衡水湖浮游植物多样性及富营养化研究

慕建东 闫丽 郗艳娟 姚新悦 张碧函 侯晓龙 李瑶 肖国华

摘 要：2020年4—10月对衡水湖进行了浮游植物及水质调查，共发现浮游植物春季64种、夏季77种、秋季68种，隶属于6门41属，以绿藻门、硅藻门、蓝藻门的种类数最多，优势种为梅尼小环藻（Cyclotella meneghiniana）、四角十字藻（Crucigenia quadrata）。2020年4—10月衡水湖浮游植物的生物多样性指数值根据Shannon-Wiener 多样性指数评价方法为1.715～2.713，Margalef丰富度指数为2.566～3.057，Pielous均匀度指数为0.773～0.812。藻密度数据结果显示，7月份2个站位、10月份4个站位存在轻度水华特征。根据水域营养状态指数及分级评价方法，衡水湖水域水质富营养化水平总体处于“轻度-中度富营养”状态。

关键词：衡水湖;浮游植物;生物多样性;富营养化

本研究通过监测浮游植物种群结构、优势种类及生物多样性等生物学指标，结合水体理化指标监测数据，使用Margalef丰富度指数、Shannon-Wiener多样性指数、Pielous均匀度指数和综合营养状态指数计算方法评价衡水湖浮游植物群落结构特征和水质富营养状况，以期为衡水湖水环境保护和治理提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 站位设置与调查方法

站位布设原则：采用全面布局、重点突出、定点调查的采样方式，具体站位以平均分布并结合历史调查站点及国控点站位布设。设置站位6个（如图1）。定性浮游植物样品采集用25号浮游生物网在表层呈“8”字形缓慢拖曳采集，滤去采集的表层水，放置在标本瓶中加福尔马林试剂保存。定量浮游植物样品采集先用柱状采样器取1 L水样加入1%的鲁哥氏试液固定，沉淀48 h后，吸掉上清液，浓缩至30 mL，加数滴福尔马林并封好瓶口，贴好标签保存。

水质现场取样及监测指标包括叶绿素a、总氮、总磷、高锰酸盐指数和透明度等5项。主要采用仪器现场监测叶绿素a和透明度2项指标，采集监测水域表层水质样品进行实验室后期化学实验分析总磷、总氮、高锰酸钾指数3项指标。具体方法见表1。

1.2 调查取样时间

2020年4月、8月、10月进行现场调查取样，总计3次。

1.3 样本鉴定与统计

浮游植物的种类鉴定参照《中国淡水藻类：系统、分类及生态》[1]和《中国淡水生物图谱》[2]，优势种类鉴定到种，其他种类至少到属。定量计数在10×40倍视野下进行，每个样品重复计数两次，每次计数个体数为300～500个，取其平均值，用公式计算结果。

N=n×[AAc×VVa]

式中：N为每升原水样中的浮游植物数量;A为计数框面积，mm2;Ac为计数面积，mm2;V为1 L原水样沉淀浓缩后的体积，mL;Va为计数框的体积，mL;n为计数所得浮游植物的数目。

1.4 数据分析与评价方法

浮游植物的生物多样性分析采用Margalef丰富度指数、Shannon-Wiener多样性指数和Pielous均匀度指数[3]。

水华特征按照《水华遥感与地面监测评价技术规范》[4]进行评价。

水体富营养化按照《地表水资源质量评价技术规程》[5]进行评价，评价指标包括叶绿素a、总氮、总磷、高锰酸盐指数和透明度等5项，湖库营养状态评价标准及分级方法见表2。

营养状态指数计算公式：  EI=∑N n=1E n/N

式中：EI为营养状态指数;E n为评价项目赋分值;N为评价项目个数。

2 结果与分析

2.1 浮游植物种类

清洁水体中藻类的种类多、生物量少;而污染水体中藻类种类减少，单一种类生物量却增加。因此，物种多样性指数可以在一定程度上反映水环境质量状况。衡水湖水域浮游植物的种类数随时间的动态变化如表3，数据显示随时间的变化浮游植物组成的变化较大，其中春季64种，夏季77种，秋季68种，隶属于6门41属，以绿藻门、硅藻门、蓝藻门的种类数最多，优势种为梅尼小环藻（Cyclotella meneghiniana）、四角十字藻（Crucigenia quadrata）。

