李蕓仙 李紅章

摘 要：近年來國內淡水湖泊浮游藻類監(jiān)測一般以細胞數(shù)為計數(shù)單位，但現(xiàn)有的基于藻類數(shù)據的湖泊水質評價僅適用于藻類個體數(shù)。為此，本研究選擇云南省玉溪市星云湖，開展基于藻類個體數(shù)監(jiān)測的湖泊水質評價，檢驗其與基于化學指標的水質評價結果的一致性，比較理化指標監(jiān)測與藻類個體數(shù)監(jiān)測的優(yōu)勢和劣勢，探討今后開展藻類個體數(shù)監(jiān)測工作的必要性。認為基于藻類個體數(shù)的水質評價方法可反映水生態(tài)環(huán)境的綜合狀況，有其獨特價值，并且監(jiān)測工作投入比理化指標監(jiān)測少，但存在對技術人員的素質要求高、培訓周期長、難以質控等缺點。

關鍵詞：浮游藻類；個體數(shù)；多樣性指數(shù)；水質評價

中圖分類號：X824文獻標志碼：A文章編號：1673-9655（2024）02-000-05

0 引言

隨著水生態(tài)監(jiān)測工作日益受到重視，淡水湖泊浮游藻類監(jiān)測在全國范圍內廣泛開展。作為浮游藻類監(jiān)測的基本方法，顯微分類計數(shù)方法可獲得藻類的種類構成和以藻類個體數(shù)或細胞數(shù)表征的浮游藻類生物量[1]。1990年前，內陸水體營養(yǎng)水平普遍較低，浮游藻類個體常常是由單細胞或少數(shù)幾個細胞以規(guī)則的方式組成的個體形式存在，藻類顯微計數(shù)普遍以個體數(shù)為單位[2，3]。隨著20世紀末經濟社會的快速發(fā)展，內陸水體普遍遭受富營養(yǎng)威脅，浮游藻類生物量升高，浮游藻類細胞越來越多以球團狀（如微囊藻）和束狀聚集（如束絲藻）形成的不定形簡單多細胞群體形態(tài)存在。為準確衡量藻類生物量并通俗易懂地呈現(xiàn)藻類生物量的時空差異，藻類顯微計數(shù)逐步變成以細胞數(shù)來計數(shù)[4]。個體數(shù)和細胞數(shù)兩種計數(shù)方式各有利弊或適用條件，前者符合傳統(tǒng)生態(tài)學調查中的種群調查概念，可直接用于計算藻類多樣性指數(shù)[5]，并基于計算結果和已有的分級標準[6]評價湖泊水質。后者雖然可通俗易懂地表征藻類生物量，但由于基于藻類細胞數(shù)的水質評價標準尚未出臺，致使無法基于藻類細胞數(shù)開展湖泊水質評價。隨著《GB 3838—2002地表水環(huán)境質量標準》的出臺，近20多年來基于理化指標的水質評價已經普遍被接受，但基于藻類監(jiān)測工作的水質評價報道鮮見，開展基于藻類個體數(shù)的監(jiān)測與評價是否仍有必要值得商榷。本研究選擇當前已經處于富營養(yǎng)狀態(tài)的云南省玉溪市星云湖，開展藻類個體數(shù)監(jiān)測，并基于此開展藻類多樣性指數(shù)計算及水質評價，檢驗這一方法與基于化學指標的水質評價結果的一致性，并探討今后繼續(xù)開展藻類個體數(shù)監(jiān)測的必要性。

1 材料與方法

1.1 星云湖概況

星云湖是珠江流域南盤江水系源頭湖泊，位于云南省江川盆地東部，屬于古撫仙湖的一部分，地理坐標為24°17'～24°24'N、102°45'～102°49'E，南北長10.5 km，東西平均寬3.8 km，湖岸線36.3 km，湖面面積34.71 km2，最大水深11 m，平均水深7 m，蓄水量約1.84億m2，

水位1722 m。流域面積為389.79 km2。流域地處亞熱帶西南季風氣候區(qū)，氣候溫和，四季不分明，多年平均降雨量863.1 mm，年平均氣溫15.6℃。湖水主要靠地表徑流和湖面降水補給，主要入湖河流有大街河、東西大河、螺螄鋪河、漁村河等12條季節(jié)性河流，河道總長132 km，多年平均入湖徑流量為6200萬m3。星云湖集旅游、飲用、灌溉、養(yǎng)殖等功能為一體，是江川社會經濟持續(xù)發(fā)展的命脈，進入20世紀90年代后，隨著星云湖流域的開發(fā)，湖體水質迅速下降，2002年5月藍藻大面積暴發(fā)，此后每年藍藻水華都會頻繁出現(xiàn)[7]。

