滆湖浮游藻类分布特性及水质评价_曹方意

SOUTHWEST WATER & WASTEWATER 西 南 给 排 水 Vol.36 No.5 2014 滆湖浮游藻类分布特性及水质评价 曹方意，夏 霆，龙 建 （南京工业大学环境学院，江苏 南京 210000） 摘 要 2012年5月、10月份对滆湖浮游藻类进行采样调查，经显微镜鉴定，共鉴定出藻类植物104个分类单位，藻类植物组成以蓝藻、绿藻为主。在调查基础上，利用Shannon－Wiener多样性指数(H')、Pielou均匀度指数（J）、Margalef(H)等指数对滆湖水质进行初步评价，结果显示: 滆湖水质处于中度污染状态。 关键词 湖泊 浮游藻类分布特性 水质评价 滆湖(119°48′E，31°35′N)位于长江三角洲太湖流域西部，常州市武进区西南部，是苏南地区仅次于太湖的第二大湖泊，是洮滆水系中心之一，其湖盆呈浅水碟形，属长江三角洲浅水湖泊类型。湖面面积146 km，平均水深1. 17 m，蓄水量1. 74×108m 。滆湖地处北亚热带季风气候区，气候温暖湿润，雨量充沛，年内降水量分配不均，降水量年际变化大，是一典型的浅水湖泊，具有饮用水后备水源、水上运输、蓄洪灌溉以及小气候调节等多种使用功能。但近10多年来，滆湖受到工业、生活、农业废水污染较严重，湖体水质污染和富营养程度日益加重，给人民生活和区域经济发展带来严重阻碍。而浮游藻类作为湖泊食物网中的初级生产者，在水生态系统的研究中具有重要的意义。利用藻类植物作为生物监测、评价水质污染状况及富营养化水平，在国外已被广泛采用并卓有成效。2004年研究人员对太原市汾河景区的浮游藻类进行了研究，并且利用浮游藻类生物指数对水质进行了评价。2010年6—8月份研究人员对大庆市35个湖泊藻类植物进行采样调查，利用Shannon[3][2]3[1]2－Wiener多样性指数( H') 、Margalef指数( H) 、Pielou均匀度指数( J)等指数对各湖泊水质进行初步评价，结果显示: 大庆市主要湖泊水质处于中—重度污染状态。本研究尝试通过对滆湖浮游藻类植物群落结构、生态分布进行调查，利用藻类植物多样性指数对湖泊水体状况进行初步评价，为全面了解滆湖水环境质量提供科学依据，也为未来如何进行湖泊治理、水体保护和湖泊水资源合理开发提供基础资料和生物学依据。 1 材料与方法 1.1 样品的采集、处理和鉴定 根据滆湖地形及环境差异，结合GPS定位，共设置5个采样点(图1)。2012年5月及2012年10月，各采样1次。浮游藻类的定性采集用25#[4]浮游生物网，在表层至0.5m深处20～30cm /s 的速度作“∞”形循回缓慢拖动约5～10min，滤出上清液，把带有一些沉淀的水样放入标本瓶中固定。浮游藻类的定量采样是s在表层0.5m深处采集水样 1 L，用福尔马林溶液（15ml）固定后，沉淀、浓缩至30 mL，取0.1mL定量样品在浮游生物· 49 · SOUTHWEST WATER & WASTEWATER 西 南 给 排 水 Vol.36 No.5 2014 计数框内进行鉴定、计数、分析。 图1 浮游藻类采样点布设示意图 将定量瓶中的样品摇匀，用带刻度吸管迅速吸取0.1mL样品至计数框(20mm×20mm)中，加盖盖玻片(24mm×24mm)，要求计数框内无气泡。在400倍显微镜下观察计数。选择60～70个视野，每瓶计数2片，取其平均值。若同一样品两次计数结果与其平均值只差超过平均值±15%范围，则需再计数一片。上述3片计数值中，若两个近似值与其平均之差不超出平均值±15%范围，则可作为计数结果。计算结果以浮游藻类细胞密度即单位体积内浮游藻类细胞个体数表示，并计算每一个样品的相对丰度。 1.2 数据分析 大部分生物指数法涉及种类鉴定以及判断该[5]种生物耐污与否的困难，因此，一些研究者利用群落内物种多样性指数有关公式来表示水质的好坏。其理论基础是，在清洁水体生物种类多样，数量较少；在污染水体中，敏感种类消失，耐污种类大量繁殖，种类单纯，数量很大。