前言
水资源作为人类社会可持续发展的要素之一，为全球经济社会发展提供了不可替代的生态服务功能。在当下人类活动对气候变化影响日益显现的大背景下，健康的河湖及其完整的生态系统是维护生态环境稳定发展、保障生态服务功能的重要基础。
在我国，水资源时空分布不均、人均水资源匮乏已成为制约经济社会可持续发展的重大问题。因此，南水北调工程是有效缓解北方水资源不足、改善当地生态环境的一项重要的战略性工程。工程规划分东、中、西三条调水线路，把长江、淮河、黄河、海河相连互通，形成了“四横三纵、南北调配、东西互济”的国家大水网格局。南水北调中线工程是世界上最大的跨流域水资源配置工程，也是南水北调工程中最为重要的措施之一，它采用了从长江、汉江、建设渠、鄂东水源地等水源地抽取水并利用中线输送至华北的方法，填补了我国北方地区供水缺口，改善了我国北方地区用水条件，提高了区域经济水平。自2014年12月通水以来，河南、河北、北京和天津4省（市）受益人口超1.76亿人，累计调水超700亿m3，已成为沿线40多座大中城市的供水生命线。
丹江口水库作为南水北调中线工程水源地，为国家一级水源保护区，被誉为“亚洲天池”，有效库容为290亿m3，其中90%来自汉江，10%来自丹江。丹江口水库生态环境和水质安全，直接影响北京和沿线各大中城市的生产、生活秩序，关系到南水北调中线工程调水的成败。2021年5月，习近平总书记在考察丹江口水库时指示：要把水源区的生态环境保护工作作为重中之重，划出硬杠杠，坚定不移做好各项工作，守好这一库碧水。他在推进南水北调后续工程高质量发展座谈会中强调：“南水北调工程事关战略全局、事关长远发展、事关人民福祉。”
水源地中的藻类群落结构与饮用水水质安全关系密切。藻类是水生态系统中最重要的初级生产者，位于食物链的始端，影响食物网结构平衡水生态系统中的能量流动和物质循环等生态过程。丹江口水库作为重要的饮用水水源地，在全球变暖和经济快速发展的背景下，存在局部过量营养盐输入和藻类水华暴发的潜在风险，并且在多水工混凝土结构中线输水渠道中，水生态系统生境条件与河湖和一般输水管道存在较大差异，渠道系统中藻类群落消长演变规律尚不明晰。因此，对南水北调中线水源区及沿线藻类进行监测与研判，将对水质安全和安全输水都具有十分重要的意义，应成为保障南水北调中线干渠沿线饮用水安全的重要环节。
南阳师范学院南水北调流域生态安全团队自2003年开始，专注于丹江口水库流域生态安全研究。前期分别从水体的物理、化学和生物学等多学科联合开展丹江口水库水质状况研究。中线通水后，主要围绕丹江口水库、典型库湾及上游入库支流开展水生生物群落结构与湖库生态健康评价，基于环境DNA的水生生物（浮游真核生物和浮游细菌）监测和生物多样性评估，渠道内浮游生物、着生藻类及大气干湿沉降对中线干渠水质的影响，以及搭建基于超饱和溶解氧-超磁化复合工艺技术的宏观水处理系统提高低营养水体水质等领域研究，为南水北调中线水质安全做好技术保障服务。
丹江口水库横跨湖北、河南两省，由湖北境内的汉江库区（简称“汉库”）和河南境内的丹江库区（简称“丹库”）组成。为了更好地推进中线水源区保护工作，我们将丹江口水库的汉库、丹库及其典型入库支流等水域收集到的藻类，通过形态学进行分类和整理，汇编成《南水北调中线水源区常见藻类图集》。本书共收录淡水藻类8门12纲25目52科147属667种（含变种及变型），对每个物种的形态特征进行了描述，并提供了鉴定文献及分布情况。本书丰富了我国藻类生物学资源记录，可作为生物学、植物学、藻类学、生态学、水利工程、环境科学等领域的研究人员、院校相关专业师生的科研用书，也可供环境监测、环境保护部门的工作人员参考。
