全 文 ：绥宁河生物修复中浮游植物的生态特征研究 3
刘冬燕1 ,2 　赵建夫1 ,2 3 3 　张亚雷1 　马利民2
(1 同济大学长江水环境教育部重点实验室 ,上海 200092 ;2 重庆三峡研究院 ,重庆 404000)
【摘要】　通过对上海市苏州河支流绥宁河治理段与非治理段水体浮游植物群落的分析 ,探讨了生物修复
对浮游植物的影响. 生物修复试验实施后治理点的浮游植物种类数比非治理点多 ;浮游植物细胞数、叶绿
素 a 含量有明显下降 ,优势度由极度的高优势变为中度优势 ; Shannon2Wiener 多样性指数有明显上升 ;治
理点绿藻和硅藻种类百分比升高 ,并出现一些指示β中污和寡污的种类 ,水体浮游植物群落结构有所优
化 ,表明水体质量有一定改善.
关键词 　生物修复 　浮游植物 　群落
文章编号 　1001 - 9332 (2005) 04 - 0703 - 05 　中图分类号 　Q17811 　文献标识码 　A
Ecological characteristics of phytoplankton in Suining tributary under bio2remediation. L IU Dongyan1 ,2 ,ZHAO
Jianfu1 ,2 ,ZHAN G Yalei1 ,MA Limin2 (1 Key L aboratory of Yangtze River W ater Envi ronment of Minist ry of
Education, Tongji U niversity , S hanghai 200092 , China ; 2 Chongqing Three Gorges College , Chongqing
404000 , China) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2005 ,16 (4) :703～707.
Based on the analyses of phytoplankton community in the treated and untreated reaches of Suining tributary of
Suzhou River ,this paper studied the effects of bio2remediation on phytoplankton. As the result of the remedia2
tion ,the density and Chl2a content of phytoplankton in treated reach were greatly declined , while the species
number and Shannon2Wiener diversity index ascended obviously. The percentage of Chlorophyta and B aeillario2
phyta ascended ,and some species indicating medium2and oligo2pollution were found. All of these illustrated that
bio2remediation engineering might significantly benefit to the improvement of phytoplankton community struc2
ture and water quality.
Key words 　Bio2remediation , Phytoplankton , Community.
3 国家自然科学基金项目 (50008011) 、国家“十五”科技攻关计划重
大项目 (2003BA808A17)和“863”计划资助项目 (2004AA649310) .3 3 通讯联系人.
2004 - 08 - 23 收稿 ,2005 - 01 - 17 接受.
1 　引 　　言
生物修复是利用生态系统中的微生物及其他生
物将环境中的污染物现场降解成二氧化碳或转化为
无害物质的工程技术. 生物修复技术作为 20 世纪
90 年代迅速发展起来的一项污染治理工程技术 ,由
于费用低 ,不会形成二次污染或导致污染物转移 ,可
最大限度地降低污染物浓度等而成为当今治理污染
水体的首选治理措施[4 ,7 ,13 ,18 ,27 ,33 ] .
在上海市苏州河综合整治一期工程实施以后 ,
由于截污工程的实施 ,许多支流中的污染物因不能
排放入苏州河主干河道而日益蓄积 ,污染状况日趋
严重 ,因此苏州河支流治理已成为该河二期治理工
程的重点 ,由此开展了苏州河支流 ———绥宁河生态
修复试验研究. 目前 ,关于恢复手段对浮游生物影响
的研究主要汇集在施入光合细菌条件下浮游植物的
变化方面[1 ,12 ,16 ,32～34 ] ,利用浮游植物来监测生态工
程治理水污染等效果的研究也有报道[3 ,6 ,19 ,20 ] .
浮游植物的种类组成、群落结构、数量分布和多
样性等是评价水环境质量的重要标准 ,浮游植物作
为生物监测、评价水质污染和营养水平的重要指标 ,
国内外已广泛采用并卓有成效[11 ,15 ,17 ,22 ,25～27 ] . 绥
宁河水生维管植物极度贫乏 ,浮游植物是该水体最
主要的初级生产者 ,因此 ,浮游植物是水体水质营养
状况最直接的反映者 ,为了解生物修复试验研究的
效果 ,本文对绥宁河治理段与非治理段水体浮游植
物群落特征进行了研究 ,初步探讨了生物修复对水
体浮游植物群落特征的影响.
2 　研究地区与研究方法
211 　研究地区概况
21111 河流状况及生态修复工程措施 　见文献 [14 ] .
21112 采样点设立 　见文献[14 ] .
