白洋淀浮游植物群落結構與水質評價*

王 瑜，劉錄三，舒儉民，劉存歧，朱延忠，田志富

(1:中國環境科學研究院，北京100012)

(2:河北大學生命科學學院，保定071002)

白洋淀浮游植物群落結構與水質評價*

王 瑜1，2，劉錄三1＊＊，舒儉民1，劉存歧2，朱延忠1，田志富2

(1:中國環境科學研究院，北京100012)

(2:河北大學生命科學學院，保定071002)

為掌握白洋淀浮游植物的群落結構及水質狀況，對白洋淀8個典型采樣點進行了采樣調查，共發現浮游植物133種(屬)，群落組成以綠藻、硅藻和藍藻為主;春季以綠藻和硅藻為優勢門類，小球藻、尖尾藍隱藻、不定微囊藻為優勢種(屬)，浮游植物的密度在496×104－6256×104cells/L之間，平均密度為2384×104cells/L;夏季以綠藻和藍藻為優勢門類，小球藻、粗狀細鞘絲藻、腎形藻為優勢種(屬)，浮游植物的密度在318×104－4630×104cells/L之間，平均密度為1785×104cells/L，與2005年以來對白洋淀進行的2次浮游植物生態調查結果比較表明，浮游植物密度出現顯著上升.應用修正卡爾森營養狀態指數法和優勢種評價法對白洋淀的營養狀態進行評價，結果顯示白洋淀多數水體處于富營養狀態.

白洋淀;浮游植物;群落結構;水質評價

作為水生生態系統的重要組成部分，浮游植物種類繁多，分布廣泛，它們通過參與湖泊物質循環和能量流動，共同維持著生態系統的結構功能，并且對湖泊污染及凈化起著指示作用［1-3］.近年來，在湖泊水質監測中，將浮游植物數量、群落特征結合水質化學檢測作為環境評價指標的方法得到了廣泛應用［4-5］.其中修正卡爾森營養指數法和優勢種評價法被廣泛應用于湖泊、水庫富營養化狀態的評價中［6-8］.

白洋淀地處華北平原東部，是海河流域最大的淡水湖泊，也是華北地區最大的內陸淺水湖泊，水質肥美，生物繁茂，歷史上有“華北明珠”之稱.然而，由于白洋淀區內人口密度大，工業廢水、生活污水隨地表徑流直接進入湖中，上游補給水量減少，水位下降，生態系統比較脆弱，對污染的自凈能力逐漸降低，導致湖水質量逐年惡化，湖泊富營養化程度日益嚴重［9］.為系統了解白洋淀浮游植物的種類組成與空間分布概況，揭示白洋淀富營養化程度，本文對白洋淀進行綜合生態系統調查，對不同樣點環境因子狀況及浮游植物群落結構進行詳細調查，進一步分析白洋淀浮游植物的種類組成、密度、出現率以及優勢種等，探討白洋淀浮游植物群落變化的原因，為實現白洋淀富營養化的治理與調控提供必要的理論及數據支持，對實現環境壓力下的淺水湖泊生態系統評估與診斷、提出切實可行的富營養化防治調控對策、保護生物多樣性等具有廣泛的應用前景和學術價值.

1 材料與方法

1.1 調查樣點及采樣方法

2009年4月上旬(春季)和6月中旬(夏季)對代表白洋淀濕地環境總體特征的8個采樣點(38°49'-38°57'N，115°56'-116°06'E)(圖1)的浮游植物及相關環境因子進行采樣分析.使用改良北原式有機玻璃采水器采集水樣1L，水深在3m以內、水團混合良好的水體，只采表層(0.5m)水樣1L;水深3-10m的水體，分別取表底兩層水樣各500ml進行混合.樣品用魯哥試劑固定，另加1%體積的福爾馬林液保存.浮游植物樣品的處理、分析方法以及水質分析方法均參照《湖泊生態系統觀測方法》［10］.

1.2 數據處理和分析

浮游植物樣品在實驗室中進行沉淀、濃縮及鏡檢計數.使用SPSS及PRIMER V6軟件［11］進行數據分析，生態指標主要包括浮游植物物種數、密度、香農-威納指數(H')、豐富度指數(d)、均勻度指數(J').

