衡水湖浮游植物多樣性及富營(yíng)養(yǎng)化研究

慕建東 閆麗 郗艷娟 姚新悅 張碧函 侯曉龍 李瑤 肖國(guó)華

摘 要：2020年4—10月對(duì)衡水湖進(jìn)行了浮游植物及水質(zhì)調(diào)查，共發(fā)現(xiàn)浮游植物春季64種、夏季77種、秋季68種，隸屬于6門(mén)41屬，以綠藻門(mén)、硅藻門(mén)、藍(lán)藻門(mén)的種類(lèi)數(shù)最多，優(yōu)勢(shì)種為梅尼小環(huán)藻（Cyclotella meneghiniana）、四角十字藻（Crucigenia quadrata）。2020年4—10月衡水湖浮游植物的生物多樣性指數(shù)值根據(jù)Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)評(píng)價(jià)方法為1.715～2.713，Margalef豐富度指數(shù)為2.566～3.057，Pielous均勻度指數(shù)為0.773～0.812。藻密度數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，7月份2個(gè)站位、10月份4個(gè)站位存在輕度水華特征。根據(jù)水域營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)及分級(jí)評(píng)價(jià)方法，衡水湖水域水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化水平總體處于“輕度-中度富營(yíng)養(yǎng)”狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：衡水湖;浮游植物;生物多樣性;富營(yíng)養(yǎng)化

本研究通過(guò)監(jiān)測(cè)浮游植物種群結(jié)構(gòu)、優(yōu)勢(shì)種類(lèi)及生物多樣性等生物學(xué)指標(biāo)，結(jié)合水體理化指標(biāo)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，使用Margalef豐富度指數(shù)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Pielous均勻度指數(shù)和綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)計(jì)算方法評(píng)價(jià)衡水湖浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征和水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)狀況，以期為衡水湖水環(huán)境保護(hù)和治理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 站位設(shè)置與調(diào)查方法

站位布設(shè)原則：采用全面布局、重點(diǎn)突出、定點(diǎn)調(diào)查的采樣方式，具體站位以平均分布并結(jié)合歷史調(diào)查站點(diǎn)及國(guó)控點(diǎn)站位布設(shè)。設(shè)置站位6個(gè)（如圖1）。定性浮游植物樣品采集用25號(hào)浮游生物網(wǎng)在表層呈“8”字形緩慢拖曳采集，濾去采集的表層水，放置在標(biāo)本瓶中加福爾馬林試劑保存。定量浮游植物樣品采集先用柱狀采樣器取1 L水樣加入1%的魯哥氏試液固定，沉淀48 h后，吸掉上清液，濃縮至30 mL，加數(shù)滴福爾馬林并封好瓶口，貼好標(biāo)簽保存。

水質(zhì)現(xiàn)場(chǎng)取樣及監(jiān)測(cè)指標(biāo)包括葉綠素a、總氮、總磷、高錳酸鹽指數(shù)和透明度等5項(xiàng)。主要采用儀器現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)葉綠素a和透明度2項(xiàng)指標(biāo)，采集監(jiān)測(cè)水域表層水質(zhì)樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室后期化學(xué)實(shí)驗(yàn)分析總磷、總氮、高錳酸鉀指數(shù)3項(xiàng)指標(biāo)。具體方法見(jiàn)表1。

1.2 調(diào)查取樣時(shí)間

2020年4月、8月、10月進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查取樣，總計(jì)3次。

1.3 樣本鑒定與統(tǒng)計(jì)

浮游植物的種類(lèi)鑒定參照《中國(guó)淡水藻類(lèi)：系統(tǒng)、分類(lèi)及生態(tài)》[1]和《中國(guó)淡水生物圖譜》[2]，優(yōu)勢(shì)種類(lèi)鑒定到種，其他種類(lèi)至少到屬。定量計(jì)數(shù)在10×40倍視野下進(jìn)行，每個(gè)樣品重復(fù)計(jì)數(shù)兩次，每次計(jì)數(shù)個(gè)體數(shù)為300～500個(gè)，取其平均值，用公式計(jì)算結(jié)果。

N=n×[AAc×VVa]

式中：N為每升原水樣中的浮游植物數(shù)量;A為計(jì)數(shù)框面積，mm2;Ac為計(jì)數(shù)面積，mm2;V為1 L原水樣沉淀濃縮后的體積，mL;Va為計(jì)數(shù)框的體積，mL;n為計(jì)數(shù)所得浮游植物的數(shù)目。

1.4 數(shù)據(jù)分析與評(píng)價(jià)方法

浮游植物的生物多樣性分析采用Margalef豐富度指數(shù)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)和Pielous均勻度指數(shù)[3]。

水華特征按照《水華遙感與地面監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》[4]進(jìn)行評(píng)價(jià)。

水體富營(yíng)養(yǎng)化按照《地表水資源質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)程》[5]進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)指標(biāo)包括葉綠素a、總氮、總磷、高錳酸鹽指數(shù)和透明度等5項(xiàng)，湖庫(kù)營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及分級(jí)方法見(jiàn)表2。

營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)計(jì)算公式：? EI=∑N n=1E n/N

式中：EI為營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù);E n為評(píng)價(jià)項(xiàng)目賦分值;N為評(píng)價(jià)項(xiàng)目個(gè)數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 浮游植物種類(lèi)