2.2 衡水湖浮游植物多样性指数变化

Margalef丰富度指数7月份最高，为3.057;10月份最低，为2.566。Pielous均匀度指数4月份最高，为0.812;10月份最低，为0.773。Shannon-Wiener多样性指数7月份最高，为2.173;10月份最低，为1.715。见图2。衡水湖浮游植物多样性变化总体呈现春夏高秋低的趋势，数据分析显示此种趋势与水温变化呈正相关。

2.3 浮游植物密度与水华

水华表观特征为水体表面有藻类聚集或藻类颗粒悬浮在水体当中。当监测点位藻密度介于1.0×107个/L到5.0×107个/L之间，且占全部监测点位的比例超过75%时可判定为轻度水华。因此10月份衡水湖存在发生轻度水华的潜在威胁（见表4）。

2.4 衡水湖水域营养状态指数及分级

表5—表7表明，衡水湖3个不同季节综合营养状态指數均有半数以上站位处于中度富营养水平。

3 结论

本研究共检出衡水湖浮游植物春季64种、夏季77种、秋季68种，隶属于6门41属，以绿藻门、硅藻门、蓝藻门的种类数最多。优势种为梅尼小环藻、四角十字藻。

衡水湖浮游植物生物多样性指数， Margalef丰富度指数平均值为2.869，其中7月份最高，为3.057;10月份最低，为2.566。Shannon-Wiener多样性指数平均值为2.046，其中7月份最高，为2.173;10月份最低，为1.715。Pielous均匀度指数平均值为0.777，其中4月份最高，为0.812;10月份最低，为0.773。根据生物多样性指数水质评判标准，衡水湖水质为中度污染状态。

根据综合营养状态指数计算结果，衡水湖水质春季好于夏、秋季，50%为轻营养状态，夏、秋季节2/3为中度富营养状态。

根据浮游植物藻密度与水华关系判定，夏、秋季小湖南和常宜子处于轻度水华状态。

参考文献：

[1] 胡鸿钧，魏印心.中国淡水藻类：系统、分类及生态[M].北京：科学出版社，2006.

[2] 韩茂森，束蕴芳.中国淡水生物图谱[M].北京：海洋出版社，1995.

[3] 喻庆国.生物多样性调查与评价[M]昆明：云南科技出版社，2007：27-34.

[4] 中华人民共和国生态环境部.水华遥感与地面监测评价技术规范：HJ 1098-2020[S].2020.

[5] 中华人民共和国水利部.地表水资源质量评价技术规程：SL 395-2007[S].北京：中国水利水电出版社，2007.

Phytoplankton diversity and eutrophication in Lake Hengshui

MU Jiandong1，2，YAN Li1，2，XI Yanjuan1，2， YAO Xinyue1，ZHANG Bihan1，HOU Xiaolong1， LI Yao1， XIAO Guohua1，2

（1.Hebei Academy of Ocean and Fishery Sciences， Qinhuangdao 066200，China;

2.Key Laboratory of Marine Bio-resources and Environment of Hebei Province， Qinhuangdao 066200，China）

Abstract：A survey of phytoplankton and water quality in Lake Hengshui was conducted from April to October in 2020. A total of 64 species of phytoplankton were found in spring，77 species in summer and 68 species in autumn，belonging to 6 phyla and 41 genera. The top three largest numbers of species belonged to Chlorophyta，Diatoms and Cyanophyta. From April to October of 2020，the phytoplankton biodiversity index of Lake Hengshui ranged from 1.715 to 2.713，Margalef richness index ranged from 2.566 to 3.057，and Pielous evenness index ranged from 0.773 to 0.812 according to Shannon-Wiener diversity index evaluation method. The algal density showed that there were mild blooms in two sites in July and four sites in October. The eutrophication level of water quality in Lake Hengshui was in the state of "mild to moderate eutrophication" according to the water nutrition state index and grading evaluation method.

Key words：phytoplankton;biodiversity;eutrophication;Lake Hengshui

（收稿日期：2021-06-29;修回日期：2021-12-29）

基金項目：河北省财政专项。

作者简介：慕建东（1981-），男，高级工程师，研究方向：环境生态学。E-mail：jesse.mu@163.com。

通信作者：肖国华（1963-），男，研究员，研究方向：水域生态环境评价与生态修复技术。E-mail：ywxgh@163.com。

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