黃壁莊水庫浮游植物調(diào)查和評價

趙晶晶 潘娟 劉影爽 范越凡 方雪丹 張秋瑩 史增奎

摘?要：為了解黃壁莊水庫春、夏、秋三季浮游植物的群落分布特征和水質(zhì)狀況，分別在2019年的春、夏、秋三季對黃壁莊水庫進行浮游植物樣品的采集、分析和鑒定，結(jié)果表明：黃壁莊水庫浮游植物主要分布在硅藻門、綠藻門和藍藻門，浮游植物種類的季節(jié)分布很穩(wěn)定，浮游植物的數(shù)量主要分布在硅藻門和綠藻門，利用浮游植物多樣性指數(shù)H和J以及水文因子來綜合評價，黃壁莊水庫為輕污染或無污染水體。

關(guān)鍵詞：黃壁莊水庫;浮游植物;多樣性;水質(zhì)評價

黃壁莊水庫位于河北省石家莊市平山、靈壽、鹿泉三縣區(qū)交界處，海河流域子牙河系滹沱河中游，控制流域面積為 23 400 km2（連同上游28 km處的崗南水庫），占滹沱河流域面積的95%。冶河為滹沱河最大支流，直接匯入黃壁莊水庫[1]。

水庫設(shè)計庫容12.1億m3，現(xiàn)水貯量一般為1億～2億m3，調(diào)洪庫容7.366 3億m3，興利庫容4.64億m3，死庫容0.696 8億m3，已淤積庫容0.32億m3，死水位111.5 m，起調(diào)水位114 m，汛限水位114 m，正常蓄水位120 m，設(shè)計洪水位125.84 m，校核洪水位128 m。水庫主要由主壩、副壩、正常溢洪道、非常溢洪道、新增非常溢洪道、電站重力壩、靈正渠涵管及電站等建筑物組成[2]。

石家莊中山湖日本沼蝦、黃顙魚國家級水產(chǎn)種質(zhì)資源保護區(qū)位于黃壁莊水庫，是2018年11月5日農(nóng)業(yè)農(nóng)村部公布的第十一批國家級水產(chǎn)種質(zhì)資源保護區(qū)?？偯娣e5 500 hm2，其中核心區(qū)面積1 693 hm2，實驗區(qū)面積3 807 hm2[3]。特別保護期為每年的4月1日至9月15日。保護區(qū)位地理坐標范圍在東經(jīng)114°09′32″—114°18′35″，北緯38°12′38″—38°19′36″之間。保護區(qū)主要保護物種為日本沼蝦和黃顙魚，其他保護物種包括鯉、鯽、條、烏鱧、翹嘴紅鲌、中華鱉、大銀魚、鯰、泥鰍、田螺等[4-5]。

浮游植物作為水域生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)者，在物質(zhì)循環(huán)和能量流動的過程中具有很重要的地位，它是水域生態(tài)系統(tǒng)食物鏈的開啟者[6-8]。浮游植物種類和數(shù)量的調(diào)查可以從側(cè)面映射水生態(tài)系統(tǒng)的質(zhì)量好壞[9-10]。為了解黃壁莊水庫浮游植物的群落分布特征和水質(zhì)狀況， 2019年進行浮游植物調(diào)查和評價，本次調(diào)查研究的成果可以為黃壁莊水庫水質(zhì)改善提供一些參考。

1?材料與方法

1.1?采樣點位置分布和采樣時間

根據(jù)黃壁莊水庫的形狀和特點采用“走航式”的采樣方法在黃壁莊水庫選擇9個站點，如圖1所示，各采樣點的具體信息見表1。在2019年3月（春）、7月（夏）和10月（秋）三個時間段前往黃壁莊水庫進行浮游植物樣品的采集，每次采樣都在天氣晴朗的情況下進行。

1.2?樣品的采集與鑒定

浮游植物樣本的采集方法參考《漁業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測規(guī)范》（SC/T 9102.3-2007）[11]。

浮游植物定性樣本的采集采用25#浮游生物網(wǎng)進行拖曳采集，而后放入采樣瓶中，加入甲醛溶液進行固定。

浮游植物定量樣本的采集方法：在每個站位利用有機玻璃采水器分別在上、中、下三個水層采集等體積的水樣，充分混合，取1 L放入廣口塑料瓶中，加入15 mL魯哥氏液固定，然后帶回實驗室沉淀48 h，濃縮至40 mL，作為實驗樣品留下待檢。

對于浮游植物定性樣本主要參考相關(guān)的書籍[12-13]進行鑒定，分別檢索到種，然后進行浮游植物定量樣本的計數(shù)，采用的方法是視野計數(shù)法，每個采樣點的水樣分別取兩片，在40×顯微鏡下每片計數(shù)30個視野，取平均值作為該采樣點某種浮游植物的最后實驗結(jié)果，實驗結(jié)束利用相關(guān)的統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)處理和分析。

