全 文 ：第30卷第2期
2011年4月
生态科学
EcologicalScience
30(2)：183—188
Apr-20ll
张洁，俞宙菲，李稳，杨娟．北京四校园人工湖浮游藻类与富营养化特征分析【J】．生态科学，201l，30(2)：183-188．
ZHANGJie，YUZhou-fei，LIW醯，YANGJ啪．AnalysisonpI锄l【tonicalgaomposition锄deu仃ophicationch啪ctcristicsof矾ificial
lakcsonc锄pus[J】．＆D删＆f绷∞2011，30(2)：183—188． 。
北京四校园人工湖浮游藻类
张 洁，俞宙菲，李 稳，杨 娟’
中国地质大学(北京)海洋学院，北京lO0083
与富营—田I置养化特征分析
【摘要】浮游藻类作为重要的生物指标已被广泛运用于各种水体的富营养化监测与评价中。论文对北京市4个校园人工湖的浮
游藻类群落组成及季节变化展开调查，探讨了浮游藻类生物指标和富营养化的关系及其季节变化规律。调查期间，镜鉴得到39
个属，隶属于蓝藻，绿藻和硅藻门。4个水体生物密度的季节平均值均高于500cell·m_L一，多样性指数普遍介于2～3之间。
TN．TP和c0D显示各水体都已处于富营养化状态。综合生物指标和水质指标进行聚类分析，结果显示：4个人工湖不同季节的
水体可分为绿藻型，蓝．绿藻型和硅藻型三大类富营养化水体：荷花池，荷塘浮游藻类群落相似性最高，而荷塘、未名湖夏季富
营养化程度最接近。
关键词：人工湖； 浮游藻类： 富营养化； 聚类分析
doi：10．3969／j．is蚰．1008．8873．2011．02．016中图分类号：X524文献标识码：A 章编号：1008—8873(2011)02一183-06
AnalysisonplanktonicaIgacompositionandeutrophicationch racteristicsOf
anificiallakesoncampus
ZHANGJiel，YUZhou．fcil，LIW两1，YANGJ啪1’
Schoot可M口ri凇scie眦e．cht船Un如ers渺耐Geoscie凇船．Beiji他lo0083．Chi黼
Abstract：Thebiologicali11dicat0体ofpl锄honicalg∞haVebe nwidelyutil姗iIltllefieldofm∞itoring狮dewd瑚咖geu仃Uphic
stateofdin．erentw曲潲．Inthispap盯，seasonalchangesofplaIll(tonjcalgac伽lpositionwe托inVcstig删toexplo佗tllere 撕∞ship
betwe％plaIlktonicalgaiIldic砷嘟柏dtlle即仃ophicati∞ch嬲ctcIisticsof矾ificiaIlal(esonfol玎伽npu瞄inBe jing．【，嘶ng也c
investigation’39g％emofpI柚k啪icalg∽bel∞gillgt0Chlorophyce∽，Cy她0_bac蜘a雒dBacillariophytawe北idemified．Se觞ollal
avemgeph咖叩l如ktoIlicde璐itiesnf．ollrakcswercov盯500cell‘ml～．111ebi础Vers时indicesoffollral【esacross辩觞。啦werc
mostlybctwe即佃。锄dthI_；ee．Thewaterq岫li哆硼icato】rs，TN，TP柚dCOD化flectedtllatfourlal(eswe托allineumphicstate．
Howev％theevaluationresultsoneu协)phiclevelswe陀Variableaccordingtodi仃clrenti dic髓．Thercfore，clu咖ra舱lysisw舔applied
