公园水体浮游藻类与富营养化评价——以望海公园为例

田 虹,任明慧,唐玉凤,石教旭,桑正林

(昭通学院农学与生命科学学院,云南昭通 657000)

水体中浮游藻类个体十分微小,一般用肉眼看不清形态结构,但种类和数量较多,其中含有叶绿素,能进行光合作用,将无机物转变为有机物,所以藻类植物在水生态系统中具有重要地位。目前,随着城市化、工业化尤其是旅游业的发展,城区内的人工湖泊、河流因注入大量的诸如N、P之类的营养物质,导致出现不同程度的水体富营养化情况,对周围环境和居民健康构成威胁,在富营养化水体中,会大量生长浮游植物,且群落结构会发生显著变化,导致水体透明度下降、浊度增加、水质恶化,甚至使水体发黑发臭,对水环境的功能造成严重影响[1]。

近年来浮游藻类的研究方法发展迅速,且现在的研究多集中于受污染程度较为严重的水域,通过研究浮游藻类的群落结构,对水环境及其河岸生态系统的净化效果进行监测评价是生物学与环境学相结合的典范[2]。该研究通过对望海公园水体藻类的观察,初步判断望海公园的水质状况、富营养程度,从而为公园景观水体管理和维护提供基础资料。

1 研究区域概况与研究方法

1.1 研究区域概况望海公园坐落于昭通市昭阳区凤凰山麓,于清乾隆25年建立,早期被称为“望海楼”。2010年望海公园正式建成,对恩波楼重新修缮,并建立人工湖,整个公园成为昭通市的一大亮点,也成为一个名副其实的旅游胜地。望海公园仿古典园林的一池三山模式,修筑三岛,两大一小两大岛,由于紧邻凤凰山路,自然环境优越,公园内鸟类觅食的资源丰富,因此吸引许多鸟类进入[3]。该公园占地36.67 hm2,水体面积11.60 hm2,有岛屿3个,广场5个,除建有传统建筑风格、供市民休闲的亭台楼阁外,还有多种乔木、灌木、草地相交错而形成的大片绿化带,是昭通城四大公园之一,已成为昭通中心城市的一张靓丽名片。但由于城市化、工业化及旅游业的发展,望海公园的水体环境受到一定污染,水体富营养化现象日趋严峻,是望海公园急需解决的问题。

1.2 研究方法

1.2.1采样点的设置及采样时间。根据望海公园水体特点,共设置10个采样点,样点选择尽可能遵循随机选择原则,各采样点间隔一定距离,范围涉及整个公园水体边缘,样点分布情况见图1。采样时间为2019年5月—2020年5月,跨春、夏、秋、冬4个季节。

图1 望海公园水样采集地点Fig.1 Water sample collection location in Wanghai Park

1.2.2浮游藻类采集。在各采样点用浮游藻类生物网在水体表层呈“∞”型来回捞取,采集层面为水面至面下15 cm的表层,5 min后提起浮游藻类生物网,采样捞取结束后迅速拉起生物网将浓缩水样装入50 mL水样采样瓶中[4]。将采样瓶进行标记处理并拍照记录。

1.2.3浮游藻类鉴定。在进行藻类鉴定时将在室外采集的水样做成临时装片,至少每个采样瓶做5个以上装片,置于显微镜下观察,将观察到的藻类图片用电脑进行拍照,将不同采样点的藻类图片分类保存,便于后期分析。鉴定时先从形态上识别,通过识别判断属于单细胞、群体还是丝状体进行归类,再参照《中国淡水藻志》[5-11]、《昭通市藻类植物志》[12]等书籍,对藻类进行分类鉴定,鉴定包括门、纲、目、科、属、种。

1.2.4理化指标测定。分别在采样点用采水器采集水样250 mL,置于采样瓶中,对采样瓶进行标记并拍照记录。于实验室完成相应理化指标的测定。理化指标测定包括水体温度、颜色、pH、溶氧量、浊度及低悬浮物。

2 望海公园浮游藻类的群落组成

2.1 望海公园浮游藻类的种类组成结构昭通市望海公园共鉴定出浮游藻类7门34科81属 231种(表1),其中包含绿藻门16科47属135种,占总种数的58.5%;硅藻门7科12属46种,占总种数的19.9%;裸藻门1科6属25种,占总种数的10.8%;蓝藻门6科12属20种,占总种数的8.7%;黄藻门2科2属3种,占总种数的1.3%;金藻门仅1科1属1种,甲藻门仅1科1属1种,均占总种数的0.4%。

表1 望海公园浮游藻类植物统计

2.2 望海公园浮游藻类季节分布特征从鉴定结果(表2)可知,望海公园浮游藻类的季节变化较明显,主要表现春季最多,夏季次之,秋季较春夏季藻类种类较少,冬季最少。由此可知,4个季节中,出现种类数由多到少依次为春季>夏季>秋季>冬季,导致藻类季节性变化的原因可能是环境因子,不同季节水体的温度、光照强度、溶解氧及营养盐水平等均有差异,且不同的藻类对环境条件的适应情况也是不同的,因而藻类出现季节性变化[13]。

表2 望海公园浮游藻类种类的季节分布

2.3 望海公园浮游藻类优势科组成从鉴定结果可知,望海公园浮游藻类共34科,根据优势科判断原则(含5属以上或9种以上的科判定为优势科)[14],望海公园共有8科优势科(表3),分别为绿球藻科、水网藻科、小球藻科、栅藻科、鼓藻科、丝藻科、胞杆藻科和裸藻科,占总科数的23.5%;包含2～9种浮游藻类的有14科,占总科数的41.2%;仅有1种浮游藻类的有12科,占总科数的35.3%。

