黄土高原水体浮游藻类与着生藻类生态研究进展
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Abstract: Most of the Loess Plateau belongsto arin and semi - arin reeions. The water ecoloiical environment of the Loess
Plateau is extremely fraaile due to the lack of water resources, unreasonable utilization and water environmental poHution. There fore ,it is uraent to carry out eccloeical health assessment of the water bodies in this reaion to put forward eccloeical protection and management measures. Aluae as an indicator organism, it plays an important role in ece - environmental cross - research in environmental status indicatorand eccloeical health assessment. In this paper, based on the development histoc of alaae ecoloeical indicator function and the connotation of rarious indicator methods, divined the aUal eccloeical evaluation methods into index system method and functional group method. Then, relevant studies on Hgal community structure and functional characteristics of water bodies in different regions of the Loess Plateau were integrated. It was found that most of the current stud ies in the Loess Plateau focused on the basic stage of index system method, while few studies using the mature stage of the index system method and the functional group method to evvluate ecclocical health. Finaly, it was pointed out that due to the 1*6x0:11 particularith of the Loess Plateau, the study of alaae ecoloiy should be carried out from the following aspects: the determination of impact factors, the selection of measurement indexes, the innowtion of analytical methods and the in - depth study of mechanism changes. Therefore, the study of the ecolocical indicator function of phytoplankton in rivers and lakes in the Loess Plateau can provide a basis for the evvluation, protection and prediction of reaional water ecoloeical health levvU
类的个体寿命通常很短，且个体较小、细胞结构简
单使得藻类对生长环境的细微改变可以做出迅速而
准确的响应［7_8］，主要体现在藻类的物种组成、生
物量、群落结构的变化等方面［9-10］。因此，将藻
类作为指示生物能够客观评价水环境状况及水生态
健康水平。
欧盟水框架指令(Water Framework Directivv，
但由于这种划分未充分考虑藻类对环境响应的物种
性和环境 性，
一 示 方 所得 的
评价结果常是片面的，有时甚至是矛盾的。例如,
某一水体中可能既存在很多清水种，也存在很多污
水种，由于难以区分主导类型，很难通过这种方法
系统科学的解释水生态环境的变化。因此，生态学
基于生物量、 数、
组 数的
诸多指标来解释水生态环境的变化，如Margalef多 样性指数［17］、Shannon - Wiener多样性指数［18_19］、
藻类进行鉴别分类，然后利用归纳的各门藻类生物
量所占总生物量的百分比以及不同水质的藻类指示
•种的数量占比等浮游藻类生物数据指示水质情况。
沈 芬等［13］研究指出，早在1908年就有研究人员
提出了污水生物系统的概念，列举了不同污染带的
“指示生物”。根据国内外诸多研究成果，学者们
对藻类的环境指示作用进行了详细的划分 酗"6-。
Keywonis: The loess plateau ； phytoplankton ； periphyton ； aquatic eccloeical health assessment
收稿日期：2019-12-12 基金项目：国家自然科学基金项目(51622901)51479006)( 作者简介:赵耿楠(1995 -)，男，陕西渭南人，西安理工大学环境工程专业在读，硕士研究生，主要研究方向为藻类分类及生态。 通讯作者：潘保柱,zhuzipan@ xaut. edu. cn
