西河湾浮游植物调查及营养状况评价

占 珊，陈佳洁

（江西省景德镇市水文局，江西 景德镇 333000）

0 引言

西河是昌江一级支流，在景德镇市区三闾庙南侧西港口汇入昌江，西河湾位于西河下游段，主城区西南侧。河道的鲤鱼洲段沿岸地势低洼，加之西河防洪基础薄弱，长期以来，遭受暴雨内涝及洪水倒灌双重影响，周边自然环境和西河水环境均被破环。

为了从根源上起到缓解内涝、防洪的作用，同时带动周边地区的经济发展、改善周边地区的自然环境，景德镇市委市政府在2015年启动了西河水系综合治理项目。在西河下游段，通过新建水力翻板坝抬高水位，在上游形成约57.33hm2的新昌南湖景观水面，在承担着防洪调洪基本功能的同时，形成了集生态改善、旅游休闲等功能于一体的西河湾湿地公园。翻板坝蓄水后会导致水体流动速度放缓、水体自净能力下降，同时，由于人类活动的影响，将会导致不同程度的水体污染及水体富营养化。浮游植物是水域生态系统的重要组成部分，对水体综合或慢性污染反应敏感，其种类组成和数量变化能反映水环境质量，因此对西河湾浮游植物群落进行调查，利用综合营养状态指数、浮游植物多样性指数对水体富营养化程度进行评价，为今后西河湾的水生态环境和水资源保护提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 采样时间和采样点

2019年3～11月，每2个月对西河湾进行采样调查。在西河湾湖区及上、下游共设6个采样点（见图1）。从西河上游到经过西河湾至下游与昌江汇合处，依次命名为 A（洪源）、B（体育馆）、C（沙滩）、D（石岭桥）、E（水坝）、F（人民公园）。A 点（N29°20'15"，E117°8'53"）位于西河湾上游洪源水文站，B点（N29°18'23"，E117°9'2"）位于西河湾上游洪源下游体育馆处，C点（N29°18'17"，E117°9'55"） 位于西河湾沙滩处，D 点（N29°18'27"，E117°10'3"） 位于西河湾中间石岭桥处，E 点（N29°18'21"，E117°10'30"）位于西河湾翻板坝内侧处，F 点（N29°18'21"，E117°11'36"）位于西河湾下游与昌江交界人民公园处（见图1）。

图1 西河湾采样点示意图

1.2 样品的采集与处理

每个样点均采集表层0.5m处水样及浮游植物样品。

水质样品的采集按照《水和废水监测分析方法》（第四版）[1]，水温、pH现场测定，溶解氧、总磷、总氮、叶绿素、高锰酸盐指数、氨氮等指标在实验室进行测定。

浮游植物的定性、定量样品的采集、固定、浓缩均按照《水库渔业资源调查规范》（SL167-2014）进行。浮游植物定性样品用25#浮游生物网（孔径64μm）在表层水中作“∞”字形来回拖曳5min左右，将其倒入已准备好的样品瓶，加入鲁哥氏液固定后[2]，带回实验室待镜检鉴定[3，4]。

浮游植物定量样品用有机玻璃采水器采1L水样于水样瓶中，加入鲁哥氏液固定，带回实验室静置48h沉淀后浓缩至50mL，放入样品瓶内保存待检。计数时充分摇匀后，用移液器吸取0.1mL样品置于0.1mL浮游植物计数框内，在显微镜（Olympus CX31，400×）下采用视野法计数，每个样品计数2次，2次误差不应超过15%，如果超过再计数第3次，取误差较小2次的平均值作为最后的定量结果。

每升水样中浮游植物数量的计算公式如下：

式中，N为升水中浮游植物的数量（ind/L）；Cs为计数框的面积（mm2）；Fs为视野面积（mm2）；Fn为每片计数过的视野数；V为一升水样经浓缩后的体积（mL）；v为计数框的容积（mL）；Pn为计数所得个数（ind.）。