1.3?數(shù)據(jù)處理

浮游植物多樣性判斷指標：生物多樣性選取香農(nóng)-威納指數(shù)（H）和均勻度指數(shù)（J）兩個指標來進行綜合評價，此外該指數(shù)還可以估測水質(zhì)類型。首先采用視野計數(shù)法計算浮游植物的數(shù)量，根據(jù)實驗結(jié)果利用統(tǒng)計軟件計算浮游植物的密度和多樣性指數(shù)，公式如（1）—（3）式所示。利用香農(nóng)-威納指數(shù)（H）和均勻度指數(shù)（J）來評估水質(zhì)[14-16]，具體評估標準如表2所示。

利用優(yōu)勢度Y判定優(yōu)勢種，Y>0.02的浮游生物為優(yōu)勢種[17]。

式（1）中：N為1 L水中浮游植物的個數(shù)，個1 L;Cs是計數(shù)框面積，mm2;V是1 L水濃縮后的體積，mL;Fn是計數(shù)過的視野數(shù);Fs是每個視野的面積，mm2;Pn是計數(shù)出的浮游植物的個數(shù);v是計數(shù)框的體積0.1 mL。

式（2）中：Pi為群落中第i種的數(shù)量占總數(shù)量的比值。

式（3）中：H為香農(nóng)-威納指數(shù)，J為均勻度指數(shù)，S為群落中發(fā)現(xiàn)的物種總數(shù)。

式（4）中：Di為某個站位的第i種生物的總數(shù)占該站位所有物種數(shù)量之和的比值;fi為第i種生物在整個水庫采樣點出現(xiàn)的概率。

2?調(diào)查結(jié)果

2.1?浮游植物總體結(jié)構(gòu)特征

春、夏、秋三季對黃壁莊水庫浮游植物調(diào)查結(jié)果如表3所示，共檢測出浮游植物6門93種，其中綠藻門34種、占總種數(shù)的36.56%;隱藻門2種，占總種數(shù)的2.15%。由圖2可以看出Z7（主壩、滹沱河出口）采樣點的浮游植物種類數(shù)最多。從表4可以看出春季、夏季、秋季浮游植物總種數(shù)分別為59、61、51，浮游植物種類的季節(jié)分布很穩(wěn)定，均主要分布在硅藻門、綠藻門和藍藻門。各個門類植物的春、夏種類數(shù)相差無幾，秋季相對偏少。

2.2?浮游植物密度分布特征

各采樣點在春、夏、秋三季浮游植物密度的季節(jié)分布情況如圖3所示，其中浮游植物密度的峰值出現(xiàn)在Z3秋季，浮游植物的數(shù)量為186.70×105個/L;谷值出現(xiàn)在Z2春季，數(shù)量為18.02×105個/L。整體上看，浮游植物的豐富度在不同站位均為秋季最高、春季最少，而且夏、春兩季的浮游植物密度在各站位相差無幾。此外，從秋季浮游植物的密度上看，Z2、Z6、Z8三個站點中，浮游植物密度中綠藻門>硅藻門>藍藻門;而Z1、Z3、Z4、Z5、Z7、Z9六個站點中，浮游植物密度中雖然綠藻門依舊是最高，但硅藻門和藍藻門的數(shù)量相差無幾，有的站位藍藻門的數(shù)量甚至比硅藻門的數(shù)量還要多。在春季硅藻門為優(yōu)勢門類，可能與春季剛剛回暖，氣候寒冷有關(guān)，與硅藻門植物耐寒性剛好相符;在夏季綠藻門為優(yōu)勢門類，藍藻門次之;秋季綠藻門與藍藻門的數(shù)量相差無幾，均為優(yōu)勢門類。

從圖4可以看出，黃壁莊水庫浮游植物密度的季節(jié)分布為秋季>夏季>春季，其中秋季綠藻門密度遠遠高于春、夏兩季，春、夏兩季相差無幾，硅藻門的春、夏、秋三季密度相差不多，但是依舊為秋季>夏季>春季。其他門類浮游植物在調(diào)查期間均很少見。

2.3?浮游植物優(yōu)勢種的分布特征

通過式（4）計算優(yōu)勢度Y，根據(jù)Y>0.02判斷黃壁莊水庫浮游植物優(yōu)勢種的季節(jié)分布如表5所示，由表可知黃壁莊水庫春、夏、秋三季的優(yōu)勢種共有15種，占浮游植物總物種數(shù)的16%;春、夏、秋三季優(yōu)勢種的種數(shù)分別為9、10、10。其中藍藻門的隱球藻、微小平裂藻;綠藻門的星芒小球藻以及硅藻門的尖針桿藻、顆粒直鏈藻僅為秋季的優(yōu)勢種;藍藻門的巨顫藻僅為夏季的優(yōu)勢種;浮游植物除這6種僅在一個季節(jié)為優(yōu)勢種外，其他9個優(yōu)勢種季節(jié)分布具有穩(wěn)定性的特點。2.4?黃壁莊水庫水質(zhì)與浮游植物多樣性的關(guān)系

