天津独流减河8月浮游植物群落结构与水质评价

卞少伟，赵文喜，杨洪玲，马丽娜，梅鹏蔚

（1.天津市环境监测中心，天津300191；2.滨海新区环境监测站，天津300451）

循环经济与可持续发展

天津独流减河8月浮游植物群落结构与水质评价

卞少伟1，赵文喜1，杨洪玲2，马丽娜2，梅鹏蔚1

（1.天津市环境监测中心，天津300191；2.滨海新区环境监测站，天津300451）

2016年8月，系统调查研究了独流减河浮游植物结构群落组成、密度的分布特征及与环境因子的关系。10个采样点中共鉴定出浮游植物5门45种及变种，优势种以蓝藻门为主，包括皮状席藻、细小隐球藻、阿氏颤藻、螺旋藻、铜绿微囊藻和优美平裂藻。各采样点浮游植物密度变化在（4.15～27.5）×106ind./L之间。Shannon-Wiener指数（H′）在0.94～3.17，Pielou指数（J′）在0.24～0.72，Margalef指数（d）在0.69～1.72。灰关联分析结果表明，对独流减河浮游植物密度影响最大的环境因子是锰，其相关性系数是0.74。

独流减河；浮游植物；群落结构；水质评价；天津

独流减河位于天津市区南侧，是天津市主要河道之一，全长67 km。自进洪闸始，达滨海新区后入海，河道宽阔顺直。目前，对天津独流减河浮游植物调查研究的报道很少。浮游植物是水生态系统的重要组成成分，受水环境变化的直接影响，其密度的动态变化又直接影响着水体的水质变化，同时其群落结构的特征，往往也是水环境状况的重要指标[1-4]。富营养化水体最直接的表现是水体中浮游植物繁殖迅速，出现水华。在不同的地区，不同的水域，不同的季节，浮游植物群落结构变化的环境因子也不相同[5-8]。笔者首次调查研究了独流减河夏季浮游植物群落组成、密度及其空间分布特征，应用灰关联分析初步探讨了独流减河浮游植物群落与水质及环境因子的关系，以期为独流减河水质评价、水体富营养化防治以及水资源合理开发提供数据资料和研究依据。

1 采样与分析

1.1 生物样品采集与分析

根据独流减河的气候特点，2016年8月在独流减河上共布设10个采样点，进行采样工作。采样点具体位置见图1。定性样品用25#的浮游生物网在水体表面按“∞”字形拖取3～5 min，滤液用鲁哥氏液和甲醛固定，定量样品有机玻璃采水器在水下0.5 m处取1 L水样，加15 ml鲁哥氏液固定，带回实验室沉淀48 h，浓缩至30 ml保存。显微镜检计数时充分摇匀，吸取0.1 ml滴入0.1 ml计数框内计数、分析、鉴定[9-10]。

1.2 水质样品采集与分析

高锰酸盐指数（CODMn）、亚硝酸盐氮（NO2-N）、硝酸盐氮（NO3-N）、氟化物（F-）、氨氮（NH3-N）、化学需氧量（COD）、铁（Fe3+）、锰（Mn2+）、总氮（TN）、总磷（TP）等参照相关标准测定[11]。

图1 独流减河采样点分布

1.3 数据分析与评价

1.3.1 生物多样性指数计算

生物多样性指数包括优势度、Shannon-Wiener指数（H′）、Pielou均匀度指数（J′）、Margalef丰富度指数（d），计算公式如下[12-16]：

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为采集样品中的种类总数；fi为该种在各样品中出现的频率，y≥0.02为优势种。

1.3.2 灰色关联分析

环境因子对浮游植物密度的影响分析采用灰关联分析，进行灰关联分析时，为了消除不同量纲带来的影响，采用均值法对原始数据进行无量纲处理，公式如下：

设X为关联因子集，x0∈x为参考序列，x0={x0（k），k=1，2，…，n}xi∈x为比较序列xi={xi（k），k= 1，2，…，n}，（i=1，2，…，m），x0与xi在第k点的关联系数为：

