藉河水环境质量与浮游植物群落结构特征

孙小玉

藉河水环境质量与浮游植物群落结构特征

孙小玉

甘肃天水市水利服务中心, 甘肃 天水 741000

为了解藉河水环境质量和浮游植物群落结构特征，反映河流水生态系统的健康情况。本研究对藉河沿岸6个采样点进行水质监测和浮游植物群落结构调查。结果表明：藉河水环境pH为7.8～8.6，溶解氧（DO）含量8月较高，最高值为8.2 mg‧L-1。化学需氧量（CODCR）和5日生化需氧量（BOD5）在7月时最低，分别为8.3 mg·L-1和2.94 mg·L-1；总氮（TN）含量和总磷（TP）含量在8月和9月最低，分别为2.38 mg·L-1和129μg·L-1；高锰酸盐指数（CODMn）在9月最低，为2.85 mg·L-1。因此，藉河河流水质在8～10月较好，水体被污染程度较低。藉河流域水质环境特征有利于浮游植物物种的生长，藉河物种多样性、物种数和生物量均较高。硅藻门是藉河浮游植物种的优势种，优势度较高的有舟形藻属（）、月形藻属（）和直链藻属（）等。本研究可为藉河流域的水资源开发和环境综合治理提供参考。

藉河; 水环境; 浮游植物

浮游植物能将无机营养元素转入高级生命有机体，在物质循环和能量流动的过程中发挥不可替代的作用[1-3]。水生态的变化可以通过浮游植物的变化来反映。同时环境亦是直接影响浮游植物的群落结构和组成分布[4,5]。通过研究浮游植物的变化特征，可以反映水生态状况的特征。水环境质量中的pH、溶解氧、生化需氧量等对浮游植物群落结构都具有直接或间接影响。

藉河流域位于黄土高原西南地区的第三副区，丘陵地貌是藉河流域的主要地貌类型，土壤侵蚀的地区分布较为广泛[6]。藉河是渭河的一级支流，全长为85.0 km左右，海拔高度为1000～2700 m之间。藉河流域的气候类型为典型的季风气候，流域内覆盖植被以落叶阔叶林为主，包括白皮松（Zucc.ex Endl.）、侧柏[(L.) Franco]和榆树（L.）等，流域内覆盖植被也有灌木，如酸枣（）和荆条（）等。此外，藉河流域内还分布一些经济作物，包括果树类的苹果（）、桃（L.）和杏（Lam.）等，以及一些禾谷类粮食作物小麦（L.）和玉米（Linn.）等。60年代至今藉河流域径流量呈现出下降的趋势，持续实施的水土保持综合治理工程和藉河源头的水源涵养林工程对于藉河流域的生态恢复起到了很大的作用[7]。通过多年的水土保持综合治理不仅大大改善了藉河水环境质量，进而导致藉河水域浮游植物群落的的改变，本研究通过对藉河水环境质量的测定和藉河水域浮游植物群落的调查，以期为藉河流域的综合治理提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究地概况与采样点

位于甘肃天水南部的藉河，位置坐标为北纬34°20′19″～34°38′59″，东经105°7′50″～106°0′45″。海拔高度范围在1069～2717 m之间，流域面积能够达到1019 km2，是属于比较典型的黄土丘陵沟壑地貌，藉河流域许多地区均出现过较为严重的水土流失，地形破碎，地表沟壑多有分布[8]。

研究区为暖温带半干旱半湿润的过渡带型气候，年均气温10.8 ℃，年降水量为460～670 mm，夏季和秋季降水雨较多，冬季和春季降水较少。黄绵土和褐色土是藉河流域的主要土壤类型，表明此区域土壤侵蚀较为严重。此外藉河流域还有小部分为淀土和黑垆土。流域生态环境较前有所改善，分布林草地、农用地和果园经济林等。

在藉河沿岸共设置6个采样点，相邻采样点间隔10 km，均匀分布在藉河全流域，比较全面地代表了流域整体情况。

图 1 藉河流域范围图

1.2 测定方法

1.2.1 藉河河流水环境质量调查采用野外采样，现场监测和实验室分析测定相结合的方法每月进行水质指标测定。试验采用的水质多功能监测仪（HydrolabDS5X，HACH）为美国生产。野外采样现场即可测定藉河水环境的pH值、溶解氧（DO）。水样用有机玻璃采水器在中泓垂线两侧各5.0 m范围内，在水面以下大约50 cm处进行采用，采集6次（如果水深小于50 cm，则采样表层的水样），用灭菌后的聚乙烯细口瓶（1 L）进行分装。在较低温度下保存，带回实验室统一进行水质指标的分析测验。水样中总磷（TP）的含量采用钼酸铵分光光度法进行测定；水样中总氮（TN）的含量采用碱性过硫酸钾消解后通过紫外分光光度法进行测定；先稀释，之后接种来测定水样中5日生化需氧量（BOD5）。高锰酸盐指数（CODMn）是反映水样中有机和无机可氧化物质污染的常用指标，采用的是酸性法（GB/T 11892-1989）测定。化学需氧量（CODCR）是常用的有机物污染参数，其测定方法采用的是重铬酸盐法（HJ 828—2017）[9-12]。