1.3 评价方法

1.3.1 综合营养状态指数法

采用中国环境监测总站[5]推荐的“湖泊水库富营养化评价方法及分级技术规定——综合营养状态指数法”中，以 chla、TP、TN、SD 和 CODMn为评价标准，对水体富营养化状况进行评价，评价标准见表1。综合营养状态指数计算公式如下：

表1 综合营养状态指数评价标准

式中，TLI（∑）表示综合营养状态指数；TLI（j）代表第j种参数的营养状态指数；Wj为第j种参数的营养状态指数的相关权重；m为评价参数的个数。

1.3.2 生物多样性指示法

浮游植物的物种多样性可以说明不同环境下藻类个体的分布丰度和水体污染程度。本文选择应用较广泛的Shannon-Weiner多样性指数H'[6]、Margalef多样性指数d[7]和Pielou均匀度指数J'[8]对西河湾水质进行评价。计算公式分别为：

式中，ni为第i种的数量，N为采集样品中的所有种类总个体数；S为采集样品的种类总数。

多样性指数评价标准见表2。

表2 浮游植物多样性指数评价标准

2 结果与讨论

2.1 水质状况及营养状态分析

调查期间各样点水质监测结果表明（表3），西河湾水温在10.5℃～30.0℃之间，最高水温出现在9月，最低水温出现在3月，均值为21.2℃；pH范围为6.9～8.2，均值为7.4，水体呈弱碱性；总磷浓度范围在0.024～0.259mg/L，均值为0.066mg/L；总氮浓度范围在0.75～6.53mg/L，均值为1.91mg/L。按照《地表水环境质量标准》（GB3838-2002），主要超标项目为总磷、总氮，水质状况为V类水标准。

表3 各采样点的水质状况

依据“湖泊水库富营养化评价方法及分级技术规定”，对西河湾6个采样点的营养状态进行分析。从表4可知，在调查期间各采样点的综合营养状态指数在43.9～49.6之间波动，西河湾整体达到中营养化水平。

表4 西河湾水质综合营养状态指数

2.2 浮游植物种类组成和分布

在调查期间共鉴定出浮游植物8门58属116种，其中绿藻门和硅藻门在种类上占据优势，分别占藻类种类数的41.38%和31.03%；蓝藻门次之，占14.66%；其余各门占的比例都较小。全流域各门藻类种类数所占比例见表5。

表5 西河湾浮游植物的种类组成

浮游植物种类组成月分布见图2。硅藻门、绿藻门、蓝藻门、隐藻门、裸藻门和甲藻门所含的藻种数目每月以不同的比例出现。全年以硅藻和绿藻的种类数最多，占总种数的70%以上。3～9月各种藻类的优势种群交替出现，3月以硅藻为优势，5～7月以硅藻和绿藻为优势，9月以硅藻、绿藻和蓝藻为优势，11月以硅藻和绿藻为优势。基本符合PEG（Plankton Ecology Group）模式[9]，即冬春季（3月）以硅藻门为主，夏季（5月、7月）以绿藻门为主，夏末秋初（9月）蓝藻比例增大，随后（11月）又逐渐恢复硅藻门低温条件下的竞争优势。

图2 西河湾浮游植物的种类月分布

2.3 藻细胞密度的时空变化

各采样点藻细胞密度变化范围较大，全年波动于0.35×105～180.6×105ind/L 之间，最高为 11月份 E 点水坝处，最低为3月份A点洪源处，均值为19.7×105ind/L。

空间上，各采样点的藻细胞密度从西河上游一直到西河湾翻板坝（A→E）呈逐渐增加趋势，到出湖口F点又急剧减少。表明翻板坝在一定程度上对浮游植物起到了聚集作用，且E点因为水体流速慢形成了静态水面，藻类会上浮以获得更多的光照，导致采样时表层水体藻类浓度高，而坝下游F点因为水体流速快致使水体上下垂直混合，以及与昌江水体的交换致使水体水平混合，藻类均匀分布在水柱中，从而导致在E点集中分布表层的藻类到了F点完全均匀分布各个水层，因此F点采样时表层水体藻类浓度下降。