2 結果與討論

2.1 浮游植物群落組成與生物多樣性

兩次調查共鑒定出浮游植物8門133種(屬).其中春季8門78種(屬)，群落組成以綠藻、硅藻和藍藻為主，其中綠藻門最多，為33種(屬)，占藻類總種數的42.3%;硅藻門15種(屬)，占藻類總種數的19.2%;藍藻門11種，占藻類總種數的14.1%;裸藻門7種，占藻類總種數的9.0%;甲藻門2種，占藻類總種數的2.6%;黃藻門2種，占藻類總種數的2.6%;隱藻門5種，占藻類總種數的6.4%;金藻門3種，占藻類總種數的3.8%.夏季共鑒定到浮游植物8門109種(屬)，浮游植物群落組成以綠藻、藍藻和裸藻為主，其中綠藻門最多，為57種(屬)，占藻類總種數的52.3%;藍藻門21種，占藻類總種數的19.3%;裸藻門15種，占藻類總種數的13.8%;硅藻門6種(屬)，占藻類總種數的5.5%;甲藻門3種，占藻類總種數的2.8%;黃藻門2種，占藻類總種數的1.8%;隱藻門4種，占藻類總種數的3.7%;金藻門1種，占藻類總種數的0.9%(圖2).春季白洋淀優勢種為綠藻門的小球藻(Chlorella sp.)，出現頻度為100%，亞優勢種為隱藻門的尖尾藍隱藻(Chroomonas acuta Uterm.)和藍藻門的不定微囊藻(Microcystis incerta Lemm.)，出現頻度分別為87.5%和100%.夏季白洋淀優勢種有綠藻門的小球藻，出現頻度為100%，亞優勢種為藍藻門的粗狀細鞘絲藻(Leptolyngbya valderiana Anagn.)和綠藻門的腎形藻(Nephrocytium agardhianum Nageli.)，出現頻度分別為70%和88%.

白洋淀春季浮游植物的 H'為 1.43-2.82，平均值為 2.09.d 為 2.15-3.89，平均值為 2.88.5 號樣點 H'最低，為 1.43，d 為 2.15，1 號樣點 H'最高，為 2.82，d 為3.89.可見，H'與 d 的空間分布趨勢較為一致.浮游植物的 J'為0.44-0.80，平均值為0.62(圖3a).夏季浮游植物的 H'為1.42-3.29，平均值為 2.50.d 為 2.05-5.78，平均值為4.11，5 號樣點 H'最低(1.42)且 d 為 2.05，8 號樣點 H'最高(3.29)且d為5.78.H'與 d的空間分布趨勢較為一致.浮游植物的 J'為0.51-0.82，平均值為 0.68(圖3b).白洋淀夏季浮游植物的種類比春季多，但無明顯的優勢類群，群落組成以藍綠藻為主，且靠近居民區或靠近網箱養魚區、畜禽養殖區等受人類活動影響大的采樣點浮游植物種類較多，位于淀區出水口、靜水蓄積區的采樣點種類較少，這與以往對白洋淀浮游植物研究的結果一致［12］.

2.2 浮游植物密度

白洋淀浮游植物數量在春夏兩季差異明顯.春季浮游植物的密度范圍在496×104－6256×104cells/L之間，平均密度為2384×104cells/L，不同樣點間密度變化較大，其中5號與7號樣點浮游植物細胞密度較大，1號、8號樣點較小.夏季浮游植物的密度范圍在318×104－4630×104cells/L之間，平均密度為1785×104cells/L(圖4)，不同樣點間密度變化較大，其中4號與6號樣點浮游植物密度較大，5號、7號樣點較小.浮游植物密度與優勢種通常可以反映水體富營養化程度.藍藻作為耐污性比較強的種類，它的生物量急劇增加并最終成為優勢類群是水體富營養化的重要表征之一，即藍藻細胞密度越高，水體富營養化程度越嚴重［13］.此次調查發現藍藻和綠藻成為浮游植物群落主要類群，這是由于工業廢水和生活污水進入白洋淀后，水體中有機物質含量升高［14］，富營養化嚴重，因此造成水中耐污種類增加，數量也占有優勢.

