新乡定国湖浮游植物群落结构及其水质评价

　　摘 要：为全面了解新乡定国湖浮游植物群落结构及水质状况，于2017年7月、2017年10月、2018年1月、2018年4月对定国湖进行了采样调查，结果表明：定国湖共发现浮游植物8门67属109种，其中绿藻门和蓝藻门最多，硅藻门次之;浮游植物丰度、相对丰度以及优势种存在明显季节变化，秋季浮游植物丰度最高，以蓝藻门的大型集胞藻为绝对优势种，冬季浮游植物丰度最低，硅藻门的相对丰度较高且优势种的种类较多;定国湖浮游植物丰度与Chl-a呈极显著正相关关系，与DO呈显著负相关关系，与pH值、NH3-N呈极显著负相关关系;浮游植物多样性指数对定国湖水质评价的结果为轻污染水平，水质模糊综合评价结果显示定国湖水质符合Ⅳ类水质标准，综合浮游植物多样性指数与水质模糊综合评价结果来看，定国湖水质处于轻度污染水平。

　　关键词：浮游植物;水质评价;新乡市;定国湖

　　城市湖泊是城市生态系统的重要组成部分，对于城市发展具有重要意义。新乡市定国湖位于河南省新乡市中心城区东部，依托新鄉市赵定河而建，以赵定河为水源，占地41.75 hm2，其中水面面积20.13 hm2，湖区库容约50万m3，最大水深不超过6 m，属于城市人工浅水湖。该湖修建始于2016年4月，2017年4月已基本竣工并完成蓄水，同期定国湖自建的水处理系统开始运行，但由于水处理设备处在调试阶段，因此水处理效果差异较大。作为新修建的集景观、休闲、娱乐功能于一体的城市人工湖，定国湖受外界干扰因素多，更易受到污染[1]。

　　浮游植物作为水域生态系统的初级生产者[2]，是水域生态系统的重要组成部分，其种类组成和分布对环境变化具有指示作用，其多样性是水域生态系统的重要评价指标[3]。目前，利用浮游生物指标结合水体理化指标对水环境质量评价的研究较多[4-8]，但对于新建湖泊的研究还鲜见报道，因此对新乡市新建城市湖泊进行水质监测和浮游植物调查，以了解城市人工湖泊的水质动态和浮游植物群落演替规律及两者间的关系，进而评价其水质状况。

　　1 材料与方法

　　1.1 样点设置与采样时间

　　在定国湖设置了4个采样点(见图1)，其中：1号采样点(S1)、3号采样点(S3)在入湖口、出湖口附近，受人为活动干扰较多的2号采样点(S2)、受人为活动干扰较少的4号采样点(S4)分别位于湖外侧观景台、内侧观景台。采样时间分别为2017年7月(夏季)、2017年10月(秋季)、2018年1月(冬季)、2018年4月(春季)。

　　1.2 样品采集与处理

　　浮游植物定性样品使用25号浮游生物网，在水面下0.5 m左右作“∞”形缓慢拖动3 min采集，采集后加入4%的甲醛溶液固定保存。定量样品利用采水器在水下0.5 m处采集1 L后加入15 mL鲁哥试液进行现场固定，带回实验室经沉淀浓缩后保存以备镜检。

　　水体理化指标的监测与浮游植物的采样同步进行，其中：pH值、溶解氧(DO)、水温(WT)在现场利用HACH便携式水质分析仪测定，化学需氧量(CODCr)、总氮(TN)、总磷(TP)、铵态氮(NH3-N)、浊度(TUB)和叶绿素a(Chl-a)利用采水器在水下0.5 m处采集水样后带回实验室测定。

　　1.3 数据分析

　　运用优势度(Y)[9]表示水体中浮游植物的优势种群，其计算公式为Y=fini/N，其中：ni为第i种浮游植物个体数;N为浮游植物总个体数;fi为第i种浮游植物在各样点出现的频率。当Y>0.02时，认为该物种为优势种群。