t0combiIlethebiologicalindicato巧andwatcrqmli够iIldicato巧．The聆叭ltsshowedmatallofthe∞asonal、ⅣaterscotIldbeclassified
imothl优di侬犯nt跚仃ophictylp髂，∞∞rdiIlgtotlleph蛐叩l粕l【toniccompositi帆．Theclla豫I：蜘sticsofphyt叩l鲫l【tonc0ⅡlmllIl时we糟
mostsimil甜be觚ecIlH huachi锄dHetaIlg，while也ee砷唧hiclevelsin 啪m盯werecloseb 铆e胁Hetang锄dWbi加【inghu．
Keyword。：anificiallakes，pl鲫蜘icalgae，饥I饥)phicationiclusteranalysis
收稿日期：20lO—06．16收稿，201帅9．28接受
项目资助：中国地质大学(北京)教学开放实验室基金
作者简介：张洁(1987一)，女，学士，海洋科学专业学习
牛通讯作者，杨娟，E—mil：y蛐萄啪@cugb．edu．∞
万方数据
生态科学Ecologicalsciellce 30卷
l引言(IntnDdudion)
浮游藻类是湖泊生态系统的基础，初级生产力的
代表，能直接反映出水体的营养程度【l刁】，其种类、
数量、分布及变化作为富营养水体的重要监测指标，
在国内外已被广泛应用。例如，生物指示法、营养状
态指数法、生物多样性指数法等指标均是用于评价水
质富营养化程度的重要指俐4培】。然而，以浮游生物
为指标评价水质也存在一定的问题，如研究者很少单
独利用多样性指数评价水质[9l01，富营养指示种和贫
营养指示种常常混合出现，而浮游藻类的季节演替也
会对富营养化评价结果产生重要影响。因此同时结合
其它评价指标，查明生物评价指标的可靠性，才能为
水体富营养化评价提供更有效的科学依据。
校园人工湖作为城市景观水体的重要组成部分，
也存在封闭缓流引起的营养状况失衡，藻类过度繁殖
的状况。但由于其所处环境特殊，人工湖面积较小，
各水体的富营养化程度常常受到忽视。本研究选取北
京市4所大学校园的人工湖，调查各水体三大浮游藻
类群落结构的季节动态和相关水质指数，探讨如何利
用各种浮游藻类指标对水体富营养状况进行客观评
价，并利用聚类分析对富营养化评价指标进行归类。
以期为校园人工湖的治理提供科学依据。
2材料与方法(MateriaIsandmethods)
2．1采样及处理
研究区选择为荷塘、未名湖、荷花池、明湖，并
于2009年四月中旬，六月下旬，十月中旬各进行三
次重复采样，采样点分布如图l所示。同时在六月下
旬采集水样进行水质分析。
浮游藻类采集方法：定量样品采样使用50nlL
的刻度离心管和5％的鲁哥试剂。用离心管采取42．5
mL的表层水样，加入0．64InL鲁哥试剂(用量为水
样体积量的1．5％，即1000rIlL水加15IIlL鲁哥试
剂)，固定后静置24~36h，使用“滴管吸取法”去除
上层清夜，留取2．5IllL作定量计数。
浮游藻类鉴定：在0．1111L计数框内采样目镜视
野法进行鉴定与计数(10格，最小样本数>200cells)。
鉴定标准主要参考《中国淡水藻类》【ll】和《淡水浮游
生物图谱》【12J。
水质检测方法：2009年6月，对浮游藻类生长
旺季进行水质采样分析，水质指标主要包括：TN。
TP，COD。其中TN、TP采用分光光度计法测定；COD
的测定使用重铬酸盐法。
北大(未私湖)
PekingUnIversity
(W—Minghu)
N
w—-L—e
S
图l采样点分布图
Fig．1TheIocationofsamplingpoinb
o
累样点位鬻
ThcDOsInonOf
5amplIngpoints
2．2数据处理及分析
本研究采用的生物多样性指数主要有：
sh锄on—wiener多样性指数：D：一亨用l092尸f；
胃
。
Ma唱alef多样性指数d：苎二!。
ln Ⅳ
式中B—j属藻类的存在率，只=MW，其中M
