大蓮湖濕地修復區浮游植物群落結構與水質環境因子分析

朱浩 劉興國 陳曉龍

摘要：為了解大蓮湖濕地修復區浮游植物及水體富營養化狀況，在2018年1—5月對大蓮湖濕地修復區的浮游植物群落結構，包括浮游植物的種類構成、密度、生物量優勢度及生物多樣性進行調查研究，調查期間共鑒定出28種浮游植物，隸屬5門25屬;其中優勢種2個門類，共3種。浮游植物群落結構以綠藻為主，其密度占總數的64.95%。冗余分析結果表明，氮營養鹽含量是綠藻群落分布的主要影響因子;溶氧含量、pH值以及氮營養鹽含量是藍藻群落分布的主要影響因子;運用多樣性指數與水體污染程度的關系對大蓮湖生態修復區水體污染情況進行綜合評價，結果表明，該區域處于輕度到中度污染狀態。

關鍵詞：大蓮湖;浮游植物;多樣性指數;冗余分析;群落結構

中圖分類號： S963.21+3;S718.54+2 ?文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2020）11-0270-05

收稿日期：2019-07-06

基金項目：農業技術試驗示范與服務支持（編號：2018LKY007）。

作者簡介：朱 浩（1985—），男，江蘇句容人，碩士，助理研究員，主要從事生態工程方面的研究。E-mail：zhuhao0511@163.com。

通信作者：劉興國，博士，研究員，主要從事生態工程方面研究。E-mail：liuxg1223@163.com。 ?浮游植物是淡水生態系統中重要的初級生產者，在淡水生態系統的能量流動、物質循環和信息傳遞中起著至關重要的作用[1-2]。浮游植物在藻類密度、群落結構和功能等方面會隨著水體水質的改變而產生相應的變化，可以指示水體的營養狀態[3-5]。

大蓮湖生態修復區位于上海市青浦區西部，地理坐標為121°00′E、31°04′N，位于淀山湖下游，是黃浦江上游重要的水源地保護區[6]。2008年12月至2009年5月，上海市林業局野生動植物保護站組織多家單位和公司，對大蓮湖生態修復區一期工程進行了面積為41.67 hm2的地型塑造、水系灌通等一系列生態修復工程[7]，目前距生態修復工程實施完工后已滿10年，筆者所在課題組于2018年1—5月對大蓮湖生態修復區水域的浮游植物和環境因子進行了調查，比較分析浮游植物的群落結構和種群密度，評價生態修復區內的水質狀況，并使用冗余分析（RDA）方法探討浮游植物分布對環境因子的響應，以期為大蓮湖生態修復區的進一步管理提供一定的數據支持。

1 材料與方法

1.1 樣點布設及采樣時間

于2018年1—5月對大蓮湖生態修復區進行采樣調查，5個月共采樣5次。在大蓮湖濕地修復區共設3個采樣點，即進水口、湖中區、出水口，分別記為S1、S2、S3（圖1）。

1.2 樣品采集和處理

采用有機玻璃采水器采集距表層1 m、離底 0.5 m 的各層混合水5 L，其中1 L水樣加15 mL魯哥氏液固定，用于浮游植物定量分析，其余水樣用于測定水體理化因子。然后采用25號浮游植物網在表層水體呈“∞”形來回緩慢拖動數次，撈取濃縮藻樣并加適量魯哥氏液進行現場固定，用于浮游植物定性分析。浮游植物的定性、定量樣本依據《淡水浮游生物研究方法》[8]進行分析，浮游植物種類鑒定主要依據《中國淡水藻類》[9]。水溫、溶解氧含量以及浮游植物種類數、密度和生物量、多樣性指數等指標均采用上、中、下3層數據的平均值，水深、透明度為3次測定的平均值。水環境因子的監測參考《水和廢水監測分析方法》[10]。

1.3 指標的測定與計算

浮游植物的優勢種根據各個種的優勢度（Y）值來確定。

式中：Ni為i種類的個體數;N為所有種類總的個體數;fi為i種類個體出現的頻率。Y>0.02的種類為優勢種。

式中：D為0～1時，表示重污染;D為1～2時，表示嚴重污染;D為2～4時，表示中污染;D為4～6時，表示輕污染;D>6時，表示清潔。S為物種數。

式中：H′為0～1時，表示重污染;H′為1～2時，表示中污染;H′為2～3時，表示輕污染;H′>3時，表示清潔。

式中：J為0～0.3時，表示重污染;J為 0.3～0.5時，表示中污染;J>0.5時，表示輕污染或無污染。

1.4 數據處理

運用SPSS 13.0和Excel 2010對測定數據進行統計分析和繪圖。采用Canoco 5.0軟件對浮游植物與環境因子之間的關系進行冗余分析。據其第1軸長度確定分析類型[大于4時使用典型相關分析（CCA），小于3時使用RDA，處于3～4之間時二者均可][11-12]。

2 結果與分析

2.1 水質指標

由表1可知，高錳酸鹽指數（CODMn）變化較大，總體呈降低的趨勢，總氮（TN）、總磷（TP）、氨態氮（NH3-N）、亞硝態氮（NO-2-N）、硝態氮（NO-3-N）、溶解氧（DO）含量以及pH值的年平均值均達到了國家Ⅲ類水質標準。綜合表明，大蓮湖生態修復區水質全年整體處于國家Ⅲ類水質狀態。

