黄壁庄水库浮游植物调查和评价

赵晶晶 潘娟 刘影爽 范越凡 方雪丹 张秋莹 史增奎

摘 要：为了解黄壁庄水库春、夏、秋三季浮游植物的群落分布特征和水质状况，分别在2019年的春、夏、秋三季对黄壁庄水库进行浮游植物样品的采集、分析和鉴定，结果表明：黄壁庄水库浮游植物主要分布在硅藻门、绿藻门和蓝藻门，浮游植物种类的季节分布很稳定，浮游植物的数量主要分布在硅藻门和绿藻门，利用浮游植物多样性指数H和J以及水文因子来综合评价，黄壁庄水库为轻污染或无污染水体。

关键词：黄壁庄水库;浮游植物;多样性;水质评价

黄壁庄水库位于河北省石家庄市平山、灵寿、鹿泉三县区交界处，海河流域子牙河系滹沱河中游，控制流域面积为 23 400 km2（连同上游28 km处的岗南水库），占滹沱河流域面积的95%。冶河为滹沱河最大支流，直接汇入黄壁庄水库[1]。

水库设计库容12.1亿m3，现水贮量一般为1亿～2亿m3，调洪库容7.366 3亿m3，兴利库容4.64亿m3，死库容0.696 8亿m3，已淤积库容0.32亿m3，死水位111.5 m，起调水位114 m，汛限水位114 m，正常蓄水位120 m，设计洪水位125.84 m，校核洪水位128 m。水库主要由主坝、副坝、正常溢洪道、非常溢洪道、新增非常溢洪道、电站重力坝、灵正渠涵管及电站等建筑物组成[2]。

石家庄中山湖日本沼虾、黄颡鱼国家级水产种质资源保护区位于黄壁庄水库，是2018年11月5日农业农村部公布的第十一批国家级水产种质资源保护区。总面积5 500 hm2，其中核心区面积1 693 hm2，实验区面积3 807 hm2[3]。特别保护期为每年的4月1日至9月15日。保护区位地理坐标范围在东经114°09′32″—114°18′35″，北纬38°12′38″—38°19′36″之间。保护区主要保护物种为日本沼虾和黄颡鱼，其他保护物种包括鲤、鲫、条、乌鳢、翘嘴红鲌、中华鳖、大银鱼、鲶、泥鳅、田螺等[4-5]。

浮游植物作为水域生态系统的初级生产者，在物质循环和能量流动的过程中具有很重要的地位，它是水域生态系统食物链的开启者[6-8]。浮游植物种类和数量的调查可以从侧面映射水生态系统的质量好坏[9-10]。为了解黄壁庄水库浮游植物的群落分布特征和水质状况， 2019年进行浮游植物调查和评价，本次调查研究的成果可以为黄壁庄水库水质改善提供一些参考。

1 材料与方法

1.1 采样点位置分布和采样时间

根据黄壁庄水库的形状和特点采用“走航式”的采样方法在黄壁庄水库选择9个站点，如图1所示，各采样点的具体信息见表1。在2019年3月（春）、7月（夏）和10月（秋）三个时间段前往黄壁庄水库进行浮游植物样品的采集，每次采样都在天气晴朗的情况下进行。

1.2 样品的采集与鉴定

浮游植物样本的采集方法参考《渔业生态环境监测规范》（SC/T 9102.3-2007）[11]。

浮游植物定性样本的采集采用25#浮游生物网进行拖曳采集，而后放入采样瓶中，加入甲醛溶液进行固定。

浮游植物定量樣本的采集方法：在每个站位利用有机玻璃采水器分别在上、中、下三个水层采集等体积的水样，充分混合，取1 L放入广口塑料瓶中，加入15 mL鲁哥氏液固定，然后带回实验室沉淀48 h，浓缩至40 mL，作为实验样品留下待检。

对于浮游植物定性样本主要参考相关的书籍[12-13]进行鉴定，分别检索到种，然后进行浮游植物定量样本的计数，采用的方法是视野计数法，每个采样点的水样分别取两片，在40×显微镜下每片计数30个视野，取平均值作为该采样点某种浮游植物的最后实验结果，实验结束利用相关的统计软件进行数据处理和分析。

1.3 数据处理

浮游植物多样性判断指标：生物多样性选取香农-威纳指数（H）和均匀度指数（J）两个指标来进行综合评价，此外该指数还可以估测水质类型。首先采用视野计数法计算浮游植物的数量，根据实验结果利用统计软件计算浮游植物的密度和多样性指数，公式如（1）—（3）式所示。利用香农-威纳指数（H）和均匀度指数（J）来评估水质[14-16]，具体评估标准如表2所示。

利用优势度Y判定优势种，Y>0.02的浮游生物为优势种[17]。

式（1）中：N为1 L水中浮游植物的个数，个1 L;Cs是计数框面积，mm2;V是1 L水浓缩后的体积，mL;Fn是计数过的视野数;Fs是每个视野的面积，mm2;Pn是计数出的浮游植物的个数;v是计数框的体积0.1 mL。

