鶴立湖浮游植物群落結(jié)構(gòu)及多樣性特征

任偉亮 ，柴方營 ，鞠永富 ，于婷 ，于洪賢

（1.東北林業(yè)大學，黑龍江 哈爾濱 150040；2.黑龍江省水利廳，黑龍江 哈爾濱 150040）

浮游植物作為水域生態(tài)系統(tǒng)中的初級生產(chǎn)者，對水體環(huán)境的變化很敏感，浮游植物種類、數(shù)量及組成的變化與環(huán)境因子的變化有著密不可分的聯(lián)系，是反映水體富營養(yǎng)化狀況最重要的生物指標之一[1]。浮游植物在水生態(tài)環(huán)境中的物質(zhì)循環(huán)和能量流動過程中起著重要作用，而且浮游植物群落結(jié)構(gòu)與其生存的水體環(huán)境有密切關(guān)系，所以通過調(diào)查研究浮游植物群落結(jié)構(gòu)變化可以發(fā)現(xiàn)浮游植物生存的水體的真實狀況[2,3]。因此，通過浮游植物多樣性分析方法可在各種水域中對水環(huán)境進行評價。

鶴立湖位于黑龍江省鶴崗市，屬溫帶大陸性季風氣候，溫差較大，四季變化明顯，冬天時間較長，夏季短暫炎熱，春秋天氣變化劇烈。鶴立湖是以供水為主兼顧防洪、養(yǎng)殖、旅游等，具有很好地研究價值。本文通過對鶴立湖整體采樣分析，對其中的浮游植物的豐度、生物量、優(yōu)勢種、生物多樣性以及群落結(jié)構(gòu)等進行研究，以期為鶴立湖水質(zhì)環(huán)境保護等提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

鶴立湖（47°20'N～47°24'N，130°10'E～130°11'E）位于鶴崗市東山區(qū)蔬園鄉(xiāng)西3km處，松花江二級支流鶴立河的支流小鶴立河中上游。鶴立湖又兼具水庫的作用，水庫集雨面積183km2，占小鶴立河流域面積的63%，是一座以城市供水為主，兼顧防洪、養(yǎng)殖等綜合利用的中型水庫，海拔170m，水深2～16m。

1.2 浮游植物樣品的采集與處理

根據(jù)鶴立湖周圍環(huán)境以及水深等因素，分別在湖水平方向上游、中游、下游共設(shè)置4個斷面（圖1）。其中在上游設(shè)置1個斷面，中游設(shè)置2個斷面，下游設(shè)置1個斷面，根據(jù)左中右的方向進行采樣，共設(shè)14個采樣點。并且根據(jù)不同水深縱向分層采樣。在鶴立湖上游河道設(shè)一個對照采樣點。由于鶴立湖在冬季會封冰，故采樣時間選在2016年5—9月，分別在5月、7月、9月進行。

圖1 鶴立湖采樣點示意圖Fig.1 Sampling sites in Heli Lake

采集樣品時，每個采樣點采集一個定性樣品和兩個定量樣品。定性樣品，采樣所使用的工具主要有網(wǎng)孔直徑為0.064 mm的25#浮游生物網(wǎng)以及5L、1L的采水器。定性采集：在每個樣點采集定性樣品1個，用25#浮游生物網(wǎng)在離水體表面0.5m處，按“∞”字形拖取3～5min，過濾后裝瓶。定量采集：定量樣品用5 L采水器采集。根據(jù)水深的不同，對采樣點進行分層采集，即分上、中、下三層采集水樣（一般上層距水體表面0.5m，下層則距離水底0.5m處）。采集后混合，取1L水樣裝瓶。所有的樣品均用15%的魯格試劑進行固定。將固定好的樣品帶回實驗室沉淀48h后，對上層水進行虹吸，濃縮至30mL，用0.1mL的浮游植物計數(shù)框進行計數(shù)和分析[4～6]，計算豐度和生物量[7]。

1.3 多樣性分析

為了避免單一多樣性指數(shù)造成結(jié)果出現(xiàn)偏差，本研究采用Shannon-Wiener多樣性指數(shù)[8]、Margalef種類豐富度指數(shù)[9]、Pielou均勻度指數(shù)[10]和物種優(yōu)勢度[11]對鶴立湖浮游植物群落多樣性進行評價。

2 結(jié)果與分析

2.1 浮游植物種類組成

經(jīng)過對鶴立湖5月、7月、9月三個月的浮游植物調(diào)查，共鑒定出4門32種及變種，其中綠藻門Chlorophyta 13種，約占40.63%；硅藻門Bacillariophyceae 13種，約占40.63%；藍藻門Cyanophyta 5種，約占15.63%；金藻門Chrysophyta 1種，約占3.11%。