构指标或整合群落结构指标后建立的完整性指数
(Index of Biotic IntegOty, ICI)对水环境状况及水
生态健康水平进行评价的方法((2)功能类群法: 以生理学、形态学和生态学特征为基础，通过对水
环境
生态 的 ，
群的划分，并以此对水环境状况及水生态健康水平
进行评价的方法。
1.1指标体系法 指标体系法最初是利用指示物种对环境的反应
236
四川环境
40卷
前言
黄土高原位于中国中部偏北部，是世界上黄土 分布最集中且面积最大的土状堆积高原，其大部分 属于干旱与半干旱地区［1］，是世界上水土流失最 严重和生态环境最脆弱的地区之一，也是国家重点 土壤保持生态功能区。黄土高原地区生态安全直接 影响着国家生态安全格局，且由于其复杂又极具特 色的地域特征，该地区的生态现状及区域环境承载 力一直备受关注，已有研究表明，黄土高原生态安 全已达到了水资源与环境的强约束程度［2］(目前 已实施多种重大生态工程措施以期对黄土高原生态 环境进行修复［3］，但效果并不理想⑷(
WFD)等许多国际法都提出要对水生态系统进行
生态状况的评价，许多研究致力于以硅藻、大型无
脊椎动物、水生植物和淡水鱼类等作为指示生物来
评价淡水系统的生态状况［II-I2］O将藻类作为指示
生物 环境状况 生态
一
通过两个角度：(1)通过藻类的群落结构特点; (2)通过藻类的生态群落环境。因此，目前基于藻
类的水生态系统健康评估方法可分为两种：(1)指 标体系法：利用对环境具有指示作用藻类的群落结
关键词：黄土高原；浮游藻类；着生藻类；水生态健康评价
中图分类号:Q948. 8
文献标识码:A
文章编号：1001-3644(2021 )03-0235-6
Research Progress on Phytoplankton and Periphyton Ecology of the Waterbodies in the Loess Plateau
第40卷第3期 2021年 6月
-综述•
四川 环境 SCCHUANENVCR0NMENT
Vi 40 ,No. 3 June2021
DOR10.14034/j. cnkl. schj.2021.03.040
黄土高原水体浮游藻类与着生藻类生态研究进展
赵耿楠J潘保柱1，李艳2,何浩然1 ,张磊1
(1.西安理工大学西北旱区生态水利工程国家重点实验室，西安710048； 2.湖北省环境科学研究院，武汉430072)
1水体中藻类的生态指示作用
藻类由于自身的诸多特性，被普遍用作水生态
监测的指示生物。藻类分布广泛，主要生活在水体
中，是地球上光能的最大利用者，是水域的初级生
产者，是浮游动物等重要的饵料资源，同时也是水
中溶解氧的主要来源［5-6］，在水生态系统的能量流
Hale Waihona Puke 动、物质循环和信息传递过程中扮演了至关重要的
角色，在维持水体生态平衡中发挥了重要作用。藻
水环境一直是区域环境的重要组成部分，黄土 高原的水生态环境状况受到了诸如水质污染、水土 流失、水坝建设等多种因素的影响，如何准确评价 水体生态健康水平成为水生态保护中的一大问题。 黄土高原独特的水资源环境中生长着与其紧密契合 的藻类，且由于藻类是水生态系统中的初级生产 者，了解其种类组成及现存量的空间分布情况有利 于对水环境健康水平的认识。因此，研究黄土高原 水体中藻类的生态指示作用可为区域水生态环境的 评价、保护及预测提供基础依据(
摘要：黄土高原大部分属于干旱与半干旱地区，水资源匮乏、不合理利用及水环境3染致使黄土高原的水生态环境极
其脆弱，因：亟需开展：区域水体的生态健康评价以提出生态保护和管理措施。以藻类为指示生物进行的生态-环境 交叉研究在环境现状指示、生态健康评价方面发挥了重要作用，首先基于藻类生态指示作用的发展历程，综合多种指 示方法的内涵，将藻类生态评价方法分为指标体系法与功能类群法；其次整合了黄土高原不同区域水体藻类群落结 构、功能特征等相关研究，发现黄土高原目前的研究多集中在指标体系法的基础阶段，而利用指标体系法的成熟阶段 与功能类群法进行生态健康评价的研究较少；最后指出，鉴于黄土高原的区域特殊性，藻类生态学的研究应从影响因 子的确定、衡量指标的选择、分析方法的创新及机理变化的深究等方面开展。因：，研究黄土高原水体中藻类的生态 指示作用可为区域水生态环境的评价、保护及预测提供基础依据。
ZHAO Geng-nan1, PAN Bao-zhu1, LI Yan2, HE Hao-ran1, ZHANG Lei1
(1. Stata Key Laboratory of Ece - hydraulic# Oo NorthwesO Arid Region of China, Xian University of Technology, Xian 710048 , China; 2. Hubei Academy of Environmental Science, Wuhan 430072, China )
来指示或评估水环境状况，然后利用藻类群落结构
标 环境状况 生态
，最
后则是利用整合的群落结构指标，即ICI进行评 价。现根据指标体系法的发展将指标体系法分为物
种指示与单一指标阶段、完整性指数阶段两大阶
段。
1.1.1 物种指示与单一指标阶段
期研究的
， 用游
和着生
两大生态 群的群 构 生物数 环境状态
进行准确判断。传统方法是通过生物分类法将浮游
Pie/u均匀度指数［20-等。利用这些指标可以判断
游植物生长的关 环境 ， 可
质生物学评价，诊断河流湖泊水质情况［21^23］O这
研究的流 为： 基于 研究
域 环境
因子、浮游藻类群落结构所得出的几种水质评价结
3期
赵耿楠等：黄土高原水体浮游藻类与着生藻类生态研究进展
237
果，找寻浮游藻类群落结构与环境因子的关系，并 以此筛选出与某些环境因子相关的浮游藻类环境指 示种或揭示群落结构生物数据与环境因子的密切关 系。由于上述研究中评价河流湖库水环境时使用的 指标只能反应水环境、水生态的一个或几个方面, 并没有对藻类的群落结构等诸多指标进行科学系统 的分类与综合分析，且其评价结果受研究者分类鉴 定水平影响较大，方法有改进空间，因此将这一基 础阶段称为物种指示与单一指标阶段（ 1. 1. 2 完整性指数阶段