1.2.2 浮游植物鉴定和分析向采集的2 L水样中加鲁哥试液固定，静置1 d后浓缩20倍，取100 μL在显微镜下进行镜检观察，根据形态学指标鉴定观察到的浮游植物种类，并计数观察到的细胞数量。试验设3次重复，每次观察统计70个视野，以3次重复测定的平均值来表征浮游植物密度。通过细胞体积法来计算供试水样中浮游植物的生物量。单细胞浮游植物的生物量通过细胞的个体形状测定并计算获得。每个测点的浮游植物物种数目、浮游植物密度和浮游植物生物量合并统计[13,14]。

1.2.3 数据分析方法浮游植物群落特征的指标有生物量、物种组成、密度和物种多样性[15]。以香农-维纳指数（Shannon-Weaver多样性指数）来表征物种的多样性：=-ΣP×lnP。多样性指数越低，代表群落抗外界干扰保持稳定的能力越低。优势种用Manaughton优势度指数（）来表征：=(N×f)/（以＞0.02即视为优势种）。

2 结果与分析

2.1 藉河河流水环境质量特征

2.1.1 pH值和溶解氧（DO）从图1可以看出，4月到10月藉河流域水环境pH值逐渐增加，10月pH值为1年中最高值，达8.6。2月pH值最低，仅为7.8。藉河流域水环境pH值的平均值为8.24。藉河流域水环境溶解氧含量结果表明，8月DO含量达到最高值，为8.2 mg·L-1，1月DO含量最低，仅为7.3 mg·L-1。藉河流域水环境溶解氧（DO）含量平均值为7.73 mg·L-1。

图 1 藉河流域水环境pH值（左）和溶解氧含量（右）

2.1.2 化学需氧量（CODCR）和5日生化需氧量（BOD5）由图2可以看出，藉河流域水环境中，化学需氧量（CODCR）在5～10月较低，7月化学需氧量最低，仅为8.3 mg·L-1。1～4月和11～12月化学需氧量较高，其中1月的化学需氧量最高，达28.1 mg·L-1。5日生化需氧量（BOD5）在5～9月较低，其中7月最低，仅为2.94 mg·L-1。1～4月和10～12月5日生化需氧量较高，其中12月最高，达3.48 mg·L-1。

图 2 藉河流域水环境化学需氧量（左）和生化需氧量（右）

2.1.3 总氮（TN）和总磷（TP）由图3可以看出，7月和8月藉河流域水环境中的总氮含量较低，1～3月藉河流域水环境中的总氮含量较高；8～10月藉河流域水环境中的总磷含量较低，1～2月藉河流域水环境中的总磷含量较高。8月藉河流域水环境中总氮（TN）含量仅为2.38 mg·L-1，仅为1月总氮含量的66.5%。9月藉河流域水环境中总磷（TP）含量仅为129 μg·L-1，仅为1月总磷含量的49.6%。1月藉河流域水环境中总氮含量为3.58 mg·L-1，总磷含量为252 μg·L-1，分别为8月含量的近1.5倍和2.0倍。

图 3 藉河流域水环境总氮含量（左）和总磷含量（右）

2.1.4 总硬度（HAR）和高锰酸盐指数（CODMn）由图4可以看出，6～10月藉河流域水环境总硬度较高，最高时为181 mg·L-1，冬季总硬度较低，1月总硬度仅为158 mg·L-1。7～10月藉河流域水环境中高锰酸盐指数较低，最低时高锰酸盐指数仅为2.85 mg·L-1。藉河流域水环境中高锰酸盐指数在1月和12月时较高，最高时可达4.43 mg·L-1。

图 4 藉河流域水环境总硬度（左）和高锰酸盐指数（右）

2.2 藉河河流浮游植物群落组成与优势种

由表1可以看出，藉河水体环境中共鉴定出浮游植物有4门，占比最高的为硅藻门（Diatomeae），占比高达47.8%。其次为绿藻门（Chlorophyta），占比为30.4%。占比较低的是蓝藻门（Cyanophyta）和裸藻门（Euglenophyta）。其中硅藻门包含11个属，绿藻门次之，包含7个属；蓝藻门包含3个属；裸藻门占比最小，包含2个属。

表 1 藉河河流浮游植物群落组成

由表2结果可以看出，硅藻门是藉河水样中检测到的优势种。水样中优势度最高的为舟形藻属（），优势度可达0.198，其次是月形藻属（）和直链藻属（），优势度分别为0.187和0.178；再次为平板藻属（）和根管藻属（），优势度显著降低；相较而言，藉河水域中脆杆藻属（）、针杆藻属（）和等片藻属（）浮游植物的优势度较低。其中等片藻属的优势度最低，仅为0.033。