2.1.1 浮游植物種類的季節(jié)變化

鶴立湖2016年5月（春季）、7月（夏季）、9月（秋季）為25種、21種、25種，分別占總種數(shù)的78.13%、65.63%、78.13%。在5月硅藻門種類的浮游植物種類數(shù)目最多，7月中綠藻門種類的浮游植物種類數(shù)目最多，在9月硅藻門種類和綠藻門的浮游植物種類數(shù)目相同。

如圖2所示，浮游植物種類數(shù)目最高出現(xiàn)在春季和秋季，硅藻門種類數(shù)目在春季最多，綠藻門種類數(shù)目最多出現(xiàn)在夏季，藍藻門種類數(shù)量在春季和秋季相同，金藻門在三個季節(jié)中的種類數(shù)量變化不大。

圖2 鶴立湖浮游植物種類數(shù)量Fig.2 The numbers of phytoplankton species in Heli Lake

2.1.2 浮游植物種類空間分布

鶴立湖采樣浮游植物種數(shù)中（表1），1#采樣點的種類最多為27種，占總種數(shù)的84.375%；2#采樣點種類數(shù)次之為25種，占總種數(shù)的78.125%；鶴立湖中，5#上層和10#中層浮游植物種類數(shù)最少，為15種，占46.875%。

2.2 浮游植物豐度和生物量的時空變化

由表2可知，鶴立湖的豐度和生物量各個采樣點存在差異，各月份間也存在不同。水庫中浮游植物的豐度在16.8×104ind/L～166.8×104ind/L之間，最高出現(xiàn)在5月8#中層，為166.8×104ind/L，最低出現(xiàn)在7月12#下層，為16.8×104ind/L；豐度的平均值中，5月的數(shù)值最高為89.1×104ind/L，其次是9月64.3×104ind/L，最低的是7月為55.6×104ind/L。

鶴立湖的生物量在0.33～2.73mg/L之間，最高出現(xiàn)在5月的4#下層，為2.73mg/L，最低出現(xiàn)在5月的11#上層，為0.33mg/L；生物量的平均值中，最高的是7月為1.41mg/L，5月次之為1.08mg/L，9月最低為1.01mg/L。

表1 2016年5月、7月、9月鶴立湖浮游植物種數(shù)空間分布Tab.1 The special distribution of the numbers of phytoplankton species in Heli Lake in May/July/September in 2016

鶴立湖5月的各采樣點豐度變化有一定的波動，5月中8#中層的豐度最大。與5月相比，7月和9月的豐度變化比較平緩，7月最高出現(xiàn)在1#，9月最高出現(xiàn)在13#上層（圖3）。

圖3 2016年5月、7月、9月鶴立湖浮游植物豐度Fig.3 The phytoplankton abundance of Heli Lake in May/July/September in 2016

圖4 2016年5月、7月、9月鶴立湖浮游植物生物量Fig.4 The phytoplankton biomass of Heli Lake in May/July/September in 2016

表3 2016年5月、7月、9月鶴立湖浮游植物優(yōu)勢種Tab.3 The phytoplankton dominant species of Heli Lake in May/July/September in 2016

表2 2016年5月、7月、9月鶴立湖浮游植物豐度和生物量Tab.2 The abundance and biomass of phytoplankton species in Heli Lake in May/July/September in 2016

鶴立湖浮游生物生物量，5月和7月的生物量變化波動比較明顯，與之相比，9月的浮游生物量變化比較平緩（圖4）。

2.3 浮游植物優(yōu)勢種

由表3可知，5月的優(yōu)勢種有12種，其中硅藻7種，綠藻2種，藍藻2種，金藻1種；優(yōu)勢度最大的是長刺根管藻，為0.63。7月的優(yōu)勢種只有四種，硅藻1種，綠藻1種，藍藻2種，且這兩種藍藻優(yōu)勢度很大，優(yōu)勢度最大的是利斯席藻，為5.24。9月的優(yōu)勢種有8種，其中硅藻有4種，綠藻有2種，藍藻和金藻各一種；其中利斯席藻優(yōu)勢度最大，為4.87?？梢?，利斯席藻在7月和9月優(yōu)勢度都是最大的。

2.4 浮游植物多樣性

浮游植物多樣性見表4，其中Shannon-Wiener指數(shù)從1.44～3.61之間，其中最高的出現(xiàn)在9月為3.61，最低也出現(xiàn)在9月為1.44；Margalef種類豐富度指數(shù)從0.55～2.61之間，最高的出現(xiàn)在5月為2.61，最低出現(xiàn)在7月為0.55；Pielou均勻度指數(shù)從0.42～0.95之間，最高出現(xiàn)在5月為0.95，最低出現(xiàn)在9月為0.42。