多样性指数法的优点在于确定物种、判断物种耐性的要求不严格，因此较为简便。所以这里采用Shannon－Wiener多样性指数( H') 、Margalef指数( H) 、Pielou均匀度指数( J)进行进行群落种类组成的多样性分析。 Shannon－Wiener物种多样性指数H' = -∑Si = -1PilnPi。H'为物种多样性指数; S 为藻类植物属数; Pi为第 i 属的个体数( Ni) 与总个体数( N) 之比值。评价标准是: H'＞3( 轻或无污染)，H' =1－[6]· 50 · SOUTHWEST WATER & WASTEWATER 西 南 给 排 水 Vol.36 No.5 2014 3( 中污染)，H' = 0－1( 重污染)。 Margalef物种丰富度指数H = ( S－1) / lnN。H 为丰度; S 为藻类植物各类种类数; N 为藻类植物总频数。在健康的生态环境下，种类丰度高; 在污染环境下，种类丰度降低。 Pielou 物种均匀度指数J = H'/lnS进行群落种类组成的多样性分析。J为均匀度指数; H'为Shannon－Wiener多样性指数; S为藻类植物属数。评价标准是: J=0.5－0.8(轻污染)，J= 0.3－0.5(中污染)，J= 0－0.3(重污染)。 利用SPSS11.0软件、Excel进行数据处理。 2 结果与分析 2.1 浮游藻类种属组成 两次调查共发现浮游藻类7门47属104种。其中，蓝藻门4属29种，隐藻门2属4种，甲藻门2属2种，金藻门2属2种，硅藻门7属9种，裸藻门4属9种，绿藻门26属49种。其中绿藻最多，为 49 种。甲藻、金藻最少，仅有2种。常见的有蓝藻门的铜绿微囊藻，硅藻门的小环藻，隐藻门的尖尾蓝隐藻、啮蚀隐藻，绿藻门的颤藻、湖生卵囊藻。 2.2 浮游藻类细胞密度 藻类的细胞密度是水生生态系统功能和水质评价的重要参数之一。通过对定量标本的计数统计，得到各样点藻类植物的细胞密度、优势种。 浮游藻类的细胞密度变幅在6.3×106～61.7×106ind·L。5月份平均细胞密度为 9.05×106ind·L，最大值出现在1和2样点，分别达到9.8×106和12.8×106ind·L，4样点的细胞密度最低，仅 6.3×106ind·L。10月份的平均细胞密度为27.9×106ind·L，最大值出现在4样点，达到 61.7×106ind·L，2样点的藻类植物细胞也较· 51 · -1-1-1-1-1-1[7]高，为34×106ind·L，1样点藻类植物细胞密度最低，仅为 10.1×106ind·L。10月份平均细胞密度与5月份相比，差别较大( P＜0.05)。部分原因是由于10月份的样品中蓝藻数量显著增多。 湖泊主要耐污种为硅藻门的小环藻。10月份的优势种为蓝藻门的微囊藻。 表1 滆湖浮游藻类的细胞密度 10个·L5月点号 1 2 3 4 5 平均值 细胞密度 9.82 12.8 6.7 6.3 9.62 9.05 10月点号 1 2 3 4 5 平均值 6-1-1-1 细胞密度 10.1 34 14.4 61.7 19.2 27.9 2.3 浮游藻类多样性指数分析 2.3.1 浮游藻类的Shannon－Wiener多样性指数( H')分析 5月份浮游藻类的Shannon－Wiener多样性指数( H')平均值为2.47，Shan-non－Wiener 指数( H') 变化范围在2.09～2.85，湖泊总体水质状况为β－中污。10月份浮游藻类的 Shannon－Wiener多样性指数( H') 平均值为1.54，Shan-non－Wiener指数( H') 变化范围在1.07～2.03，湖泊总体水质状况为α－中污。10月份湖泊总体水质状况比5月份差，湖泊各点没有重污染状况。 