为f属藻类的数量，Ⅳ为所有藻类的数量；S为藻类
的属数。【13·16】
聚类分析可用于分析研究区之间的相似性。本研
究采用系统聚类法对季节性浮游藻类种属构成与夏
季综合指标分别进行聚类，聚类计算在SPSS软件中
完成。夏季综合水体指标总和标准化方法为：
刀q=≠(f=垅．．．，明，=1，2．．．，，力且∑FF=u=垅．．．，功
D 肖
式中：x’r一总和标准化后数据；xr一第f样
品的第／个指标‘171。
替一
万方数据
2蜘 张洁．萼t北京四投园^I静浮游藻类与亩营彝化特征分析
3结果分析(R删№a怕叶sis) 节演化规律符合姆．蓝藻{I!特征l研
3．1浮*藻类组成结构指标及季节变化
调查期问共鉴定浮游植物39个属，其中绿藻门
18个属，蓝藻门12个属，硅蕞门9个属．对研究区
各门粪浮游藻类季节变化的统计结果如图2所示．
统计表明．荷塘在春季以绿藻门团藻属佑胁
占优势．夏季优势种为绿藻门橱列燕属
＆删埘出埘蚶、蓝藻门纤维藻屉D∞舢hwco嘶“秋
季优势属为绿藻门衣藻属c^细m曲删％甜：来名湖存
季以绿藻门盘星蕞屉^神州描m占优势，夏季以绿
藻门橱列藻属&删肿如册咐和硅藻门针杆藻属
$懈如、脆杆藻属—硼黼占优势．敢年以畦藻门
胞杆藻属F，珊舳占优势；荷花池二个季节都以绿藻门的-丧藻属d妇呻由删、栅列蕞属
＆删胛d删螂、}。字藻属ow幢棚抽，团藻属均^w
占优势．眷季调查未弛硅藻r1种类：明湖样手优势属
为绿藻门栅列藻属＆埘胛d￡洲时．星季优势种属为蓝
藻门微囊藻屉埘咖o#m，秋季优势种艟为蓝藻门腔
球藻属。曲瑚b咖和硅藻门脆杆藻屉
n％d∞o
瞳2研究区月嘴囊赛季节变化
Fl●2＆蚰删du0HⅡp畸qpl．_如n哪—妇h
_n打●啉
通常．春季藻类繁盛以绿藻占优势，夏季更适台
蓝藻生长．秋冬季节多为硅藻的繁殖时问。圈2反映
H{再水体藻类季节演替趋势有所不同，除束名潮秋
季，明潮夏秋季节外，绿蔫门始终占优势，夏季．除
未名湖外，各水体均出现不同程度蓝藻门种类优势度
增加．来名潮秋季硅藻优势度显著增加。碉湖也存在
秋季硅藻门种类优势度增加的趋势．但荷花池、荷塘
秋季硅蒹门未出现明显的优势度增加，其浮游藻类季
3j研究区生物密度指标爰季节变化
荷塘生物密度的平均值为托&站∞¨·f吐o，未
名潮为38362∞u·m一．苛花池为31 7．07
∞¨·mL．。，明湖为3l凹83cc¨·mLl。其生物密度
季节变化如囝3所示。
根据规范．小于3×l旷cdl．m一为贫营养．3
xl∥∞¨·mLl～lO×l旷钟¨·m¨。为中营葬．大于
10×l∥ce¨·mr。为高营养””。由圈3可见．除明湖
外，春季的生物密度均小于夏季。这与陈立蜻等Il"
调查结果相似，叩春季藻类密度普媳低于夏季．而明
湖出现反差的原因，可能是由于其夏季蓝藻爆发，|；i
核蓝藻挂微镜下多是以团聚体为单位．瘫以细胞为单
位计数．因此圈中密度有所下降．而实际生物密度可
能有所增长。
未名湖生物密度秋季显著jf’加，反映出其硅蕞的
大量爆发．水体向富营彝化转变：明湖及荷花池整个
生长季一A处十常营养化状卷：荷塘始终未达到富营
养化水平。
稠，浮辩鼍竟密度事节变化
哪&_删‘h蚰0H吖P-州·-k¨D、d哪竹
”研究区浮游藻类生物多样性指标
各研究区多样性指数季节变化，见表1．来名湖
秋季sh姐n仰-wj曲廿指觳最低：荷塘．荷花池夏季多
样性指数均高于春、欣两乖：明湖箨季节生物多样性
指数均较高。依据生物多样性指数评价标准可知明湖
水质属于轻一中污染；荷塘、荷花池、未名潮水质属
于中．重污染．但足dI于水体生物多样性指数与水体
污染程度井非正相关关系，凼此此项评价指标还需结
／≮一／引剖一兰／～雾担癸瓣群词百丽皿兰i雨赫一一嘲丽皿池一 阚
万方数据
生态科学EcologicalSci％ce 30卷
表l研究区Margale“d)及shann佃-wiener(D)多样性指数季节变化
。!塾垒!!!!!璺!!望璺!!垒璺璺g!!!!垒!竺堕!!!!!!壁!望堕i!!!i望!塾!!!竺璺!苎翌璺!