式（2）中：Pi为群落中第i种的数量占总数量的比值。

式（3）中：H为香农-威纳指数，J为均匀度指数，S为群落中发现的物种总数。

式（4）中：Di为某个站位的第i种生物的总数占该站位所有物种数量之和的比值;fi为第i种生物在整个水库采样点出现的概率。

2 调查结果

2.1 浮游植物总体结构特征

春、夏、秋三季对黄壁庄水库浮游植物调查结果如表3所示，共检测出浮游植物6门93种，其中绿藻门34种、占总种数的36.56%;隐藻门2种，占总种数的2.15%。由图2可以看出Z7（主坝、滹沱河出口）采样点的浮游植物种类数最多。从表4可以看出春季、夏季、秋季浮游植物总种数分别为59、61、51，浮游植物种类的季节分布很稳定，均主要分布在硅藻门、绿藻门和蓝藻门。各个门类植物的春、夏种类数相差无几，秋季相对偏少。

2.2 浮游植物密度分布特征

各采样点在春、夏、秋三季浮游植物密度的季节分布情况如图3所示，其中浮游植物密度的峰值出现在Z3秋季，浮游植物的数量为186.70×105个/L;谷值出现在Z2春季，数量为18.02×105个/L。整体上看，浮游植物的丰富度在不同站位均为秋季最高、春季最少，而且夏、春两季的浮游植物密度在各站位相差无几。此外，从秋季浮游植物的密度上看，Z2、Z6、Z8三个站点中，浮游植物密度中绿藻门>硅藻门>蓝藻门;而Z1、Z3、Z4、Z5、Z7、Z9六个站点中，浮游植物密度中虽然绿藻门依旧是最高，但硅藻门和蓝藻门的数量相差无几，有的站位蓝藻门的数量甚至比硅藻门的数量还要多。在春季硅藻门为优势门类，可能与春季刚刚回暖，气候寒冷有关，与硅藻门植物耐寒性刚好相符;在夏季绿藻门为优势门类，蓝藻门次之;秋季绿藻门与蓝藻门的数量相差无几，均为优势门类。

从图4可以看出，黄壁庄水库浮游植物密度的季节分布为秋季>夏季>春季，其中秋季绿藻门密度远远高于春、夏两季，春、夏两季相差无几，硅藻门的春、夏、秋三季密度相差不多，但是依旧为秋季>夏季>春季。其他门类浮游植物在调查期间均很少见。

2.3 浮游植物优势种的分布特征

通过式（4）计算优势度Y，根据Y>0.02判断黄壁庄水库浮游植物优势种的季节分布如表5所示，由表可知黄壁庄水库春、夏、秋三季的优势种共有15种，占浮游植物总物种数的16%;春、夏、秋三季优势种的种数分别为9、10、10。其中蓝藻门的隐球藻、微小平裂藻;绿藻门的星芒小球藻以及硅藻门的尖针杆藻、颗粒直链藻仅为秋季的优势种;蓝藻门的巨颤藻仅为夏季的优势种;浮游植物除这6种仅在一个季节为优势种外，其他9个优势种季节分布具有稳定性的特点。2.4 黄壁庄水库水质与浮游植物多样性的关系

黄壁庄水库春、夏、秋三季各站位浮游植物多样性指数计算结果如表6所示，由表可知浮游植物的香农-威纳指数H的最大值为3.78，其对应的水质最好，为轻污染或无污染水体，对应的采样时间和地点为春季的Z6;最小值为2.10，其对应的水质质量最差，为中污染水体，水样来自Z8秋季。

整体上看，春季H的均值为3.48，J的均值为1.21，两者对应的水质类型均为轻污染或者无污染水体。夏季H的均值为3.35，J的均值为1.15，两者对应轻污染或者无污染水体。秋季H的均值为2.70，对应水体为中污染类型水体，J的均值为0.93，对应水体为轻污染或无污染水体。

从浮游植物多样性指数对水质进行评价，春季的水质最佳、夏季次之、秋季最差。

2.5 黄壁庄水库水环境因子与浮游植物多样性的关系

从表7中可以看出，黄壁庄水库全年水体为弱碱性水，水温夏季（7月）>秋季（10月）>春季（4月），透明度为春季（4月）>夏季（7月）>秋季（10月），一般来说，水体的水质越好，透明度也越大，参考浮游植物多样性对水质做出的预估为春季水质最佳，夏季次之，秋季最差，这与透明度测量结果相符合。因而计算浮游植物多样性指数对水质评价具有一定的意义。3 讨论

