天津獨流減河8月浮游植物群落結(jié)構(gòu)與水質(zhì)評價

卞少偉，趙文喜，楊洪玲，馬麗娜，梅鵬蔚

（1.天津市環(huán)境監(jiān)測中心，天津300191；2.濱海新區(qū)環(huán)境監(jiān)測站，天津300451）

循環(huán)經(jīng)濟與可持續(xù)發(fā)展

天津獨流減河8月浮游植物群落結(jié)構(gòu)與水質(zhì)評價

卞少偉1，趙文喜1，楊洪玲2，馬麗娜2，梅鵬蔚1

（1.天津市環(huán)境監(jiān)測中心，天津300191；2.濱海新區(qū)環(huán)境監(jiān)測站，天津300451）

2016年8月，系統(tǒng)調(diào)查研究了獨流減河浮游植物結(jié)構(gòu)群落組成、密度的分布特征及與環(huán)境因子的關(guān)系。10個采樣點中共鑒定出浮游植物5門45種及變種，優(yōu)勢種以藍藻門為主，包括皮狀席藻、細小隱球藻、阿氏顫藻、螺旋藻、銅綠微囊藻和優(yōu)美平裂藻。各采樣點浮游植物密度變化在（4.15～27.5）×106ind./L之間。Shannon-Wiener指數(shù)（H′）在0.94～3.17，Pielou指數(shù)（J′）在0.24～0.72，Margalef指數(shù)（d）在0.69～1.72?；谊P(guān)聯(lián)分析結(jié)果表明，對獨流減河浮游植物密度影響最大的環(huán)境因子是錳，其相關(guān)性系數(shù)是0.74。

獨流減河；浮游植物；群落結(jié)構(gòu)；水質(zhì)評價；天津

獨流減河位于天津市區(qū)南側(cè)，是天津市主要河道之一，全長67 km。自進洪閘始，達濱海新區(qū)后入海，河道寬闊順直。目前，對天津獨流減河浮游植物調(diào)查研究的報道很少。浮游植物是水生態(tài)系統(tǒng)的重要組成成分，受水環(huán)境變化的直接影響，其密度的動態(tài)變化又直接影響著水體的水質(zhì)變化，同時其群落結(jié)構(gòu)的特征，往往也是水環(huán)境狀況的重要指標(biāo)[1-4]。富營養(yǎng)化水體最直接的表現(xiàn)是水體中浮游植物繁殖迅速，出現(xiàn)水華。在不同的地區(qū)，不同的水域，不同的季節(jié)，浮游植物群落結(jié)構(gòu)變化的環(huán)境因子也不相同[5-8]。筆者首次調(diào)查研究了獨流減河夏季浮游植物群落組成、密度及其空間分布特征，應(yīng)用灰關(guān)聯(lián)分析初步探討了獨流減河浮游植物群落與水質(zhì)及環(huán)境因子的關(guān)系，以期為獨流減河水質(zhì)評價、水體富營養(yǎng)化防治以及水資源合理開發(fā)提供數(shù)據(jù)資料和研究依據(jù)。

1 采樣與分析

1.1 生物樣品采集與分析

根據(jù)獨流減河的氣候特點，2016年8月在獨流減河上共布設(shè)10個采樣點，進行采樣工作。采樣點具體位置見圖1。定性樣品用25#的浮游生物網(wǎng)在水體表面按“∞”字形拖取3～5 min，濾液用魯哥氏液和甲醛固定，定量樣品有機玻璃采水器在水下0.5 m處取1 L水樣，加15 ml魯哥氏液固定，帶回實驗室沉淀48 h，濃縮至30 ml保存。顯微鏡檢計數(shù)時充分搖勻，吸取0.1 ml滴入0.1 ml計數(shù)框內(nèi)計數(shù)、分析、鑒定[9-10]。

1.2 水質(zhì)樣品采集與分析

高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）、亞硝酸鹽氮（NO2-N）、硝酸鹽氮（NO3-N）、氟化物（F-）、氨氮（NH3-N）、化學(xué)需氧量（COD）、鐵（Fe3+）、錳（Mn2+）、總氮（TN）、總磷（TP）等參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)測定[11]。