212 　研究方法
21211 样品采集及采样 　时间定性分析水样用 25 号筛绢网
在水面下 015 m 处做“∞”形反复拖拽约 5 min ,速度 20～30
cm·s - 1 ,然后把网提起抖动滤水 ,轻轻打开网头 ,将液体倒入
应 用 生 态 学 报 　2005 年 4 月 　第 16 卷 　第 4 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY , Apr. 2005 ,16 (4)∶703～707
贴有标签的样品瓶中 ,加入鲁哥氏液固定后参照有关文
献[8 ,10 ,26 ]进行浮游植物种类鉴定. 定量分析的水样用有机玻
璃采水器于水面下 015 m 处取 1 000 ml ,加入 15 ml 鲁哥氏
液固定 ,静置 48 h 后吸去上清液 ,浓缩至 30 ml. 显微镜检计
数时充分摇匀 ,浮游植物吸取 011 ml 滴入 011 ml 计数框内 ,
在 10 ×40 倍下用视野法计数各个种的细胞数和个体数 ,计
数 100～300 个视野 ,使所得细胞数在 300 以上 ,对量小而个
体大的种类在 100 倍下全片计数 ,发现新的藻类均增入定性
统计. 2001 年 10 月 25 日开始实施生物修复综合措施 ,实施
前进行一次本底采样 ,实施后采样频度约为 1 次/ 2 周 ,于 12
月 5 日结束 ,采样时间分别是 10 月 20 日、11 月 2 日、11 月
14 日、11 月 30 日、12 月 5 日.
21212 叶绿素 a 测定方法 　见文献[14 ] .
21213 分析方法 　应用如下生物群落结构特征指数 [10 ,22 ]对
浮游植物的群落结构进行分析.
1)相对频度 ( Fr) :反映种的个体在群落中的出现概率.
表达式为 :
Fr = f i/ F ·100 % (1)
式中 , f i 为 i 种出现的次数 , F 为总的定性采样次数. A 级频
度为 1 %～20 % ;B 级频度为 21 %～40 % ; C 级频度为 41 %
～60 % ;D 级频度为 61 %～80 % ; E级频度为 81 %～100 %.
2)相对密度 (Dr) :反映种的细胞密度占群落总细胞密度
的比例. 表达式为 :
Dr = di/ D ·100 % (2)
式中 , D 为群落的总细胞密度 ; di 为 i 种的细胞密度.
3) Shannon2Wiener 指数 ( H) :种类和种类中个体分配上
的均匀性的综合指标 ,反映群落结构复杂程度和稳定性. 其
表达式为[9 ] :
H = - ∑
s
i = 1
( ni / N ) log2 ( ni / N ) (3)
式中 , N 为总个体或细胞数 ; ni 为 i 种的个体或细胞数 ; S 为
总种数.
3 　结果与分析
311 　浮游植物的种类组成
共鉴定浮游植物 5 门 38 属 77 种 ,其中 ,蓝藻门
6 属 9 种 ,绿藻门 21 属 35 种 ,硅藻门 7 属 14 种 ,裸藻
门 3 属 18 种 ,隐藻门 1 属 1 种. 其中 ,试验开始后非
治理段未出现而治理段出现的新种有 :微小色球藻
( Chroococcus m i nut us) 、球囊藻 ( S phaerocystis schr2
oeteri) 、卷曲纤维藻 ( A nkist rodesm us convol ut us) 、
集星藻 ( A cti nast ru m hantzschii) 、双射盘星藻
( Pediast rum bi radiat um ) 、颗粒直链藻 ( Melosi ra
granulata) 、螺旋颗粒直链藻 ( M . granulata var .
angustissi m a f . spi ralis) 、近小头羽纹藻 ( Pi nnular2
ia subcapitata) .
生物修复试验开始前 ,治理点 2 # 的蓝藻和绿藻
种类所占百分比均与非治理点 1 # 和 3 # 非常一致
(图 1) ,试验后第 1、2 周治理点 2 # 的蓝藻比例低于
非治理点. 对于绿藻种类所占百分比 ,生物修复试验
前后无明显变化. 而从硅藻种类所占百分比来看 ,试
验后治理点 2 # 明显高于非治理点 1 # 和 3 # . 裸藻种
类所占比例试验前治理点 2 # 比非治理 3 # 高 ,试验
后 2 # 一直低于 3 # .
图 1 　绥宁河浮游植物的种类组成
Fig. 1 Composition of phytoplankton varieties in Suining Tributary.
a)蓝藻 Cyanophyta ; b) 绿藻 Chlorophyta ;c) 硅藻 Baeillariophyta ; d)
裸藻 Euglenophyta.