本次调查中发现黄壁庄水库中浮游植物数量很多，但是种类却集中出现在硅藻门、绿藻门和蓝藻门。从时空分布上看，春夏秋三季中硅藻门和绿藻门的生物均有出现，没有明显的分布规律。蓝藻门主要出现在秋季，可能是由于温度对磷元素的含量产生了影响，因为限制蓝藻门繁殖的营养元素为磷，而且在Z3和Z4蓝藻门的种类和数量均较其他站位偏高，可能是Z3在冶河河口，Z4附近有电厂，这两个站点与人类居住地距离较近，可能会因生活或生产废水的排放导致营养元素尤其是磷元素含量的增加，从而导致蓝藻门植物的大量繁殖和生长，使水体呈现一定程度的富营养化现象。在Z7处浮游植物的种类最多，浮游植物密度也偏高，可能是该站点位于滹沱河出口，因而营养盐的含量和种类相对来说较其他站位偏高，因而在相同的季节中保证了浮游植物的大量繁殖。

黄壁庄水库浮游植物多样性指数H和J在季节平均值上均为秋季最小，说明在秋季水库群落的复杂程度低，因而在遭受外界污染时的稳定性差，自我调节和修复能力也较低，这与水质的水环境因子评价结果相符合。

黄壁庄水库作为石家庄市重要的饮用水水源，其地位不容小觑，即使现在水质状况良好，但保护水质仍是重要工作，因为水质一旦被破坏，修复起来需要的人力、物力将很大，损失也难以预估。习主席说过“金山银山不如绿水青山”，有关部门应该加强对水源保护的宣传力度，创造“保护环境，从我做起”的良好社会氛围，为黄壁庄水库的水质保持良好状态提供保障。

4 结论

通过调查发现黄壁庄水库属于绿藻型水库，春、夏、秋三季均以硅藻门、绿藻门、蓝藻门为主。从浮游植物多样性指数来看，春季>夏季>秋季，利用浮游植物多样性对水质状况进行预估，水质好坏亦呈现这样的趋势，因此通过调查计算黄壁庄水库的浮游植物多样性指数可以预估水质受污染程度，为黄壁庄水库水库的进一步改善提供一定的参考。

参考文献：

[1] 徐丽梅，刘艳丽，沈彦俊.黄壁庄水库入库径流变化及原因分析[J].南水北调与水利科技，2010，8（5）：46-48+57.

[2] 葛义荣.大坝安全监测系统的运行管理与探讨—以黄壁庄水库为例[J].中国水能及电气化，2016（3）：41-45.

[3] 第十一批国家级水产种质资源保护区面积范围和功能分区[J].渔业致富指南，2018（23）：3-5.

[4] 朱会苏.黄壁庄水库鱼类构成及变化情况[J].河北渔业，2019（1）：45-47.

[5] 朱会苏.黄壁庄水库鱼类资源[J].农业开发与装备，2018（12）：44+46.

[6] 陈红，刘清，潘建雄，等.灞河城市段浮游生物群落结构时空变化及其与环境因子的关系[J].生态学报，2019，39（1）：173-184.

[7] 王启军，姜维，赵虎，等.易贡藏布江浮游生调查及多样分析[J].基因组学与应用生物学，2015，34（11）：2408-2414.

[8] CHEN H，LIU Q， PAN J X，et al，Spatial and temporal varation of the plankton community and its realationship with environmental factors in the citys ection of the Ba River[J]Acta Ecologica Sinica， 2018，39（1）：173-184.

[9] 張囡囡，刘宜鑫，臧淑英.黑龙江扎龙湿地不同功能区浮游植物群落与环境因子的关系[J].湖泊科学，2016，28（3）：554-565.

[10] ECHANIZ S A，VIGNATTI A M，DE PAGGI S J，et al.Zooplankton Seasonal Abundance of South American Saline Shallow Lakes[J].International Review of Hydrobiology，2006，91（1）：86-100.

[11] 农业部.渔业生态环境监测规范 第3部分：淡水：SC/T 9102.3-2007[S].北京：农业部，2007：8-11.

[12] 周凤霞，陈剑虹.淡水微型生物和底栖动物图谱[M].北京：化学工业出版社，2011：37-200.

[13] 赵文.水生生物学[M].北京：中国农业出版社，2016：7-126.

[14] 刘淑德，线薇微.三峡水库蓄水前后春季长江口鱼类浮游生物群落结构特征[J].长江科学院院报，2010，27（10）：82-87.

[15] 赵菲，于洪贤，马成学，等.应用浮游动物群落结构评价扎龙自然保护区的水质现状[J].水产学杂志，2013，26（1）：41-45.

[16] 褚一凡，赵闪闪，李杲光，等.陈桥东湖浮游生物群落结构特征及水质评价[J].长江科学院院报， 2019，36（8）：23-29.

[17] LAMPITT R S，WISHNER K F，TURLEY C M，et al.Marine snow studies in the Northeast Atlantic Ocean：distribution，composition and role as a food source for migrating plankton[J].Marine Biology，1993，116（4）：689-702.

[18] 国家环境保护总局.地表水环境质量标准：GB 3838-2002[S].北京：中国标准出版社，2002：1-2.