大清河水系浮游植物多样性分析及评价

陈佳林，余海军，王茜

大清河水系浮游植物多样性分析及评价

陈佳林，余海军，王茜通信作者

（天津农学院水产科学学院，天津 300392）

对大清河水系2018年5月和8月的浮游植物多样性进行了监测分析，结果表明大清河水系水体中共有浮游植物5门58种，物种较丰富。其中种数最多的为绿藻门22种，占总种数的37.93%；最少的为金藻门1种，占比为1.72%；藻细胞密度最大的为硅藻门6 004.33×106个/L，占总藻细胞密度的59.69%，最小的为金藻门3.76×106个/L，占比为0.04%；优势种为铜绿微囊藻（）、尖针杆藻（）、四角十字藻（）、二形栅藻（）、小席藻（）、尺骨针杆藻（）、螺旋弓形藻（）；浮游植物细胞密度时间、空间分布不均，变化较大。利用Shannon-Wiener 指数、Pielou指数和Margalef指数计算大清河水系浮游植物多样性指数，综合评价其水质为中度污染。

大清河水系；浮游植物；多样性分析

大清河系地处海河流域中部，东经113°39′～117°34′，北纬38°10′～40°102′之间，它西起太行山，东临渤海湾，北临永定河，南界子牙河，河系跨山西、河北、北京、天津4省市，总面积43 060 km2。大清河发源于太行山东麓，分为南北两支，北支为白沟河水系，主要支流有南、北拒马河、小清河、琉璃河、中易水、北易水等。南支为赵王河水系，主要支流有瀑河、漕河、府河、唐河、潴龙河等，均汇入白洋淀[1]。大清河水系在冀中平原乃至海河流域都有着举足轻重的地位，对华北地区的生态平衡和气候调节起到关键作用[2]。

浮游植物是水域生态系统中最重要的初级生产者，是水中溶解氧的主要供应者，是水域生态系统中食物网的启动者，在水域生态系统的能量流动、物质循环和信息传递中起着至关重要的作用。浮游生物对水体的营养状况有一定的指示作用，具有常规理化参数所不具有的综合性、长期性和灵敏性，被广泛应用于水质的生物学评价[3]。

1 材料与方法

1.1 采样时间与地点

分别于2018年5月和8月对大清河水系进行2次采样，共设25个采样点，见表1。

表1 大清河水系采样点位表

1.2 样品的采集与处理

浮游植物定性样品用25号浮游生物网（200目），在水下0.15 m处作“∞”字型拖曳3 min，入样品瓶后加3 mL福尔马林固定，保存于100 mL标本瓶中带回分析；浮游植物定量样品则取1 L水样于样品瓶中，加15 mL鲁哥氏液固定，带回实验室充分静置24 h后浓缩至50 mL，然后在显微镜下进行种类鉴定和计数[4-5]。

1.3 数据分析方法

本文采用Shannon-Wiener多样性指数（）、Margalef丰富度指数（）和Pielou均匀度指数（）来描述大清河水系的浮游植物群落结构和多样性特征，计算公式如下：

Shannon-Wiener多样性指数（）：

Margalef物种丰富度指数（）：

—浮游植物种类的总数目；

P—第种个体数占总个体数的比例；

—所有个体的总数[6]。

2 结果与分析

2.1 浮游植物群落结构组成

本次研究共鉴定出浮游植物5门58种，其中绿藻门种数最多，为22种，占总种数的37.93%；硅藻门次之，为18种，占比为31.03%；蓝藻门13种，占比为22.41%；裸藻门4种，占比为6.90%；金藻门1种，占比为1.72%。各采样点浮游植物种类组成和分布分别见图1和表2、表3。从图1和表2、表3看出，蓝藻门、硅藻门和绿藻门是主要类群，优势种为铜绿微囊藻、尖针杆藻、四角十字藻、二形栅藻、小席藻、尺骨针杆藻、螺旋弓形藻。浮游植物细胞密度时间、空间分布不均，变化较大。