1.2 采樣及分析方法

全湖均勻布設7個浮游藻類監(jiān)測點位，點位空間位置示意圖見圖1。2019年8月—2020年7月每月在上述點位開展一次采樣監(jiān)測，分析指標涉及浮游藻類個體數(shù)（ind./L）、總氮（TN，mg/L）、總磷（TP，mg/L）、氨氮（NH3-N，mg/L）、高錳酸鹽指數(shù)（Im，mg/L）等生物和理化指標。采樣監(jiān)測方法依據《水和廢水監(jiān)測分析方法》（第四版）?；诟∮卧孱悅€體數(shù)計算優(yōu)勢度、Shannon-Weiner多樣性指數(shù)（H′）見公式（1）和公式（2），基于H′的水質評價標準見表1，基于理化指標的水質評價標準依據《GB 3838—2002地表水環(huán)境質量標準》。

1.3 計算公式

（1）優(yōu)勢度（Y）

優(yōu)勢度計算見公式1。

式中：Y—第i個分類單元的優(yōu)勢度；mi—第i個分類單元的個體數(shù)；M—樣點中所有分類單元的總個體數(shù)；fi—出現(xiàn)頻率，指第i個分類單元（通常為屬或種，下同）出現(xiàn)的樣點數(shù)占總樣點數(shù)的百分比。當Y≥0.02 時，可視第i個分類單元為優(yōu)勢種類[8]。

（2）Shannon-Weiner指數(shù)（H′）

式中：H′—多樣性指數(shù)；mi—樣點中第i個分類單元的個體數(shù)；M—樣點中所有分類單元的總個體數(shù)；s—樣點中的種類數(shù)或屬數(shù)。

基于Shannon-Weiner指數(shù)的水質分級標準見表1，

這一標準取自《HJ 1296—2023水生態(tài)監(jiān)測技術指南湖泊和水庫水生生物監(jiān)測與評價（試行）》[6]。

分級標準

H′ H′=0 0＜H′≤1 1＜H′≤2 2＜H′≤3 H′＞3

水質 很差 較差 中等 良好 優(yōu)秀

2 結果與分析

2.1 浮游藻類

2.1.1 種類構成

采樣期間共發(fā)現(xiàn)浮游藻類6門43屬。其中，綠藻門（Chlorophyta）數(shù)量最多，有20屬；藍藻門（Cyanophyta）其次，有10屬；硅藻門（Bacillariophyta）7屬；甲藻門（Pyrrophyta）、隱藻門（Cryptophyta）、裸藻門（Euglenophyta）各2屬。同一月份采集的不同點位樣品間的種類構成差異較小，但不同月份采集的樣品間的種類構成呈現(xiàn)明顯的季節(jié)變化，主要體現(xiàn)在優(yōu)勢類群的變化方面。

2.1.2 藻類個體數(shù)的時空變化

調查期間星云湖7個調查點位浮游藻類個體數(shù)年均值達0.958×108 ind./L，顯示藻類生物量已經處于非常高的水平，并且浮游藻類個體數(shù)呈現(xiàn)明顯的季節(jié)變化和空間差異。

（1）季節(jié)變化

圖2為調查期間星云湖各月浮游藻類個體數(shù)箱形圖，圖中同一月份的藻類數(shù)據來自7個點位的藻類個體數(shù)。從圖2可以看出，2019年8月—2020年7月的12個月中，星云湖浮游藻類個體數(shù)存在明顯的季節(jié)變化，大體呈現(xiàn)初冬季節(jié)最高，夏秋季節(jié)最低的季節(jié)變化節(jié)律，全湖平均最高值出現(xiàn)在初冬季節(jié)的11月，達3.43×108 ind./L；最低值出現(xiàn)在秋季末的10月，達0.20×108 ind./L。

（2）空間差異

圖3為調查期間星云湖7個調查點位浮游藻類個體數(shù)的箱形圖，圖中每個點位的數(shù)據來自12個月的藻類個體數(shù)。從圖中可以看出，浮游藻類個體數(shù)呈現(xiàn)出明顯的空間差異，北半湖高、南半湖低，最高值往往出現(xiàn)在東北端的7號和2號點位，最低值出現(xiàn)在西南部的5號點位。全湖浮游藻類個體數(shù)的空間差異與星云湖常年盛行西南風，以易懸浮的微囊藻為優(yōu)勢類群的藻類更多會向下風向聚集有關。

2.1.3 優(yōu)勢類群

表2為調查期間星云湖各月浮游藻類優(yōu)勢類群及優(yōu)勢度。從表2可以看出，全年12個月共有六個屬成為優(yōu)勢屬，分別為微囊藻屬、束絲藻屬、魚腥藻屬、小環(huán)藻屬、柵藻屬、藍隱藻屬。其中，微囊藻屬在每個月皆為優(yōu)勢度最高的屬，各月優(yōu)勢度介于0.846～0.969；束絲藻屬在2020年2月、3月、4月連續(xù)三個月成為優(yōu)勢屬，優(yōu)勢度介于0.069～0.104；小環(huán)藻屬在2019年10月、2020年1月、

