江水受到氮磷的嚴(yán)重污染，再一次警示我們，湘江水體的治理和保護(hù)刻不容緩．

本項(xiàng)目首次運(yùn)用指示生物方法評(píng)價(jià)湘江水質(zhì)進(jìn)行了初步研究．藻商的評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，湘江整體上屬富營養(yǎng)型(而后湖和桃子湖達(dá)重度富營養(yǎng)型)；污染程度分帶評(píng)價(jià)顯示湘江長(zhǎng)沙段整體上達(dá)到α-中污和β-中污水平．這一結(jié)果與化學(xué)檢測(cè)結(jié)果基本吻合，說明運(yùn)用指示生物方法來評(píng)價(jià)湘江水質(zhì)具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值．

值得一提的是，作者在湘江各樣點(diǎn)鑒定出多種耐重金屬污染藻類，顯示江水受到重金屬鎘、鋅和銅等的污染，這一點(diǎn)也與李杰等[23]重金屬檢測(cè)的結(jié)果相吻合．指示生物法是根據(jù)某種生物的存在與否來判斷水環(huán)境的污染情況，方法簡(jiǎn)便易行，但單純以某種藻類是否出現(xiàn)來進(jìn)行污染程度的劃分還存在一定的局限性．且本文未就江水重金屬濃度作同步分析，難以佐證有關(guān)指示生物方法所得出的結(jié)果，這方面的問題還有待進(jìn)一步研究．

某種浮游植物要作為“指示生物”，必須對(duì)這一種類與某種污染物的關(guān)系及其忍受范圍有確切的了解，目前此方面的相關(guān)資料還有待加強(qiáng)．

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