竺山湖控藻圍隔內(nèi)浮游植物群落結(jié)構(gòu)的變化特征

沈振華 朱明勝 張宏偉 周云峰 陳衛(wèi)東

摘要

為了研究太湖竺山湖生物控藻圍隔內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及放養(yǎng)鰱鱅對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水質(zhì)改善的效果，于2013年6～10月對(duì)該水域進(jìn)行5次采樣調(diào)查，并對(duì)浮游植物進(jìn)行種類鑒定與數(shù)量統(tǒng)計(jì)，分析了浮游植物的群落結(jié)構(gòu)、優(yōu)勢(shì)種和多樣性特征。結(jié)果表明，共鑒定浮游植物8門71種，綠藻門最多，共26種，其次是硅藻門18種，藍(lán)藻門14種，裸藻門5種，隱藻門3種，甲藻門和金藻門均為2種，黃藻門1種。浮游植物數(shù)量為5.83×10⁶～1.57×10⁷ ind/L，平均數(shù)量為1.05×10⁷ ind/L;生物量的變化范圍為0.66～2.74 mg/L，平均生物量為1.63 mg/L。多樣性指數(shù)H為1.40～2.55，平均值為1.82;均勻度指數(shù)的變化范圍為0.39～0.47，平均值為0.43。根據(jù) TLI（Σ）并結(jié)合浮游植物群落結(jié)構(gòu)對(duì)水質(zhì)評(píng)價(jià)，太湖竺山湖生物控藻圍隔內(nèi)水質(zhì)屬于輕富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)。

關(guān)鍵詞 竺山湖;生物控藻;浮游植物;群落結(jié)構(gòu);水質(zhì)

中圖分類號(hào) S917.3 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A ?文章編號(hào) 0517-6611（2015）03-154-04

Ecoenvironmental Investigation in Biomanipulation Pen in Lake Zhushan， Lake Taihu

SHEN Zhenhua， ZHU Mingsheng， ZHANG Hongwei et al

（Taihu Lake Fisheries Management Committee of Jiangsu Province， Suzhou， Jiangsu 215004）

Abstract To explore the characteristics of the phytoplankton community structure and discuss the effects on improving eutrophic water in biomanipulation pen in Lake Zhushan， Lake Taihu， a survey was carried out every month from June to October of 2013. Based on the analysis of phytoplankton samples from nine sites in Lake Zhushan， Lake Taihu， the characteristics of community structure and abundance distribution were studied. The results showed that there were 8 classes including 71 species have been founded in Lake Zhushan，Lake Taihu， Among them， dominated Chlorophyta has 26 species， accounting for 36.62%of the total phytoplankton species， followed by Bacillariophyta and Cyanophyta ， which has 18 and 14 species， respectively. Besides， Euglenophyta has 5 species， Crytophyta has 3 species， Chrysophyta and Dinophyta has 2 species each other， Xanthophyceae has only 1 species. The quantity and biomass of phytoplankton in Lake Zhushan， Lake Taihu ranged from 5.83×10⁶-1.57×10⁷ ind/L and 0.66-2.74 mg/L， respectively. The diversity indexes of ShannonWiener， Pielou and Margalef ranged 1.40-2.55， 0.39-0.47， respectively. TLI（Σ）， dominant species， ShannonWeaver diversity index and Pielou evenness index were integrated to assess the water quality. The result indicated that the water quality of Lake Zhushan， Lake Taihu was light eutrophication.

Key words ?Lake Zhushan; Biomanipulation; Phytoplankton; Community structure; Water quality

近年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，太湖水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題日趨嚴(yán)重，使湖體生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能遭到嚴(yán)重破壞，不僅對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)甚至人們的生理健康都產(chǎn)生了極大威脅^[1-3]。為了控制浮游植物的大量繁殖，20世紀(jì)90年代Miura提出了著名的生物操縱理論，提倡通過(guò)放養(yǎng)食魚性魚類或捕殺浮游動(dòng)物食性魚類間接地改善水體富營(yíng)養(yǎng)化^[4]。但是，在部分富營(yíng)養(yǎng)水體中效果不佳，甚至導(dǎo)致微囊藻和小型藍(lán)藻急劇增加，造成水體浮游植物群落結(jié)構(gòu)小型化^[5]。近年來(lái)，大量研究發(fā)現(xiàn)放養(yǎng)鰱、鳙能夠有效改變水體營(yíng)養(yǎng)水平和浮游生物群落結(jié)構(gòu)，對(duì)水質(zhì)的恢復(fù)具有積極的促進(jìn)作用^[6-9]。東湖多年爆發(fā)藍(lán)藻水華的消失也正是由于該湖放養(yǎng)了大量鰱鳙的結(jié)果^[10]。目前，關(guān)于生物控藻的報(bào)道大多集中于研究放養(yǎng)鰱鱅的生長(zhǎng)特征和食性分析，較少關(guān)注生物控藻區(qū)的生態(tài)環(huán)境變化^[11-13]。筆者通過(guò)對(duì)太湖竺山湖生物控藻圍隔內(nèi)生態(tài)環(huán)境進(jìn)行調(diào)查，揭示鰱鱅放流對(duì)水質(zhì)和浮游植物群落結(jié)構(gòu)的影響，以期為竺山湖地區(qū)生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)和綜合整治提供基礎(chǔ)性資料， 同時(shí)也為研究太湖富營(yíng)養(yǎng)化發(fā)展變化原因和趨勢(shì)提供一些參考。

