張明明， 劉耿煒， 陳 剛， 劉倩文， 張小明

(1.江蘇省水文水資源勘測局鹽城分局， 江蘇 鹽城 224051； 2.江蘇省水文水資源勘測局徐州分局， 江蘇 徐州 221018)

眾多湖泊、水庫尤其是作為飲用水來源的水體的富營養(yǎng)化進程及生態(tài)健康狀況引起了廣大關注，通常進行化學及微生物方面的監(jiān)測以確保飲用水安全[1-2]。浮游植物是淡水生態(tài)系中重要的初級生產者，其群落結構的變化會引起系統(tǒng)中食物網結構的改變，從而影響系統(tǒng)的能量流動、物質循環(huán)和信息傳遞。目前，浮游植物群落結構、多樣性、生態(tài)分布及其與環(huán)境影響因子是國內外研究的熱點[3-6]。大縱湖是里下河地區(qū)的重要湖泊，是鹽城市市區(qū)重要的飲用水源地，本文研究大縱湖浮游植物的種類組成、豐度、多樣性和均勻度指數(shù)，并采用典型冗余分析(RDA)方法探討環(huán)境因子與浮游植物群落結構變化之間的關系，為大縱湖監(jiān)測管理提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

大縱湖是江蘇省級規(guī)劃保護的重點湖泊之一，地處里下河洼地中心地帶。位于鹽城市鹽都區(qū)大縱湖鎮(zhèn)和泰州市中堡鎮(zhèn)交界處，南北寬5.5 km，東西長6 km，總面積36.67 km2．大縱湖略呈圓形，湖盆呈淺碟形，岸坡平緩，湖底高程大部分在0.1～0.3 m，相當平坦；湖水較淺，多數(shù)地方常年水深為1 m左右，具有調蓄洪水、行洪、漁業(yè)養(yǎng)殖、生態(tài)環(huán)境、旅游等綜合功能，是鹽城市區(qū)重要的飲用水水源地。

1.2 采樣點設置

根據(jù)大縱湖的形狀和水質狀況，在大縱湖選取3個采樣點，分別在2019年1月冬季、4月春季、8月夏季、11月秋季進行采樣。

1.3 樣品采集與處理

浮游植物定量樣品用有機玻璃采水器在水深0.5 m處采集水樣1 000 mL，現(xiàn)場加入魯哥試劑并搖勻。帶回實驗室靜置沉淀24 h后進行沉淀和濃縮，用浮游植物計數(shù)框計數(shù)。

pH、DO、水溫、水深采用現(xiàn)場測定。其他化學指標采集樣品帶回實驗室分析測定。其中TP的測定采用鉬酸銨分光光度法測定，NH3-N采用納氏試劑光度法測定，TN采用過硫酸鉀氧化—紫外分光光度法測定，CODMn采用酸性高錳酸鉀法測定，葉綠素a(Chl-a)采用分光光度法測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

1.4.1 多樣性分析和均勻度指數(shù)分析

浮游植物的多樣性指數(shù)是判斷湖泊水庫營養(yǎng)狀況最常用的檢測指標。根據(jù)浮游生物的Pielou均勻度指數(shù)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)[7]對大縱湖水體的浮游生物生態(tài)學特征進行分析評價。上述各項指數(shù)的計算公式如下：

(1)

(2)

式中：D為多樣性指數(shù)；J為均勻度指數(shù)；ni為站點中i種的個數(shù)；N為站點中浮游植物總個數(shù)；S為站點中浮游植物總種數(shù)。

1.4.2 統(tǒng)計分析

統(tǒng)計分析可以客觀有效的揭示群落、物種分布及其與環(huán)境因子之間的關系。本研究中，先將物種數(shù)據(jù)進行除趨勢對應分析(DCA)[8],4個排序軸中梯度長度最大值為2.849，小于3，因此本研究選取典型冗余分析方法RDA，篩選出相對豐度至少在一個站點大于1%且在各站點的出現(xiàn)頻度>25%的種類進行排序，將浮游植物豐度值和理化數(shù)據(jù)進行l(wèi)g(x+1)轉換處理[9]。DCA和RDA都在CANOCO4.5軟件下完成。

2 結果

2.1 種類組成及優(yōu)勢種

2.1.1 種類組成

大縱湖各采樣點全年浮游植物的種類組成見表1。3個采樣點的樣品中，共觀察到浮游植物6門，66種(屬)，其中綠藻門的種類最多，30種(屬)，占總數(shù)的45.4%；其次是硅藻門，19種(屬)，占總數(shù)的28.8%；藍藻門10種(屬)，占總數(shù)的15.2%；裸藻門5種(屬)，占總數(shù)的7.6%；隱藻門1種(屬)，占總數(shù)的1.5%；金藻門1種(屬)，占總數(shù)的1.5%。