圖1 獨流減河采樣點分布

1.3 數(shù)據(jù)分析與評價

1.3.1 生物多樣性指數(shù)計算

生物多樣性指數(shù)包括優(yōu)勢度、Shannon-Wiener指數(shù)（H′）、Pielou均勻度指數(shù)（J′）、Margalef豐富度指數(shù)（d），計算公式如下[12-16]：

式中ni為第i種的數(shù)量，N為采集樣品中的所有種類總個體數(shù)；S為采集樣品中的種類總數(shù)；fi為該種在各樣品中出現(xiàn)的頻率，y≥0.02為優(yōu)勢種。

1.3.2 灰色關(guān)聯(lián)分析

環(huán)境因子對浮游植物密度的影響分析采用灰關(guān)聯(lián)分析，進行灰關(guān)聯(lián)分析時，為了消除不同量綱帶來的影響，采用均值法對原始數(shù)據(jù)進行無量綱處理，公式如下：

設(shè)X為關(guān)聯(lián)因子集，x0∈x為參考序列，x0={x0（k），k=1，2，…，n}xi∈x為比較序列xi={xi（k），k= 1，2，…，n}，（i=1，2，…，m），x0與xi在第k點的關(guān)聯(lián)系數(shù)為：

2 結(jié)果與分析

2.1 水環(huán)境質(zhì)量狀況

夏季獨流減河高錳酸鹽指數(shù)濃度范圍在9.4～17.5 mg/L；亞硝酸鹽氮濃度范圍在0.001 5～0.244 mg/L；硝酸鹽氮濃度范圍在0.28～2.40 mg/L；氟化物濃度范圍在0.75～1.00 mg/L；氨氮濃度范圍在0.256～3.40 mg/L；總氮濃度范圍在2.87～5.98 mg/L；總磷濃度范圍在0.12～0.30 mg/L；化學(xué)需氧量濃度范圍在9.4～17.5 mg/L；鐵濃度均為0.015 mg/L；錳濃度范圍在0.005～0.04 mg/L。按《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）的各項指標(biāo)限值評價，除8#斷面水質(zhì)為Ⅴ類外，其余各斷面水質(zhì)類別均為劣Ⅴ類；按《地表水環(huán)境質(zhì)量評價辦法》（試行）定性分級評價，獨流減河夏季整體水質(zhì)為重度污染。

2.2 獨流減河浮游植物群落結(jié)構(gòu)

2.2.1 浮游植物結(jié)構(gòu)組成和優(yōu)勢種

2016年夏季（8月），獨流減河共鑒定出浮游植物5門45種及變種。其中：綠藻門22種及變種，占48.9%；藍藻門14種，占31.1%；硅藻門6種及變種，占總數(shù)13.3%；隱藻門2種，占4.4%；裸藻門1種，占2.2%。夏季獨流減河浮游植物群落優(yōu)勢種以藍藻門為主，如表1所示。

2.2.2 浮游植物細胞數(shù)量

獨流減河夏季浮游植物各采樣點浮游植物細胞密度在4.15×106～27.5×106ind./L之間，平均值為12.6×106ind./L。其中：8#采樣點浮游植物密度最大，春季6#采樣點次之，1#采樣點浮游植物密度最小。獨流減河浮游植物密度的變化趨勢如圖2所示。

表1 獨流減河8月環(huán)境因子特征mg/L

表2 獨流減河8月浮游植物優(yōu)勢種

2.2.3 生物多樣性指數(shù)

獨流減河浮游植物多樣性指數(shù)H′、J′和d值的變化如圖3所示，H′值在0.94～3.17之間，平均值為2.46；J′值在0.24～0.72之間，平均值為0.57；d值在0.69～1.72之間，平均值為1.19。

2.3 獨流減河浮游植物與環(huán)境因子的關(guān)系

高錳酸鹽指數(shù)、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、氟化物、氨氮、總氮、總磷、化學(xué)需氧量、鐵、錳10種環(huán)境因子與浮游植物豐度的關(guān)聯(lián)度不同，表明其對浮游植物的影響大小是不一樣的，影響浮游植物細胞數(shù)量變化的強弱順序依次是錳〉鐵〉高錳酸鹽指數(shù)〉硝酸鹽氮〉化學(xué)需氧量〉亞硝酸鹽氮〉總磷〉總氮〉氨氮〉氟化物。（見表2）

