大清河流域保定段浮游植物群落結構特征與評價

朱弘陽，張子良，楊志昭，王 茜，孔凡青

（1.天津農學院水產學院/天津市水生生態及養殖重點實驗室，天津 300384；2.生態環境部海河流域北海海域生態環境監督管理局生態環境監測與科學研究中心，天津 300170）

大清河水系地處海河流域的中部，流域面積45 131 km2，流經山西省、河北省、北京市、天津市4地。大清河水系對冀中平原乃至海河流域都有著舉足輕重的影響，在保持華北地區生態平衡、調節氣候方面都起著關鍵性的作用。浮游植物是水域生態系統中的初級生產者，在水域生態系統內的能量流動、物質循環和信息傳遞方面具有至關重要的作用[1-2]。浮游植物個體、種群及群落的變化可以反映出水環境受污染程度[3-5]。為了給水域治理工作提供數據支持，通過實地考察及數據分析，針對大清河流域保定段浮游植物群落結構特征進行分析。

1 材料與方法

1.1 采樣時間與地點

依據河流功能區域差異和周邊居民集聚程度，在大清河流域保定段共布設了7 個采樣點位，分別于2020 年4 月和2021 年5 月開展調查。各樣點分布見表1。

表1 大清河流域浮游植物監測樣點信息

1.2 樣品采集與處理

浮游植物樣品采集分為定性樣品采集和定量樣品采集。1）浮游植物定性樣品采用25 號浮游生物網（孔直徑為0.075 mm），在水下0.15 m 處作“∞”字形拖動3 min，將樣品轉入樣品瓶后加入3 mL 福爾馬林進行固定，保存于100 mL 標本瓶中帶回分析。2）浮游植物定量樣品用采水器采集1 L 水樣到樣品瓶，用15 mL 0.5%魯哥氏染色劑現場固定，并及時標號，記錄位置、日期、采樣點號，充分靜置24 h，濃縮至50 mL，在10×40 倍鏡下識別浮游植物物種，并進行分類統計[6]。

1.3 數據分析

采樣點內的浮游植物的種類構成與當地環境有一定關系，根據浮游植物相對豐度可推測水體中浮游生物類群數，浮游植物的多樣性也可反映水質狀況。根據相關指數分析浮游植物群落的結構和多樣性特征，Shannon-Wiener 多樣性指數（H′）、Pielou 均勻度指數（J）和Margalef 豐富度指數（D）計算公式為

式中，S為浮游植物種類的總數目；Pi為第i種個體數占總個體數的比例；N為所有個體的總數[7]。

浮游植物密度（N）計算公式為

式中，N為每1 L 水中的浮游植物的數量；Gs為計數框面積，mm2；Fs為一個視野的面積，mm2；Fn為計數的視野數；V為1 L 水樣沉淀后的體積，mL；U為計數框的容積，一般為0.1 mL；Pn為一個視野中浮游植物的個數。

2 結果與分析

2.1 浮游植物的種類組成

兩次調查浮游植物群落種群概況如圖1 所示。2020 年鑒定出浮游植物8 門107 種，其中藍藻門（Cyanobacteria）17 種，占比15.89%；隱藻門（Cryptophylum）4 種，占比3.74%；甲藻門（Dinoflagellate）3 種，占比2.80%；硅藻門（Diatomum）37 種，占比34.58%；裸藻門（Gymnophylum）6 種，占比5.61%；綠藻門（Chlorophyta）36 種，占比33.64%；金藻門（Chrysophyta）和黃藻門（Xanthophyta）各2 種，均占比1.87%。

圖1 2020 年與2021 年浮游植物種類對比

在2021 年的調查中，共鑒定出浮游植物8 門123種（包括變種），其中硅藻門種數最多，有56 種，占比45.53%；綠藻門40 種，占比32.52%；藍藻門14 種，占比11.38%；甲藻門4 種，占比3.25%；裸藻門和隱藻門各3 種，均占比2.44%；金藻門2 種，占比1.63%；黃藻門1 種，占比0.81%。

從采樣結果得出，2021 年變化較為明顯的浮游植物有13 種，其中最為明顯的是硅藻門中的菱形藻（Nitzschia wullerstorffii）[8]。浮游植物物種數量增加，主要是因為硅藻門和綠藻門中種的數量增加。

一般認為，硅藻型浮游植物群落在水質污染較輕的水體中具有典型性，綠藻型暗示著水質富營養化嚴重[9]。在兩次調查中，綠藻門由36 種（33.64%）增加到40 種（32.52%），硅藻門由37 種（34.58%）增加到56 種（45.53%）。表明水質污染變輕，但有富營養化趨勢。

在淡水生態環境中，藍藻類顫藻和平裂藻為公認富營養的浮游植物種類，淡水藍藻種群增加表明水體富營養化程度加重[10-12]。從調查結果看，藍藻門種數量由17 種減少為14 種，但綠藻門種數量有所增加，特別是柵藻科（Scenedesmaceae）數量增多，說明水體的富營養程度加重。

2.2 浮游植物的密度

本調查中，浮游植物在空間分布上的差異較大，其中光淀張莊最多，有49 種；王林口最少，僅有16 種。光淀張莊的藻類分布以綠藻門、隱藻門為主，硅藻門與藍藻門為輔[13]。經過對這些采樣點的對比分析發現，未污染水體中，藻類主要為硅藻門，其次為藍藻門、綠藻門；而在水體污染后，種數減少，藻類以藍藻門為主。浮游植物的總體密度對比見圖2。

圖2 2020 年與2021 年大清河流域浮游植物密度對比

2.3 浮游植物的生物多樣性

大清河流域保定段2020 年和2021 年浮游植物Shannon-Wiener 多樣性指數、Pielou 均勻度指數和Margalef 豐富度指數的結果見表2，生物多樣性指數與水質評價標準見表3[14-15]。

表2 2020 年和2021 年大清河流域浮游植物指數

表3 生物多樣性指數評價標準

2020 年，大沙地、北河店、王林口、光淀張莊和安格莊中心的Shannon-Wiener 指數均大于3，2021 年則只有王林口和光淀張莊的多樣性指數大于3，說明其他點位與2020 年相比，受到了不同程度的污染。7 個采樣點中，西大洋水庫和安格莊中心的Pielou 均勻度指數小幅下降，其他5 個點位略有上升。相較于2020 年，2021 年各點位Margalef 豐富度指數均直線下滑，大沙地和安格莊中心降幅超過98%；王林口和西大洋水庫的物種豐富度較低，而其他5 個點位的物種豐富度低，個體分布不均勻。

從調查結果來看，Margalef 指數評價結果是大清河保定段水系水質處于中度污染與清潔之間，物種豐富度較高；而使用Shannon-Wiener 指數對其評價是介于重度污染與中度污染之間，生物多樣性相對較低。Margalef 豐富度指數考慮了群落中物種數量與總體密度之間的關系，忽視了個體數在物種之間的分配情況[16]。此外，其他的一系列人為活動也造成浮游植物多樣性減少，導致利用生物指數評價水質的結果偏低[17]。孫玉鳳等運用浮游植物的優勢種和生物多樣性指數等對庫里泡水庫進行研究，表明庫里泡水質污染狀況處于富營養與中富營養之間[18]。劉紹俊等運用生物多樣性指數對星云湖進行研究，評價得出星云湖水質為較高的富營養狀態[19]。

3 總結

本文針對大清河流域保定段浮游藻類群落的結構特征進行了詳細的分析，旨在為水域治理工作提供數據支持。經過分析發現，大清河流域保定段存在中度或重度污染，相關部門及研究人員需要及時采取措施開展水域治理工作。