本书涉及的相关工作得到了河南省南水北调中线水源区流域生态安全国际联合实验室、科技部和教育部“南水北调中线水源区流域生态安全高等学校学科创新引智基地”项目（D23015）、河南省重点研发专项“南水北调中线水源区水质水量耦合优化调控关键技术研究与示范”（2211111520600）和国家自然科学基金面上项目“动态调水模式下生态系统重建过程中浮游藻类群落演替及其响应机制——以丹江口水库为例”（51879130）等的资助。
全书由南阳师范学院李玉英教授和上海师范大学于潘博士共同审定统稿。同时，特别鸣谢上海师范大学王全喜教授团队对本书出版给予的学术支持，其中王全喜教授在本书的撰写、成稿等方面都给予了大力支持并提出了宝贵意见，尤庆敏副研究员和庞婉婷副教授在物种鉴定方面提供了大量帮助。感谢温州大学李仁辉教授在蓝藻种类鉴定方面给予的指导和帮助。感谢德国基尔大学尼古拉·福雷尔（Nicola Fohrer）教授、美国波特兰州立大学潘仰东教授、日本京都大学中野·申一（Shin-ichi Nakano）教授和波兰波兹南亚当密茨凯维奇大学理查德·戈尔丁（Ryszard Goldyn）教授提供的专业咨询。
本书为南阳师范学院“南水北调中线水源区流域生态安全高等学校学科创新引智基地”的初期成果。鉴于编者水平和时间有限，书中难免有疏漏之处，恳请广大读者和同行批评指正。回望走过的路，我们认识到，对南水北调中线水源区的研究仅仅是迈出了第一步，还有很多未知的领域等待探索。我们热切希望有志于河湖藻类研究的国内外同仁参与研究，共同为“守好这一库碧水”，确保“一泓清水永续北上”提供智力支撑和技术保障。
作者
2023年8月
全书主要内容
蓝藻门：蓝藻是一类原核生物（Prokaryote），又称蓝细菌（Cyanobacteria），其形态为单细胞、群体或丝状体。细胞无色素体和真正的细胞核等细胞器，原生质体分为外部色素区和无色中央区。色素区除含有叶绿素a、两种叶黄素外，还含有藻红素和藻蓝素，光合作用产物主要是蓝藻淀粉。无色中央区主要含有环丝状DNA，无核膜、核仁。蓝藻的细胞壁由3～4层黏肽复合物构成；单细胞和群体类蓝藻的细胞壁外层常有个体或群体胶被，丝状体类蓝藻的细胞壁外常具胶鞘；胶鞘和胶被分层或不分层，无色或具有黄、褐、红、紫、蓝等颜色。有些丝状蓝藻具异形胞，异形胞常为球形，细胞壁厚，内含物稀少，在光学显微镜下无色透明。异形胞的着生位置是蓝藻分类的重要特征。
蓝藻的繁殖方式通常为细胞分裂，有些单细胞或群体类蓝藻可以形成外生孢子和内生孢子，丝状体类蓝藻除细胞分裂外，藻丝还能形成“藻殖段”，以“藻殖段”的方式进行营养繁殖。蓝藻在各种水体或潮湿土壤、岩石、树干及树叶上都能生长，不少种类还能在干旱环境中生长繁殖。水生蓝藻多在含氮较高、有机质丰富、偏碱性的水体中生长，大量繁殖形成水华，破坏湖泊景观和水体生态环境，造成生态危害。
蓝藻的分类近年来变化较大，随着分子生物学研究的进展，出现了大量的新属和新种，许多常见的蓝藻类群分类地位也发生了变化。世界已报道的蓝藻约400属近5000种，本书收录常见蓝藻1纲3目6科9属23种。
图1. 本书中蓝藻门常见种类（1: 优美平裂藻；2: 微小平裂藻；3: 居氏腔球藻；4: 假丝微囊藻；5: 铜绿微囊藻；6: 水华微囊藻；7: 惠氏微囊藻）
裸藻门：裸藻绝大多数为单细胞，只有极少数是由多个细胞聚合成的不定群体，体形多样，有纺锤形、卵形、圆柱形、椭圆形等。细胞表面具线纹，细胞形状和表质线纹的走向是裸藻分类的重要依据。裸藻具2条不等长鞭毛，一条为游动鞭毛，另一条起平衡作用，弯向后方，为拖曳鞭毛。大多数裸藻具红色眼点，具有对光发生反应的作用，是绿色裸藻类中特有的结构-光感受器。