2.2 浮游植物種類組成

在調查期間，大蓮湖濕地修復區3個采樣點共鑒定出28種浮游植物，隸屬5門25屬（表2）。由表2可見，綠藻門種類最多，共13種，占總種數的46%;藍藻門次之，共6種，占總種數的21%;硅藻門共5種，占總種數的18%;黃藻門3種;甲藻門1種;綠藻門浮游植物種類數的變化決定著大蓮湖濕地修復區浮游植物種類數的變化。從浮游植物的密度和分布來看，本次調查的浮游植物共出現2個門類的優勢種，共3種，具體見表3。

2.3 浮游植物密度與生物量

大蓮湖生態修復區浮游植物平均密度和生物

總密度的64.95%;之后依次是藍藻門，為 274 892 cells/L，占總密度的24.72%，硅藻門，為 64 118 cells/L，占總密度的5.76%，黃藻門 47 259 cells/L，甲藻門 3 603 cells/L。由表5可見，浮游植物總的生物量為219.00 μg/L，在生物量組成中綠藻門最高，為 96.00 μg/L，其次依次是硅藻門69.00 μg/L，黃藻門23.00 μg/L，甲藻門 22.00 μg/L，藍藻門 9.00 μg/L。

2.5 浮游植物群落與環境因子RDA分析

經Canoco 5.0軟件對浮游植物與環境因子之間的關系進行分析可知，第1軸長度為3.2（小于4），選擇線性模型RDA，分析結果顯示，前2個排序軸的特征值分別為0.22、0.14，共解釋了浮游植物數據59.2%的方差值，解釋變量分別為21.59、3553，物種與環境相關性軸1特征值為0.976 6，軸2為0871 2，前2個軸中物種與環境關系的累積百分比為57.12%，說明2個排序軸能較好地反映大蓮湖生態修復區浮游植物與各環境因子之間的相互關系。圖2顯示，DO含量、pH值、CODMn含量與軸1呈負相關，因此軸1與環境因子有關;TN、TP、NH3-N、NO-2-N、NO-3-N含量與軸2正相關，小球藻與水生集胞藻主要集中在第2象限，與 NH3-N、NO-2-N、NO-3-N、TN正相關，因此軸2與水體的營養狀況有關;極小擬小椿藻、湖沼色球藻、狹形纖維藻、針桿藻與DO、pH值、COD正相關。

3 討論

3.1 大蓮湖生態修復區浮游植物群落結構及其變化

大蓮湖生態修復區的水主要來自外源攔路港，外源水從進水口進入大蓮湖，在湖區中央停留一段時間后從排水口排出[13]，生態修復區內湖泊的換水頻率達到2個月1次。水體交換量大，因此，水體中總氮、硝態氮含量波動較大，本次調查發現，生態修復區內浮游植物群落以綠藻為主，其個體數量占優勢。對大蓮湖生態修復區的調查結果表明，浮游植物的種類組成與往年的調查結果[14-15]相比，經過這些年的治理，有機污染己經得到了較大的改善。

3.2 環境因子與大蓮湖生態修復浮游植物群落的關系

浮游植物群落結構受環境因素的綜合影響，5次采樣中測得的理化因子變化較大且對應的浮游植物群落結構也存在差異，說明環境因子對大蓮湖浮游植物群落演替起著較重要的作用。RDA結果初步反映了生態修復區浮游植物與主要環境因子的相關性。在測得的理化因子中，小球藻和水生集胞藻與氨態氮、亞硝態氮、硝態氮、總氮正相關，極小擬小椿藻、湖沼色球藻與DO、pH值、CODMn含量正相關。金磊等研究發現，水體中的氮磷營養鹽和透明度是影響綠藻和藍藻分布的主要環境因子[16]。本次調查發現，大蓮湖生態修復區浮游植物主要受氮營養鹽、水中溶解氧含量以及水體pH值限制。有研究得出，浮游藻類生長的最佳氮磷比為16 ∶ 1，當大于 16 ∶ 1 時，主要受磷限制，當小于16 ∶ 1時，主要受氮限制[17-18]。但Steinberg等的研究表明，在總磷濃度超過10 μg/L時，藍藻的生長在很大程度上受物理因子的影響[19]。孔繁翔等提出，水文條件、氣象因素是引起藻類水華的主要原因[20]。宗梅等的研究表明，巢湖發生水華后，微囊藻與水溫相關性最高[21]。本研究中，綠藻主要受氮營養鹽含量的影響，藍藻受溶解氧含量、pH值以及氮營養鹽含量的影響，與上述研究結果相一致。薄香蘭等的研究表明，氮磷比為34.60 ∶ 1 時，小球藻葉綠素含量和細胞密度最高，從藻類營養需求上也證明了這一點[22]。

3.3 大蓮湖生態修復區水質評價

大蓮湖生態修復區的水源為攔路港，攔路港與黃浦江航運河道相通，外源水體中總氮、總磷含量以及高錳酸鹽指數均較高[12]。有研究指出，生物多樣性指數越高，其群落結構越復雜，穩定性越大，水質越好[23];而當水質受到污染時，敏感性種類消失，多樣性指數降低，群落結構趨于簡單，穩定性變差，水質下降[24]。運用多樣性指數與水體污染程度的關系[25]來判斷水體污染程度，大蓮湖Shannon-Wiener多樣性指數變化范圍為0.85～1.43，Margalef豐富度指數變化范圍為0.27～0.46;Pielou均勻度指數變化范圍為0.63～0.88，說明大蓮湖生態修復區處于輕度到中度污染狀態。

從水質方面來評價，大蓮湖生態修復區總氮含量小于等于1.21 mg/L，總磷含量小于等于 0.28 mg/L，處于輕度富營養化狀態。化學評價與生物學評價得出的水質等級較為接近，綜合評價結果表明，大蓮湖生態修復區屬于輕度污染狀態，相比于2008年[13]，大蓮湖生態修復區經過治理后，水質得到明顯的改善。

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