為了從總體上認識白洋淀浮游植物群落變化情況，將白洋淀2005年以來的3次浮游植物調查資料進行對比(表1)，從種類數組成、密度大小、優勢種方面分析白洋淀浮游植物近幾年來的動態變化.其中2005-2006年調查資料為白洋淀8個調查樣點春、夏季的平均數據［12］，2009年資料為此次白洋淀8個調查樣點春、夏季的平均數據.

表1 白洋淀浮游植物密度及優勢種變化Tab.1 The variations of phytoplankton cell densities and dominant species

從表1可以看出，白洋淀近幾年來浮游植物密度及優勢種的變化情況，以2005年為參考點，2006年浮游植物春、夏季平均密度下降0.22倍;2009年浮游植物春、夏季平均密度上升2.14倍.在這三次調查中，優勢門類均以綠藻和藍藻為主.藻類各門年變化趨勢各不相同，浮游植物種類數呈下降趨勢，浮游植物密度呈上升趨勢.在此次調查中，浮游植物密度出現顯著的上升，這是因為白洋淀水體營養鹽負荷發生改變，采樣時間處于藻類的一個生長繁殖期，隨著溫度的不斷升高，光照作用的增強，水體環境越來越適合浮游植物的增長，促進了浮游植物數量的增加.通常來說，中營養型湖泊中常以甲藻、隱藻、硅藻類占優勢，富營養型湖泊則常以綠藻、藍藻類占優勢［15］.由此判斷，綠藻門的小球藻屬、藍藻門的不定微囊藻成為優勢種，表明了白洋淀水體已成為富營養型水體，且有機質含量有逐年增加的趨勢.

2.3 浮游植物與環境因子的關系

對調查區域的8個樣點的化學需氧量(COD)、高錳酸鉀指數(CODMn)、總氮(TN)、總磷(TP)、葉綠素a(Chl.a)、pH、溶解氧(DO)、透明度(SD)、水溫(T)9個環境參數進行調查.Pearson相關分析結果表明，春季浮游植物細胞密度與環境因子的相關性不顯著，夏季浮游植物細胞密度受DO(r=0.813，P=0.014)、Chl.a(r=0.818，P=0.024)和 TP(r=0.833，P=0.010)的影響較大，且呈正相關(表2).影響白洋淀春季浮游植物空間分布的最佳環境因子組合還難以確定，而DO、Chl.a和TP濃度可能是影響白洋淀夏季浮游植物空間分布的重要因子.這主要是因為夏季通常是富營養型湖泊發生水華的時期，在圈頭和燒車淀兩個采樣點，由于養殖業和種植業發達，水體營養鹽濃度較高、藻類生長繁盛、溶解氧含量較低，浮游植物細胞密度偏高;而在棗林莊和端村兩個采樣點，由于水面開闊、離污染源較遠，因而水質較好，浮游植物密度偏低.

白洋淀浮游植物細胞密度的季節性差異比較明顯，主要影響因素可能是水溫.環境因子對不同湖泊浮游植物群落結構和種類數量的影響存在差別:宋曉蘭等［16］對太湖和五里河浮游植物群落結構研究證實，風浪和富營養化水平是其生長的限制條件;Jeppesen等［17］指出湖泊中濾食性魚類的放養密度是與浮游植物種類和數量相關性較為密切的因子.但由于浮游植物生長繁殖與其它多種因素(水體穩定性、氣候、湖泊面積、湖泊深度、水生植物群落結構和密度)有關［18-25］，其它未知的理化、生物因子也可能通過一定方式直接或間接影響到浮游植物數量.因此很難對浮游植物數量與上述因素之間的作用方式進行“量-效”關系分析.建議在今后的研究中，加強對湖泊形態、氣候特征、周邊環境狀況的調查，結合室內模擬試驗，探索浮游植物數量變化的影響因子.

2.4 白洋淀水體富營養化程度評價

對富營養化程度的評價常以水體Chl.a、SD、浮游植物優勢種等作為最主要的指標.本文采用修正卡爾森營養狀態指數法(TSIM)［26］和優勢種評價法對白洋淀的營養狀態進行評價.其中TSIM能夠較詳細地描述水體營養狀況變化，還可以進一步提高水質監測與評價質量.其方法是根據水體SD、Chl.a、TP濃度間的相互關系，采用0-100的一系列數字對湖泊營養狀態分級，指數在30以下為貧營養，30-50為中營養，50-100為富營養.在同一營養狀態下，指數值越高，其營養狀態越重.