2 结果与分析

2.1 水环境质量状况

夏季独流减河高锰酸盐指数浓度范围在9.4～17.5 mg/L；亚硝酸盐氮浓度范围在0.001 5～0.244 mg/L；硝酸盐氮浓度范围在0.28～2.40 mg/L；氟化物浓度范围在0.75～1.00 mg/L；氨氮浓度范围在0.256～3.40 mg/L；总氮浓度范围在2.87～5.98 mg/L；总磷浓度范围在0.12～0.30 mg/L；化学需氧量浓度范围在9.4～17.5 mg/L；铁浓度均为0.015 mg/L；锰浓度范围在0.005～0.04 mg/L。按《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）的各项指标限值评价，除8#断面水质为Ⅴ类外，其余各断面水质类别均为劣Ⅴ类；按《地表水环境质量评价办法》（试行）定性分级评价，独流减河夏季整体水质为重度污染。

2.2 独流减河浮游植物群落结构

2.2.1 浮游植物结构组成和优势种

2016年夏季（8月），独流减河共鉴定出浮游植物5门45种及变种。其中：绿藻门22种及变种，占48.9%；蓝藻门14种，占31.1%；硅藻门6种及变种，占总数13.3%；隐藻门2种，占4.4%；裸藻门1种，占2.2%。夏季独流减河浮游植物群落优势种以蓝藻门为主，如表1所示。

2.2.2 浮游植物细胞数量

独流减河夏季浮游植物各采样点浮游植物细胞密度在4.15×106～27.5×106ind./L之间，平均值为12.6×106ind./L。其中：8#采样点浮游植物密度最大，春季6#采样点次之，1#采样点浮游植物密度最小。独流减河浮游植物密度的变化趋势如图2所示。

表1 独流减河8月环境因子特征mg/L

表2 独流减河8月浮游植物优势种

2.2.3 生物多样性指数

独流减河浮游植物多样性指数H′、J′和d值的变化如图3所示，H′值在0.94～3.17之间，平均值为2.46；J′值在0.24～0.72之间，平均值为0.57；d值在0.69～1.72之间，平均值为1.19。

2.3 独流减河浮游植物与环境因子的关系

高锰酸盐指数、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、氟化物、氨氮、总氮、总磷、化学需氧量、铁、锰10种环境因子与浮游植物丰度的关联度不同，表明其对浮游植物的影响大小是不一样的，影响浮游植物细胞数量变化的强弱顺序依次是锰〉铁〉高锰酸盐指数〉硝酸盐氮〉化学需氧量〉亚硝酸盐氮〉总磷〉总氮〉氨氮〉氟化物。（见表2）

图2 独流减河浮游植物细胞密度变化

图3 浮游植物多样性指数、均匀度指数、丰富度指数

表2 浮游植物丰度与环境因子关联度

3 讨论

3.1 浮游植物群落结构特征

在调查期内，共观察到浮游植物5门45种及变种，浮游植物的细胞密度均值为12.6×106ind./L，其群落组成以绿、蓝藻为主，《水生生物监测手册》和水质生物学评价表明[18-19]，独流减河水体已经受到污染，达到富营养化程度[20]。独流减河H′值在0.94～3.17之间，故独流减河处于轻—重污染状态，说明水质已经受到一定程度的污染。（其中0〈H′〈1为重污染，1〈H′〈3为中污染，H′〉3为轻污染或无污染）。

3.2 浮游植物群落特征与环境因子的关系

环境因子对独流减河浮游植物密度影响的分析结果表明，锰和铁是影响独流减河浮游植物密度的重要因素。有关研究表明[21]，当N/P在20～30之间时，N、P不再是限制性因素，限制性因素则变得不确定。Mn是浮游植物细胞生长的必需元素[22-23]，低浓度Mn能够促进叶绿素合成；Fe在浮游植物生物能的形成过程中起着重要作用[24]，同时低浓度铁也可以促进浮游植物的叶绿素合成，促进生长速率的加快和生物量的增加。

4 结论

独流减河8月采样共鉴定出浮游植物5门45种及变种，优势种以蓝藻门为主；独流减河的水质状况和Shannon-Wiener多样性指数（H′）均表明该河流已受到污染，其浮游植物细胞密度显示水体营养级别为富营养化；灰关联分析结果表明，独流减河浮游植物密度影响最大的环境因子是锰。

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（编辑：程俊）

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

科技部国家基础性工作项目《中国沼泽湿地资源及其主要生态环境效益综合调查》（2013FY111800）

卞少伟（1986-），男，黑龙江依兰人，毕业于东北林业大学水生生物学专业，硕士，工程师，主要从事水环境监测、水源地环境保护状况评估及水生生物分类鉴定工作。