蛟塘湖浮游植物時空特征及與環境因子之間的關系

柳 瑩，張 振，曹 志，張樂源

(1.江蘇省水文水資源勘測局鎮江分局，江蘇 鎮江 212000；2.水發規劃設計有限公司，江蘇 宿遷 223800；3.江蘇省水文水資源勘測局南通分局，江蘇 南通 226000)

浮游植物作為水體生態系統的初級生產者，是水體物質運移和能量轉化的重要介質和動力，對于水生態系統的平衡起到重要的維持作用[1，5，11]。浮游植物的群落結構變化與水體環境多種因子含量密切相關，其中包括水體含氧量、pH值、總氮、總磷、葉綠素a等。浮游植物的密度、優勢度、多樣性指數、均勻度指數、營養狀態指數等指標可以作為判斷水體營養化狀態的重要指標，即不同營養狀態水體含有不同的浮游植物[2，14，15]。因此，浮游植物群落結構變化可以作為判斷水體健康與否的關鍵指標之一，同時也是水體健康保護的生物學評價指標[12]。

蛟塘湖位于江蘇省丹陽市境內，是丹陽市唯一列入省級名冊的湖泊，蛟塘湖處于香草河流域，屬太湖湖西水系，其周長為3.5km，面積達22.5萬m2，蓄水量達100萬m3，是當地農田灌溉、生活用水等重要水源。作為丹陽市的重要湖泊，其水質狀況受到特別關注，近年來，當地政府在湖水凈化、污染物進入等方面采取多種措施，以防止水體富營養的發生。但對于蛟塘湖浮游植物群落結構以及與環境因子之間的關系研究相對較欠缺，而浮游植物群落結構特征是掌握蛟塘湖生態系統功能的基礎。為更好地掌握蛟塘湖浮游植物群落結構特征及時空分布，本研究對蛟塘湖2020年度浮游植物群落組成、環境因子含量及其相互關系進行調查和研究，對水體營養狀態進行評估，以期對蛟塘湖水域生態環境檢測提供重要的理論支持。

1 材料與方法

1.1 采樣區域與時間

圖1 鎮江市蛟塘湖采樣點位置

1.2 樣品采集與分析

(1)浮游植物樣品采集：用采水器于水下0.5m處采集1000mL水樣，放置在1000mL塑料瓶中，并加入1.5%魯哥試劑進行固定；帶回實驗室靜置24h后，取0.1mL樣品在電子顯微鏡下進行計數和鑒定[4]。

(2)總磷測定：按照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》規定的方法進行測定；

(3)總氮測定：按照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》規定的方法進行測定；

(4)透明度測定：按照SL 87—1994《透明度的測定 透明度計法、圓盤法》規定的方法進行測定；

(5)高錳酸鹽指數測定(CODMn)：按照GB/T 11892—1989《水質 高錳酸鹽指數的測定 酸性高錳酸鉀法》規定的方法進行測定。

1.3 營養狀態指數

依據《湖泊(水庫)富營養化評價方法及分級技術規定》，利用葉綠色a、總磷、總氮、透明度、高錳酸鹽指數計算得出。

1.4 多樣性指數計算[9]

(1)Shannon-wiener指數(H指數)計算公式：

(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。

綠色礦山建設是礦業綠色發展的核心工作，也是轉變礦業的發展模式、重塑礦業形象的唯一通道。杭州市綠色礦山建設起步于2006年，經歷了試點創建、應建必建和全面建設三個階段。十多年的探索發展，無論是綠色礦山建成數量，還是綠色礦山建設整體氛圍都取得了較好成效，涌現了像建德海螺、富陽宏升等一批具有國內一流開采水平的現代化綠色礦山企業。但對照自然資源部最新綠色礦山建設行業標準，杭州市綠色礦山建設工作中還有不少企業存在著建設標準低、建設質量低、建設要求低的情況，要實現到2020年基本形成綠色礦山格局，仍然是任重而道遠。

(2)Pielou均勻度指數(J指數)計算：

J=H/log2S

(2)

式中，H—Shannon-wiener指數，S—藻類種類。

1.5 數據分析

采用SPSS20.0進行數據差異性分析和Pearson相關性分析，采用Excel 2007軟件進行作圖。

2 結果與分析

2.1 浮游植物組成

不同采樣時間段水體浮游植物密度見表1。由表1可知，蛟塘湖浮游植物總密度為108.5×104～149.5×104L-1，且冬春季節浮游植物密度明顯低于夏秋季節。通過鑒定，共發現7門40屬68種浮游植物，其中，綠藻門的密度最高，金藻門浮游植物在夏季和冬季沒有檢測出，甲藻門浮游植物只有在秋季時檢出。藍藻門浮游植物密度在夏季時達到最高值41.1×104L-1，春季和冬季則較低。