Plateau is extremely fraaile due to the lack of water resources, unreasonable utilization and water environmental poHution. There fore ,it is uraent to carry out eccloeical health assessment of the water bodies in this reaion to put forward eccloeical protection and management measures. Aluae as an indicator organism, it plays an important role in ece - environmental cross - research in environmental status indicatorand eccloeical health assessment. In this paper, based on the development histoc of alaae ecoloeical indicator function and the connotation of rarious indicator methods, divined the aUal eccloeical evaluation methods into index system method and functional group method. Then, relevant studies on Hgal community structure and functional characteristics of water bodies in different regions of the Loess Plateau were integrated. It was found that most of the current stud ies in the Loess Plateau focused on the basic stage of index system method, while few studies using the mature stage of the index system method and the functional group method to evvluate ecclocical health. Finaly, it was pointed out that due to the 1*6x0:11 particularith of the Loess Plateau, the study of alaae ecoloiy should be carried out from the following aspects: the determination of impact factors, the selection of measurement indexes, the innowtion of analytical methods and the in - depth study of mechanism changes. Therefore, the study of the ecolocical indicator function of phytoplankton in rivers and lakes in the Loess Plateau can provide a basis for the evvluation, protection and prediction of reaional water ecoloeical health levvU
类的个体寿命通常很短，且个体较小、细胞结构简
单使得藻类对生长环境的细微改变可以做出迅速而
准确的响应［7_8］，主要体现在藻类的物种组成、生
物量、群落结构的变化等方面［9-10］。因此，将藻
类作为指示生物能够客观评价水环境状况及水生态
健康水平。
欧盟水框架指令(Water Framework Directivv，
但由于这种划分未充分考虑藻类对环境响应的物种
性和环境 性，
一 示 方 所得 的
评价结果常是片面的，有时甚至是矛盾的。例如,
某一水体中可能既存在很多清水种，也存在很多污
水种，由于难以区分主导类型，很难通过这种方法
系统科学的解释水生态环境的变化。因此，生态学
基于生物量、 数、
组 数的
诸多指标来解释水生态环境的变化，如Margalef多 样性指数［17］、Shannon - Wiener多样性指数［18_19］、
藻类进行鉴别分类，然后利用归纳的各门藻类生物
量所占总生物量的百分比以及不同水质的藻类指示
•种的数量占比等浮游藻类生物数据指示水质情况。
沈 芬等［13］研究指出，早在1908年就有研究人员
提出了污水生物系统的概念，列举了不同污染带的
“指示生物”。根据国内外诸多研究成果，学者们
对藻类的环境指示作用进行了详细的划分 酗"6-。
Keywonis: The loess plateau ； phytoplankton ； periphyton ； aquatic eccloeical health assessment
收稿日期：2019-12-12 基金项目：国家自然科学基金项目(51622901)51479006)( 作者简介:赵耿楠(1995 -)，男，陕西渭南人，西安理工大学环境工程专业在读，硕士研究生，主要研究方向为藻类分类及生态。 通讯作者：潘保柱,zhuzipan@ xaut. edu. cn
构指标或整合群落结构指标后建立的完整性指数
(Index of Biotic IntegOty, ICI)对水环境状况及水
生态健康水平进行评价的方法((2)功能类群法: 以生理学、形态学和生态学特征为基础，通过对水
环境
生态 的 ，
群的划分，并以此对水环境状况及水生态健康水平
