長壽湖浮游植物多樣性及水質(zhì)評價

閆蘇蘇，劉朔孺,，雷波

(1.重慶大學(xué)城市建設(shè)與環(huán)境工程學(xué)院，重慶 400045; 2.重慶市環(huán)境科學(xué)研究院，重慶 401147)

長壽湖浮游植物多樣性及水質(zhì)評價

閆蘇蘇1，劉朔孺1,2，雷波2

(1.重慶大學(xué)城市建設(shè)與環(huán)境工程學(xué)院，重慶 400045; 2.重慶市環(huán)境科學(xué)研究院，重慶 401147)

2013年3月至2014年2月對長壽湖7個采樣點進行逐月調(diào)查，共鑒定出浮游植物84種，隸屬7門55屬，綠藻門和硅藻門為長壽湖浮游植物最主要群落組成。全年Margalef 種類豐富度指數(shù)d的變化范圍為1.08～2.00，Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)H′的變化范圍為2.03～3.95，Pielou均勻度指數(shù)J的變化范圍為0.39～0.76，秋、冬季水質(zhì)狀況優(yōu)于春、夏季。各區(qū)域采樣點多樣性指數(shù)差異較小，Margalef 種類豐富度指數(shù)d表現(xiàn)為西北部湖區(qū)較高，中部東部湖區(qū)采樣點次之；Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)H′及Pielou均勻度指數(shù)J均表現(xiàn)為中部湖區(qū)較高，西北部、東部湖區(qū)次之，西北部及中部湖區(qū)水質(zhì)狀況優(yōu)于東部湖區(qū)。綜合三種多樣性指數(shù)初步評價，研究區(qū)域全年水質(zhì)處于中-無污染狀態(tài)。

浮游植物；多樣性指數(shù)；水質(zhì)評價

長壽湖又稱獅子灘水庫，建成于1954年，大壩位于重慶市長壽區(qū)長壽湖鎮(zhèn)，主要來水為龍溪河，是龍溪河流域下游控制性水庫，湖水流經(jīng)長壽城區(qū)匯入長江。長壽湖由中部湖區(qū)、東部湖區(qū)和西北部湖區(qū)構(gòu)成，是長壽區(qū)重要的飲用水水源地，具有生物多樣性保護、生態(tài)旅游等重要的生態(tài)功能。目前對長壽中氮磷、重金屬污染情況研究較多[1-4]，而浮游植物及水質(zhì)評價的相關(guān)研究報道較少。

浮游植物是湖泊水域生物群落的重要組成部分，是水生生態(tài)系統(tǒng)的重要初級生產(chǎn)者,其演替規(guī)律受到相關(guān)物理、化學(xué)、生物和氣候等環(huán)境因子的影響[5-8]。浮游植物可以綜合反映水質(zhì)狀況，在水質(zhì)監(jiān)測中常被用作水質(zhì)污染指示生物及評價水質(zhì)污染狀況[9-11]。因此，對長壽湖浮游植物多樣性指數(shù)在時間和空間上的變化進行分析，探究其反映水生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定性及在時空上的變化規(guī)律，從而進行水質(zhì)評價，為全面了解長壽湖水環(huán)境質(zhì)量提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 采樣點及采樣時間

為全面了解長壽湖各區(qū)域環(huán)境因子及浮游植物的變化規(guī)律，設(shè)置7個點位：打鼓坪、石塔坡、興龍灣、觀音橋、萬壽、三臺和大壩口(圖1)。其中打鼓坪、石塔坡和興龍灣位于湖區(qū)西北部；觀音橋和萬壽位于湖區(qū)中部；三臺和大壩口位于湖區(qū)東部。采樣時間為2013年3月至2014年2月(春季3—5月、夏季6—9月、秋季10—11月、冬季12—2月)，每月采樣一次。

圖1 長壽湖采樣點分布Fig.1 The sampling sites in Changshou Lake

1.2 樣品采集與分析

浮游植物樣品是取表層以下0.5 m處水樣1000 mL，加入15 mL魯哥試劑固定，在實驗室中靜置沉淀48 h后濃縮至50 mL，使用0.1 mL計數(shù)框進行鑒定[12]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

用Excle對浮游植物生物多樣性指數(shù)： Margalef 種類豐富度指數(shù)(d)、Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)(H′)和 Pielou 均勻度指數(shù)(J)進行計算。

Margalef 種類豐富度指數(shù)：d=(S-1)/log2N

Pielou 均勻度指數(shù)：J=H′/log2S

式中，Pi為第i種浮游植物個體數(shù)在總個體數(shù)中的比例；N為浮游植物所有種個體總數(shù)；S為浮游植物總種類。

Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)和Margalef 種類豐富度指數(shù)在0～1時為重污染、1～3時為中污染、大于3時為輕污染；Pielou 均勻度指數(shù)在0～0.3時為重污染、0.3～0.5時為中污染、大于0.5時為輕污染。