2020年7月共三個月成為優(yōu)勢屬，優(yōu)勢度介于0.026～0.052；藍隱藻屬在2020年1月、5月和6月三個月成為優(yōu)勢屬，優(yōu)勢度分別為0.043、0.038、0.095；柵藻屬2020年7月成為優(yōu)勢屬，優(yōu)勢度為0.033；魚腥藻屬2020年2月成為優(yōu)勢屬，優(yōu)勢度為0.026。由此可見，調查期間星云湖浮游藻類群落構成比較簡單，微囊藻屬始終為絕對優(yōu)勢屬，其它類群的優(yōu)勢度非常低。

微囊藻屬中，以惠氏微囊藻（Microcystis wesenbergii）出現(xiàn)頻率最高，其次為挪氏微囊藻（Microcystis novacekii），兩者是調查期間星云湖浮游藻類的絕對優(yōu)勢種，其它種類的微囊藻出現(xiàn)頻率遠遠低于前兩者。

2.1.4 多樣性指數(shù)及水質評價

表3為調查期間星云湖各點位及全湖Shannon-Weiner多樣性指數(shù)（H′）計算結果，表4為基于表3的Shannon-Weiner多樣性指數(shù)（H′）計算結果的星云湖水質評價，評價分級標準見表1。從表4可以看出，全年12個月中，僅有1個月為中等，其它11個

月皆為較差。全年12個月7個調查點位共84個評價結果中，僅有9個為中等，占10.7%；其它75個為較差，占89.3%，說明調查期間星云湖污染程度較為嚴重，H′最高（1.08）、水質最好（中等）的月份（10月）與藻類個體數(shù)最少的月份重合，H′最低（0.21）、水質最差（較差）的月份（11月）與藻類個體數(shù)最多的月份重合。

2.2 理化指標

采樣期間各點位主要理化指標監(jiān)測及水質評價結果見表5。從表5看出，采樣期間星云湖全湖12個月的水質評價結果中，有1個Ⅳ類、5個Ⅴ類、6個劣Ⅴ類，這與表4中基于浮游藻類Shannon-Weiner多樣性指數(shù)（H′）的星云湖全湖12個月的水質評價結果中“僅有1個月為中等、其它11個月皆為較差”差異明顯。

7個調查點位共84個評價結果中，有12個為Ⅳ類，占14.3%；30個為Ⅴ類，占35.7%；42個為劣Ⅴ類，占50.0%。這也與表4中基于浮游藻類Shannon-Weiner多樣性指數(shù)（H′）的星云湖全年12個月7個調查點位共84個評價結果中“僅有9個為中等，占10.7%；其它75個為較差，占89.3%”差異明顯。

3 討論與結論

表2中調查期間星云湖各月浮游藻類皆以微囊藻屬為絕對優(yōu)勢類群，這一浮游藻類的群落特征與星云湖的水質狀況是符合的，星云湖水質具有較高的氮、磷營養(yǎng)水平，加之星云湖地處亞熱帶季風氣候區(qū)，降雨多、氣溫高，適合浮游藻類繁殖，并且微囊藻等耐污種類易于成為優(yōu)勢類群。

對比表4和表5可知，基于藻類個體數(shù)Shannon-Weiner多樣性指數(shù)的水質評價結果與基于化學指標的水質評價結果存在一定差異。原因可能存在于至少四個方面：其一，本研究監(jiān)測的理化指標少，僅涉及了TN、TP、NH3-N、Im四個理化指標，未包括《GB 3838—2002地表水環(huán)境質量標準》的全部化學指標，這影響了基于化學指標的水質評價結果的可靠性；其二，浮游藻類生存于湖泊水環(huán)境中，不僅受《GB 3838—2002地表水環(huán)境質量標準》涉及的水質指標影響，可能也受這一標準未涉及的其它化學指標影響，如新污染物；其三，浮游藻類群落構成受到氣象、水文、湖泊中的魚類、浮游動物等物理和生物因素的影響，也與特定藻類的生理生態(tài)適應性有關，相應地浮游藻類反映的是湖泊水生態(tài)環(huán)境的綜合狀況，而不單單是水質；更重要的生物對環(huán)境變化的響應可能存在時滯，采樣當天的理化指標監(jiān)測結果更多反映了湖泊水環(huán)境的瞬時狀況，而浮游藻類等生物卻反映的是較長一段時間內湖泊水環(huán)境的總體狀況。因此，基于藻類個體數(shù)Shannon-Weiner多樣性指數(shù)的水質評價結果與基于化學指標的水質評價結果存在差異是正常的。

