于橋水庫浮游植物群落特征

鄭吳柯，劉憲斌，趙興貴，陳 曦

天津科技大學海洋科學與工程學院，天津 300457

浮游植物是水庫水生生物的主要組成部分之一，在水生生態系統中起著極為重要的作用，是水生生態系統生產過程的最初和基礎環節，其組成與多樣性的變化將直接影響到生態系統的結構與功能［1］。浮游植物群落結構的動態變化能很好地反映水環境現狀及變化。因此，浮游植物是水環境的重要指示生物，可以指示水庫營養水平，反過來環境條件也能直接影響浮游植物的群落結構［2］。

于橋水庫位于薊運河左支流州河出口處，控制流域面積2 060 km2，是一個以城市供水為主的水利工程，總庫容約15.59×109m3。目前，于橋水庫作為天津市惟一飲用水水源地和引灤入津工程的大型調蓄水庫，每年向天津市供水約9×109m3，其水質變化特點及其富營養化程度將直接影響著天津市生活用水以及引灤水質的好壞［3-6］。

自20世紀90年代后期以來，于橋水庫內藻類大量繁殖，富營養化成為于橋水庫的主要水質問題，尤其是每年的7—9月藻類大量繁殖影響了城市供水水質，已成為多方關注的焦點［7-10］。于橋水庫水質總體處于中～富營養狀態，氮磷含量均超出其水功能規劃水質標準要求［11］。目前，關于于橋水庫浮游植物的季節性變化規律研究相對較少。該文以2012年春、夏、秋季于橋水庫浮游植物調查為基礎，通過對其結構組成、細胞密度和多樣性指數的變化規律分析，了解于橋水庫浮游植物群落特征，為防止水源地水華的大量暴發和富營養化治理提供科學依據。

1 實驗部分

1.1 樣品的采集與分析

于2012年春季(5月1日)、夏季(7月8日)和秋季(11月1日)在于橋水庫共布設5個采樣點進行采樣(圖1)，樣品的采集分為定性和定量2種。樣品采集48 h后利用顯微鏡在放大400倍的視野下進行浮游植物種類鑒定及計數。計數采用計數框行格法，浮游植物種類鑒定參照《中國淡水藻類:系統、分類及生態》［12］。

圖1 于橋水庫浮游植物采樣點

1.2 數據處理

根據各采樣點所獲樣品浮游植物的生物密度，分別對樣品的香農-韋弗(Shannon-Weaver)多樣性指數H'、均勻度(Pielou指數)J、優勢度Y、豐富度d等進行統計學評價分析，數據處理軟件為Primer 6.0，繪圖軟件為Origin 8.0。計算公式:

2 結果與討論

2.1 浮游植物群落組成

3次調查共鑒定出浮游植物7門63屬114種，其中綠藻門(Chlorophyta)31屬、藍藻門(Cyanophyta)8屬、硅藻門(Diatoms)11屬、裸藻門(Euglenophyta)6屬、甲藻門(Pyrrophyta)4屬、隱藻門(Cryptophyta)2屬和黃藻門(Xanthophyta)1屬。群落組成以綠藻-硅藻為主，分別為62種和19種，占藻類總數的71.05%，其余各門類占藻類總種數的28.95%。馮洪超等［13］于2008年5月(春)、7月(夏)、9月(秋)對于橋水庫10個采樣點的浮游植物進行了監測分析，其屬類變化與歷史資料對比見表1。

表1 于橋水庫浮游植物群落變化屬

由表1可知，于橋水庫浮游植物群落組成以綠藻-硅藻為主，30年間變化不大，但2008年和2012年的屬比1976年調查的結果有所減少，這是由于近年來于橋水庫周邊及上游地區人口和經濟迅速發展，造成水質惡化，富營養化加劇［14］，導致于橋水庫浮游植物多樣性功能有所降低。對比發現，1976年樣品中沒有發現隱藻門和黃藻門，而2008年和2012年均采集到這2個門類，金藻門由1976年的3屬降至2006年的2屬，本次采樣中沒有發現金藻門。這種富營養型藻類(隱藻)的出現和貧營養型藻類(金藻)的消失也反映了近年來于橋水庫水質功能逐年下降的事實。