2 結(jié)果與分析

2.1 浮游植物組成

2013年3月至2014年2月對長壽湖流域7個采樣點位進行逐月調(diào)查，共鑒定出浮游植物84種，隸屬7門、11綱、18目、30科、55屬。綠藻門和硅藻門為長壽湖浮游植物最主要群落組成，其中，綠藻門種類數(shù)最多，為23屬41種，占浮游植物種數(shù)的48.81%。藍藻門細胞密度比例最高，占總密度的48.48%，隱藻門、硅藻門次之，分別占總密度的18.81%和18.08%。

2.2 浮游植物多樣性指數(shù)季節(jié)變化

長壽湖多樣性指數(shù)季節(jié)變化見表1。Margalef 種類豐富度指數(shù)d的季節(jié)變化表現(xiàn)為：秋季(1.63)>冬季(1.60)>夏季(1.56)>春季(1.45)，全年變化范圍為1.08～2.00。Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)H′的季節(jié)變化表現(xiàn)為：秋季(3.64)>夏季(3.31)>冬季(3.27)>春季(3.02)，全年變化范圍為2.03～3.95。Pielou均勻度指數(shù)J的季節(jié)變化表現(xiàn)為：秋季(0.71)>冬季(0.62)>夏季(0.61)>春季(0.57)，全年變化范圍為0.39～0.76。

2.3 多樣性指數(shù)空間變化

長壽湖多樣性指數(shù)的四季空間變化趨勢見圖2、3、4、5。春季Margalef 種類豐富度指數(shù)d的變化范圍為1.08～1.94，最高值和最低值分別出現(xiàn)在觀音橋和大壩口；Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)H′的變化范圍為2.03～3.73，浮動范圍較大，最高值采樣點與Margalef 種類豐富度指數(shù)d相同，出現(xiàn)在觀音橋，最低值出現(xiàn)在三臺；Pielou均勻度指數(shù)J的變化范圍為0.39～0.66，浮動范圍較小，與Margalef 種類豐富度指數(shù)d及Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)H′最高值采樣點相同，出現(xiàn)在觀音橋，最低值采樣點與Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)H′相同，出現(xiàn)在三臺。

夏季Margalef 種類豐富度指數(shù)d的變化范圍為1.28～2.00，最高值出現(xiàn)在石塔坡，最低值出現(xiàn)在大壩口，與春季最低值采樣點相同；Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)H′的變化范圍為2.83～3.95，變化趨勢與Margalef 種類豐富度指數(shù)d較為相似，最高值出現(xiàn)在打鼓坪，最低值出現(xiàn)在萬壽；Pielou均勻度指數(shù)J的變化范圍為0.55～0.71，與Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)H′一樣，最高值出現(xiàn)在打鼓坪，最低值出現(xiàn)在萬壽。

表1 長壽湖多樣性指數(shù)變化

圖2 春季浮游植物多樣性指數(shù)變化Fig.2 The phytoplankton diversity index changes in spring

圖3 夏季季浮游植物多樣性指數(shù)變化Fig.3 The phytoplankton diversity index changes in summer

圖4 秋季季浮游植物多樣性指數(shù)變化Fig.4 The phytoplankton diversity index changes in autumn

圖5 冬季浮游植物多樣性指數(shù)變化Fig.5 The phytoplankton diversity index changes in winter

秋季Margalef 種類豐富度指數(shù)d的變化范圍為1.41～2.00，最高值出現(xiàn)在打鼓坪，最低值出現(xiàn)在三臺；Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)H′的變化范圍為3.25～3.95，最高值出現(xiàn)在打鼓坪，與夏季最高值采樣點相同，最低值出現(xiàn)在石塔坡；Pielou均勻度指數(shù)J的變化范圍為0.62～0.76，最高值出現(xiàn)在萬壽，最低值出現(xiàn)在石塔坡。

冬季Margalef 種類豐富度指數(shù)d的變化范圍為1.44～1.69，變化范圍為四季最小，最高值出現(xiàn)在大壩口，最低值出現(xiàn)在三臺，與秋季最低值采樣點相同；Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)H′的變化范圍為2.61～3.72，最高值出現(xiàn)在三臺，最低值出現(xiàn)在石塔坡，與夏、秋季最低值采樣點相同；Pielou均勻度指數(shù)J的變化范圍為0.50～0.72，，最高值出現(xiàn)在三臺，最低值出現(xiàn)在石塔坡，與秋季最低值采樣點相同。

整體來看，各區(qū)域采樣點差異較小，Margalef 種類豐富度指數(shù)d表現(xiàn)為西北部湖區(qū)較高，中部東部湖區(qū)采樣點次之；Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)H′及Pielou均勻度指數(shù)J均表現(xiàn)為中部湖區(qū)較高，西北部、東部湖區(qū)次之。

2.4 多樣性指數(shù)對長壽湖水質(zhì)評價

Margalef 種類豐富度指數(shù)d、Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)H′及Pielou均勻度指數(shù)J對水質(zhì)的評價標(biāo)準見表2。

表2 多樣性指數(shù)評價標(biāo)準

長壽湖Margalef 種類豐富度指數(shù)d、Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)H′及Pielou均勻度指數(shù)J的水質(zhì)評價結(jié)果見表3至表6。