清潔水體中藻類(lèi)的種類(lèi)多、生物量少;而污染水體中藻類(lèi)種類(lèi)減少，單一種類(lèi)生物量卻增加。因此，物種多樣性指數(shù)可以在一定程度上反映水環(huán)境質(zhì)量狀況。衡水湖水域浮游植物的種類(lèi)數(shù)隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化如表3，數(shù)據(jù)顯示隨時(shí)間的變化浮游植物組成的變化較大，其中春季64種，夏季77種，秋季68種，隸屬于6門(mén)41屬，以綠藻門(mén)、硅藻門(mén)、藍(lán)藻門(mén)的種類(lèi)數(shù)最多，優(yōu)勢(shì)種為梅尼小環(huán)藻（Cyclotella meneghiniana）、四角十字藻（Crucigenia quadrata）。

2.2 衡水湖浮游植物多樣性指數(shù)變化

Margalef豐富度指數(shù)7月份最高，為3.057;10月份最低，為2.566。Pielous均勻度指數(shù)4月份最高，為0.812;10月份最低，為0.773。Shannon-Wiener多樣性指數(shù)7月份最高，為2.173;10月份最低，為1.715。見(jiàn)圖2。衡水湖浮游植物多樣性變化總體呈現(xiàn)春夏高秋低的趨勢(shì)，數(shù)據(jù)分析顯示此種趨勢(shì)與水溫變化呈正相關(guān)。

2.3 浮游植物密度與水華

水華表觀特征為水體表面有藻類(lèi)聚集或藻類(lèi)顆粒懸浮在水體當(dāng)中。當(dāng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位藻密度介于1.0×107個(gè)/L到5.0×107個(gè)/L之間，且占全部監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的比例超過(guò)75%時(shí)可判定為輕度水華。因此10月份衡水湖存在發(fā)生輕度水華的潛在威脅（見(jiàn)表4）。

2.4 衡水湖水域營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)及分級(jí)

表5—表7表明，衡水湖3個(gè)不同季節(jié)綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)均有半數(shù)以上站位處于中度富營(yíng)養(yǎng)水平。

3 結(jié)論

本研究共檢出衡水湖浮游植物春季64種、夏季77種、秋季68種，隸屬于6門(mén)41屬，以綠藻門(mén)、硅藻門(mén)、藍(lán)藻門(mén)的種類(lèi)數(shù)最多。優(yōu)勢(shì)種為梅尼小環(huán)藻、四角十字藻。

衡水湖浮游植物生物多樣性指數(shù)， Margalef豐富度指數(shù)平均值為2.869，其中7月份最高，為3.057;10月份最低，為2.566。Shannon-Wiener多樣性指數(shù)平均值為2.046，其中7月份最高，為2.173;10月份最低，為1.715。Pielous均勻度指數(shù)平均值為0.777，其中4月份最高，為0.812;10月份最低，為0.773。根據(jù)生物多樣性指數(shù)水質(zhì)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，衡水湖水質(zhì)為中度污染狀態(tài)。

根據(jù)綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)計(jì)算結(jié)果，衡水湖水質(zhì)春季好于夏、秋季，50%為輕營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，夏、秋季節(jié)2/3為中度富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)。

根據(jù)浮游植物藻密度與水華關(guān)系判定，夏、秋季小湖南和常宜子處于輕度水華狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)：

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

[2] 韓茂森，束蘊(yùn)芳.中國(guó)淡水生物圖譜[M].北京：海洋出版社，1995.

[3] 喻慶國(guó).生物多樣性調(diào)查與評(píng)價(jià)[M]昆明：云南科技出版社，2007：27-34.

[4] 中華人民共和國(guó)生態(tài)環(huán)境部.水華遙感與地面監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范：HJ 1098-2020[S].2020.

[5] 中華人民共和國(guó)水利部.地表水資源質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)程：SL 395-2007[S].北京：中國(guó)水利水電出版社，2007.

Phytoplankton diversity and eutrophication in Lake Hengshui

MU Jiandong1，2，YAN Li1，2，XI Yanjuan1，2， YAO Xinyue1，ZHANG Bihan1，HOU Xiaolong1， LI Yao1， XIAO Guohua1，2

（1.Hebei Academy of Ocean and Fishery Sciences， Qinhuangdao 066200，China;

2.Key Laboratory of Marine Bio-resources and Environment of Hebei Province， Qinhuangdao 066200，China）

Abstract：A survey of phytoplankton and water quality in Lake Hengshui was conducted from April to October in 2020. A total of 64 species of phytoplankton were found in spring，77 species in summer and 68 species in autumn，belonging to 6 phyla and 41 genera. The top three largest numbers of species belonged to Chlorophyta，Diatoms and Cyanophyta. From April to October of 2020，the phytoplankton biodiversity index of Lake Hengshui ranged from 1.715 to 2.713，Margalef richness index ranged from 2.566 to 3.057，and Pielous evenness index ranged from 0.773 to?0.812 according to Shannon-Wiener diversity index evaluation method. The algal density showed that there were mild blooms in two sites in July and four sites in October. The eutrophication level of water quality in Lake Hengshui was in the state of "mild to moderate eutrophication" according to the water nutrition state index and grading evaluation method.

Key words：phytoplankton;biodiversity;eutrophication;Lake Hengshui

（收稿日期：2021-06-29;修回日期：2021-12-29）

基金項(xiàng)目：河北省財(cái)政專(zhuān)項(xiàng)。

作者簡(jiǎn)介：慕建東（1981-），男，高級(jí)工程師，研究方向：環(huán)境生態(tài)學(xué)。E-mail：jesse.mu@163.com。

通信作者：肖國(guó)華（1963-），男，研究員，研究方向：水域生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)與生態(tài)修復(fù)技術(shù)。E-mail：ywxgh@163.com。

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