表1 不同時間段浮游植物密度 單位：×104 L-1

2.2 浮游植物優勢度

不同采樣時間浮游植物不同門類的優勢度如圖2所示。由圖2可知，春季綠藻門浮游植物的優勢度最高，達到53.3%，隱藻門和硅藻門浮游植物優勢度次之，分別為17.8%和17.1%；夏季同樣以綠藻門浮游植物優勢度最高，達49.6%，藍藻門浮游植物次之，為27.5%；秋季綠藻門浮游植物優勢度達46.2%，硅藻門和隱藻門優勢度次之，分別為23.1%和15.4%；冬季以綠藻門優勢度最高，優勢度為44.4%，其次為硅藻門，其優勢度為28.6%。

圖2 不同采樣時間不同門類浮游植物優勢度

2.3 生物多樣性指數

不同浮游植物群落結構多樣性指數分析如圖3所示。由圖3可知，隨著時間的延續，浮游植物群落結構H指數呈現先增加后降低的趨勢，2月份浮游植物群落結構H指數最低，為3.89，而9月份H指數最高，達4.70；J指數隨時間變化趨勢與H指數類似，均勻度最高值出現在9月份和11月份，均達到1.0，最低值出現在2月份，為0.84。

圖3 浮游植物群落結構多樣性指數

2.4 水體環境因子含量

不同時間段環境因子含量變化情況見表2。由表2可知，水體pH值全年變化不大，為8.1左右；溶解氧含量在2月份是達到最高值，且隨著時間的變化，水體溶解氧含量變化較大；水體高錳酸鉀指數隨時間的延長，呈現出逐漸升高的趨勢，11月份高錳酸鉀指數達到7.5mg/L；總磷含量隨時間的推移呈現出逐漸增加的趨勢，11月份達到最高至，其含量為0.158mg/L；總氮含量則呈現逐漸降低的趨勢。

表2 不同時間段環境因子含量

2.5 營養狀態指數

不同時間段水體營養狀態指數變化情況如圖4所示。由圖4可知，9月份，水體營養狀態指數最高，2月份次之，6月份最低。但蛟塘湖全年營養狀態指數均高于50，根據《湖泊(水庫)營養狀態評價標準及分級方法》規定，表明蛟塘湖已處于輕度富營養化狀態。

圖4 不同時間段水體營養狀態指數

2.6 浮游植物與環境因子相關性分析

不同門類浮游植物與環境因子相關性分析見表3。由表3可知，藍藻門浮游植物密度與水體pH值呈現顯著負相關關系(p<0.05)，與溶解氧含量呈負相關關系，但沒有達到顯著性差異。綠藻門浮游植物與水體總氮含量呈現顯著負相關關系(p<0.05)。

表3 不同門類浮游植物與環境因子相關性分析

3 討論

研究表明，不同湖泊生態系統因水體類型和時空差異而產生不同的浮游植物群落特征[8]。本次調查中，蛟塘湖浮游植物以綠藻門和硅藻門為主，其優勢度超過總浮游植物的58.8%，并且隨著時間的推移，各門類浮游植物密度和優勢度均呈現較大的差異。劉曉曦等人在對撫仙湖調查時也發現，其浮游植物群落結構隨時間的變化成相差較大[6]。朱明明等人的研究表明，冬季以硅藻門和綠藻門為優勢種群，而夏季藍藻門則占絕對優勢[16]。

浮游植物對水質環境的變化較為敏感，這也導致其群落結構呈現一定的時空特征，根據群落結構多樣性可以判斷水質營養狀態的評價。本研究對水體浮游植物的Shannon-Wiener多樣性指數和Pielou均勻度指數進行計算，結果表明秋季浮游植物多樣性指數最高，且均勻度也達到最高水平，說明9月是浮游植物活性最強的時段。這主要是因為，除季節的影響外，水體溫度也是影響浮游植物群落特征的重要因素[3]。2月、6月和11月水體溫度低于9月，因此，9月時較耐高溫性的浮游植物會迅速繁殖，數量急劇增多。

浮游植物群落結構變化受到水體環境因子的影響較大。其中，有研究表明，浮游植物空間結構與水體溶解氧、pH值、總氮、總磷等含量密切相關[10]。在本研究中，通過浮游植物與環境因子相關性分析可以得出，浮游植物群落結構與水體pH值呈顯著負相關關系，而與總氮含量呈現顯著正相關關系。俞焰等人在對千島湖浮游植物群落研究中，也得到了類似的結果，即浮游植物群落結構與水體pH值呈現顯著負相關關系[13]。另外，在水體一定的氮磷比值內，水體浮游植物群落數量也會隨著總氮、總磷的含量增加而增加，表現出浮游植物的增長速度與總氮含量呈現顯著正相關關系[7]。

綜上所述，蛟塘湖水質整體處于輕度富營養化狀態，作為當地灌溉和飲用的重要水源，當地管理部門應加大對湖水污染物排放控制力度，調整生態系統結構，抑制浮游植物生長，改善水質。

4 結論

蛟塘湖水域共采集到7門40屬68種浮游植物，主要由綠藻門、硅藻門和隱藻門組成。浮游植物優勢度和群落結構呈現明顯的時空差異，整體表現為夏秋季高于春冬季節；群落結構多樣性這均勻度指數在9月份時達到最高；pH值和總氮含量是影響蛟塘湖浮游植物群落結構變化的主要因素。