Margalef多样性指数d Sha衄on．wiener多样性指数D
研究区 Marglef，sbiodivers岫Index(d) Shannon．wi蚰er’sbiodive璐时Index(D)
S吣dyareas 春季 夏季 秋季 季节平均 春季 夏季 秋季 季节平均
璺P堕旦墨 墨竺里翌竺 垒竺坐望翌 墨!竺旦旦璺!型!翌竖 璺世篁 苎坚坐坐曼! 垒坐些坐 墨旦竺旦坠!型!望壁
．．17 2．176B 3．114c 2．1548 2．48l 2．476B 3．793c 2．306B 2．858
nelang
意‰2．06lB2．42lB 2．582B 2．355 2．9758 3．395c o．9loA 2．427
．。夏孳翌． 1．104B 2．775B 2．5828 2．154 2．375B 3．156c 2．8848 2．805
注Notc：D，d>3，轻或无污染(c)；l3，lightpollutionor∞pollution(c)；l(B)；o合其他指标综合考虑。
3．4水质指标
由于水体富营养化主要是由于水体中N、P营养
物质的富集引起，因此本研究于6月中旬对各水体进
行了COD，TN，TP三项水质指标的测定【201，见表2。
结果表明：荷塘、未名湖，荷花池的COD指标超标，
达到富营养化水平，而明湖三项水质指标均超标，且
TN指标超标最严重，达到极富营养化水平。不过由
于淡水水体总氮常常处于过剩状态，因此对浮游藻类
的影响不及总磷的影响大。
表2研究区夏季水质指标
1’able2waterquaIitynmcesofstudya他asinSummer
注Notc：根据富营养化评分与分级标准：A．极富营养；B．富营养；c．中富
营养‘17捌1；Accordingt0thcsco咒锄dg隋dcs伽dardsof咖hicali∞：-high
即删cati∞；&咖hica￡ion；c．middle伽咖phication【17川
3．5水体富营养化评价指标聚类分析
将标准化的夏季水体综合指标(多样性指数d，
D，生物密度指数，水质COD，TN和TP指数)和
各季节藻类属种组成分别进行聚类分析，采用组间连
接法(be觚een．groupslinkage)，获得各研究区及季节
相关的水体富营养化状态的系统树图(距离均采用欧
式距离)，见图4、图5。
图4表明，依据研究区季节相关属种结构聚类结
果，可将不同季节水体组成基本可以分为三大类。第
一类水体包括荷塘春、秋季水体，荷花池春、秋季水
衙化池l
HcHuachil
衙花池3
HeHuachi3
茼#暂3
m鬻稿
Hcl’angl
未以潮1
讹‘繁咎嬲WM1啾粥
Mi鬻谢
HcTa“92
叫捌3
觜黠箍i
HeHuach-2
叫湖2
MingHu2
未靠湖3
W“Mi“ghu3
图4季节种属结构聚类图
Fig．4Clusterresultsofseasonalgeneracompositionofstudy
wate聃
荷墉
HeTang
未名湖
WeiIHjnghu
荷花池
HeHuachi
明湖
MingHu
图5夏季综合指标聚类图
Fig．5Cluster聘su№of蛐mmerintegrat砌Indic船ofstlldy
waten
万方数据
2期 张洁，等：北京四校园人工湖浮游藻类与富营养化特征分析 187
体，主要以绿藻占优势，富营养化较轻。第二类水体
主要包括：明湖各季节水体，以蓝藻种属占优势，富
营养化污染较严重；荷塘、荷花池夏季水体，蓝藻优
势度较高，富营养化程度相对较重；未名湖春、夏季
水体，以绿藻、硅藻占优势，富营养化相对较轻。
第三类水体仅包括未名湖秋季水体，硅藻占显著优
势，反映出秋季未名湖硅藻爆发的藻类组合特征的
特殊性。
从图5夏季综合水体指标聚类结果上可基本区
分出不同水体的富营养化程度。夏季，未名湖和荷塘
距离最短，二者富营养化程度最为接近，荷花池富营
养化程度居中，而明湖富营养化程度最高。
4结论及讨论(ConcIutionand scussion)
4．1主要结论
本研究共鉴定浮游藻类3个门，39个属。结合
生物和水质指标综合评价水体富营养，得以下结论：
(1)利用藻类生物指标对水体富营养化程度初
步评价的结果为：水体藻类优势种属分布及季节变化
反映出荷塘、荷花池水体藻类组成变化相似，富营养
化特征季节波动不大；未名湖和明湖研究区藻类组合