312 　浮游植物群落结构特征
生物修复试验后第 1 周至结束 ,浮游植物种类
数呈减少的趋势 ,治理点 2 # 的种类数多于对照 1 #
和 3 # ,在 11 月 14 日这种差异尤为明显 (图 2) . 浮游
植物细胞数自生物修复试验开始前到结束呈减少的
407 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　16 卷
　图 2 　绥宁河浮游植物群落动态
Fig. 2 Variations in phytoplankton communities in Suining Tributary.
趋势 ,3 # 样点的细胞数基本多于 1 # 和 2 # ,在 11 月
14 日较明显. 治理 2 # 样点的叶绿素 a 含量低于对
照 1 # 和 3 # .
313 　浮游植物物种多样性
生物多样性指数是评价水质状况的重要指标之
一 ,试验前 ,治理 2 # 的 Shannon2Wiener 多样性指数值
在 115 以下 ,且略低于非治理点 1 # 和 3 # . 试验开始
到结束 ,2 # 样点的 Shannon2Wiener 多样性指数一直高
于 1 # 和 3 # (图 2) ,工程开始第 1 周 2 # 样点的多样性
指数上升明显 ,多样性指数均值在 210～310 之间.
314 　浮游植物的优势种群
对绥宁河所有浮游植物定性分析进行频度统
计 , E 级频度种分别是蓝藻门的小颤藻 ( Oscillatoria
tenuis) 、钝顶螺旋藻 ( S pi ruli na platensis , Sp) 、绿藻
门的小球藻 ( Chlorella v ulgaris) 、蛋白核小球藻
( Chlorella py renoi dosa , Cp) ; 裸藻门的梭形裸藻
( Euglena acus) 、绿色裸藻 ( Euglena vi ridis) , 这些
种出现频率达 80 % 以上 ,属于常见种. 由表 1 可见 ,
生态修复试验前 ,治理2 # 样点的优势度比非治理点
1 # 和 3 # 高 ,第一优势种为绿藻门的蛋白核小球藻.
生物修复试验后第 1 周至结束 ,治理 2 # 样点的优势
度一直小于 1 # 和 3 # ,在 11 月 2 和 12 月 5 日这种差
异尤为明显 ,第一优势种有绿藻门的蛋白核小球藻、
小球衣藻 ( Chlam ydomonas microsphaera , Cm) 和球
衣藻 ( Chlamydomonas globosa , Cg) .
4 　讨 　　论
　　浮游植物对外界环境反映敏感 ,浮游植物群落
表 1 　绥宁河优势种及其占总细胞数的百分比
Table 1 Dominant species and percentage( %) of phytoplankton density
in Suining Tributary
日期
Date
3 #
优势种
Dominant species %
2 #
优势种
Dominant species %
1 #
优势种
Dominant species %
10. 20 蛋白核小球藻 Cp 75 蛋白核小球藻 Cp 78 蛋白核小球藻 Cp 44
11. 2 蛋白核小球藻 Cp 69 蛋白核小球藻 Cp 39 蛋白核小球藻 Cp 72
11. 14 球衣藻 Cg 97 小球衣藻 Cm 62 小球衣藻 Cm 62
11. 30 钝顶螺旋藻 Sp 59 球衣藻 Cg 52 钝顶螺旋藻 Sp 89
12. 5 球衣藻 Cg 84 球衣藻 Cg 39 钝顶螺旋藻 Sp 50
的性质和数量随水的化学组成而改变. 在水体质量
监测中 ,通常根据以下特征来评价水体质量 ,划分污
染等级 :蓝藻门在 70 %以上 ,耐污种大量出现为多
污带 ;蓝藻门在 60 %左右 ,为 ɑ中污带 ;硅藻及绿藻
为优势种 ,各占 30 %左右为β中污带 ;硅藻门为优
势种 ,占 60 %以上为 os 寡污带. 因此 ,可以应用以上
原则来评价生物修复前后的水体质量 ,并对绥宁河
生物修复的效果作出初步判断.
生物修复试验前的调查中 ,3 个样点的蓝藻种
类所占比例均较低 ,仅 16 %左右 ,绿藻种类百分比
最高 ,达 44 %～54 % ,硅藻种类百分比最低 ,在 9 %
～17 %之间 ,裸藻种类百分比值在 8 %～24 %之间 ,
属于第二位. 由浮游植物群落的组成特征分析可知 ,
生物修复前 ,绥宁河水体浮游植物属于绿藻型群落 ,
而且根据其优势度以及优势种的指示性 ,可以判断
该水体在生物修复前的水体污染程度属于β2ɑ中污
型.