回顧星云湖水生態(tài)環(huán)境的演變歷史可以發(fā)現(xiàn)，隨著星云湖水環(huán)境質量從20世紀80年代的Ⅲ類下降至90年代的Ⅲ類、Ⅳ類，直至2002年后迅速下降至Ⅴ類、劣Ⅴ類[7]，星云湖浮游藻類群落也發(fā)生了相應變化。黎尚豪等[2]報道星云湖在1960年

全湖浮游藻類數(shù)量不超過84.1×105 ind./L，群落構成以菱形圓盤硅藻（Cyclotella rhomboideo-ellipticaSkuja）為優(yōu)勢種，飛燕角甲藻的數(shù)量比其他云南淺水湖泊多；祁云寬等[9]報道，2006年星云湖浮游藻類數(shù)量最高達到1.23×107 ind./L，并以微囊藻屬為絕對優(yōu)勢類群；王英才2008年

5月對星云湖的調查表明，藻類細胞數(shù)全湖最高值為7.16×107 cell/L，且以微囊藻為絕對優(yōu)勢類群；秦潔等[10]報道，2010—2011年星云湖浮游藻類數(shù)量最高達到6.1×109 cell/L，并以微囊藻屬為絕對優(yōu)勢類群；劉紹俊等[11]2017年開展的年度調查中，星云湖浮游藻類數(shù)量在秋季達到最高，為4.4×108 cell/L，并以微囊藻屬為絕對優(yōu)勢類群；本次調查星云湖浮游藻類個體數(shù)年均值為0.958×108 ind./L，全年各月均以微囊藻屬占絕對優(yōu)勢。上述研究表明，星云湖湖泊水質下降與浮游藻類群落變化是同步的，浮游藻類群落變化可以反映湖泊水質及水生態(tài)環(huán)境的長期變化和當前綜合狀態(tài)。

水質評價的生物學方法與理化指標方法各有優(yōu)勢和不足。例如：浮游藻類監(jiān)測的優(yōu)點是僅需要一人一臺顯微鏡便可開展工作，投入更少，缺點是對技術人員的素質要求高，培訓周期長且難以質控；而理化指標監(jiān)測的優(yōu)點是技術成熟、易質控，缺點是需要使用十幾臺設備由多人開展多個項目分析，人員設備投入大。隨著監(jiān)測人員素質的普遍提高和新技術的開發(fā)，藻類個體數(shù)監(jiān)測仍不失為一項投入較少、結果相對可靠的湖泊水生態(tài)環(huán)境評價方法，有獨特的不可替代的價值。

參考文獻：

國家環(huán)境保護總局，《水和廢水監(jiān)測分析方法》編委會.水和廢水監(jiān)測分析方法（第４版）[M].北京：中國環(huán)境科學出版社，2002.

黎尚豪，俞敏娟，李光正，等.云南高原湖泊調查[J].海洋與湖沼，1963（2）：87-114.

國家環(huán)境保護局.環(huán)境監(jiān)測技術規(guī)范（第四冊）生物監(jiān)測（水環(huán)境部分）[M].1986.

生態(tài)環(huán)境部.水質浮游植物的測定 0.1 ml計數(shù)框-顯微鏡計數(shù)法HJ 1216-2021[S].

胡鴻鈞，魏印心.中國淡水藻類：系統(tǒng)分類及生態(tài)[M].北京：科學出版社，2006.

中華人民共和國生態(tài)環(huán)境部.水生態(tài)監(jiān)測技術指南 湖泊和水庫水生生物監(jiān)測與評價（試行）：HJ 1296—2023[S].

劉紹俊，吉正元，普發(fā)貴，等.星云湖浮游植物群落結構及水體營養(yǎng)狀態(tài)生物評價[J].安全與環(huán)境學報，2019，19（4）：1439-1447.

Lampitt R S，Wishner K F，Turley C M，et al.Marine snow studies in the Northeast Atlantic Ocean：distribution， composition and roles as a food source for migrating plankton[J].Marine Biology，1993，116（4）：689-702.

祁云寬，劉紹俊，劉宇，等.星云湖藻類發(fā)展趨勢及其資源化利用可行性研究[J].安徽農業(yè)科學，2015，43（24）：184-186.

秦潔，吳獻花，吳斌，等.星云湖浮游植物和水環(huán)境特征研究及相關性分析[J].環(huán)境科學與技術，2012，35（6）：46-50.

劉紹俊，施艷峰，翟竟余，等.星云湖微囊藻密度周年變化及其與水質指標的關系[J].環(huán)境化學，2021，40（7）：2064-2072.