表3 望海公园浮游藻类优势科统计

2.4 望海公园浮游藻类优势属组成从鉴定结果可知,望海公园浮游藻类共81属,根据优势属的原则(含6种及以上为优势属,含2～5种的为寡属,含1种的为单属)[14],望海公园水体中含10个优势属(表4),占总属数的12.3%;含29个寡属,占总属数的35.8%;含42个单种属,占总属数的51.9%。其中优势属分别为盘星藻属(18种)、针杆藻属(15种)、栅藻属(14种)、纤维藻属(11种)、角星鼓藻属(11种)、扁裸藻属(11种)、脆杆藻属(8种)、囊裸藻属(8种)、丝藻属(7种)、异极藻属(7种)。

表4 望海公园浮游藻类优势属统计

3 水体富营养化评价

3.1 污染指示藻类评价法参考况琪军等[15-16]归纳的各类型水体常见的污染指示藻类,可将望海公园浮游藻类中的污染指示藻类归为4类水体营养型。其中,指示水体为超富营养型的藻类出现4种,占污染指示藻类总数的10.0%;指示水体为富营养型的藻类出现20种,占污染指示藻类总数的50.0%;指示水体为中营养型的藻类出现13种,占污染指示藻类总数的32.5%;指示水体为中寡营养型的藻类出现3种,仅占污染指示藻类总数的7.5%。由此可初步判断望海公园水质出现富营养化情况。

3.2 复合藻商指数法应用浮游藻类的群落结构评价水质的常见方法有复合藻商指数法,参考《中国淡水藻类》[17]中的复合藻商指数法判定标准:复合藻商指数=(裸藻种数+绿藻种数+蓝藻种数+中心壳目硅藻种数)/鼓藻种数;当复合藻商指数在>20～40时为极重度富营养型,在>5～20时为重度富营养型,在>3～5时为中度富营养型,在>1～3时为弱营养型,在0～1时为贫营养型[18]。由鉴定结果可知,望海公园浮游藻类中有裸藻25种、绿藻135种、蓝藻20种、中心壳目硅藻0种、鼓藻20种,根据以上数据可得望海公园复合藻商指数为9,则可初步判断望海公园的水体为重度富营养型。

3.3 理化指标评价水体出现富营养化除了会表现为藻类及一些水生植物的过度繁殖外,还会引起水体中一些理化性质的改变,参考于旭青[19]总结的水体富营养化特征,结合此次研究测定的部分理化指标可初步判断望海公园水体的富营养化情况。具体理化指标见表5。

表5 望海公园水样6项理化指标

pH为弱碱性或碱性的水体最易引发水华,藻类会进行光合作用,消耗水中的CO2,致使水中H+减少,致使pH升高,因此,当水体呈现富营养化现象,伴随着富营养化程度的加剧,出现藻类生长pH显著增加的趋势。由表5可知,望海公园水体在春季、夏季pH呈现弱碱性,在秋季、冬季pH接近中性,因此可初步判定望海公园水体呈现富营养化趋势。

当水体呈现富营养化状态时,水中的藻类会大量繁殖致使水体出现不同的颜色,如绿色、褐色、黄绿色和红色等。由表5可知,望海公园的水体呈现出黄绿色,因此可初步判断为富营养型水体。

当水体中浮游藻类大量繁殖时,富营养化水体的典型特征是水体表层因水生植物进行光合作用使溶氧量过饱和,而深层水体因藻类死亡导致缺氧状态。由表5可知,参照望海公园测定的溶氧量可初步判断望海公园水体为富营养化态。

4 结论

4.1 昭通市望海公园水体浮游藻类组成该试验结果表明,昭通市望海公园共鉴定出浮游藻类7门81属231种,包含绿藻门16科47属135种、硅藻门7科12属46种、裸藻门1科6属25种、蓝藻门6科12属20种,其中甲藻门、黄藻门、金藻门藻类数相对减少,因此藻类种类数目由多到少依次为绿藻门>硅藻门>裸藻门>蓝藻门>黄藻门>金藻门=甲藻门;且望海公园浮游藻类存在明显的季节变化,4个季节中出现种类数由多到少依次为春季>夏季>秋季>冬季。此外,望海公园浮游藻类优势种(属)共有10个,分别为盘星藻属(18种)、针杆藻属(15种)、栅藻属(14种)、角星鼓藻属(11种)、纤维藻属(11种)、扁裸藻属(11种)、脆杆藻属(8种)、囊裸藻属(8种)、丝藻属(7种)、异极藻属(7种)。

4.2 昭通市望海公园水体营养型浮游藻类的群落组成结构是藻类作为水体富营养化重要指示生物的原因,除此之外,还有许多判定水体营养型的方法[20]。该研究采用了3种方法来初步判断昭通市望海公园的水体营养型:①采用污染指示藻类评价法,结果显示,水体富营养型的藻类出现20种,占污染指示藻类总数的50.0%,由此可初步判断望海公园水质出现富营养化情况;②采用理化指标评价法,从水体的pH、颜色、溶氧量3个理化指标进行判断,结果均可初步判断望海公园水体出现富营养化情况;③采用《中国淡水藻类》中的复合藻商指数法,计算可得望海公园复合藻商指数为9,初步判断望海公园的水体为重度富营养型。综合以上3种判定方法的结果,确定望海公园的水体呈现富营养化的情况。