赤山湖浮游植物群落結構時空特征及與環境因子關系

張 振，姚家驍，張樂源，柳 瑩

(1.江蘇省水文水資源勘測局鎮江分局， 江蘇 鎮江 212000；2.江蘇省水文水資源勘測局南通分局， 江蘇 南通 226000)

1 概述

浮游植物作為淡水生態系統中的初級生產者，對淡水系統的生態環境、水體流動、群落結構和物質交換、循環以及信息的傳遞等過程發揮著重要的紐帶作用。浮游植物的群落結構變化受到水體溫度、pH、溶解氧等水文條件的影響而表現出不同的時空變化[1-2]。因此，在不同季節，浮游植物的群落組成、分布及密度等均呈現不同的變化，同時也會對水生態系統造成一定的影響，因此，浮游植物的群落變化可以作為判斷水體營養化程度的重要指標之一[3-4]。在對群落結構分析過程中，冗余分析(RDA)因其可以結合多個環境因子，并將結果清晰、明了地展現出來而受到研究人員的青睞[5-6]。

赤山湖國家濕地公園位于鎮江市句容市境內，位于秦淮河上游，對秦淮河流域發揮重要作用[7]。作為國家級濕地公園，對其進行環境生態系統監測，既可以有效了解赤山湖水生態環境的變化情況，同時也對當地整體生態系統保護具有深遠意義[8]。據文獻資料顯示，由于許多歷史問題對赤山湖水體健康造成一定程度的破壞，近年來，隨著當地政府部門的大力保護和生態修復，赤山湖總體情況逐年向好發展，因此，對赤山湖生態功能和生物多樣性進行評價對當地水生態系統保護起到重要的意義。本研究對2020年全年每季度赤山湖不同監測點進行采樣監測和分析，為赤山湖國家濕地富營養化防治對策提供理論依據。

2 材料與方法

2.1 采樣點與采樣時間

在赤山湖濕地選取3個監測采樣點，具體坐標分別為，監測點1:E119°5′37.5036″，N31°50′21.9228″；監測點2:E119°6′28.6272″；N31°50′1.19″；監測點3:E119°6′51.3936″，N31°50′34.3716″。分別于2020年2、6、9、11月進行采樣。

2.2 采樣與樣品分析

浮游植物測定：采集水下0.5m處水樣1L放置在1000mL塑料瓶中，現場用1.5%魯哥試劑進行固定；帶回實驗室以后，靜置24h，濃縮至30mL，取0.1mL液體用顯微鏡進行鑒定和計數。

高錳酸鉀指數(CODMn)測定：GB/T 11892—1989《水質 高錳酸鹽指數的測定 酸性高錳酸鉀法》。

葉綠素a測定：SL 88—2012《葉綠素的測定 分光光度法》。

總氮測定(TN)：ISO 29441—2010《水質 紫外分解后總氮的測定——用流動分析法(CFA與FIA)和光譜檢測法》。

總磷測定(TP)：ISO 15681—2003《水質 液流分析測定正磷酸鹽和總磷含量-第2部分：連續流動分析法》。

透明度測定：SL 87—1994《透明度的測定 透明度計法、圓盤法》。

2.3 數據處理與分析

2.3.1Shannon-wiener指數(H′指數)計算

(1)

式中，S—藻類種類;Pi—第i種藻類占整個藻類個體數的比例。

2.3.2均勻度指數(J指數)計算公式

J=H′/log2S

(2)

式中，H′—Shannon-wiener指數，S—藻類種類。

2.3.3統計分析

采用SPSS20.0進行數據顯著性和Pearson相關性分析；采用Canoco 5.0對浮游植物和環境因子之間的關系進行RDA分析；采用Excel2007軟件進行作圖。

3 結果與分析

3.1 浮游植物的種類組成

不同監測站點浮游植物密度隨時間變化情況見表1。由表1可知，赤山湖2020年浮游植物的總密度為72.5×104～115×104個/ L，其中，2月浮游植物密度最低，6月密度最高。通過四次取樣分析，共檢測到浮游植物6門133屬(種)，其中，綠藻門浮游植物的密度最高，為41.02×104～59.88×104個/ L-1；硅藻門和隱藻門浮游植物密度次之；裸藻門浮游植物密度最低；金藻門浮游植物在2月和11月監測中并沒有檢出。

3.2 浮游植物群落組成

不同浮游植物群落優勢度隨時間變化情況見表2。由表2可知，綠藻門浮游植物的優勢度占比最高，占總浮游植物的48%～58.4%以上；其次是硅藻門浮游植物，其優勢度為15%～30%；隱藻門浮游植物優勢度達10%～13%；裸藻門浮游植物的優勢度最低，為1.5%～4.7%；而金藻門浮游植物在2月和11月采樣中并沒有檢出。