2.2 浮游植物細胞密度

2.2.1 浮游植物細胞密度季節變化

于橋水庫春、夏、秋季浮游植物細胞密度均值分別為144.87×104、3 291.89×104、733.48×104個/L(圖2)，具有明顯的季節變化規律，表現為春季密度較低，夏季急劇增長，秋季又有所回落，夏季顯著高于春季和秋季。這是由于夏季是藻類的生長繁殖期，隨著溫度的不斷升高，光照作用增強，水體環境越來越適合浮游植物的增長，促進了浮游植物數量的增加［15］。楊虹等［16-17］研究也表明，淀山湖和密云水庫夏季浮游植物細胞密度均高于其他季節。

圖2 2012年春、夏、秋季于橋水庫浮游植物細胞密度變化

由圖2可以看出，于橋水庫浮游植物密度沒有明顯的空間分布規律。其中，5#采樣點浮游植物密度在春季和秋季均高于其他采樣點，這是由于該采樣點處于淋河和果河的交匯處，是于橋水庫的進水口，上游水體中攜帶的大量氮磷等營養物質匯集于此，易引起水體富營養化。隨著水體進入水庫，大量的營養物質通過物理、化學和生物作用被稀釋分解，水質相對變好，說明于橋水庫具有一定的自凈能力。皺紅菊等［18］研究也表明，鶴地水庫在入水口處匯集了上游的大量營養物質，導致其生物密度從入水口至大壩區依次降低。夏季，入庫河流中的營養物質被大量的降水稀釋，而水體在于橋水庫中的水力停留時間又相對較長，會增加其中的營養物質濃度，所以，此時5#采樣點的生物密度會低于其他采樣點。

2.2.2 浮游植物細胞密度組成及優勢種變化

2012年春季于橋水庫浮游植物細胞密度以硅藻和綠藻為主，分別占總細胞密度的49.8%和34.4%(表 2)，隱藻和藍藻分別占 8.5%和6.9%。夏季，藍藻大量繁殖成為絕對優勢種，占總細胞密度的82.2%，硅藻、綠藻和隱藻分別降至0.4%、16.7%和0.3%。秋季，藍藻的密度百分比有所降低，但仍占總細胞密度的63.2%，而硅藻、綠藻和隱藻分別升至11.9%、22.3%和2.5%。黃藻、甲藻和裸藻均低于總密度的1%，且黃藻僅在夏季出現。

表2 于橋水庫浮游植物細胞密度組成變化 104個/L

Sommer［19］等通過對大量浮游生物和理化因子的分析，提出了著名的PEG(Plankton Ecology Group)模型。PEG模型中浮游植物生長的規律:從冬、春季的隱藻和硅藻轉變為夏季的綠藻，到夏末秋初則為藍藻占優勢;隨著秋季的到來，硅藻的重要性再次提升，這一模型主要反映中營養水平深水湖泊的情況。于橋水庫作為華北地區淺水型水庫，其藻類變化與PEG模型基本一致，但是，藍藻生長持續時間長，生物密度大，體現了于橋水庫在夏、秋季較高的營養狀態。

浮游植物優勢種和種類組成能較好地反映水體的營養狀態［20］。2012年于橋水庫浮游植物優勢種及優勢度變化見表3。

表3 于橋水庫浮游植物優勢種及優勢度變化

一般認為，優勢種種類越多且優勢度越小，說明水體的群落結構越復雜、穩定［21］。優勢種與水體營養狀態的對應關系:金藻門的大量出現往往表明水體為貧營養，硅藻門代表水體為中營養，硅藻和綠藻代表中富營養水體，藍藻和綠藻說明水體為富營養型［22］，進一步的研究表明，藍藻是耐污性比較強的種類，它的優勢度越高說明富營養化程度越嚴重［23-25］，此次調查發現，于橋水庫2012年春季第一優勢種為硅藻門的尖針桿藻(Synedra acus)，優勢度為0.38，其他優勢種的優勢度偏低且比較均勻，夏季第一優勢種為藍藻門的束絲藻屬(Aphanizomenon)，優勢度達到了0.54，顯著高于其他優勢種，秋季第一優勢種為藍藻門的柔軟腔球藻(Coelosphaerium kuetzingianum)，其優勢度僅為0.29，硅藻門的梅尼小環藻優勢度達到了0.12，綜合以上分析，春季于橋水庫營養水平為中營養，夏季達到了富營養化水平，秋季為中富營養水體。