春季Margalef 種類豐富度指數(shù)d的綜合評價結(jié)果為中污染，各采樣點的評價結(jié)果也都為中污染；Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)H′的綜合評價結(jié)果為無污染，除萬壽、三臺和大壩口為β-中污染，其余各采樣點均為無污染；Pielou均勻度指數(shù)J的綜合評價結(jié)果為無污染，除三臺為中污染外，其余各采樣點均為無污染。

表3 春季浮游植物多樣性指數(shù)評價

夏季Margalef 種類豐富度指數(shù)d的綜合評價結(jié)果為中污染，各采樣點的評價結(jié)果也都為中污染；Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)H′的綜合評價結(jié)果為無污染，除萬壽為β-中污染，其余各采樣點均為無污染；Pielou均勻度指數(shù)J的綜合評價結(jié)果為無污染，除三臺為中污染外，其余各采樣點均為無污染。

表4 夏季浮游植物多樣性指數(shù)評價

秋季Margalef 種類豐富度指數(shù)d的綜合評價結(jié)果為中污染，各采樣點的評價結(jié)果也都為中污染；Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)H′和Pielou均勻度指數(shù)J的綜合評價結(jié)果均為為無污染，各采樣點也均為無污染。

表5 秋季浮游植物多樣性指數(shù)評價

冬季Margalef 種類豐富度指數(shù)d的綜合評價結(jié)果與各采樣點的評價結(jié)果一致，均為中污染；Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)H′的綜合評價結(jié)果為無污染，除石塔坡、興龍灣和觀音橋為β-中污染，其余各采樣點也均為無污染；Pielou均勻度指數(shù)J的綜合評價結(jié)果與各采樣點評價結(jié)果一致，均為無污染。

表6 冬季浮游植物多樣性指數(shù)評價

3 結(jié)論

(1)長壽湖全年Margalef 種類豐富度指數(shù)d的變化范圍為1.08～2.00，Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)H′的變化范圍為2.03～3.95，Pielou均勻度指數(shù)J的變化范圍為0.39～0.76，秋、冬季水質(zhì)狀況優(yōu)于春、夏季。

(2)長壽湖各區(qū)域采樣點多樣性指數(shù)差異較小，Margalef 種類豐富度指數(shù)d表現(xiàn)為西北部湖區(qū)較高，中部東部湖區(qū)采樣點次之；Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)H′及Pielou均勻度指數(shù)J均表現(xiàn)為中部湖區(qū)較高，西北部、東部湖區(qū)次之，西北部及中部湖區(qū)水質(zhì)狀況優(yōu)于東部湖區(qū)。

(3)綜合三種多樣性指數(shù)對長壽湖水質(zhì)進行初步評價，研究區(qū)域的水質(zhì)處于中-無污染狀態(tài)。

[1] 白薇揚，全學(xué)軍，譚懷琴，等.重慶長壽湖沉積物中重金屬污染及潛在生態(tài)風(fēng)險評價[J].地球與環(huán)境，2011，39(3)：382- 387.

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[11] 王曉清, 曾亞英, 吳含含, 等. 湘江干流浮游生物群落結(jié)構(gòu)及水質(zhì)狀況分析 [J]. 水生生物學(xué)報, 2013,37(3): 488- 494.

[12] 胡鴻鈞, 魏印心. 中國淡水藻類——系統(tǒng)、分類及生態(tài)[M]. 北京：科學(xué)出版社，2006.

Phytoplankton Diversity and Water Quality Assessment in Changshou Lake

YAN Su-su1, LIU Shuo-ru1,2, LEI Bo2

(1.Faculty of Urban Construction and Environmental Engineering, Chongqing 400045, China; 2.Chongqing Academy of Environmental Science, Chongqing 401147, China)

A total of 7 phylums, 55 genera, 84 species of phytoplankton were identified during the investigation, which was performed from March 2013 to February 2014 monthly at 7 sampling sitets, Chlorophyta, Bacillariophyta and Cyanophyta were the main phylums. The annual variation range of Margalef index (d), Shannon-Weaver index (H′) and Pielou index (J) were 1.08～2.00, 2.03～3.95 and 0.39～0.76, the water quality in autumn and winter was better than spring and summer. There was no significant differences among different region’s diversity indexs, Margalef index (d) in northwest region was higher than central and eastern region, Shannon-Weaver index (H′) and Pielou index (J) in central region were both higher than northwest and central region, the water quality in northwest and central region was better than in the eastern region. The comprehensive evaluation result showed that annual water quality is in a state of middle-non pollution.

phytoplankton; diversity index; water quality assessment

2017-04-19

重慶市基本科研業(yè)務(wù)費計劃項目(2016-hky-jcyj-01702)

閆蘇蘇 (1991—)，女，山東濟寧人，碩士，主要從事水環(huán)境生物評價工作，E-mail:yss414@foxmail.com

雷波(1978—)，男，四川人，教授級高級工程師，碩士，主要從事生態(tài)環(huán)境研究，E-mail：leilibo@hotmail.com

10.14068/j.ceia.2017.03.016

X824

A

2095-6444(2017)03-0061-05