表 2 藉河水域中浮游植物的优势种

2.3 藉河流域浮游植物的群落结构特征

2.3.1 藉河流域浮游植物群落多样性由藉河流域浮游植物多样性指数结果可以看出（图5），沿着水流方向，藉河浮游植物的多样性指数呈减小趋势。其中，X1测量点的浮游植物多样性指数最大（2.33），X6测量点的浮游植物多样性指数最小（2.20），二者仅相差0.13。6个测量点的多样性指数平均值为2.28。

图 5 藉河河流水样中的浮游植物多样性指数

2.3.2 藉河流域浮游植物群落密度和生物量由图6结果可以看出，藉河流域浮游植物生物量沿水流方向呈逐渐增大趋势。X1测点的生物量最低，仅为85 μg·L-1；X6测点的生物量最高，达146 μg·L-1，是X1测点的1.7倍。藉河流域浮游植物群落密度沿藉河水流方向呈增加趋势，X1测点的密度较低，每毫升水样中含有71个细胞；X6测点的密度最高，每毫升水样中细胞数达125个。

图 6 藉河河流水样中的浮游植物密度（左）和生物量（右）

3 讨论与结论

城市河流水环境质量对生态环境和人民生产、生活影响很大[16]。随着城市化程度的不断提高，人口不断向城镇聚集，形成城市规模也逐渐扩大，维持良好的城市河流水生态环境越来越任重道远。为了维持城镇的正常运转，工业和农业持续向前发展，对水资源的需求也相应逐渐增加，河流的供水压力增大；另一方面，由于人为因素对河流水体造成的污染也有增加的趋势。因此，城市河流水生态环境面临的压力越来越大，如不加控制常常导致河流水质恶化，河流水域生态功能的退化。对城市河流水质特征的检测，及时了解河流水质的变化情况，有利于找准对策及时改善河流水生态系统的稳定性。对不同城市河流的水质监测分析结果表明，充分了解河流水质现状和特征，有助于提升河流综合治理的生态效益[17]。

本研究结果表明，藉河水环境pH为7.8～8.6，溶解氧（DO）含量8月较高，最高值为8.2 mg‧L-1。化学需氧量（CODCR）和5日生化需氧量（BOD5）在7月时最低，分别为8.3 mg·L-1和2.94 mg·L-1；总氮（TN）含量和总磷（TP）含量在8月和9月最低，分别为2.38 mg·L-1和129 μg·L-1；高锰酸盐指数（CODMn）在9月最低，为2.85 mg·L-1。综上可见，藉河河流水质在8～10月较好，水体被污染程度较低。藉河流域水土水质环境特征有利于浮游植物物种的生长，藉河物种多样性、物种数和生物量均较高。硅藻门是藉河浮游植物种的优势种，优势度较高的有舟形藻属（）、月形藻属（）和直链藻属（）等。

生活污水、畜禽养殖废水以及化肥农药施用引起的农业面源污染是藉河污染的主要原因[18]。相关调查发现随着藉河流域周边农业和养殖业生产规模的不断扩大，各项生产活动的耗水量逐渐提高，产生污水总量也不断增大，这不仅造成藉河流域的径流量的降低，还加重了藉河水域环境污染的负荷。通过加强水质管理，增强环保意识，改进农业生产操作技术，如水肥灌溉技术、植保防控技术等，不断缩减农业面源污染的来源和程度，藉河水域综合治理已经取得了良好的成效，河流水质有了明显改善，浮游植物群落多样性有了一定的提高。

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Water Environmental Qualities and Phytoplankton Community Structural Characteristics in Jihe Watershed

SUN Xiao-yu

741000,

In order to understand the health of river water ecosystem, we study the water quality and characteristics of phytoplankton community structure in Jihe watershed. There are 6 sampling sites along the Jihe watershed for investigation of water quality indice and phytoplankton community structure. The results showed that pH value of Jihe watershed was 7.8-8.6. The DO content was the highest of 8.2 mg‧L-1in August. The CODCRand BOD5were the lowest in July, which were of 8.3 mg·L-1and 2.94 mg·L-1. The content of TN (2.38 mg·L-1) was the lowest in August and the content of TP (129 μg·L-1) was the lowest in September. The CODMnand HAR of Jihe watershed were the lowest in September. The results indicated that the water of Jihe was little polluted from August to October. The Jihe water quality were suitable for phytoplankton species. There were more phytoplankton species with higher diversity, number and biomass. Results showed that the diatoms were the dominant species ofin Jihe watershed, and the most dominant species were,and, etc. Though this study, we supply references for Jihe watershed on water resources development and comprehensive environmental management.

Jihe watershed; water environment; phytoplankton

TU991.21

A

1000-2324(2022)03-0406-06

10.3969/j.issn.1000-2324.2022.03.011

2021-12-14

2022-04-08

孙小玉(1979-),男,本科,高级工程师,主要研究方向:水利工程质量等. E-mail:xuansunk176@163.com