表2 滆湖浮游藻类Shannon－Wieave 指数 （H') 5月 点号 1 2 3 4 5 平均值 Shannon－Wieave 指数 (H') 2.47 2.15 2.85 2.09 2.8 2.47 10月 点号 1 2 3 4 5 平均值 Shannon－Wieave 指数 (H') 2.04 1.3 1.93 1.07 1.37 1.54 2.3.2 浮游藻类的Pielou均匀度指数（J） 分析 5月份浮游藻类的Pielou均匀度指数平均值为SOUTHWEST WATER & WASTEWATER 西 南 给 排 水 Vol.36 No.5 2014 0.801，各点之间的J值存在些微差异。如表3所示，变化范围在0.696～0.898，其中2号点值最小，3号点值最大，表明3号点浮游藻类的属间个体数分布较均匀。10月份浮游藻类的 Pielou 均匀度指数平均值为0.522，各点之间的 J 值存在微小差异。变化范围在0.342 ～0.7，其中4号点值最小，1号点值最大。5月份与10月份相比，浮游藻类的属间个体数分布较均匀。 表3 滆湖浮游藻类Pielou 均匀度指数（J） Pielou 均匀度指数 （J） 0.8 0.7 0.9 0.75 0.86 0.8 Pielou 均匀度 指数 （J） 0.7 0.41 0.7 0.34 0.46 0.52 5月点号 表4 滆湖浮游藻类Margalef 多样性指数（H） Margalef 多样性指数（H） 5.9 5.24 5.76 4.59 6.87 5.67 10月点号 1 2 3 4 5 平均值 Margalef 多样性 指数（H） 4.25 4.79 3.49 4.44 4.08 4.21 1 2 3 4 5 10月点号 1 2 3 4 5 H' 中污染 中污染 中污染 中污染 中污染 H' 中污染 中污染 中污染 中污染 中污染 J 轻污染 轻污染 轻污染 轻污染 轻污染 J 轻污染 中污染 轻污染 中污染 中污染 H 5.90 5.24 5.76 4.59 6.87 H 4.25 4.79 3.49 4.44 4.08 综合评价 中污染 中污染 中污染 中污染 中污染 综合评价 中污染 中污染 中污染 中污染 中污染 (J) 和 Shannon－Wieaver多样性指数( H')间相关性不明显。所以本研究将主要采用 Pielou 均匀度指数(J)和Shannon－Wieaver多样性指数(H') 的对浮游植物多样性进行综合分析，结果如表5、6所示。 5月份5个点H'值反映的都为中污染，J值都反映为轻污染，H值均大于4。 湖泊反映的各个多样性数值，综合表明5月份滆湖的水质状况一般，湖泊为中污染状态，物种多样性一般或不丰富。10月份5个点H'值反映的都为中污染，1、3号点J值都反映为轻污染，2、4、5号点J值都反映为中污染，H值都在4左右。综合表明10月份滆湖的水质状况一般，湖泊为中污染状态，物种多样性一般或不丰富。 表5 滆湖水质评价 5月点号 1 2 3 4 5 平均值 10月点号 1 2 3 4 5 平均值 5月点号 1 2 3 4 5 平均值 2.4 多样性指数综合分析与水质综合评价 多样性指数法的优点在于确定物种、判断物种耐性的要求不严格。一般的，选择Margalef 多样性指数(H) 、Shannon －Wieaver多样性指数(H') 和 Pielou 均匀度指数(J) 3个指数对浮游植物多样性进行综合评价。从表2可以看出，Shannon－Wieaver多样性指数( H') 和Pielou均匀度指数(J)呈显著的正相关关系，两个指数在各点的变化趋势表现出一Margalef多样性指数(H)与Pielou均匀度指数致性。3 结论 滆湖，是苏南仅次于太湖的第二大淡水湖，在太湖的水环境治理和“十一五”太湖流域引江济太工程规划中，滆湖还担负着沟通长江、太湖两大水体，进行水量调剂、防洪防涝、输送清水的重要功能。与30年前相比，滆湖浮游藻类的种类数增加了，特别是蓝、绿藻的种类增加明显，浮游藻类群落一直为“绿藻+蓝藻+硅藻”型。