表2 白洋淀春、夏季浮游植物密度和環境因子的相關分析Tab.2 Correlation analysis between the density of Phytoplankton and environmental variables of Lake Baiyangdian in spring and summer

式中，Chl.a為葉綠素 a的含量;SD為透明度;TP為總磷含量.TSIM(Chl.a)、TSIM(TP)、TSIM(SD)分別為77.00、47.60、69.24，表明白洋淀水質處于中富營養級水平.而根據優勢種評價法，在調查中觀察到的浮游植物優勢種既有富營養型指示種，如小球藻，也有重富營養型指示種，如不定微囊藻、尖尾藍隱藻，其中以富營養型指示種占優勢.綜合以上兩種評價方法，可以看出白洋淀的營養程度處于富營養化水平.這與沈會濤等［27］研究表明白洋淀多數水體處于富營養化狀態的結果一致，且本研究表明富營養化程度有加重的趨勢.

3 結論

深入了解白洋淀浮游植物種類組成、數量特征及分布特征等情況，對實現環境壓力下的淺水湖泊生態系統評估與診斷、提出切實可行的富營養化防治調控對策、保護生物多樣性等具有廣泛的應用前景和學術價值.

(1)兩次調查共觀測到浮游植物8門133種(屬)，夏季浮游植物的種類比春季多，優勢類群發生了一定變化.其中春季采集浮游植物8門78種(屬)，夏季采集浮游植物8門109種(屬)，藍藻、綠藻和硅藻成為優勢種，白洋淀春、夏季浮游植物平均密度為2084.6×104cells/L.與近幾年來白洋淀綜合生態調查結果比較，白洋淀浮游植物在種類組成上發生了明顯變化，且密度有逐年升高的趨勢.

(2)利用浮游植物與水質化學檢測的各項指標，采用修正卡爾森營養指數法和優勢種評價法，從不同角度對白洋淀水質進行綜合評價是更加符合實際情況的水質評價方法.本文結合上述兩種水質評價法，評價了白洋淀水質狀況，結果顯示:白洋淀水體處于富營養化水平，并有向重富營養化過渡的趨勢.

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Community structure of phytoplankton and the water quality assessment in Lake Baiyangdian

WANG Yu1，2，LIU Lusan1，SHU Jianmin1，LIU Cunqi2，ZHU Yanzhong1＆ TIAN Zhifu2(1:Chinese Research Academy of Environmental Sciences，Beijing 100012，P.R.China)
(2:College of Life Science，Hebei University，Baoding 071002，P.R.China)

To study the community structure of phytoplankton and assess the water quality in Lake Baiyangdian，an investigation has been conducted at eight typical sampling sites.This investigation showed that among the total 133 species identified，Chlorophyta，Cyanophyta，and Bacillariophyta were dominant in the phytoplankton community.In spring，Chlorophyta and Bacillariophyta were the dominant phylum，and Chlorella sp.，Chroomonas acuta.Uterm.and Microcystis incerta Lemm.were the dominant species.The density of the phytoplankton ranged from 496×104to 6256×104cells/L with an average of 2384×104cells/L.In summer，Chlorophyta and Cyanophyta were the dominant phylum，and Chlorella sp.，Leptolyngbya valderiana Anagn.and Nephrocytium agardhianum Nageli.were the dominant species.The density of the phytoplankton ranged from 318 ×104to 4630 ×104cells/L with an average of 1785×104cells/L.According to the comparison between this investigation and the previous two ecological investigations since 2005，the abundance of the phytoplankton has increased significantly.The index of Carlson nutritional status and the dominant genus assessment revealed that the majority water was eutrophic in the Lake Baiyangdian.

Lake Baiyangdian;phytoplankton;community structure;water quality assessment

＊ 國家環保公益性行業科研專項(2008467041)和國家水體污染控制與治理科技重大專項(2009ZX07209-008，2009ZX07528-002)聯合資助.2010-06-11收稿;2010-11-22收修改稿.王瑜，男，1985年生，碩士研究生;E-mail:wangyucraes@163.com.

＊＊ 通訊作者;E-mail:liuls@craes.org.cn.