藉河水環境質量與浮游植物群落結構特征

孫小玉

藉河水環境質量與浮游植物群落結構特征

孫小玉

甘肅天水市水利服務中心, 甘肅 天水 741000

為了解藉河水環境質量和浮游植物群落結構特征，反映河流水生態系統的健康情況。本研究對藉河沿岸6個采樣點進行水質監測和浮游植物群落結構調查。結果表明：藉河水環境pH為7.8～8.6，溶解氧（DO）含量8月較高，最高值為8.2 mg?L-1。化學需氧量（CODCR）和5日生化需氧量（BOD5）在7月時最低，分別為8.3 mg·L-1和2.94 mg·L-1；總氮（TN）含量和總磷（TP）含量在8月和9月最低，分別為2.38 mg·L-1和129μg·L-1；高錳酸鹽指數（CODMn）在9月最低，為2.85 mg·L-1。因此，藉河河流水質在8～10月較好，水體被污染程度較低。藉河流域水質環境特征有利于浮游植物物種的生長，藉河物種多樣性、物種數和生物量均較高。硅藻門是藉河浮游植物種的優勢種，優勢度較高的有舟形藻屬（）、月形藻屬（）和直鏈藻屬（）等。本研究可為藉河流域的水資源開發和環境綜合治理提供參考。

藉河; 水環境; 浮游植物

浮游植物能將無機營養元素轉入高級生命有機體，在物質循環和能量流動的過程中發揮不可替代的作用[1-3]。水生態的變化可以通過浮游植物的變化來反映。同時環境亦是直接影響浮游植物的群落結構和組成分布[4,5]。通過研究浮游植物的變化特征，可以反映水生態狀況的特征。水環境質量中的pH、溶解氧、生化需氧量等對浮游植物群落結構都具有直接或間接影響。

藉河流域位于黃土高原西南地區的第三副區，丘陵地貌是藉河流域的主要地貌類型，土壤侵蝕的地區分布較為廣泛[6]。藉河是渭河的一級支流，全長為85.0 km左右，海拔高度為1000～2700 m之間。藉河流域的氣候類型為典型的季風氣候，流域內覆蓋植被以落葉闊葉林為主，包括白皮松（Zucc.ex Endl.）、側柏[(L.) Franco]和榆樹（L.）等，流域內覆蓋植被也有灌木，如酸棗（）和荊條（）等。此外，藉河流域內還分布一些經濟作物，包括果樹類的蘋果（）、桃（L.）和杏（Lam.）等，以及一些禾谷類糧食作物小麥（L.）和玉米（Linn.）等。60年代至今藉河流域徑流量呈現出下降的趨勢，持續實施的水土保持綜合治理工程和藉河源頭的水源涵養林工程對于藉河流域的生態恢復起到了很大的作用[7]。通過多年的水土保持綜合治理不僅大大改善了藉河水環境質量，進而導致藉河水域浮游植物群落的的改變，本研究通過對藉河水環境質量的測定和藉河水域浮游植物群落的調查，以期為藉河流域的綜合治理提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究地概況與采樣點

位于甘肅天水南部的藉河，位置坐標為北緯34°20′19″～34°38′59″，東經105°7′50″～106°0′45″。海拔高度范圍在1069～2717 m之間，流域面積能夠達到1019 km2，是屬于比較典型的黃土丘陵溝壑地貌，藉河流域許多地區均出現過較為嚴重的水土流失，地形破碎，地表溝壑多有分布[8]。

研究區為暖溫帶半干旱半濕潤的過渡帶型氣候，年均氣溫10.8 ℃，年降水量為460～670 mm，夏季和秋季降水雨較多，冬季和春季降水較少。黃綿土和褐色土是藉河流域的主要土壤類型，表明此區域土壤侵蝕較為嚴重。此外藉河流域還有小部分為淀土和黑壚土。流域生態環境較前有所改善，分布林草地、農用地和果園經濟林等。