1 材料與方法

1.1 采樣點(diǎn)的設(shè)置

竺山湖是太湖西北部的半封閉型湖灣，北起百瀆口，南至馬山咀一線，面積 57.2 km²，主要入湖河道為雅浦港、太滆運(yùn)河、殷村港。根據(jù)圍隔的設(shè)置特征，此次調(diào)查共設(shè)置9個(gè)采樣點(diǎn)，分別為S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9（見(jiàn)圖1）。采樣時(shí)間為2013年6～10月，其中6、7、8月為夏季，9月和10月為秋季，按照次/月的采樣頻率采集水樣和浮游植物。

圖1 ?采樣點(diǎn)的分布示意

1.2 樣品采集與處理

采集到的浮游植物樣品根據(jù)《湖泊生態(tài)調(diào)查觀測(cè)與分析》^[14]中有關(guān)方法進(jìn)行處理鑒定。定性樣品用25 號(hào)采集網(wǎng)采集， 在水深0.5 m 處以0.5 m/s 的速度呈“∞”型拖拉5 min，帶回實(shí)驗(yàn)室在10×40 倍光學(xué)顯微鏡下觀察分類。 定量樣品用水生 81 型有機(jī)玻璃采水器（容積5 000 ml） 分別等量采取斷面的上、下層水樣 4 次，集中于 10 000 ml 容器中加以混合后，取出1 000 ml并立即加入15 ml魯哥試劑并搖勻，帶回實(shí)驗(yàn)室靜置沉淀24 h后濃縮并定容至25 ml供鏡檢。 計(jì)數(shù)采用計(jì)數(shù)框行格法，浮游植物種類鑒定參照《中國(guó)淡水生物圖譜》^[15]。

1.3 環(huán)境因子的測(cè)定方法

水質(zhì)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包含葉綠素a（Chla）、總氮（TN）、總磷（TP）、高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）、水溫、pH和透明度（SD）等。水溫、pH和透明度在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)定，其他指標(biāo)需要進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析。其中，葉綠素a使用分光光度法測(cè)定，總氮采用堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法測(cè)定，總磷采用鉬酸銨分光光度法進(jìn)行測(cè)定，CODMn采用高錳酸鹽法進(jìn)行測(cè)定^[16]。

1.4 多樣性分析方法

根據(jù)浮游植物優(yōu)勢(shì)度指數(shù)（Y）^[17]、ShannonWiene多樣性指數(shù)（H）^[18]、Pielous均勻度指數(shù)（J）^[19]和Margalef豐富度指數(shù)（D）^[20]等對(duì)浮游植物的群落結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，其計(jì)算公式如下：

Y=（Ni/N）fi（1）

H=-∑Si=1（Ni/N）×log₂（Ni/N）（2）

J=H/log₂S（3）

D=（S-1）/lnN（4）

式中，Y 為優(yōu)勢(shì)度指數(shù);Ni為第i種的個(gè)體數(shù);N為所有種類的總個(gè)體數(shù);fi為各采樣點(diǎn)第i種的出現(xiàn)頻率;H為生物多樣性指數(shù);J為均勻度指數(shù);S為物種總數(shù);D為豐富度指數(shù)。

1.5 水質(zhì)評(píng)價(jià)方法

選取葉綠素a（Chla）、總氮（TN）、總磷（TP）、高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）和透明度（SD）5個(gè)主要的水質(zhì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)參與太湖竺山湖生物控藻圍隔內(nèi)水體富營(yíng)養(yǎng)化的評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)采用中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站推薦使用的綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)（TLI）^[21-22]。