图1 大清河水系浮游植物种类组成

表2 大清河5月浮游植物种类分布

注：“＋”表示检出，下同

表3 大清河8月浮游植物种类分布

2.2 浮游植物的细胞密度变化

大清河水系水体中的藻细胞密度范围为16.67×106个/L～297.05×106个/L，平均密度为111.33×106个/L。其中硅藻门的藻细胞密度最大，达6 004.33×106个/L，占总藻细胞密度的59.69 %，其次分别为蓝藻门3 787.06×106个/L，占37.65 %，绿藻门244.37×106个/L，占2.43 %，裸藻门19.32×106个/L，占0.19 %，金藻门3.76×106个/L，占0.04 %。

5月水体中的细胞密度范围为16.67×106个/L～127.21×106个/L，平均密度为42.98×106个/L，其中藻细胞密度最大的是3号点（郝家铺），最少的是10号点（中唐梅）；8月水体中的细胞密度范围为95.04×106个/L～297.05×106个/L，平均密度为179.69×106个/L，细胞密度最大的是18号点（安新桥），最少的点是7号（松山）。据国内湖泊富营养化评价标准[7]（浮游植物密度＜30万个/L为贫营养水平，（30～100）万个/L为中营养水平，＞100万个/L为富营养水平），由图2可知大清河流域2018 年5 月和8 月浮游植物的平均密度均大于100万个/L，整体属于富营养水平。

图2 大清河水系5月和8月各采样点浮游植物藻细胞密度

2.3 生物多样性分析

2.3.1 多样性、丰富度和均匀度

大清河水系各采样点的浮游植物通过Shannon-Wiener多样性指数、均匀度指数和丰富度指数进行统计分析。Shannon-Wiener（）多样性指数一般用来描述种的个体出现的紊乱和不确定性，该指数值越高，表明多样性越高。计算结果显示，5月的范围为0.15～1.97，平均值为0.99，最大值出现在17号点（万家码头），最小值出现在3号点（郝家铺）；8月的范围为0.07～1.66，平均值为0.88，最大值出现在15号点（南堤路），最小值出现在10号点（中唐梅）。Pielou（）均匀度指数是群落的实测多样性与最大多样性的比率，变动范围在0～1之间，比率越高，多样性越高，用它来评价生物多样性水平更为直观。计算结果显示，5月的范围在0.07～0.79，平均值为0.38；8月的范围在0.04～0.69，平均值为0.37。Margalef（）丰富度指数是描述群落或生境中物种数目的多寡，其值越大，多样性则越高。5月值范围变动在1.44～5.51，平均值为3.42，最大值出现在22号点（圈头），最小值出现在3号点（郝家铺）；8月值范围变动在1.00～3.33，平均值为2.38，最大值出现在7号点（松山），最小值出现在10号点（中唐梅）。综合上述多样性指数得出，大清河水系浮游植物多样性较差。

2.3.2 浮游植物的生物多样性对水质的评价

近年来，多样性指数常常被用作监测环境污染的评价指标[8]，多样性指数对水质评价的标准见表4。

表4 多样性指数对水质评价的标准[8]

多样性指数对水质评价的指标一般认为，浮游植物物种的生物多样性高时水质较好。根据5月和8月大清河水系Shannon-Weiner多样性指数、Margalef丰富度指数所反映的特征对大清河水系水质进行评价的初步结果见图3和图4，5月Margalef指数浮动在3左右，表明水体的水质介于中度污染和清洁之间，Shannon-Weiner多样性指数浮动在1左右，表明水体水质介于中度污染和重度污染之间；8月Margalef指数浮动在2.3左右，表明水体的水质趋向介于中度污染和轻度污染之间，Shannon-Weiner多样性指数浮动在1左右，表明水体水质介于中度污染和重度污染之间。综合上述，可初步认为该流域水体全年的水质介于重度污染和轻度污染之间，部分点位水质较好，物种丰富度较高，而局部地域点位的物种丰富度较低，水质较差，与取样点受人类干扰程度及污染程度强弱有明显关系。

