臨安區(qū)水系夏季浮游植物多樣性調(diào)查與評(píng)價(jià)

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(yáng)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(kù)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(kù)[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(yáng)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(kù)、里畈水庫(kù)、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(guò)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(kù)(1～5號(hào)采樣點(diǎn))、水濤莊水庫(kù)(7～8號(hào)采樣點(diǎn))、里畈水庫(kù)(10～11號(hào)采樣點(diǎn))、英公水庫(kù)(17～18號(hào)采樣點(diǎn))、青山殿水庫(kù)(20號(hào)采樣點(diǎn))、華光潭一級(jí)水庫(kù)(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(lái)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(jiàn)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(jiàn)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(kù)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(lái)看，浮游植物豐度和生物量最大值出現(xiàn)在青山水庫(kù)，最小值出現(xiàn)在昌化溪。水庫(kù)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(kù)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(kù)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(kù)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(kù)調(diào)查的結(jié)果一致，其在2009年調(diào)查發(fā)現(xiàn)青山水庫(kù)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(kù)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(kù)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(kù)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(lái)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(kù)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(kù)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(lái)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(guò)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(kù)0.57m，最高值出現(xiàn)在里畈水庫(kù)為2.5m，5條河流透明度無(wú)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(kù)的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)最大，而青山水庫(kù)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(wú)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(kù)Margalef豐富度指數(shù)最大，而25號(hào)點(diǎn)華光潭一級(jí)水庫(kù)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(kù)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(kù)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(kù)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(kù)外，臨安兩個(gè)飲用水源地里畈水庫(kù)和水濤莊水庫(kù)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(kù)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)级耍钪芷诙?，?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(lái)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(kù)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(kù)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(kù)，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(jiàn)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(kù)和水濤莊水庫(kù)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(kù)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)。