大縱湖浮游植物種類在8月達到最高，為42種，以綠藻、藍藻、硅藻為主，11月種類最少，為17種，以硅藻和綠藻為主。藍藻在8月份最多，為10種；綠藻在8月份最多，為18種；硅藻在1月份最多，為10種。大縱湖富浮游植物的群落結構變化規(guī)律為：春、秋、冬季呈綠藻—硅藻型，夏季呈綠藻—藍藻型。一般認為，硅藻型的浮游植物群落是水質污染較輕水體的典型特征，而藍藻型則意味著水質富營養(yǎng)化程度比較高，所以，大縱湖春季、秋季、冬季的水質好于夏季。

2.1.2 優(yōu)勢種

以優(yōu)勢度來表示水體中浮游植物的優(yōu)勢種群，優(yōu)勢度的計算公式為：

Y=fiPi

(3)

式中：fi為第i種浮游植物出現(xiàn)的頻率，Pi為第i種浮游植物數(shù)量占浮游植物總數(shù)量的比例。當Y大于0.02時，該種群即為優(yōu)勢群種[10]。

1月份優(yōu)勢種為4種，分別為硅藻門的等片藻、舟形藻，綠藻門的小球藻、月牙藻，4月份優(yōu)勢種為5種，分別為硅藻門的扁圓卵形藻、鈍脆桿藻、舟形藻、綠藻門的小球藻、月牙藻，8月份優(yōu)勢種為5種，分別為藍藻門的湖泊偽魚腥藻、色球藻、微囊藻、細絲藻、中華平裂藻，綠藻門的小球藻、11月份優(yōu)勢種為4種,分別為硅藻門的脆桿藻屬、顆粒直鏈藻、舟形藻，綠藻門的小球藻。

2.2 浮游植物豐度

DZH1樣點浮游植物的豐度在1.28～13.14×106ind./L之間，DZH2樣點浮游植物的豐度在0.58～8.67×106ind./L之間，DZH3樣點浮游植物的豐度在1.25～7.36×106ind./L之間。大縱湖各樣點浮游植物的豐度均呈現(xiàn)秋冬季節(jié)減少，春夏季節(jié)增多的趨勢。由此可見，溫度較高的夏秋季節(jié)比較有利于大縱湖浮游植物的生長。參照浮游植物細胞密度評價水質的標準[11]，浮游植物細胞密度不大于5×105cells/L,水體為極貧養(yǎng)水體，5×105～1×106cells/L為貧營養(yǎng)，1×106～9×106cells/L為貧中營養(yǎng)。根據(jù)富營養(yǎng)指數(shù)評價，大縱湖水質為貧中營養(yǎng)。

表1 2019年大縱湖各月浮游植物的細胞密度所占比例

2.3 多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)

DZH1樣點1月、4月、8月、11月的多樣性指數(shù)分別為2.79、2.62、3.23、1.52， DZH2樣點1月、4月、8月、11月的多樣性指數(shù)分別為2.27、2.86、3.98、1.53，DZH3樣點1月、4月、8月、11月的多樣性指數(shù)分別為3.18、3.23、3.70、3.24，各站點多樣性指數(shù)均較高。

DZH1樣點1月、4月、8月、11月的均勻度指數(shù)分別為0.93、0.83、0.83、0.96，DZH2樣點1月、4月、8月、11月的均勻度指數(shù)分別為0.88、0.83、0.89、0.77，DZH3樣點1月、4月、8月、11月的均勻度指數(shù)分別為0.86、0.87、0.89、0.90。Shannon-Wiener指數(shù)值為0～1時，水體為重污染；其值為1～3時，水體為中污染，其值大于3時，水體為清污染或者無污染[11]。Pielou指數(shù)為0～0.3時，水體為重污染；其值為0.3～0.5時，中污染；其值大于0.5時，輕污染或無污染[11]?？傮w來說，大縱湖3個采樣點的均勻性和多樣性指數(shù)表明水體處于輕—中度污染狀態(tài)。

2.4 水質參數(shù)對浮游植物群落格局的影響

對經過篩選的8種浮游植物及9個環(huán)境因子進行RDA分析，分析結果見表2、圖1～3。本研究中2個物種排序軸和2個環(huán)境排序軸的相關系數(shù)都為0，排序結果可靠[12]。軸1和軸2能反映65.9%的物種信息。