黃壁莊水庫春、夏、秋三季各站位浮游植物多樣性指數(shù)計算結(jié)果如表6所示，由表可知浮游植物的香農(nóng)-威納指數(shù)H的最大值為3.78，其對應(yīng)的水質(zhì)最好，為輕污染或無污染水體，對應(yīng)的采樣時間和地點為春季的Z6;最小值為2.10，其對應(yīng)的水質(zhì)質(zhì)量最差，為中污染水體，水樣來自Z8秋季。

整體上看，春季H的均值為3.48，J的均值為1.21，兩者對應(yīng)的水質(zhì)類型均為輕污染或者無污染水體。夏季H的均值為3.35，J的均值為1.15，兩者對應(yīng)輕污染或者無污染水體。秋季H的均值為2.70，對應(yīng)水體為中污染類型水體，J的均值為0.93，對應(yīng)水體為輕污染或無污染水體。

從浮游植物多樣性指數(shù)對水質(zhì)進行評價，春季的水質(zhì)最佳、夏季次之、秋季最差。

2.5?黃壁莊水庫水環(huán)境因子與浮游植物多樣性的關(guān)系

從表7中可以看出，黃壁莊水庫全年水體為弱堿性水，水溫夏季（7月）>秋季（10月）>春季（4月），透明度為春季（4月）>夏季（7月）>秋季（10月），一般來說，水體的水質(zhì)越好，透明度也越大，參考浮游植物多樣性對水質(zhì)做出的預(yù)估為春季水質(zhì)最佳，夏季次之，秋季最差，這與透明度測量結(jié)果相符合。因而計算浮游植物多樣性指數(shù)對水質(zhì)評價具有一定的意義。3?討論

本次調(diào)查中發(fā)現(xiàn)黃壁莊水庫中浮游植物數(shù)量很多，但是種類卻集中出現(xiàn)在硅藻門、綠藻門和藍藻門。從時空分布上看，春夏秋三季中硅藻門和綠藻門的生物均有出現(xiàn)，沒有明顯的分布規(guī)律。藍藻門主要出現(xiàn)在秋季，可能是由于溫度對磷元素的含量產(chǎn)生了影響，因為限制藍藻門繁殖的營養(yǎng)元素為磷，而且在Z3和Z4藍藻門的種類和數(shù)量均較其他站位偏高，可能是Z3在冶河河口，Z4附近有電廠，這兩個站點與人類居住地距離較近，可能會因生活或生產(chǎn)廢水的排放導(dǎo)致營養(yǎng)元素尤其是磷元素含量的增加，從而導(dǎo)致藍藻門植物的大量繁殖和生長，使水體呈現(xiàn)一定程度的富營養(yǎng)化現(xiàn)象。在Z7處浮游植物的種類最多，浮游植物密度也偏高，可能是該站點位于滹沱河出口，因而營養(yǎng)鹽的含量和種類相對來說較其他站位偏高，因而在相同的季節(jié)中保證了浮游植物的大量繁殖。

黃壁莊水庫浮游植物多樣性指數(shù)H和J在季節(jié)平均值上均為秋季最小，說明在秋季水庫群落的復(fù)雜程度低，因而在遭受外界污染時的穩(wěn)定性差，自我調(diào)節(jié)和修復(fù)能力也較低，這與水質(zhì)的水環(huán)境因子評價結(jié)果相符合。

黃壁莊水庫作為石家莊市重要的飲用水水源，其地位不容小覷，即使現(xiàn)在水質(zhì)狀況良好，但保護水質(zhì)仍是重要工作，因為水質(zhì)一旦被破壞，修復(fù)起來需要的人力、物力將很大，損失也難以預(yù)估。習(xí)主席說過“金山銀山不如綠水青山”，有關(guān)部門應(yīng)該加強對水源保護的宣傳力度，創(chuàng)造“保護環(huán)境，從我做起”的良好社會氛圍，為黃壁莊水庫的水質(zhì)保持良好狀態(tài)提供保障。

4?結(jié)論

通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)黃壁莊水庫屬于綠藻型水庫，春、夏、秋三季均以硅藻門、綠藻門、藍藻門為主。從浮游植物多樣性指數(shù)來看，春季>夏季>秋季，利用浮游植物多樣性對水質(zhì)狀況進行預(yù)估，水質(zhì)好壞亦呈現(xiàn)這樣的趨勢，因此通過調(diào)查計算黃壁莊水庫的浮游植物多樣性指數(shù)可以預(yù)估水質(zhì)受污染程度，為黃壁莊水庫水庫的進一步改善提供一定的參考。

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