元蕩水域浮游植物的群落結構及水質評價

王 憶，鐘俊生，郁蔚文，胡 景，陳立婧

(1.上海海洋大學省部共建水產種質資源發掘與利用教育部重點實驗室，上海 201306；2.中國水產科學研究院漁機所，上海 200092)

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元蕩水域浮游植物的群落結構及水質評價

王 憶1，鐘俊生1，郁蔚文2，胡 景1，陳立婧1

(1.上海海洋大學省部共建水產種質資源發掘與利用教育部重點實驗室，上海 201306；2.中國水產科學研究院漁機所，上海 200092)

2013年對元蕩湖的浮游植物群落和物種多樣性進行了初步調查研究，共發現浮游植物111種，隸屬7門，72屬，其中綠藻門為主要類群，35屬48種，占浮游植物總物種的43.24%。浮游植物生物量和密度分別為2.13 mg/L和842.80×104cells/L，主要優勢種有微小平列藻(Merismopediatenuissima)、兩棲顫藻(Oscillatoriaamphbia)、燦爛顫藻(Oscillatoriasplendida)、小空心藻(Coelastrummicroporum)、小型黃絲藻(Tribonemaminus)等。藍藻門的優勢種出現在春、夏、秋季，綠藻門的優勢種出現在冬季，黃藻門的優勢種出現在秋冬季。Shannon-Wiener多樣性指數全年均值為1.70，Margalef 豐富度指數全年均值為1.13，藻類綜合指數全年均值為6.00，元蕩湖水體呈富營養型。

元蕩湖；浮游植物；群落結構；水質評價

浮游植物是水域環境中主要的初級生產者以及食物鏈上的基礎環節，在能量的轉換和物質的循環過程中扮演著重要的角色，其群落結構是反映水域環境狀況的重要指標[1]。浮游植物的種類組成、群落結構和豐度變化，直接影響水體水質、系統內能量流、物質流和生物資源變動[2-3]。故系統深入地了解浮游植物群體結構變化規律及其特點對改善水環境，進行湖泊生態修復有著重要的理論和實際意義。

元蕩湖位于上海市青浦區西南約25 km處，與朱邵漾、雪落漾相連，與淀山湖相通，原系淀山湖湖灣，后因蘆灘封淤，始成一獨立湖泊，和江蘇省吳江市比鄰。元蕩湖最寬處3.8 km，南北長約6 km，屬于青浦區，區域水面積為4 250 km2，水位最深處為2.5 m，平均水深為1.8 m，湖區水草茂盛，漁業資源豐富，多產魚、蝦、蟹、貝類等高質量的水產品。元蕩湖也是淀山湖的入湖湖泊之一，但隨著地區社會經濟的發展，淀山湖區域內污染問題日漸突出，水環境日趨惡化，生態環境遭到破壞，嚴重威脅著下游地區人民的飲用水安全，嚴重制約著區域經濟社會的可持續發展。元蕩水域與淀山湖相連，在一定程度上受到淀山湖的影響，水體也趨于富營養化。國內有關淀山湖的研究有浮游植物、浮游動物、水中營養鹽和藍藻爆發等[4-5]，尚無關于元蕩湖浮游植物的報道。因此定期對元蕩湖浮游植物的群落結構進行研究，可為元蕩湖開發和修復水質提供基礎資料。

1　材料與方法

1.1采樣點設置根據元蕩湖的形態、水文以及湖區內的漁業狀況設立7個采樣點(圖1)。

圖1　元蕩湖水域采樣點Fig.1　Sampling sites in Yuandang Lake area

1.2樣品采集和分析用5 L有機玻璃采水器采集表層水(0.5 m)，并從中取1 L水樣加入15 mL的魯哥氏碘液固定，再加入10 mL的甲醛溶液用來延長樣品的保存時間。樣品帶回實驗室沉淀、濃縮、鏡檢。種類鑒定主要依據《中國淡水藻類：系統、分類及生態》[6]，計數時每個樣品重復計數兩片，誤差超過15%時進行第3片計數后取結果相近的兩片并取平均值。用細胞體積法推算浮游藻類的生物量，對優勢種隨機測量30～50個細胞或個體的體積，求得平均值[7-8]。

1.3數據分析物種多樣性指數(H′)的計算公式用香農-威納指數[9](Shannon-Wiener index)表達式，為：

(1)

物種豐富度指數(D)采用Margalef的計算公式[10]：

(2)

物種優勢度(Y)的計算公式[10]：

(3)