從各個采樣點月平均值看，Shannon-Wiener指數(shù)最高出現(xiàn)在1#采樣點為3.29，最低出現(xiàn)在12#上層采樣點為2.08；Margalef種類豐富度指數(shù)最高出現(xiàn)在1#采樣點為2.42，最低出現(xiàn)在10#中層采樣點為1.00；Pielou均勻度指數(shù)最高出現(xiàn)在3#采樣點為0.87，最低出現(xiàn)在12#上層采樣點為0.67。

從3種多樣性指數(shù)平均值來看，最高值都出現(xiàn)在5月，最低值都出現(xiàn)在7月。

3 討論

本研究共鑒定出包括藍藻，綠藻，硅藻，金藻4門32種及變種，其中硅藻門和綠藻門都是13種，藍藻門5種，金藻門1種。在種類和數(shù)量上少于5年前宋俊霖等[3]，略少于與裴國霞等[12]研究的金海水庫種類和數(shù)量。其中，5月的浮游植物優(yōu)勢種種類最多，有12種，7月只有4種，且其中兩種藍藻優(yōu)勢度很大，9月有8種優(yōu)勢種。5月和9月的優(yōu)勢種以硅藻門為主，只有7月的優(yōu)勢種以藍藻門為主，這可能與夏季鶴立湖中放養(yǎng)了大量的魚類有關(guān)，浮游動物與魚類對浮游植物組成有較大影響[13]。從整體上看，鶴立湖主要優(yōu)勢種以硅藻為主，這與其他寒冷地帶的水體容易出現(xiàn)以硅藻為優(yōu)勢種的浮游植物特征相一致[14-16]。

表4 2016年5月、7月、9月鶴立湖浮游植物多樣性Tab.4 The phytoplankton diversityof Heli Lake in May/July/September in 2016

鶴立湖5月的各采樣點豐度變化有一定的波動；與5月相比，7月和9月的豐度變化比較平緩，7月和 9月的豐度中，8#～14#的采樣點比 1#～7#的豐度大部分高一些；在水深較深的采樣點中，一般上層的豐度大于中層的豐度大于下層的豐度。

浮游植物多樣性中Shannon-Wiener指數(shù)在1.44～3.61之間，根據(jù)Shannon-Wiener指數(shù)，可以說明鶴立湖的水質(zhì)為無污染或輕度污染或中污染。其中不同采樣點指數(shù)不同，可能由于采樣點周圍環(huán)境的不同。Shannon-Wiener指數(shù)平均值1#采樣點最高，可能由于其位于鶴立湖上游，遠離下游岸邊，所受人為干擾較少。最低出現(xiàn)在12#上層采樣點，可能由于12#離鶴立湖岸邊最近，岸邊的人為干擾較多。Margalef種類豐富度指數(shù)在0.55～2.61之間，且三個月份的平均值分別為1.76、1.10、1.70，表示鶴立湖水質(zhì)是中污染，其中在7月的指數(shù)中數(shù)值較低的多，說明可能由于夏天溫度較高，使水質(zhì)中藻類生長數(shù)量較5月、9月快，水質(zhì)沒有5月、9月好。但從3個月份平均值來看，各采樣點的數(shù)值均在1～3之間，說明水質(zhì)是中污染。由Pielou均勻度指數(shù)來看，三個月的指數(shù)為0.42～0.95，各采樣點平均值在0.67～0.87之間，為輕或無污染。從時間上看，5月的平均數(shù)值均最大且都表明鶴立湖水質(zhì)為無污染或輕污染，因為5月為春天，降雨量少，地表面污染較少進入湖里，人為活動較少，對鶴立湖水質(zhì)影響較小，溫度適宜浮游植物生長，使生物多樣性增加[17]。而最低值均出現(xiàn)在7月，夏天溫度較高，降雨量變大，周邊有一個區(qū)域為農(nóng)田區(qū)，灌溉退水等行為，人為活動較多，周邊游客也增加，對湖內(nèi)水質(zhì)有所影響，使水庫水質(zhì)有所下降，且浮游植物多樣性下降。9月，溫度在春季和夏季之間，降雨量減少，溫度也下降，使得植物多樣性有所上升，且浮游植物群落結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。為控制浮游植物群落結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，放養(yǎng)鰱是一種重要的方式，也是控制水體富營養(yǎng)化的重要手段[18-20]。研究中發(fā)現(xiàn)在養(yǎng)殖池塘中將鰱圍在池塘一半的區(qū)域，可以抑制小型藻類的增長[21]。綜合3種多樣性分析法，其中Shannon-Wiener指數(shù)和Margalef種類豐富度指數(shù)均表明水庫的水質(zhì)為無污染或輕污染和中污染。Pielou均勻度指數(shù)表明水庫水質(zhì)輕或無污染。