3.3 浮游植物Shannon-Wiener指數

浮游植物群落Shannon-Wiener指數(H′指數)隨時間變化情況如圖1所示。其中，各監測站點浮游植物H′指數介于4.20～4.57。四次采樣檢測中，6月浮游植物的H′指數最高，表明從2—6月過程中，赤山湖水體浮游植物種群數量有所增加，而到了9月和11月時，群落結構數量則有所下降。

3.4 浮游植物Pielou均勻度指數

不同監測站點浮游植物Pielou指數(J指數)變化情況如圖2所示。由圖2可知，在2月和11月時，浮游植物的種群均勻度最高，而6月和9月浮游植物均勻度有所下降；在9月時，2號站點浮游植物均勻度最高。

3.5 各監測點環境因子含量

不同監測站點的環境因子含量隨時間的變化情況見表3。由表3可以看出，水體pH值的變化相對較小，介于7.9～8.3；溶解氧含量在11月時達到最高值，為9.6mg/L；高錳酸鉀指數在6月時達到最高值；總磷含量在2月時最高，隨后逐漸降低；總氮含量在9月份時最高；各環境因子中，除pH值外，其含量均隨時間變化而明顯改變，因此，可用于浮游植物與環境因子之間的RDA分析。

表1 浮游植物不同種群密度隨時間變化 單位：104個/L

表2 浮游植物不同群落結構隨時間變化 單位：%

表3 各監測站點環境因子含量隨時間變化

圖1 浮游植物群落Shannon-Wiener指數

圖2 浮游植物群落Pielou均勻度指數

3.6 營養狀態指數

水體營養狀態指數隨時間變化情況如圖3所示。由圖3可以看出，全年水體營養狀態指數介于44.9～54.4，其中，在2月和9月時，3個監測站點的營養狀態指數均高于50，根據SL 395—2007《地下水資源質量評價技術規程》，此時表明水體已經處于輕度富營養化狀態。而6月和11月時，營養狀態指數小于50，則水體處于中營養狀態。

3.7 浮游植物與環境因子之間的關聯性

浮游植物與各環境因子的RDA分析如圖4所示。從圖4中可以發現，浮游植物與各環境因子綠藻門和隱藻門主要發生在春季，且在2月份時，浮游植物群落與pH和溶解氧含量呈正相關關系；6月份時，浮游植物群落結構與溶解氧含量呈正相關關系；9月份時，葉綠素和透明度與浮游植物群落的構成呈現正相關關系。從全年數據可以看出，浮游植物群落變化受各營養鹽含量和pH值的影響。

圖3 不同時間段水體營養狀態指數

4 討論

赤山湖浮游植物以綠藻和硅藻為主；而藍藻在夏季時呈現爆發狀態，冬春季節則明顯降低；金藻也存在類似現象，即夏秋季節出現，而冬春季節密度明顯降低，表明赤山湖水體浮游植物存在明顯的季節變化。Sommer等人[9]在研究浮游植物群落結構季節變化過程中同樣的到類似的結果，即夏季以綠藻為主，秋冬季節藍藻、硅藻等浮游植物密度有所增加。朱明明等人[10]在調查珠海國家濕地公園浮游植物群落中發現，綠藻門浮游植物密度最大，且季節性變化較明顯。這主要是因為，夏秋季節水體溫度回升，喜高溫和耐污染的綠藻易成為優勢種群，而抑制其它類型浮游植物的生長[11]。在本研究中，Shannon-Wiener多樣性指數可以看出，在夏秋季節，浮游植物多樣性要高于冬春季節，這主要是因為溫度是影響浮游植物群落結構變化的重要因素，夏秋季節水體溫度較高，有利于浮游植物群落的增多。而Pielou均勻度指數表明，在夏秋季節，浮游植物群落結構的均勻度明顯低于冬春季節，說明赤山湖國家濕地公園在冬春季節具有更均勻的物種數目存在。

圖4 浮游植物群落與環境因子RDA分析

浮游植物群落結構受到多種環境因子的影響。戴明等人[12]研究表明，浮游植物群落結構受水溫、化學需氧量、溶解氧、pH等因素的影響。同時，浮游動物、魚類、人類活動等因素也可以影響浮游植物的數量。赤山湖為國家濕地公園，位于江南地區，水溫相對較高，受人類活動影響較大，利于浮游植物的生長[13]。通過RDA分析，可以看出，夏秋季節，在外界環境因素相似情況下，水體溶解氧、葉綠素a和透明度與浮游植物群落結構呈正相關關系。馬劍敏等人[14]的研究表明，溶解氧對群落結構影響較大，其中，金藻數量與溶解氧呈極顯著正相關關系。管祥洋等人[15]研究表明，藻類與葉綠素a含量呈現正相關關系。

5 結語

赤山湖水域共采集到6門133屬(種)，其中，綠藻門浮游植物的密度最高。RDA分析也表明浮游植物群落結構存在明顯的時空差異，浮游植物群落結構與環境因子之間存在明顯的相關性，營養狀態指標結果表明，赤山湖水體已經處于輕度富營養化狀態，有關單位應跟進觀察并做好防控準備。