在藉河沿岸共設置6個采樣點，相鄰采樣點間隔10 km，均勻分布在藉河全流域，比較全面地代表了流域整體情況。

圖 1 藉河流域范圍圖

1.2 測定方法

1.2.1 藉河河流水環境質量調查采用野外采樣，現場監測和實驗室分析測定相結合的方法每月進行水質指標測定。試驗采用的水質多功能監測儀（HydrolabDS5X，HACH）為美國生產。野外采樣現場即可測定藉河水環境的pH值、溶解氧（DO）。水樣用有機玻璃采水器在中泓垂線兩側各5.0 m范圍內，在水面以下大約50 cm處進行采用，采集6次（如果水深小于50 cm，則采樣表層的水樣），用滅菌后的聚乙烯細口瓶（1 L）進行分裝。在較低溫度下保存，帶回實驗室統一進行水質指標的分析測驗。水樣中總磷（TP）的含量采用鉬酸銨分光光度法進行測定；水樣中總氮（TN）的含量采用堿性過硫酸鉀消解后通過紫外分光光度法進行測定；先稀釋，之后接種來測定水樣中5日生化需氧量（BOD5）。高錳酸鹽指數（CODMn）是反映水樣中有機和無機可氧化物質污染的常用指標，采用的是酸性法（GB/T 11892-1989）測定。化學需氧量（CODCR）是常用的有機物污染參數，其測定方法采用的是重鉻酸鹽法（HJ 828—2017）[9-12]。

1.2.2 浮游植物鑒定和分析向采集的2 L水樣中加魯哥試液固定，靜置1 d后濃縮20倍，取100 μL在顯微鏡下進行鏡檢觀察，根據形態學指標鑒定觀察到的浮游植物種類，并計數觀察到的細胞數量。試驗設3次重復，每次觀察統計70個視野，以3次重復測定的平均值來表征浮游植物密度。通過細胞體積法來計算供試水樣中浮游植物的生物量。單細胞浮游植物的生物量通過細胞的個體形狀測定并計算獲得。每個測點的浮游植物物種數目、浮游植物密度和浮游植物生物量合并統計[13,14]。

1.2.3 數據分析方法浮游植物群落特征的指標有生物量、物種組成、密度和物種多樣性[15]。以香農-維納指數（Shannon-Weaver多樣性指數）來表征物種的多樣性：=-ΣP×lnP。多樣性指數越低，代表群落抗外界干擾保持穩定的能力越低。優勢種用Manaughton優勢度指數（）來表征：=(N×f)/（以＞0.02即視為優勢種）。

2 結果與分析

2.1 藉河河流水環境質量特征

2.1.1 pH值和溶解氧（DO）從圖1可以看出，4月到10月藉河流域水環境pH值逐漸增加，10月pH值為1年中最高值，達8.6。2月pH值最低，僅為7.8。藉河流域水環境pH值的平均值為8.24。藉河流域水環境溶解氧含量結果表明，8月DO含量達到最高值，為8.2 mg·L-1，1月DO含量最低，僅為7.3 mg·L-1。藉河流域水環境溶解氧（DO）含量平均值為7.73 mg·L-1。

圖 1 藉河流域水環境pH值（左）和溶解氧含量（右）

2.1.2 化學需氧量（CODCR）和5日生化需氧量（BOD5）由圖2可以看出，藉河流域水環境中，化學需氧量（CODCR）在5～10月較低，7月化學需氧量最低，僅為8.3 mg·L-1。1～4月和11～12月化學需氧量較高，其中1月的化學需氧量最高，達28.1 mg·L-1。5日生化需氧量（BOD5）在5～9月較低，其中7月最低，僅為2.94 mg·L-1。1～4月和10～12月5日生化需氧量較高，其中12月最高，達3.48 mg·L-1。

圖 2 藉河流域水環境化學需氧量（左）和生化需氧量（右）

2.1.3 總氮（TN）和總磷（TP）由圖3可以看出，7月和8月藉河流域水環境中的總氮含量較低，1～3月藉河流域水環境中的總氮含量較高；8～10月藉河流域水環境中的總磷含量較低，1～2月藉河流域水環境中的總磷含量較高。8月藉河流域水環境中總氮（TN）含量僅為2.38 mg·L-1，僅為1月總氮含量的66.5%。9月藉河流域水環境中總磷（TP）含量僅為129 μg·L-1，僅為1月總磷含量的49.6%。1月藉河流域水環境中總氮含量為3.58 mg·L-1，總磷含量為252 μg·L-1，分別為8月含量的近1.5倍和2.0倍。

圖 3 藉河流域水環境總氮含量（左）和總磷含量（右）

2.1.4 總硬度（HAR）和高錳酸鹽指數（CODMn）由圖4可以看出，6～10月藉河流域水環境總硬度較高，最高時為181 mg·L-1，冬季總硬度較低，1月總硬度僅為158 mg·L-1。7～10月藉河流域水環境中高錳酸鹽指數較低，最低時高錳酸鹽指數僅為2.85 mg·L-1。藉河流域水環境中高錳酸鹽指數在1月和12月時較高，最高時可達4.43 mg·L-1。