式(1)～(3)中，Ni為第i種的個體數；N為總個體數；S為總物種數；fi為第i種的出現率。

藻類綜合指數的計算公式[11]：

綜合指數=

(4)

2　結果

2.1浮游植物種類組成 元蕩湖水域共發現浮游植物7門72屬111種。其中綠藻門種類最多，35屬48種；硅藻門次之，16屬27種；藍藻門14屬22種；裸藻門3屬5種；黃藻門2屬6種；甲藻門1屬2種；隱藻門1屬1種。由圖2可知，綠藻門種類最多，占總種類數的43%；硅藻門次之，占總數的24%；藍藻門占總數的20%；黃藻門占總數的5%；裸藻門占總數的5%；甲藻門占總數的2%；隱藻門占總數的1%。

圖2　元蕩湖水域浮游植物種類組成Fig.2　Composition of phytoplankton species in Yuandang Lake area

由表1可知，4個季度共出現優勢種12種，其中藍藻門6種，綠藻門4種，黃藻門2種。元蕩水域春夏秋3季藍藻為絕對優勢種群，冬季綠藻為絕對優勢種群。藍藻門的兩棲顫藻和微小平列藻在春季、夏季、秋季3個季度的優勢度較高；銅綠微囊藻(Microcystisaeruginosa)和格孔隱桿藻(Aphanothececlathrata)在夏季和秋季的優勢度較高。春季優勢種還有藍藻門的燦爛顫藻。冬季優勢種除了藍藻門的不定微囊藻(Microcystisincerta)，還有綠藻門的小球藻(Chlorellavulgaris)、串球絲藻(Ulothrixmoniliformis)、集球藻(Palmellococcusminiatus)和小空星藻(Coelastrummicroporum)。黃藻門的小型黃絲藻在秋季和冬季的優勢度較高，普通黃絲藻(Tribonemavulgare)是春季的優勢種。

表1　2013年元蕩水域浮游植物優勢種及其優勢度

2.2浮游植物生物密度和生物量2013年浮游植物生物密度年平均值為842.8×104cells/ L。夏季浮游植物生物密度最大為2 324.0×104cells/ L，冬季浮游植物密度最低為15.9×104cells/ L，季節間差異極顯著(P<0.01)。

2013年元蕩湖浮游植物生物量年平均值為2.127 9 mg/L。春季浮游植物生物量最大(6.144 1 mg/L)，而冬季浮游植物生物量最低(0.087 3 mg/L)，季節間差異極顯著(P<0.01)(圖3)。

圖3　2013年元蕩湖水域浮游植物生物量和生物密度變化Fig.3　Changes in phytoplankton biomass and density in Yuandang Lake area in 2013

由表2可知，2013年藍藻門的生物密度很高，占總浮游植物密度的93.17%，最高出現在夏季。其次是綠藻門，占總浮游植物的3.89%，最大生物密度也是出現在夏季。黃藻門的生物密度占總浮游植物密度的2.65%，最大生物密度出現在秋季。裸藻門、隱藻門和甲藻門在4個季度的生物密度都很低，最低的是隱藻門，只有冬季出現。

2.3浮游植物多樣性指數和藻類綜合指數及水質評價元蕩湖水體中浮游植物多樣性指數有明顯的時間分布規律，Shannon-Wiener多樣性指數全年均值為1.70，Margalef 豐富度指數全年均值為1.13，藻類綜合指數全年均值為6.00。浮游生物的各項多樣性指數對水質有著不一樣的評價標準(表3)，根據評價標準Shannon-Wiener多樣性指數處于重中污染，Margalef 豐富度指數處于嚴重污染，綜合前面兩者應該為重污染。藻類綜合指數中藍藻種類有22種，綠球藻種類有0種，中心綱硅藻綱種類有3種，裸藻種類有5種，鼓藻目有5種，藻類綜合指數為6，體現為富營養型。綜合以上參數，元蕩湖水體整體呈現出富營養型。