TLI（∑）=∑mj=1Wj×TLI（j）（5）

Wj=r²ij/∑mj=1r²ij（6）

式中，TLI（∑）表示綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù);TLI（j）代表第j種參數(shù)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù);Wj為第j種參數(shù)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的相關(guān)權(quán)重;rij為第j種參數(shù)與基準(zhǔn)參數(shù)的相關(guān)系數(shù);m為評(píng)價(jià)參數(shù)的個(gè)數(shù)。

按照以下公式計(jì)算營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)：

TLI（chl）=10（2.5+1.086lnchl）（7）

TLI（TP）=10（9.436+1.624lnTP）（8）

TLI（TN）=10（5.453+1.694lnTN）（9）

TLI（SD）=10（5.118-1.94lnSD）（10）

TLI（CODMn）=10（0.109+2.661lnCODMn）（11）

安徽農(nóng)業(yè)科學(xué) ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2015年

2 結(jié)果與分析

2.1 浮游植物種類組成及優(yōu)勢(shì)種

2013年6～10月，通過(guò)對(duì)生物控藻區(qū)水域進(jìn)行的5次調(diào)查采樣，該水域共鑒定出綠藻（Chlorophyta）、硅藻（Bacillariophyta）、藍(lán)藻（Cyanophyta）、裸藻（Euglenophyta）、隱藻（Cryptophyta）、甲藻（Pyrrophyta）、金藻（Chrysophyta）和黃藻（Xanthophyceae）8門71種（包括變種和變型）（表1）。其中，綠藻種數(shù)最多，共26種，占浮游植物總種數(shù)的36.62%;其次是硅藻門18種，占浮游植物總種數(shù)的25.35%;藍(lán)藻門14種，占浮游植物總種數(shù)的19.72%;裸藻門5種，占浮游植物總種數(shù)的7.04%;隱藻門3種，占浮游植物總種數(shù)的4.23%;甲藻門和金藻門均為2種，占浮游植物總種數(shù)的2.82%;黃藻門1種，占浮游植物總種數(shù)的1.41%。

若優(yōu)勢(shì)度指數(shù)Y>0.02則判定為優(yōu)勢(shì)種。通過(guò)2013年6～10月在生物控藻區(qū)水域的5次調(diào)查采樣，共發(fā)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)種5門14種，分別為綠藻門的小球衣藻、斯諾衣藻、四尾柵藻、卵形衣藻;隱藻門的尖尾藍(lán)隱藻;藍(lán)藻門的銅綠微囊藻、水華微囊藻、卷曲魚腥藻、美麗顫藻、微小平列藻;硅藻門的尖針桿藻、短小舟行藻、意大利直鏈藻和針狀菱形藻。其中，以綠藻門、藍(lán)藻門、隱藻門種類為全年的主要優(yōu)勢(shì)種。

2.2 數(shù)量與生物量的時(shí)空分布特征

2.2.1

季節(jié)變化。從圖1可以看出，

2013年6～10月生物控藻區(qū)水域浮游植物數(shù)量為5.83×10⁶～1.57×10⁷ ind/L，浮游植物平均數(shù)量為1.05×10⁷ ind/L，且最大值出現(xiàn)在7月，最小值出現(xiàn)在8月，而9月和10月該水域藻類數(shù)量時(shí)間差異不顯著。此次調(diào)查結(jié)果表明，生物控藻區(qū)水域浮游植物密度呈現(xiàn)夏季〉秋季的季節(jié)規(guī)律，其中夏季浮游植物平均密度最大為1.08×10⁷ ind/L，秋季游植物平均密度為9.96×10⁶ ind/L。生物控藻區(qū)水域浮游植物生物量為0.66～2.74 mg/L，平均生物量為1.63 mg/L，且最大值出現(xiàn)在7月，最小值出現(xiàn)在8月。

圖2 太湖竺山湖浮游植物數(shù)量和生物量的季節(jié)變化特征

2.2.2

空間變化。從圖3可以看出，2013年6～10月生物控藻區(qū)水域9個(gè)采樣點(diǎn)浮游植物數(shù)量為5.42×10⁶～1.64×10⁷ ind/L，平均數(shù)量為1.17×10⁷ ind/L，且最大值出現(xiàn)在S5采樣點(diǎn)，最小值出現(xiàn)在S2采樣點(diǎn)。生物控藻區(qū)水域9個(gè)采樣點(diǎn)浮游植物生物量為0.61～2.86 mg/L，平均生物量為1.62 mg/L，且最大值出現(xiàn)在S5采樣點(diǎn)，最小值出現(xiàn)在S2采樣點(diǎn)。