　　运用Shannon-Wiener指数(H)、Pielou均匀度指数(J)对定国湖水体富营养化进行生物学评价，各指数的计算公式及评价标准参见文献[10-12]，其中H值为0～1.0属重度污染，为1.0～3.0属中度污染，H>3.0为轻度污染或无污染;J值为0～0.3属重度污染，为0.3～0.5属中度污染，为0.5～0.8属轻度污染。同时，运用SPSS16.0软件对定国湖浮游植物的丰度和水体理化指标进行相关性分析。

　　运用模糊综合评价法对定国湖水体进行富营养化评价，该方法是一种以模糊数学理论为基础，将各因子定量化处理后评价水体富营养化状况的方法[13]。评价模型建立步骤如下：

　　(1)设立评价因子集。选择相关测定指标作为评价因子，若有n个指标参与评价，则评价因子集U={u1，u2，…，un}，其中u1、u2、…、un为参与评价的各个因子。

　　(2)设立评价标准集。设有m个评价等级，则评价标准的集合V={v1，v2，…，vm}，根据《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)将地表水水质分成5类，即评价集V={Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ}。

　　(3)建立隶属函数和模糊评价矩阵。依据地表水环境质量标准构建隶属函数，通过各评价指标的实测值对于某级评价标准的隶属度建立模糊评价矩阵。

　　(4)建立权重集。评价因子的权重指评价因子对于水体整体污染程度贡献的大小，通过计算各评价因子的权重构建权重向量。

　　(5)模糊评价。根据权重向量和模糊评价矩阵，选用扎德算子“·”和“”运算方法得到模糊综合评价结果向量。为了更加准确反映水质的评价等级，并能够对多个水质样本进行比较排序，在得到评价结果向量的基础上，采用加权评价原则，最终确定水质评价结果。评价结果数值越大，说明其水质越差。

　　2 结 果

　　2.1 浮游植物群落结构

　　2.1.1 浮游植物种类组成

　　在定国湖发现浮游植物共计8门67属109种。其中：硅藻门18属28种，占25.7%;蓝藻门16属30种，占27.5%;绿藻门21属35种，占32.1%;黄藻门3属3种，占2.8%;甲藻门2属2种，占1.8%;隐藻门2属4种，占3.7%;裸藻门3属5种，占4.6%;金藻门2属2种，占1.8%。各门类浮游植物种类在不同采样点的种类数见表1，整体来看，硅藻、蓝藻、绿藻是定国湖浮游植物的主要类群;从浮游植物种类组成的时间特征来看，夏季和春季浮游植物种类较多，秋季和冬季种类较少;从空间特征来看，1号采樣点和2号采样点浮游植物种类较多，3号采样点和4号采样点种类相对较少。

　　2.1.2 浮游植物丰度

　　由定国湖浮游植物丰度变化情况(见图2)可知，定国湖浮游植物各季节平均丰度表现为秋季最高，冬季最低，春季略高于夏季;从浮游植物丰度的空间特征来看，采样点S1浮游植物丰度相对较高，采样点S4丰度较低，采样点S2、S3丰度居中且差别不大。

　　由定国湖浮游植物相对丰度变化情况(见图3)可以看出，定国浮游植物相对丰度季节变化明显，2017年夏季和2017年秋季以蓝藻门为主，分别占总丰度的70%和85%;2018年冬季以硅藻门和蓝藻门为主，分别占总丰度的25%和30%;2018年春季以硅藻门为主，其占比超过了总丰度的70%。从浮游植物相对丰度的空间特征来看，各采样点浮游植物的相对丰度无明显空间差异。

　　2.1.3 浮游植物优势种

　　浮游植物的优势种由优势度来确定。由表2可以看出，2017年7月至2018年4月定国湖出现的优势种共20种。从时间上看，2017年夏季有11种，其中蓝藻门的小席藻的优势度值最大，为0.290;2017年秋季出现了4种，其中蓝藻门的大型集胞藻的优势度值最大，为0.763;2018年冬季出现了12种，其中硅藻门的梅尼小环藻的优势度值最大，为0.112;2018年春季出现了8种，其中硅藻门的尖针杆藻的优势度值最大，为0.384。

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