及富营养化特征随季节变化相对显著：季节性生物密
度指标变化反映出明湖及荷花池整个生长季一直处
于富营养化状态；荷塘始终未达到富营养化水平；未
名湖秋季富营养化程度显著增加；依据浮游藻类多样
性指数季节变化反映出，明湖浮游藻类多样性指数相
对较高，属于轻一中度污染水体；荷塘、荷花池、未
名湖春夏季多样性指数居中，属中度污染水体，未名
湖秋季Sh锄on．wieller多样性最低，属富营养化重度
污染。显然，各生物指标对研究区水体富营养化程度
的指示作用存在一定差异。
(2)利用水质指标对个研究区水体夏季富营养
化程度的初步评价结果为，荷塘、未名湖，荷花池均
超过富营养化评价等级，而明湖达到极富营养化评价
等级。
(3)通过聚类分析季节种属组成与夏季水体综
合指标，有利于更全面的了解水体富营养化状态及其
变化。结果表明，荷花池，荷塘浮游藻类群落相似性
最高，而荷塘、未名湖富营养化程度最接近。未名湖
秋季硅藻爆发，其藻类组成显著不同于其他水体。虽
然水质指标表明，明湖夏季已处于极富营养化程度，
但聚类结果表明，其各季节藻类组合和其他水体的差
别并不显著。
4．2讨论
4．2．1生物指标与水质指标的比较
一般而言，水体越清洁、营养水平越低，藻类的
种类就越多，多样性指数值越高，数量及生物量则越
低；而富营养或污染水体藻类种类少数量多，多样性
指数值低【4】。本研究中生物指标与水质指标在评价水
体富营养化中存在着一定差异，总体而言，生物多样
性指标评价结果偏低，而水质指标评价结果偏高。相
对自然水体而言，由于人工湖藻类生物群落所处生存
环境相对恶劣的，在藻类组成上与自然水体藻类群落
存在差异显著，其主要适应性表现为群落结构相对简
单，污染耐受种增多，敏感种少，对污染的响应范围
较宽，因此推测这也是浮游藻类生物指标评价城市景
观水体相对较轻的原因之一。
此外，各生物指标对富营养化等级评价的结果波
动也受到季节、水体面积，其他环境因子等因素影响。
如在夏季明湖水体富营养化评价中，六月中旬的水质
指标表明，明湖已处于极度富营养化状态，各项水质
指标均严重超标，而藻类生物密度反而减少，多样性
指数反而高于其他水体。究其原因，其一，由于明湖
水体体积小，环境容量低，富营养化水体在夏季高温
高热环境下容易引起溶解氧急剧降低，因此可能造成
部分藻类由于缺氧而死亡，生物密度有所下降；其二，
如前所述，夏季明湖富营养化表现为蓝藻的优势度增
加，而原核蓝藻一些团聚体种类计数时可能造成生物
密度统计下降，而且对多样性指数计算准确度有～定
影响。
另一方面，虽然水质指标能够直接、快速反映出
水体的营养水平，但本研究中未名湖夏季水质指标无
法揭示引起其秋季硅藻爆发的原因。因此，不仅各种
浮游藻类生物指标需要综合考虑，以弥补评价结果的
不稳定性，而且生物指标和水质检测指标同样也需相
互协调和弥补，才能为判别水体富营养化程度及浮游
藻类群落发展提供更准确的信息。
4．2．2聚类结果在评价中的作用 ．
不同学者根据各自具体情况，总结出不同生态指
标划分水体营养等级的标准，在应用中取得了一定的
效果，但这也是造成藻类生物指标评价结论常常不一
致的原因之一。显然，即使同是受到富营养化污染，
不同水体之间也存在显著差别【18刀】。本研究通过聚类
方法对水体富营养化指标进行综合，可以有机地将浮
万方数据
188 生态科学Ecologicalscience 30卷
游藻类生物指标和水质指标结合在一起综合评价水
体状况，减小了评价标准对结果的影响。利用研究区
水体特征的相似性，不仅为划分富营养化水体类型提
供快捷有效的方法，同时其指示出的富营养化水体藻
类群落发展的信息，可以为监测校园人工湖富营养
化，控制藻类爆发提供科学依据。
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北京四交园人工湖浮游藻类与富营养化特征分析
作者： 张洁， 俞宙菲， 李稳， 杨娟， ZHANG Jie， YU Zhou-fei， LI Wen， YANG Juan
作者单位： 中国地质大学(北京)海洋学院,北京,100083
刊名： 生态科学
英文刊名： ECOLOGICAL SCIENCE
年，卷(期)： 2011,30(2)

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