裸藻属于真核生物，藻细胞无细胞壁，在长期演化的过程中，表质特化的程度不一：有些表质软的种类形状易变，可产生“裸藻状蠕动”；表质半硬化的种类，形状能略为改变，但不产生“裸藻状蠕动”；表质完全硬化的裸藻则形状固定，无法产生“裸藻状蠕动”。大多数裸藻具色素体，而色素体的有无、形状及其蛋白核的有无和形状是裸藻分类的重要依据。部分绿色裸藻细胞外具囊壳，其形状及纹饰可作为该部分裸藻的分类依据。某些无色裸藻具有复杂的杆形细胞器-杆状器，是用来摄食的，因此也被称作摄食器。裸藻的光合作用产物主要为副淀粉，在细胞内聚合成各种形状的副淀粉粒。副淀粉粒有杆形、环形、圆盘形、球形、椭圆形等，副淀粉粒的大小及形状也是鉴定裸藻种类的一个重要特征。
裸藻分布广泛，常见于淡水水体中，包括水库、湖泊、池塘、小积水等，在全国各地分布广泛。裸藻也存在于海洋、土壤和直肠系膜中。裸藻的营养方式决定了大多数裸藻喜生于有机质较为丰富的环境中，甚至在有机污染的环境中也有它们的身影，有的裸藻特别耐有机污染，因此对有机污染有一定的指示作用。
裸藻的分类近年来变化较大，特别是绿色裸藻类，依据分子生物学数据，许多常见的类群分类地位也发生了变化。本书收录常见裸藻1纲1目1科6属33种5变种。
图2. 本书中裸藻门常见种类（1:血红裸藻；2: 鱼形裸藻；3: 洁净裸藻；4: 棒形裸藻；5: 多形裸藻；6: 尾裸藻；7: 静裸藻；8: 梭形裸藻；9: 尖尾裸藻；10: 三棱裸藻；11: 泽生裸藻）
绿藻门：绿藻门的植物体是多种多样的，有单细胞、群体、丝状体和薄壁组织体。少数种类的营养细胞前端具鞭毛，多数种类的营养细胞不能运动，但在繁殖时形成具鞭毛的孢子和配子，能够运动。鞭毛通常是2条或4条，顶生，等长，尾鞭型。
绿藻细胞壁的主要成分是纤维素和果胶质，色素体的形状变化很大，所含的色素与高等植物相同，有叶绿素a、叶绿素b、β-胡萝卜素及叶黄素。色素体通常具1个至数个蛋白核，光合作用产物淀粉多贮于蛋白核周围成为淀粉鞘，细胞核1个至多个。
绿藻的繁殖方式多样，有营养繁殖、无性生殖和有性生殖。营养繁殖有细胞分裂、藻丝断裂、形成胶群体等；无性生殖可产生游动孢子、不动孢子、似亲孢子等；有性生殖除同配生殖、异配生殖和卵式生殖外，还可以产生没有鞭毛的配子相结合的接合生殖。
绿藻是最常见的藻类之一，约90%为淡水种类，海水种类约为10%。淡水种类广布于湖泊、池塘、沼泽、河流等水体中，浮游或固着生活，在潮湿的土壤、墙壁、树干上也常有分布，甚至在冰雪中也能找到。海水种类多分布在海洋沿岸的海水中，固着在岩石上。
绿藻世界已知450属8000余种，本书沿用经典的形态学分类，采用《中国淡水藻志》上的分类系统和中枢概念，收录常见绿藻4纲8目16科34属86种15变种1变型。
图3. 本书中绿藻门常见种类（1: 微芒藻；2: 博恩微芒藻；3: 四刺微芒藻；4: 辐射多芒藻；5: 柠檬形顶棘藻；6: 弓形藻；7: 硬弓形藻；8: 细小四角藻；9: 纤细月牙藻；10: 镰形纤维藻；11: 湖生并联藻）
甲藻门：甲藻绝大多数是单细胞，具有2条不等长的鞭毛；极少数为丝状体，仅在生殖时游动细胞具鞭毛。甲藻细胞裸露或具细胞壁，细胞壁薄或厚而硬，富含纤维素。纵裂甲藻由左右2个半片组成，无纵沟和横沟，2条鞭毛顶生（1条茸鞭型、1条尾鞭型）。横裂甲藻细胞壁由多个板片嵌合而成，板片的形态构造和组合是分类的依据，具背腹之分，多具1条横沟和1条纵沟，2条鞭毛侧生，从横沟与纵沟交叉处的鞭毛孔伸出。一条在横沟中，茸鞭型，叫横鞭毛；另一条沿纵沟向后方伸出，是尾鞭型，叫纵鞭毛。