2016年5月、7月和9月鶴立湖中經(jīng)采樣調(diào)查共鑒定出藍藻、綠藻、硅藻、金藻4門32種及變種，其中硅藻門和綠藻門各13種，藍藻門5種，金藻門1種。5月、9月較7月的浮游植物種類多。Shannon-Wiener指數(shù)、Margalef種類豐富度指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)平均值最大均出現(xiàn)在5月，最小都出現(xiàn)在7月?？梢姡藶閿_動干擾較少，環(huán)境溫度適宜的采樣點水質(zhì)較好，5月、9月水質(zhì)狀況均好于7月。

［1］ Reynolds C S.The ecology of phytoplankton［M］.Cambridge UniversityPress,2006:38-90.

［2］ SANNA S,MARIA L and MAIJA H.Long-term changes in summer phytoplankton communities of the open northern Baltic Sea［J］.Estua-rine,Coastal and ShelfScience,2006,71（3-4）:580-592.

［3］ 楊亮杰,余鵬飛,竺俊全,等.浙江橫山水庫浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征及其影響因子［J］.應用生態(tài)學報,2014,25（2）:569-576.

［4］ 陳偉明,黃祥飛,周萬平.湖泊生態(tài)系統(tǒng)觀測方法［M］.北京:中國環(huán)境科學出版社,2005.

［5］ 胡鴻鈞,魏印心.中國淡水藻類:系統(tǒng)、分類及生態(tài)［M］.北京:科學出版社,2006.

［6］ 周鳳霞,陳劍虹.淡水微型生物與底棲動物［M］.北京:化學工業(yè)出版社,2011.

［7］ 章宗涉,黃祥飛.淡水浮游生物研究方法［M］.北京:科學出版社,1991.

［8］ Shannon E and Weaver W.The mathematical theory of communication［M］.London:UniversityIllinoisPress,1949:296-297.

［9］ MargalefR.Information theoryin ecology［J］.General Systems,1958,3:36-71.

［10］ Pielou C.An introduction to mathernatical ecology［M］.NewYork:WileyInterscience,1969.

［11］ Lampitt R S,Wishner K F,Turley C M，et al.Marine snow studies in the Northeast Atlantic Ocean:distribution,composition and roles as a food source for migrating plankton［J］.Marine Biology,1993,116:680-702.

［12］ 裴國霞,郭琦,魏樂,等.金海水庫浮游植物調(diào)查及群落結(jié)構(gòu)研究［J］.水生態(tài)學雜志,2014,35（2）:68-73.

［13］ 阮景榮.三種魚的磷排泄及其在微型生態(tài)系統(tǒng)磷再循環(huán)中的作用［J］.水生生物學報,2005,29（1）:55-60.

［14］ 薛俊增,方偉,蔡楨,等.烏倫古河流域克孜賽水庫浮游植物群落組成［J］.生物學雜志,2011,28（1）:62-65.

［15］ 李喆,姜作發(fā),馬波,等.新疆烏倫古湖春、秋季浮游植物群落結(jié)構(gòu)的聚類和多維分析［J］.中國水產(chǎn)科學,2008,15（6）:984-991.

［16］ Ma Chengxue,Yu Hongxian,Chen Shuaijun.The community dynamics of phytoplankton with different degrees of human impact in cold water region,a case study in northeast China［J］.Water Resource and Environmental Protection,2011（3）:2311-2313.

［17］ 袁宇翔,于洪賢,姜明.小興凱湖浮游植物群落結(jié)構(gòu)及多樣性［J］.濕地科學,2013,11（2）:151-157.

［18］ 王嵩,王啟山,張麗彬,等.水庫大型圍隔放養(yǎng)鰱魚、鳙魚控藻的研究［J］.中國環(huán)境科學,2009,29（11）:1190-1195.

［19］ 謝平.鰱魚、鳙魚與藻類水華控制［M］.北京:科學出版社,2003.

［20］ 李琪,李德尚,熊邦喜,等.放養(yǎng)鰱魚（Hypophthalmichthys molitrix）對水庫圍隔浮游生物群落的影響［J］.生態(tài)學報,1993,13（1）:30-37.

［21］ Laws E A and Weisburd R S J.Use of silver carp to control algal biomass in aquaculture ponds［J］.The Progressive Fish Culturist,1990,52（1）:1-8.