圖 4 藉河流域水環境總硬度（左）和高錳酸鹽指數（右）

2.2 藉河河流浮游植物群落組成與優勢種

由表1可以看出，藉河水體環境中共鑒定出浮游植物有4門，占比最高的為硅藻門（Diatomeae），占比高達47.8%。其次為綠藻門（Chlorophyta），占比為30.4%。占比較低的是藍藻門（Cyanophyta）和裸藻門（Euglenophyta）。其中硅藻門包含11個屬，綠藻門次之，包含7個屬；藍藻門包含3個屬；裸藻門占比最小，包含2個屬。

表 1 藉河河流浮游植物群落組成

由表2結果可以看出，硅藻門是藉河水樣中檢測到的優勢種。水樣中優勢度最高的為舟形藻屬（），優勢度可達0.198，其次是月形藻屬（）和直鏈藻屬（），優勢度分別為0.187和0.178；再次為平板藻屬（）和根管藻屬（），優勢度顯著降低；相較而言，藉河水域中脆桿藻屬（）、針桿藻屬（）和等片藻屬（）浮游植物的優勢度較低。其中等片藻屬的優勢度最低，僅為0.033。

表 2 藉河水域中浮游植物的優勢種

2.3 藉河流域浮游植物的群落結構特征

2.3.1 藉河流域浮游植物群落多樣性由藉河流域浮游植物多樣性指數結果可以看出（圖5），沿著水流方向，藉河浮游植物的多樣性指數呈減小趨勢。其中，X1測量點的浮游植物多樣性指數最大（2.33），X6測量點的浮游植物多樣性指數最小（2.20），二者僅相差0.13。6個測量點的多樣性指數平均值為2.28。

圖 5 藉河河流水樣中的浮游植物多樣性指數

2.3.2 藉河流域浮游植物群落密度和生物量由圖6結果可以看出，藉河流域浮游植物生物量沿水流方向呈逐漸增大趨勢。X1測點的生物量最低，僅為85 μg·L-1；X6測點的生物量最高，達146 μg·L-1，是X1測點的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趨勢，X1測點的密度較低，每毫升水樣中含有71個細胞；X6測點的密度最高，每毫升水樣中細胞數達125個。

圖 6 藉河河流水樣中的浮游植物密度（左）和生物量（右）

3 討論與結論

城市河流水環境質量對生態環境和人民生產、生活影響很大[16]。隨著城市化程度的不斷提高，人口不斷向城鎮聚集，形成城市規模也逐漸擴大，維持良好的城市河流水生態環境越來越任重道遠。為了維持城鎮的正常運轉，工業和農業持續向前發展，對水資源的需求也相應逐漸增加，河流的供水壓力增大；另一方面，由于人為因素對河流水體造成的污染也有增加的趨勢。因此，城市河流水生態環境面臨的壓力越來越大，如不加控制常常導致河流水質惡化，河流水域生態功能的退化。對城市河流水質特征的檢測，及時了解河流水質的變化情況，有利于找準對策及時改善河流水生態系統的穩定性。對不同城市河流的水質監測分析結果表明，充分了解河流水質現狀和特征，有助于提升河流綜合治理的生態效益[17]。

本研究結果表明，藉河水環境pH為7.8～8.6，溶解氧（DO）含量8月較高，最高值為8.2 mg?L-1。化學需氧量（CODCR）和5日生化需氧量（BOD5）在7月時最低，分別為8.3 mg·L-1和2.94 mg·L-1；總氮（TN）含量和總磷（TP）含量在8月和9月最低，分別為2.38 mg·L-1和129 μg·L-1；高錳酸鹽指數（CODMn）在9月最低，為2.85 mg·L-1。綜上可見，藉河河流水質在8～10月較好，水體被污染程度較低。藉河流域水土水質環境特征有利于浮游植物物種的生長，藉河物種多樣性、物種數和生物量均較高。硅藻門是藉河浮游植物種的優勢種，優勢度較高的有舟形藻屬（）、月形藻屬（）和直鏈藻屬（）等。

生活污水、畜禽養殖廢水以及化肥農藥施用引起的農業面源污染是藉河污染的主要原因[18]。相關調查發現隨著藉河流域周邊農業和養殖業生產規模的不斷擴大，各項生產活動的耗水量逐漸提高，產生污水總量也不斷增大，這不僅造成藉河流域的徑流量的降低，還加重了藉河水域環境污染的負荷。通過加強水質管理，增強環保意識，改進農業生產操作技術，如水肥灌溉技術、植保防控技術等，不斷縮減農業面源污染的來源和程度，藉河水域綜合治理已經取得了良好的成效，河流水質有了明顯改善，浮游植物群落多樣性有了一定的提高。

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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

孫小玉(1979-),男,本科,高級工程師,主要研究方向:水利工程質量等. E-mail:xuansunk176@163.com