2.2.3 浮游植物細胞密度歷史變化

于橋水庫引灤通水前期，水體質量較好，為貧-中營養狀態，達到國家地表水環境標準Ⅱ-Ⅲ級，自1990年后進入富營養狀態，其水質惡化和富營養化發展速度迅速［26］。浮游植物細胞密度和營養鹽的歷史變化見表4，其中1986—1988年數據由天津市引灤工程于橋水庫管理處提供，1998年數據是程君敏［27］對于橋水庫浮游植物和營養鹽連續12個月監測的結果。

表4 于橋水庫浮游植物細胞密度及營養鹽變化

由表4可知，2012年于橋水庫浮游植物細胞密度比1986—1988和1998年調查結果分別增加了近14倍和4倍，TN、TP評價結果顯示，1986—1988年為Ⅱ～Ⅲ類水質，1998年為Ⅳ～Ⅴ類水質，而2012年TN濃度超出Ⅴ類水質的限值，這可能是2012年夏季采樣處于藍藻水華的高峰期造成的，但總體來說，30年來于橋水庫水質發生了巨大的變化，富營養化水平顯著增加，這與秦錚［28］等的研究結果一致。

2.3 浮游植物多樣性指數

物種多樣性能表征生物群落和生態系統的結構，該文選取香農-韋弗(Shannon-Weaver)多樣性指數H'、均勻度J、優勢度Y和豐富度d對于橋水庫水質進行評價。豐富度是表示群落中種類豐富程度的指數，一般而言，豐富度越高，水體環境越好;均勻度反應種間個體數的分布情況，J值小說明種間個體的分布不均勻。多樣性指數H'是判斷湖泊水庫營養狀況最常用的指標［29］。通常認為，當0＜H'＜1時，水體為富營養;當1＜H'＜3時，水體為中營養;而當H'＞3時，水體為貧營養。

于橋水庫春、夏、秋季浮游植物群落多樣性指數見圖3。多樣性指數H'在春、夏、秋季均值分別為3.22、2.51和3.17，夏季低于春季和秋季，但沒有顯著性差異，春季和秋季最低值均出現在5#采樣點。均勻度指數季節變化規律為秋、春季(0.65)高于夏季(0.48)，說明于橋水庫春、秋季種間個體分布較均勻，而夏季則均勻性較差。由于多樣性指數H'是反應均勻度和豐富度的綜合指標［30］，從而可以判斷秋季豐富度較低是引起其多樣性指數H'低于夏季的主要原因。

圖3 于橋水庫浮游植物多樣性指數

于橋水庫春、秋季香農-韋弗多樣性指數H'均大于3，為貧營養水體，夏季H'值為2.51，水體呈中營養化，富營養化程度加深，這是由于夏季水溫較高，喜高溫的藍藻大量繁殖，導致水體污染加重。張婷等［31］的研究也表明，熊河水庫夏季香農-韋弗多樣性指數H'低于其他季節，與本文的結論一致。

3 結論

1)3次調查共鑒定出綠藻、藍藻、硅藻、裸藻、甲藻、隱藻、黃藻7門114種。其中，春季共鑒定出6門62種，群落組成以綠藻-硅藻為主;夏季7門85種，群落組成以綠藻-硅藻為主;秋季浮游植物6門50種，群落組成以綠藻-藍藻為主。

2)于橋水庫浮游植物密度有明顯的季節變化規律。春季浮游植物細胞密度為71.18×104～328.00×104個/L，平均密度為144.87×104個/L;夏季浮游植物細胞密度為1 876.14×104～4 636.64×104個/L，平均密度為3 291.89 ×104個/L，分別為春季和秋季浮游植物密度平均值的22.7倍和4.49倍;秋季浮游植物細胞密度為456.10×104～1 380.50×104個/L，平均密度為733.48×104個/L。

3)于橋水庫春、夏、秋季浮游植物香農-韋弗多樣性指數 H'平均值分別為3.22、2.51、3.17。2012年于橋水庫春季、秋季為貧營養水體，夏季為中營養水體，且有暴發水華的危險，應引起足夠的重視。

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