生物修复试验后的 4 次调查结果表明 ,相比治
理 2 # 点 ,非治理点 1 # 和 3 # 的蓝藻种类百分比有升
5074 期 　　　　　　　　　　　　刘冬燕等 :绥宁河生物修复中浮游植物的生态特征研究 　　　　　　　　　　　
高趋势 ,最高达 44 % ,硅藻种类百分比却急剧下降 ,
最低为 0 % ,治理 2 # 的蓝藻种类百分比明显低于两
个对照组 ,硅藻种类百分比则明显高于两个对照组 ,
尤其是生物修复后第 1、2 周 ,绿藻和硅藻种类百分
比达 50 %左右 ,而蓝藻种类百分比仅占 20 %左右.
另外 ,试验开始后非治理段未出现而治理段出现的
新种中微小色球藻、集星藻、双射盘星藻的指示意义
为βm、os ;颗粒直链藻、螺旋颗粒直链藻的指示意义
为βm ; 近小头羽纹藻、球囊藻的指示意义为
os
[24 ,28 ]
. 可见 ,通过生物修复治理 ,水体质量有所好
转 ,绿藻、硅藻等其他藻类得到一定发展 ,水体污染
程度已由β2ɑ中污型转变为β中污型 ,出现了一些
指示β中污和寡污的种类.
用生物优势种及优势度可以反映水质变化 ,水
质监测结果表明 ,治理 2 # 样点的优势度明显降低 ,
优势度由极度的高优势变为中度优势. 而未治理 1 #
和 3 # 点的优势度却一直属于高优势 ,表明生物修复
试验对该水体水华的控制还是有一定作用.
随着水体污染程度的下降 ,水生生物一般会显
示出种类增多 ,数量减少的特征 ,尽管 3 个组的浮游
植物种类数在生物修复试验实施后均有下降 ,但相
比未治理 1 # 和 3 # 组 ,治理 2 # 的下降幅度最小 ,一
直高于未治理组. 而对于细胞数和叶绿素含量 ,治理
2 # 的则有明显的下降 ,表明浮游植物在治理段的生
长已受到抑制 ,水质得到改善. 另外 ,生物修复试验
实施后 ,Shannon2Wiener 多样性指数也较实施前有
明显上升 ,多样性可以反映群落结构的内涵 ,许多研
究利用多样性来反映环境变化对生物的影响和水环
境质量的高低[2 ,5 ,21 ,29～31 ] ,一般来说 ,多样性指数
越大 ,则水质越好 ,对于 Shannon2Wiener 指数 ,0～1
为重污染 ,1～3 为中污染 ,大于 3 为轻污染或无污
染. 从本研究结果看 ,治理 2 # 点的密度多样性指数
指示的污染程度均为中污染 ,而未治理点的多样性
指数指示的污染程度则为中污染或重污染.
5 　结 　　语
　　绥宁河的生态修复试验采用光合细菌、硝化细
菌和玉垒菌等微生物和凤眼莲为主 ,配合少量菖蒲、
香蒲、水生鸢尾等水生植物的联合修复方法来改善
水体水质 ,经一个半月的治理 ,水体 COD、BOD 去除
50 %以上 ,氮磷营养盐有明显减少[14 ] ,浮游植物群
落结构亦得以优化 ,表明生物修复后水体质量有所
改善. 但由于治理期间属于冬季 ,而且治理时间太
短 ,浮游植物群落结构等特征并未达到最佳优化状
态 ,治理段的水体质量仍处于中污水平 ,由此可见 ,
生物修复组合技术的应用要考虑到季节问题 ,在冬
季气温较低、生物活性较弱的情况下 ,需要补充低温
微生物和耐寒水生植物 ,也可对修复区域采用大棚
保温的方法来维持生物活性和净化效果 ,或使用絮
凝沉淀的辅助办法来净化水体. 另外 ,黑臭河道的治
理是一项长期的工作 ,底泥疏浚势在必行 ,清淤以后
加之以配套的生物修复组合技术 ,才能大大缩短生
态系统恢复所需的时间 ,发挥生物修复的最佳效用.
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作者简介 　刘冬燕 ,女 ,1969 年 12 月生 ,同济大学环境科学
与工程学院博士后. 主要从事水域生态学研究. E2mail : ar2
disia @sina. com
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态与生态旅游规划和管理 ,污染生态与环境生态工程 ,城市生态与城市生态建设 ,景观生态与区域生态建设 ,
保护生物学与生物多样性 ,全球重大生态问题与对策.
本书可供生态学、农学、林学、地学和环境科学等领域的科技人员参考 ,也可供有关研究部门管理者和高
等院校师生参考.
本书由科学出版社出版 ,计 146 万字 ,定价为 163 元 ,另加邮费 10 元 ,有需要者请与《应用生态学报》编
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7074 期 　　　　　　　　　　　　刘冬燕等 :绥宁河生物修复中浮游植物的生态特征研究