图3 大清河水系5月各采样点浮游植物多样性指数

图4 大清河水系8月各采样点浮游植物多样性指数

3 讨论

2018年5月和8月大清河水系水体中共鉴定出浮游植物5门58种，物种较为丰富，蓝藻门和硅藻门是主要类群。其中25个采样点中5月和8月的优势种均为铜绿微囊藻，而铜绿微囊藻是引起我国浅水河流湖泊“水华”的主要藻种[9]。蓝藻“水华”爆发是水体富营养化常见的特征之一[10]。“水华”爆发通常造成水体透明度下降，溶解氧含量和生物多样性降低，铜绿微囊藻还会分泌藻毒素，严重破坏水域生态系统平衡，直接影响工农业生产及生活用水的质量，从而威胁水体周围生态环境安全及社会经济可持续发展[11]。WALLACE等[12]发现微囊藻水华爆发时，大量微囊藻以群体状态漂浮在水体表层，致使其他浮游植物无法进行光合作用而死；王奕玲等[13]指出对虾养殖生产过程中，藻结构以微囊藻为优势种时，会造成对虾大量发病死亡；谢钦铭等[14]在探讨微囊藻对轮虫种群生长的影响中发现，高浓度铜绿微囊藻（1.0×106cells/mL）会导致轮虫死亡；曹煜成等[15]研究发现，微囊藻细胞可导致对虾急性中毒死亡。本次采样调查中，5月和8月检测出铜绿微囊藻密度最高的样点均为3号点（郝家铺），该样点靠近人类集聚区，生活污水等可能未经处理或处理不彻底排放，导致水体富营养化，适宜微囊藻生长，从而成为优势种。本次调查发现，大清河水系2018年水体富营养化水平较高，相关部门应加强大清河水系水环境的治理和污水排放的监管力度，逐渐改善该水系的种群结构，恢复生态平衡。

一般认为，浮游植物物种的生物多样性高时，水质较好[8]。从本研究的结果看，以Margalef指数进行评价的结果为大清河水系的水质介于中度污染和清洁之间，物种丰富度相对较高；而以Shannon-Weiner指数对其评价，结果介于重度污染和中度污染之间，生物多样性相对较低。究其原因，Margalef指数仅考虑群落的物种数量和总体密度，而忽略了个体数在各种种间的分配状况[16]。而在Shannon-Weiner指数中，包含着种数和各种间个体分配均匀性两个成分，各种之间，个体分配越均匀，值就越大。如果每一个体均属于不同的种，多样性指数就最大；如果每一个体都属于同一种，则多样性指数就最小。本次调查中发现，各采样点中浮游植物种数虽多，但个体密度分布不均，所以计算出的Shannon-Weiner指数数值偏小，这与王珊等[16]、刘存等[17]和方慷[18]的研究结果一致。另外，河道改造、植被种植、营养盐输入等一系列人为活动也会使浮游植物多样性降低，从而导致利用生物指数评价水质的结果偏低[18]。饶钦止等[19]认为用于评价水质的指标多适用于天然水体，一般不适用于人为富营养状态的水体。可见对于人类聚集区附近水体营养状况的评价不能简单地使用生物指标。因此，用生物多样性指数来评价水质仍存在一定的局限性[20-22]，有待在今后的研究中进一步深入探讨。

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Analysis and evaluation of phytoplankton diversity in Daqinghe basin

Chen Jialin, Yu Haijun, Wang QianCorresponding Author

（College of Fisheries, Tianjin Agricultural University, Tianjin 300392, China）

The phytoplankton diversity of Daqinghe basin was analyzed in May and August in 2018. The results showed that there were a total of 58 species and 5 phyla in Daqinghe basin, indicating a high diversity of species. Among them, chlorophyceae were the main phytoplankton groups. There were 22 species of chlorophyte in the mainstream, accounting for 37.93% of the total phytoplankton species. The minority were chrysophyta accounting for 1.72%. Bacillariophyta had the maximum cell density of 6 004.33×106cell/L, accounting for 59.69% of the total cell density, while the chrysophyta were 3.76×106cell/L, accounting for 0.04%. The universal dominant species in the river were,,,s,,and. The cell density of phytoplankton hadunevenly spatial and temporal distribution. This paper used the Shannon-Wiener index, Pielou index and Margalef index to calculate the phytoplankton diversity of Daqinghe basin, indicating that the water quality in the Daqinghe basin was moderately polluted.

Daqinghe basin; phytoplankton; biodiversity

1008-5394（2020）04-0049-07

10.19640/j.cnki.jtau.2020.04.010

X824

A

2019-06-27

国家自然科学基金（31672264）

陈佳林（1993—），男，硕士在读，主要从事水生生物多样性研究。E-mail：cjl550594951@163.com。

王茜（1971—），女，副教授，博士，主要从事水生动物及昆虫分子系统学研究。E-mail：wqgt1999@163.com。

责任编辑：张爱婷