圖3 太湖竺山湖浮游植物數(shù)量和生物量的空間變化特征

2.3 生物多樣性和均勻度的時(shí)空分布特征

太湖竺山湖生物控藻圍隔內(nèi)浮游植物的生物多樣性指數(shù)在調(diào)查期間季節(jié)變化明顯，多樣性指數(shù)高峰區(qū)多出現(xiàn)在夏季，秋季較低（圖4～5）。時(shí)間上，ShannonWiener多樣性指數(shù)為1.40～2.55，平均值為1.82。其中，8月ShannonWiener多樣性指數(shù)最高，7月最低，表現(xiàn)出該水域夏季浮游植物生物多樣性大于秋季，平均值為1.92，秋季平均為1.66?？臻g上，各采樣點(diǎn)ShannonWiener多樣性指數(shù)為1.13～2.77，平均值為1.81。其中，S6采樣點(diǎn)最高，S1采樣點(diǎn)最低。此外，從季節(jié)分布來(lái)看，該水域浮游植物均勻度指數(shù)為0.39～0.47，平均值為0.43;其中7月的均勻度指數(shù)最低，為0.39，8月浮游植物的均勻度指數(shù)最高，為0.47。從空間來(lái)看，該水域浮游植物均勻度指數(shù)為0.35～0.54，平均值為0.43;其中，S5采樣點(diǎn)最高，S4采樣點(diǎn)最低。

圖4 太湖竺山湖浮游植物多樣性指數(shù)的季節(jié)變化特征

圖5 太湖竺山湖浮游植物多樣性指數(shù)的空間變化特征

2.4 太湖竺山湖生物控藻圍隔內(nèi)水質(zhì)評(píng)價(jià)

采用中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站推薦使用的綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)（TLI）劃分標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合湖泊營(yíng)養(yǎng)類型評(píng)價(jià)的藻類生物學(xué)指標(biāo)，評(píng)價(jià)太湖竺山湖生物控藻圍隔內(nèi)水質(zhì)。TLI（∑）<30，為貧營(yíng)養(yǎng);30≤TLI（∑） ≤50，則為中營(yíng)養(yǎng);TLI（∑）>50，為富營(yíng)養(yǎng)。由表2可知，太湖竺山湖生物控藻圍隔內(nèi)水域水資源質(zhì)量為輕度富營(yíng)養(yǎng)化，該水域水處于輕度污染狀態(tài)。

表2 太湖竺山湖生物控藻圍隔內(nèi)水質(zhì)狀況評(píng)價(jià)

時(shí)間多樣性均勻度SHEITLI（CODMn）TLI（TP）TLI（TN）TLI（Cha）TLI（SD）TLI（∑）

6月中污染輕污染40.27 68.35 64.86 52.96 72.57 57.68

7月重污染輕污染53.32 68.57 65.28 55.88 73.47 61.96

8月中污染輕污染24.17 66.08 61.70 48.44 73.94 51.84

9月中污染輕污染42.19 72.74 65.76 51.41 69.67 58.35

10月重污染輕污染33.08 65.68 65.61 54.70 73.03 55.79

3 討論

3.1 浮游植物群落結(jié)構(gòu)

太湖竺山湖生物控藻圍隔內(nèi)水域浮游植物群落結(jié)構(gòu)季節(jié)變化明顯，主要由綠藻、硅藻和藍(lán)藻組成，這與太湖梅梁灣的種類結(jié)構(gòu)相似^[23]， 太湖梅梁灣浮游植物種類數(shù)綠藻>硅藻>藍(lán)藻。此外，其他門類在同期各采樣點(diǎn)檢出極少，但總種數(shù)的季節(jié)變化規(guī)律表現(xiàn)為夏季多于秋季。這可能與夏季光照時(shí)間長(zhǎng)，水溫較高，從而使大部分藻類得以更快的增殖有關(guān)^[24]。金藻和甲藻大多喜歡生活在比較清潔的水體^[25]，且僅出現(xiàn)在6月、7月和10月的部分采樣點(diǎn)。結(jié)果表明，藻類空間分布不僅與不同藻類所特有的生態(tài)分布有關(guān)，還與其所處的水域有密切聯(lián)系。從優(yōu)勢(shì)種的時(shí)空分布特征來(lái)看，無(wú)論是優(yōu)勢(shì)種的數(shù)量還是優(yōu)勢(shì)度，藍(lán)藻都高于綠藻、硅藻和隱藻。其中，水華微囊藻的優(yōu)勢(shì)度也存在顯著的季節(jié)變化，夏季小于秋季，這與該水域放養(yǎng)鰱鱅進(jìn)行生物控藻有密切關(guān)系^[26-27]。此外，在調(diào)查結(jié)果中還發(fā)現(xiàn)部分優(yōu)勢(shì)種為富營(yíng)養(yǎng)型（a-ms）水體的指示藻類^[28]，如藍(lán)藻門的銅綠微囊藻、水華微囊藻何微小平裂藻，結(jié)果表明控藻區(qū)圍隔內(nèi)水體的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)總體比較豐富。