80年代浮游藻· 52 · SOUTHWEST WATER & WASTEWATER 西 南 给 排 水 Vol.36 No.5 2014 类的平均生物密度为120·61×10ind·L。90年代浮游藻类的平均生物密度为114·46×10ind·L。80、90年代浮游藻类的生物密度并没有非常显著的增加，然而近几年来，浮游藻类的生物密度却急剧上升。 从研究结果可知，滆湖分布的浮游藻类共7门，104种及变种。5月与10月相比，10月的种类明显多于5月.细胞密度也是10月高。同一年度不同季节中藻类植物的组成也有明显变化，造成这种变化的原因主要是气候因素。不同季节，水体的温度、光照、溶解氧、营养盐水平等均有差异，而不同的门类对环境条件的适应情况也有差别，因而就造成了藻类植物分布的季节变化。一般情况，夏季由于营养物的大量消耗及其它动物的吞食，浮游藻类数量进入低谷，秋季则升高。 用Margalef多样性指数( H) 、Shannon－Wieaver多样性指数( H')和Pielou均匀度指数( J) 3个指数对浮游藻类多样性进行综合评价，反映出的滆湖各采样点的水质状况基本合理。从分析结果来看，发现Pielou均匀度指数( J)和Shannon－Wieaver多样性指数( H') 的分布趋于一致，呈正相关，而Margalef多样性指数( H)与Pielou均匀度指数( J)和Shannon－Wieaver多样性指数( H') 间相关性不明显。 根据浮游藻类多样性指数对滆湖水体进行初步评价，结果显示，滆湖的水质处于中污染状态。本研究通过分析滆湖浮游藻类植物群落结构与水环境质量的相互关系，为整个滆湖的水质现状评价及污染防治对策提供了参考依据。为了保护滆湖水 · 53 · △作者通讯处：610081 成都市星辉中路11号 [10][9][8]4-14-1质和水生生态系统，建议采取相应的措施改善和恢复湖泊区域的生态条件，避免湖泊生态环境的进一步恶化。 参考文献 1 江苏省滆湖渔业管理委员会．滆湖“十一五”渔业养殖规划[R]．2005 2 Rimet F．Benthic diatom assemblages and their correspondence with ecoregional classifications：case study of rivers in north-east-ern France［J］． Hydrobiologia，2009，636：137－151． 3 郭春燕，谢树莲，等．太原市汾河景区浮游藻类及水质评价研究［J］．山西大学学报：自然科学版，2006，29( 2) ：205－208． 4 胡远东，吴妍，魏欣瑶，等．大庆市主要湖泊夏季藻类植物多样性及水质评价［J］．东北林业大学学报：东北林业大学出版社，2012，40（4）：64－67． 5 孟伟，张远，渠晓东，等．河流生态调查技术方法［M］．北京： 出版社，2011． 6 黄玉瑶．内陆水域污染生态学—原理与应用［M］．北京：科学出版 社，2001． 7 章宗涉，顾曼如，魏印心，等．微型生物监测新技术［M］．北京：中国建筑工业出版社，1990． 8 Kiplagat K，Lothar K，Francis M M．Temprol Changes in Phytoplankton Structure and Composition and the Turkwel Gorge Reservoir[J]．Hydrobiologia，1998，368:41－59． 9 Thomnton K W，Kimmel B L，Payne F E．Reservoir Limnology: Ecological Perspectives [M]．New York：Wiley interscience Publication，1990． 10 Reynold C S．The Ecology of Freshwater Phytoplankton[M]．Cambridge： Cambridge University Press，1984．