圖2 獨流減河浮游植物細胞密度變化

圖3 浮游植物多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)、豐富度指數(shù)

表2 浮游植物豐度與環(huán)境因子關(guān)聯(lián)度

3 討論

3.1 浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征

在調(diào)查期內(nèi)，共觀察到浮游植物5門45種及變種，浮游植物的細胞密度均值為12.6×106ind./L，其群落組成以綠、藍藻為主，《水生生物監(jiān)測手冊》和水質(zhì)生物學(xué)評價表明[18-19]，獨流減河水體已經(jīng)受到污染，達到富營養(yǎng)化程度[20]。獨流減河H′值在0.94～3.17之間，故獨流減河處于輕—重污染狀態(tài)，說明水質(zhì)已經(jīng)受到一定程度的污染。（其中0〈H′〈1為重污染，1〈H′〈3為中污染，H′〉3為輕污染或無污染）。

3.2 浮游植物群落特征與環(huán)境因子的關(guān)系

環(huán)境因子對獨流減河浮游植物密度影響的分析結(jié)果表明，錳和鐵是影響?yīng)毩鳒p河浮游植物密度的重要因素。有關(guān)研究表明[21]，當(dāng)N/P在20～30之間時，N、P不再是限制性因素，限制性因素則變得不確定。Mn是浮游植物細胞生長的必需元素[22-23]，低濃度Mn能夠促進葉綠素合成；Fe在浮游植物生物能的形成過程中起著重要作用[24]，同時低濃度鐵也可以促進浮游植物的葉綠素合成，促進生長速率的加快和生物量的增加。

4 結(jié)論

獨流減河8月采樣共鑒定出浮游植物5門45種及變種，優(yōu)勢種以藍藻門為主；獨流減河的水質(zhì)狀況和Shannon-Wiener多樣性指數(shù)（H′）均表明該河流已受到污染，其浮游植物細胞密度顯示水體營養(yǎng)級別為富營養(yǎng)化；灰關(guān)聯(lián)分析結(jié)果表明，獨流減河浮游植物密度影響最大的環(huán)境因子是錳。

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（編輯：程?。?/p>

Community Structure of Phytoplankton and Water Quality Assessment of Tianjin Duliujian River in August

Bian Shaowei1,Zhao Wenxi1,Yang Honglin2,Ma Lina2,Mei Pengwei1
（1.Tianjin Environmental Monitoring Centre,Tianjin 300191,China;2.Binhai New District Environmental Monitoring Centre,Tianjin 300451,China）

An investigation was conducted on the phytoplankton's community composition,abundance,and their relations with environmental factors of Tianjin Duliujian River in August,2016.A total of 45 phytoplankton species were identified,belonging to 5 phyla.Dominant species are completely from Cyanophyta,they are phormidium corium,aphanocapsa elachista,oscillatoria agardhii, spirulina sp.,microcystis aeruginosa,merismopedia elegans and so on.The phytoplankton's abundance of different sampling sites were from 4.15×106to 27.5×106ind./L,Shannon-Wiener diversity index from 0.94 to 3.17,Pielou's index from 0.24 to 0.72,and Margalef's index from 0.69 to 1.72. The result of grey relational analysis suggested that the most influencing environmental factor was manganese,with the correlation rate 0.74.

Duliujian River,phytoplankton,community structure,water quality assessment,Tianjin

X824

A

1008-813X（2017）04-0044-04

10.13358 /j.issn.1008-813x.2017.04.12

2017-04-10

科技部國家基礎(chǔ)性工作項目《中國沼澤濕地資源及其主要生態(tài)環(huán)境效益綜合調(diào)查》（2013FY111800）

卞少偉（1986-），男，黑龍江依蘭人，畢業(yè)于東北林業(yè)大學(xué)水生生物學(xué)專業(yè)，碩士，工程師，主要從事水環(huán)境監(jiān)測、水源地環(huán)境保護狀況評估及水生生物分類鑒定工作。