非經(jīng)典生物操縱對(duì)太湖竺山湖生物控藻圍隔內(nèi)水域的浮游植物群落結(jié)構(gòu)具有一定影響。該調(diào)查結(jié)果表明，該水域浮游植物數(shù)量從高到低依次為：7月>6月>10月>9月>8月，季節(jié)變化表現(xiàn)為夏季>秋季。目前，有關(guān)網(wǎng)圍鰱鳙魚養(yǎng)殖對(duì)湖泊生態(tài)影響的研究已受到廣泛關(guān)注^[29]，并在千島湖^[30]、云龍湖水庫(kù)^[31]和淀山湖^[32-33]等水域得到開(kāi)展和研究，結(jié)果表明鰱鱅放流對(duì)藻類控制具有積極的促進(jìn)作用。從空間分布來(lái)看，該水域浮游植物數(shù)量和生物量表現(xiàn)為由圍隔的西北部向東南部逐漸降低的趨勢(shì)，這可能與該地區(qū)夏季盛行偏南風(fēng)有關(guān)。

3.2 生物多樣性分析

ShannonWiener多樣性指數(shù)作為監(jiān)測(cè)環(huán)境污染的重要評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，被廣泛運(yùn)用于評(píng)價(jià)一定水域的水質(zhì)狀況^[34-36]。此外，均勻度也是綜合評(píng)價(jià)一定區(qū)域物種均勻度和水質(zhì)清潔度的重要參考標(biāo)準(zhǔn)^[37]，通常以均勻度大于0.3作為浮游植物多樣性較好的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)^[38]（表3）。從時(shí)間分布來(lái)看，太湖竺山湖生物控藻圍隔內(nèi)水域浮游植物的生物多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)都表現(xiàn)出夏季高于秋季的趨勢(shì)，但總體上水質(zhì)情況呈現(xiàn)中-重污染現(xiàn)象。從空間分布來(lái)看，太湖竺山湖生物控藻圍隔內(nèi)水域浮游植物的生物多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)的最大值均出現(xiàn)在圍隔的中段，最小值分別出現(xiàn)在東北部，表明太湖竺山湖生物控藻圍隔內(nèi)浮游植物群體穩(wěn)定性總體較好，根據(jù)均勻度的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)判定為輕污染;但是，該水域的多樣性指數(shù)指示各采樣點(diǎn)呈現(xiàn)中-重污染的現(xiàn)象，其中圍隔的北部水質(zhì)略差于南部，與該水域浮游植物數(shù)量的變化趨勢(shì)一致。

表3 生物多樣性閥值的分級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

多樣性指數(shù) 等級(jí)評(píng)價(jià) 水質(zhì)狀況

H>3.5Ⅴ清潔

2.6≤H≤3.5Ⅳ輕污染

1.6≤H≤2.5Ⅲ中污染

0.6≤H≤1.5Ⅱ重污染

H<0.6Ⅰ嚴(yán)重污染

此外，調(diào)查期間太湖竺山湖生物控藻圍隔內(nèi)水域的優(yōu)勢(shì)種和綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)結(jié)果表明，該水域水質(zhì)為輕度富營(yíng)養(yǎng)型，而多樣性指數(shù)結(jié)果也表明該水域呈現(xiàn)中-重污染趨勢(shì)，這與直湖港、武進(jìn)港入湖閘門關(guān)閉有關(guān)。2007年無(wú)錫飲用水污染事件發(fā)生后，為了保護(hù)梅梁湖的水質(zhì)，江蘇省省委政府將原來(lái)匯入梅梁湖的污染物大部分直接或間接地匯入竺山湖，導(dǎo)致竺山湖的水質(zhì)和生態(tài)環(huán)境遭到嚴(yán)重破壞^[39]。因此，對(duì)太湖竺山湖進(jìn)行生態(tài)控藻圍隔試驗(yàn)具有非常重要的意義，而對(duì)其水質(zhì)繼續(xù)監(jiān)測(cè)和防治也是必要的。

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