进行评价的方法。
1.1指标体系法 指标体系法最初是利用指示物种对环境的反应
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四川环境
40卷
前言
黄土高原位于中国中部偏北部，是世界上黄土 分布最集中且面积最大的土状堆积高原，其大部分 属于干旱与半干旱地区［1］，是世界上水土流失最 严重和生态环境最脆弱的地区之一，也是国家重点 土壤保持生态功能区。黄土高原地区生态安全直接 影响着国家生态安全格局，且由于其复杂又极具特 色的地域特征，该地区的生态现状及区域环境承载 力一直备受关注，已有研究表明，黄土高原生态安 全已达到了水资源与环境的强约束程度［2］(目前 已实施多种重大生态工程措施以期对黄土高原生态 环境进行修复［3］，但效果并不理想⑷(
WFD)等许多国际法都提出要对水生态系统进行
生态状况的评价，许多研究致力于以硅藻、大型无
脊椎动物、水生植物和淡水鱼类等作为指示生物来
评价淡水系统的生态状况［II-I2］O将藻类作为指示
生物 环境状况 生态
一
通过两个角度：(1)通过藻类的群落结构特点; (2)通过藻类的生态群落环境。因此，目前基于藻
类的水生态系统健康评估方法可分为两种：(1)指 标体系法：利用对环境具有指示作用藻类的群落结
关键词：黄土高原；浮游藻类；着生藻类；水生态健康评价
中图分类号:Q948. 8
文献标识码:A
文章编号：1001-3644(2021 )03-0235-6
Research Progress on Phytoplankton and Periphyton Ecology of the Waterbodies in the Loess Plateau
第40卷第3期 2021年 6月
-综述•
四川 环境 SCCHUANENVCR0NMENT
Vi 40 ,No. 3 June2021
DOR10.14034/j. cnkl. schj.2021.03.040
黄土高原水体浮游藻类与着生藻类生态研究进展
赵耿楠J潘保柱1，李艳2,何浩然1 ,张磊1
(1.西安理工大学西北旱区生态水利工程国家重点实验室，西安710048； 2.湖北省环境科学研究院，武汉430072)
1水体中藻类的生态指示作用
藻类由于自身的诸多特性，被普遍用作水生态
监测的指示生物。藻类分布广泛，主要生活在水体
中，是地球上光能的最大利用者，是水域的初级生
产者，是浮游动物等重要的饵料资源，同时也是水
中溶解氧的主要来源［5-6］，在水生态系统的能量流
Hale Waihona Puke 动、物质循环和信息传递过程中扮演了至关重要的
角色，在维持水体生态平衡中发挥了重要作用。藻
水环境一直是区域环境的重要组成部分，黄土 高原的水生态环境状况受到了诸如水质污染、水土 流失、水坝建设等多种因素的影响，如何准确评价 水体生态健康水平成为水生态保护中的一大问题。 黄土高原独特的水资源环境中生长着与其紧密契合 的藻类，且由于藻类是水生态系统中的初级生产 者，了解其种类组成及现存量的空间分布情况有利 于对水环境健康水平的认识。因此，研究黄土高原 水体中藻类的生态指示作用可为区域水生态环境的 评价、保护及预测提供基础依据(
摘要：黄土高原大部分属于干旱与半干旱地区，水资源匮乏、不合理利用及水环境3染致使黄土高原的水生态环境极
其脆弱，因：亟需开展：区域水体的生态健康评价以提出生态保护和管理措施。以藻类为指示生物进行的生态-环境 交叉研究在环境现状指示、生态健康评价方面发挥了重要作用，首先基于藻类生态指示作用的发展历程，综合多种指 示方法的内涵，将藻类生态评价方法分为指标体系法与功能类群法；其次整合了黄土高原不同区域水体藻类群落结 构、功能特征等相关研究，发现黄土高原目前的研究多集中在指标体系法的基础阶段，而利用指标体系法的成熟阶段 与功能类群法进行生态健康评价的研究较少；最后指出，鉴于黄土高原的区域特殊性，藻类生态学的研究应从影响因 子的确定、衡量指标的选择、分析方法的创新及机理变化的深究等方面开展。因：，研究黄土高原水体中藻类的生态 指示作用可为区域水生态环境的评价、保护及预测提供基础依据。
ZHAO Geng-nan1, PAN Bao-zhu1, LI Yan2, HE Hao-ran1, ZHANG Lei1
(1. Stata Key Laboratory of Ece - hydraulic# Oo NorthwesO Arid Region of China, Xian University of Technology, Xian 710048 , China; 2. Hubei Academy of Environmental Science, Wuhan 430072, China )
来指示或评估水环境状况，然后利用藻类群落结构
标 环境状况 生态
，最
后则是利用整合的群落结构指标，即ICI进行评 价。现根据指标体系法的发展将指标体系法分为物
种指示与单一指标阶段、完整性指数阶段两大阶
段。
1.1.1 物种指示与单一指标阶段
期研究的
， 用游
和着生
两大生态 群的群 构 生物数 环境状态
进行准确判断。传统方法是通过生物分类法将浮游
Pie/u均匀度指数［20-等。利用这些指标可以判断
游植物生长的关 环境 ， 可
质生物学评价，诊断河流湖泊水质情况［21^23］O这
研究的流 为： 基于 研究
域 环境
因子、浮游藻类群落结构所得出的几种水质评价结
3期
赵耿楠等：黄土高原水体浮游藻类与着生藻类生态研究进展
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果，找寻浮游藻类群落结构与环境因子的关系，并 以此筛选出与某些环境因子相关的浮游藻类环境指 示种或揭示群落结构生物数据与环境因子的密切关 系。由于上述研究中评价河流湖库水环境时使用的 指标只能反应水环境、水生态的一个或几个方面, 并没有对藻类的群落结构等诸多指标进行科学系统 的分类与综合分析，且其评价结果受研究者分类鉴 定水平影响较大，方法有改进空间，因此将这一基 础阶段称为物种指示与单一指标阶段（ 1. 1. 2 完整性指数阶段