表2　2013年元蕩水域4季度各門浮游植物生物密度

表3　元蕩湖水體污染評價

3　討論

3.1浮游植物群落結構的季節變化 根據2013年元蕩水域浮游植物組成，得出元蕩水域屬綠藻-硅藻-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化程度比較高[15]，據此可以判斷元蕩湖的水體富營養化程度較高。元蕩湖浮游植物數量和生物量隨季節變化十分明顯。喜溫性的藍藻門與水溫呈現很好的正相關性，夏季生長、繁殖旺盛，數量隨著水溫上升而上升。較喜低溫的硅藻門則與溫度呈負相關關系，在冬春兩季生長較好。在春夏季因為單個細胞鮮重質量較大的兩棲顫藻大量繁殖，而秋冬季藻類都不多，使得春夏季的浮游生物生物量和秋冬季相差很大。藍藻決定了春夏季浮游植物生物密度。根據Sommer等提出的著名PEG(Plankton Ecology Group)模型認為浮游植物的季節演替規律大概是：從冬春的隱藻、硅藻轉變為夏季的綠藻，在夏末秋初時藍藻占主要優勢，再到冬季硅藻大量存在，而這一模型也是主要反映中營養型深水湖泊，元蕩水域主體為淺水性的靜水水體，藍藻從春季延續到秋季，不僅僅在高溫季節形成優勢種，即在元蕩水域中的生長時間大大增長，這完全不同于EPG模型，也標志著水體的富營養化，對比淀山湖也存在著相同的情況。隨著湖泊的富營養化，特別是磷濃度的增加，通常會導致水體中藍藻在浮游植物群落演替中占優勢[16-17]。藍藻的最適溫度范圍是25～30 ℃，對高溫的耐受性要強于其他藻類[18]。

3.2元蕩湖浮游植物與上海其他湖泊的比較富營養湖泊的藻類組成主要為綠藻和藍藻，藻類的年平均密度較大(表4)，可見湖泊的富營養化與藻類的變化密切相關。湖泊水質的污染使得營養鹽增加，導致藻類的大量爆發，并伴隨污染致使藻類增長。元蕩水域與上海其他湖泊比較，上述特點也很明顯。元蕩水域與淀山湖相通，淀山湖近幾年污染嚴重，對元蕩湖有一定的影響。隨著市場經濟的發展，人們對元蕩水域及周邊的開發都影響到水質。生活污水的排放，水系內水產養殖的經營，都使得元蕩水域逐步富營養化。

綜合多樣性指數、豐富度指數以及藻類綜合指數，都顯示元蕩水域已經富營養化，水質受到污染。隨著元蕩水域周邊區域的經濟發展，人們生活水平的提高，輸入元蕩水域的營養物質也增加了，湖內營養物質隨之增加。生活廢水和工廠的廢水處理等環節越來越重要，避免直接排放造成水域體系中某一物質過高過低引起水體物質間平衡關系的破壞，使得水體受污染，趨于富營養化。

表4　元蕩水域與其他湖泊藻類種類、現存量的比較

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Phytoplankton Community Structure and Water Quality Assessment in Yuandang Lake Area

WANG Yi1, ZHONG Jun-sheng1, YU Wei-wen2, CHEN Li-jing1et al

(1. Ministry of Education Key Laboratory of Exploration and Utilization of Aquatic Genetic Resources, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306; 2. Fishery Machinery and Instrument Engineering Research Institute, Chinese Academy of Fishery Sciences, Shanghai 200092)

A preliminary survey was carried on phytoplankton community and species diversity of Yuandang Lake in 2013. It found a total of 111 species of phytoplankton belonging to 7 phyla and 72 genera, among which there are 35 genera and 48 species. 43.24% of the total species were Chlorophyta. Phytoplankton biomass and density were 2.13 mg/L and 842.80 × 104cells/L.Merismopedia.tenuissima,Oscillatoria.amphbia,Oscillatoriasplendida,Coelastrummicroporum,Tribonemaminus,etc. are the main dominant species. The dominant species of Cyanophyta appeared in spring, summer and autumn. The dominant species of Chlorophyta appeared in winter, and the Xanthophyta appeared in autumn and winter. Based on the analysis of statistics, the annual average values of Shannon-Wiener index, Margalef index, and Algae index were 1.70, 1.13, 6.00 respectively, so this survey indicated that Yuandang Lake suffered from eutrophication.

Yuandang Lake; Phytoplankton; Community structure; Water quality assessment

水產動物遺傳育種中心上海市協同創新中心(ZF1206)；上海市科技興農重點攻關項目(D-8006-13-0049)聯合資助。

王憶(1995- )，女，河北廊坊人，碩士研究生，研究方向：水產養殖。*通訊作者，副教授，博士，碩士生導師，從事水環境的生物調控和生態修復、浮游生物的物種多樣性和優勢種演替機制等研究。

2016-05-19

S 963.21+3;X 824

A

0517-6611(2016)19-030-03