Spec1:弓形藻 Schroederia setigera sp.;Spec2: 小環(huán)藻Cyclotella sp.; Spec3:舟形藻Navicula sp.; Spec4: 小球藻 Chlorella vulgarisbeij sp.; Spec5:月牙藻 Selenastrum bibraianum Reinsch; Spec6: 菱形藻Nitzschia sp.; Spec7: 顆粒直鏈藻 Aulacoseira granulata Ralfs; Spec8: 平裂藻 Merismopedia sp. NTU:濁度; NH3-N:氨氮; CODMn:高錳酸鹽指數(shù); TP:總磷; TN:總氮; Chl-a:葉綠素; Dep.:深度; Trans.:透明度; DO:溶解氧.圖1 物種與環(huán)境因子的RDA排序

由圖1可知，藍藻門的平裂藻與水溫、CODMn有很大的正相關；綠藻門的弓形藻、硅藻門的舟形藻、顆粒直鏈藻與Chl-a、SD有很大的正相關；綠藻門的月牙藻與水深有很大的正相關；硅藻門的菱形藻與TN和濁度有很大的正相關；硅藻門的小環(huán)藻與NH3-N有很大的正相關，綠藻門的小球藻與水溫、CODMn有很大的正相關。

由圖2可知，DZH1樣點4月、DZH2樣點1月、4月、8月以硅藻門的小環(huán)藻、菱形藻為主，DZH1樣點1月、8月、DZH3樣點4月、11月以綠藻門的弓形藻、硅藻門的舟形藻、顆粒直鏈藻為主，DZH1樣點8月、DZH2樣點11月、DZH3樣點8月以綠藻門的小球藻、藍藻門的平裂藻為主，DZH3樣點1月以綠藻門的月牙藻為主。

表2 大縱湖物種與環(huán)境因子RDA分析統(tǒng)計信息

1、4、7、10：站點1(1月、4月、8月、11月)；2、5、8、11：站點2(1月、4月、8月、11月)；3、6、9、12站點3(1月、4月、8月、11月)圖2 樣方與物種的RDA排序

圖3 樣方與物種的RDA排序

淡水水體中營養(yǎng)鹽如氮、磷元素長期以來被認為是與浮游植物生長密切相關，其中磷被廣泛認為是淡水浮游植物演替的影響因素，但在大縱湖TP并非影響浮游植物群落分布的主要驅動力。由圖3可知，NH3-N是排序軸1的主要影響因子，NH3-N、CODMn、水溫、TP、TN、NTU與第一排序軸正相關，與其他環(huán)境因子負相關。TN、NTU是排序軸2的主要影響因子，Chl-a、SD、TP、水溫、CODMn、NH3-N與第二排序軸正相關。水溫和CODMn有很大的相關性，TN和NTU有很大的相關性。1號站點春、冬季、2號站點的冬季、3號站點的春季物種差異性較小，影響因素為Chl-a和SD；2號站點的冬季、春季、夏季物種差異性較小，影響因素為TN和NTU。

3 結 論

根據(jù)2019年1月、4月、8月、11月的水質和浮游植物調查結果，分析了浮游植物的群落結構特征，利用典型冗余分析(RDA)研究了影響群落分布的環(huán)境因子，同時運用豐度及多樣性指數(shù)等進行了水質綜合評價。結論如下：

(1)2019年，大縱湖浮游植物種類以綠藻、藍藻和硅藻三大藻群為主。3種藻類種數(shù)占藻類總種數(shù)的89.4%。夏季為大縱湖浮游植物種類季節(jié)變化明顯，冬季種類數(shù)最少，夏季最多。夏季以綠藻和藍藻為優(yōu)勢藻，春、秋冬季以綠藻和硅藻為優(yōu)勢藻。浮游植物的組成有明顯的季節(jié)變化，主要是受水環(huán)境因素的影響，水體不同季節(jié)的溫度、光照、DO和營養(yǎng)鹽水平等均有差異。

(2)環(huán)境與浮游植物典型冗余分析表明，NH3-N、TN、NTU是影響大縱湖浮游植物群落分布的主要驅動力。平裂藻與水溫、CODMn有很大的正相關；弓形藻、舟形藻、顆粒直鏈藻與Chl-a、SD有很大的正相關；月牙藻與水深有很大的正相關；菱形藻與TN和NTU有很大的正相關；小環(huán)藻與NH3-N有很大的正相關，小球藻與水溫、CODMn有很大的正相關。

(3)3個站點的多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)均較高，表征大縱湖水體為中—輕度污染，大縱湖年平均豐度為3.56×106cells/L，利用浮游植物豐度評價顯示，大縱湖為貧中營養(yǎng)水平。