甲藻细胞核很大，分裂间期染色体呈浓缩螺旋状，不消失。核分裂时，核膜与核仁也不消失。绝大多数甲藻具有多个盘状色素体，能够进行光合作用，极少数种类无色。甲藻的叶绿素成分是叶绿素a和叶绿素c，辅助色素有β-胡萝卜素、几种叶黄素，其中最重要的是多甲藻素，由于黄色色素含量较高，使得色素体呈黄绿色、橙色、褐色。同化产物是淀粉和油。甲藻的繁殖以细胞分裂为主，少数产生游动孢子、不动孢子或厚壁休眠孢子，极少数具有同配的有性生殖。
甲藻以海产为主，但在淡水环境中也广泛分布，常在一些湖泊、池塘中形成优势。甲藻世界已知约130属1000余种，但种的鉴定困难，记录存有照片的属种并不多，本书收录1纲1目3科3属6种。
图4. 本书中甲藻门常见种类（1: 裸甲藻；2: 坎宁顿拟多甲藻；3: 埃尔多拟多甲藻；4: 柯维拟多甲藻；5: 倪氏拟多甲藻；6-7: 角甲藻）
隐藻门：隐藻绝大多数是具鞭毛的单细胞藻类，无细胞壁，具柔软到坚硬的周质。细胞椭圆形、卵形、倒卵形或豆形，前端较宽，钝圆或斜向平截，显著纵扁，背侧略凸，腹侧平直或凹入，腹侧前端偏于一侧具向后延伸的纵沟。具2条稍不等长的茸鞭型鞭毛，自腹侧前端伸出。色素体1～2个，片状。含叶绿素a和叶绿素c，光合作用产物是淀粉和油。
隐藻以细胞分裂的方式进行繁殖，未发现有性生殖。隐藻在淡水、海水中都有分布，淡水中主要分布于湖泊、池塘和河流中。隐藻世界已知18属约200种，虽然种类不多，但却是湖泊、池塘中的常见种。本书收录1纲1目1科2属3种。
金藻门：金藻为单细胞、群体或分枝丝状体。有些种类，其营养细胞前端具鞭毛，终生能运动，鞭毛1条或2条。具2条鞭毛时，一条长，伸向前方，为茸鞭型；另一条较短，弯向后方，是尾鞭型。
大部分金藻无细胞壁，原生质体裸露，细胞可变形，具周质，有的原生质体分泌纤维素构成囊壳，或分泌果胶质的膜，其表面镶有硅质的小鳞片。少数金藻形成由纤维素和果胶质组成的细胞壁。具2个大型片状色素体。叶绿素成分是叶绿素a和叶绿素c，胡萝卜素、叶黄素含量较多，色素体呈黄绿色、橙黄色、金棕色等颜色。同化产物为金藻昆布糖（金藻淀粉）或油。
单细胞运动型金藻常以细胞纵裂的方式繁殖；群体运动型的种类常断裂成2个或2个以上的片段，每个片段发育成一个新个体。许多种类可以形成孢囊，度过不良环境，在适宜的条件下萌发。金藻的有性生殖为同配生殖，仅在少数属中发现。
金藻多生活在淡水中，在海水、咸水中少见。喜生于透明度大、温度低、有机质含量少、偏酸性的水体中。金藻世界已报道约200属1200余种。本书收录1纲1目1科1属2种。
黄藻门：黄藻植物体为单细胞、群体或丝状体，或多核管状体。大多数种类营养体不具鞭毛，繁殖时产生双鞭毛的孢子或配子。针胞藻类营养体具2条不等长的鞭毛。黄藻的细胞壁常由2个半片套合而成，化学成分主要为纤维素与果胶质。细胞核小，多数类群为单核，管状体为多核。色素体1个至多个，盘状、片状或带状。叶绿素成分是叶绿素a和叶绿素c，光合作用产物为油和白糖素。
黄藻多以无性生殖方式繁殖，产生游动孢子、似亲孢子或不动孢子。游动孢子具2条不等鞭毛。有性生殖见于丝状或管状类群中。
黄藻以淡水生活为主，一般在贫营养、温度较低的水中生长旺盛；有的种类生活在潮湿的土壤表面，极少数生活于海水中。黄藻世界已知约100余属600余种，大多数生活在沼泽小水体中，真正浮游种类并不多。本书收录1纲1目1科1属1种。
图5. 本书中隐藻门、金藻门和黄藻门常见种类（1.尖尾蓝隐藻；2.卵形隐藻；3.啮蚀隐藻；4-5.长锥形锥囊藻；6.群聚锥囊藻；7.泉生黄丝藻）