时间上，从3月到5月逐渐增加，随后一直到9月逐渐减少，到11月又急剧增加。3月、5月C点沙滩处藻细胞密度最大，9月、11月F点水坝处藻细胞密度最大。3月、5月气温适宜，可能为人类活动干扰有关，居民在沙滩处活动频繁；9月、11月随着降雨量的减少，水流流速偏低，导致藻类富集在浅滩区及水坝内侧相对死水区，最终使水坝处藻细胞密度达到峰值（全年最大）。西河湾藻细胞密度的时空变化见图3。

图3 西河湾藻细胞密度的时空变化

表6 西河湾浮游植物的丰富度指数、多样性指数和均匀度指数

2.4 浮游植物多样性指数

浮游植物多样性指数和均匀度指数也可以较好地反映水质变化状况，水中检出的藻类种数越多，并且各个藻种的分布均匀度越高，说明该水体中浮游植物群落的稳定性越高，水环境质量也越高[10]。

由表6可知，调查期间西河湾浮游植物的Margalef丰富度指数（d）各月平均值在1.05～1.84之间；Shannon-Wiener多样性指数（H'）各月平均值在1.87～2.88之间；均匀度指数（J'）各月平均值在0.51～0.65之间。根据相应指数评价标准评价西河湾水体污染情况，Margalef丰富度指数、Shannon-Wiener多样性指数基本介于1～3，属于中污型，均匀度指数介于0.5～0.8，属于中污型。因此3种多样性指数对西河湾水质评价结果一致，显示该水体几乎全年处于中污型状态。

3种多样性指数随时间呈现出一定的变化。Margalef丰富度指数平均值的变化趋势为：9月＜3月＜5月＜11月＜7月，Shannon-Wiener多样性指数平均值的变化趋势为：9月＜3月＜11月＜5月＜7月，均匀度指数平均值的变化趋势为：9月＜3月＜11月＜7月＜5月。3种多样性指数都显示9月最低、3月次之。水体的污染程度与多样性指数的大小变化呈相反趋势，因而西河湾水体的污染程度3月、9月高于5月、7月、11月。

9月平均水温28.6℃，在调查期间的5次采样中水温是最高的，甚至超过7月，这与采样当天的个体差异有关。水温适宜蓝藻、绿藻的生长，同时因为水体流速减小导致隐藻数量的快速增长，而9月的藻类总种数又最少，因此造成了多样性指数最小。

3月平均水温10.8℃，低于大多数浮游植物的最适生长温度，却最适宜喜冷的硅藻门的生长，因此3月水体藻类种数少，仅次于9月，群落结构较单一。

3 结论

（1）根据水质监测结果表明，西河湾水质状况为V类水标准，主要超标项目为总磷、总氮。在调查期间各采样点的综合营养状态指数在43.9～49.6之间波动，西河湾整体达到中营养化水平。

（2）调查期间，西河湾共鉴定出浮游植物8门58属116种，以绿藻、硅藻为主要类群；各采样点藻细胞密度变化范围较大，从西河上游一直到西河湾翻板坝呈逐渐增加趋势，到出湖口又急剧减少，表明翻板坝在一定程度上对浮游植物起到了聚集作用，且E点因为水体流速慢形成了静态水面，藻类会上浮以获得更多的光照，导致采样时表层水体藻类浓度高，而坝下游F点因为水体流速快致使水体上下垂直混合，以及与昌江水体的交换致使水体水平混合，藻类均匀分布在水柱中，从而导致在E点集中分布表层的藻类到了F点完全均匀分布各个水层，因此F点采样时表层水体藻类浓度下降。因此需防范10～11月份水量减少的情况下，翻板坝处浮游植物的聚集造成突发水华。

（3）Margalef丰富度指数、Shannon-Wiener多样性指数、均匀度指数随时间呈现出一定的变化，西河湾水体的污染程度3月、9月高于5月、7月、11月。3种多样性指数对西河湾水质评价结果一致，显示该水体几乎全年处于中污型状态，与综合营养状态指数分析结果也具有较好的一致性。