硅藻门：硅藻为单细胞，可连接成各种形态的群体和丝状体。细胞壁是由2个套合的半片组成，大的半片称上壳，小的称下壳，成分为硅质、果胶质，无纤维素。细胞壁的形态、结构、纹饰等都是分类的依据。硅藻色素体通常1个至多个，小盘状或片状。叶绿素的成分是叶绿素a和叶绿素c，辅助色素有β-胡萝卜素、叶黄素类，叶黄素包括墨角藻黄素、硅藻黄素、硅甲黄素，因此硅藻呈橙黄色、黄橙色。同化产物是金藻淀粉和油。
硅藻的繁殖主要为细胞分裂，细胞分裂时，原母细胞壁的2个半片分别保留在2个子细胞上，子细胞新分泌形成一个下壳；由于新分泌的半片始终是作为子细胞的下壳，老的半片作为上壳，结果造成一个子细胞的体积和母细胞等大，另一个则比母细胞略小；随着细胞分裂的次数增加，造成后代细胞越来越小。当缩小到一定程度时，会以产生复大孢子的方式恢复其大小。硅藻的有性生殖常与复大孢子相联系，有的种类可产生具鞭毛的精子。
硅藻分布非常广泛，淡水、海水、半咸水中均有分布，浮游或附着在基物上；在冷泉或温泉中、土壤、岩石、墙壁、树干等表面也大量分布。本书记录硅藻植物2纲9目23科91属460种30变种2变型。
图6. 本书中硅藻门常见种类（1-7, 16-17: 双头舟形藻；8-15, 18-19: 安东尼舟形藻）
注： 本文摘自《南水北调中线水源区藻类图集》（李玉英 于潘等著.北京:科学出版社，2024.5，ISBN：978-7-03-078368-4）一书，有删减，标题为作者所加。
作者简介
李玉英，南阳师范学院南水北调学院暨水资源与现代农业学院院长，博士（后），教授，博士生导师，硕士生导师。河南省高层次人才，2022“感动中原”年度教育人物，2022年河南省文明教师，河南省高校优秀共产党员，河南省黄大年式教师团队带头人，河南省首届高级人才国际化培养人选，河南省优秀科技特派员，卧龙学者。“南水北调中线水源区流域生态安全国家高等学校学科创新引智基地（111基地）”主任，“河南省南水北调中线水源区流域生态安全国际联合实验室”主任，“南水北调中线水源区水质安全保障技术河南省高等学校学科创新引智基地”主任，“河南省软籽石榴工程研究中心”主任，“生态安全与水资源保护”河南省特色骨干学科（群）学术带头人，南阳市科技功臣，南阳市学术技术带头人，南阳市十佳教育科技创新人才，南阳市最美科技工作者，南阳市五一劳动奖章。中国水利学会生态水利工程学专业委员会委员，中国农业生态经济专业委员会委员。瑞典梅拉达伦大学和美国波特兰州立大学高级访问学者。“流域生态安全国际论坛”和“流域生态安全讲座”发起人。
主要从事水域生态学、污染与生态修复、农业生态学等方面研究，主持完成国家自然科学基金面上项目、南水北调中线干线工程建管局项目、水利部河湖保护中心项目和国际合作项目等国家级和省级项目40多项，第一完成人获河南省科技进步奖二等奖1项；共发表学术论文100余篇（其中SCI 20余篇），获国家专利30多项，其中国家发明专利11项，出版著作9部。为国内外多个学术杂志的审稿专家，河南省、安徽省、江西省等多个省级项目、成果评审专家。
于 潘，上海师范大学环境与地理科学学院，讲师，博士（后）。主要从事淡水藻类生态学，藻类生物多样性及其与水环境关系的研究，重点集中在淡水水生生物的多样性，其对水环境的指示作用，及其在水环境评价中的应用的研究工作。主持国家自然科学基金青年基金1项、中国博士后科学基金面上项目1项，重点参与国家自然科学面上项目1项、中国生态环境部项目2项；共发表学术论文19篇，其中SCI 15篇。于潘博士构建了适用我国水体生态评价的国内首个硅藻指数（CDI指数），被生态环境部列入《水生态监测技术指南 河流水生生物监测与评价（试行）》中。
