二圣水庫浮游生物群落變化及與環境因子的關系

戴國佳，徐祥榮，張 振，姚家驍

（1.江蘇省句容市水利局，江蘇 句容 212499；2.句容市赤山湖水利樞紐管理處，江蘇 句容 212434；3.江蘇省水文水資源勘測局鎮江分局，江蘇 鎮江 212001）

浮游生物是淡水生態系統中重要的生物體，對環境因子的變化有較高的響應度，一般分為浮游植物和浮游動物[1]。浮游植物是水生態系統中具有葉綠素、無根莖組織分化的可以進行自營養生活的一類低等植物，是水生態系統中物質轉換、運移的重要參與者和光合作用的主要進行者[2-3]。水生態環境的變化對浮游植物群落結構和生態系統服務功能起到重要的調控作用，浮游植物群落結構變化可以作為評價水生態環境、水體營養化、養分含量變化等指標變化的重要參考值[4-5]。因此，浮游植物被廣泛應用于河流、湖泊、水庫環境變化的水質指標。浮游動物是水生態系統中的初級消費者和食物鏈的關鍵參與者，對水生態系統的物質交換、能量轉換及信息傳遞等方面發揮著重要的作用。浮游動物的群落結構變化與環境因子的變化具有顯著的關聯性，因此，浮游動物的群落組成常被用作水環境變化的直接體現[6]。

二圣水庫位于江蘇省句容市東南丘陵區，秦淮南源支流北高河上游，屬丘陵水庫，水庫集水面積103.5 km2，為中型水庫。二圣水庫承擔著句容市飲用水源、旅游休閑、生態改善和濕地保護等功能，對句容市有著非常重要的意義，因此應全面做好二圣水庫水體健康狀況的監測和分析。本文通過對2020年四個季度的監測數據進行分析，評估二圣水庫的水質健康狀況和富營養化情況。

1 研究地區與研究方法

1.1 研究區域概況

二圣水庫位于江蘇省句容市東南丘陵區，秦淮河支流的北河上游，為當地著名的中型水庫之一，見圖1，分別于2020年2 月、6 月、9 月和11 月進行取樣測定。按照《水環境監測規范》（SL 219-2018）要求，采集水面下0.5 m 處水樣，現場測定水樣的溫度、溶解氧含量和pH 值。采集的水樣，分為兩份，一份用1.5%的擼哥試劑進行固定，另一份不添加擼哥試劑，兩份水樣均放置在4℃冰盒中保存，送至實驗室后進行分析測定。

圖1 二圣水庫采樣點位置

1.2 測定指標及方法

1.2.1 基本理化性狀

（1）葉綠素含量：參照《葉綠素的測定分光光度法》（SL88-2012）所述方法；

（2）總氮含量：參照ISO29441-2010 所述方法；

（3）總磷含量：參照ISO15681-2003 所述方法；

（4）透明度：參照《透明度的測定透明度計法、圓盤法》（SL 87-1994）所述方法；

（5）高錳酸鹽指數（CODMn）：參照《水質高錳酸鹽指數的測定酸性高錳酸鉀法》（GB/T 11892-1989）所述方法。

1.2.2 浮游生物測定

將添加擼哥試劑的水樣標記為N1，另一份水樣標記為N2，用移液槍吸取0.1 mL 水樣放在計數框內（20 mm×20 mm），蓋上蓋玻片，在顯微鏡下進行浮游植物和浮游動物種類鑒定和數量測定。

1.3 水體營養化指數計算

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[7]。

1.4 多樣性指數計算

Shannon-wiener 指數和均勻度指數均是表征生物多樣性的指數。

（1）Shannon-wiener 指數H′計算公式：

式中：S 為藻類種類；Pi 為第i 種藻類占整個藻類個體數的比例。

（2）均勻度指數J 計算公式：

式中：H′為Shannon-wiener 指數；S 為藻類種類。

1.5 數據分析與作圖

采用SPSS20.0 進行數據分析，采用Excel2007 進行作圖。

2 結果與分析

2.1 浮游植物群落組成

由表可知，二圣水庫全年浮游植物總數量為51.50×104～72.50×104個/L，在2 月份時，總密度最小，而9 月份時，其數量達到最大值。經過3 次采樣測定，共鑒定出浮游植物6 門33 屬50 種，從優勢度數據可以看出，二圣水庫浮游植物以綠藻門、硅藻門和隱藻門為主，綠藻門和硅藻門浮游植物隨著時間的推移，其優勢度呈現不斷增加的趨勢；而隱藻門浮游植物隨著時間的推移，其優勢度呈現下降的趨勢，在2 月份時優勢度最大。藍藻門、金藻門和甲藻門浮游植物群落優勢度相對較低，占總浮游植物群落的12%左右。

2.2 浮游動物群落組成

表2 所示為不同監測時間水體浮游動物群落變化情況。由表可知，二圣水庫浮游動物以原生動物為主，其數量達到11000ind/L～18000ind/L，其中6 月份時，原生動物數量達到最大值，11 月份時數量最低；其次是輪蟲數量，枝角類、橈足類和無節幼體數量相對較低。

表2 不同監測時間水體浮游動物群落變化情況

表1 所示為不同監測時間水體浮游植物群落結構變化情況。

表1 不同監測時間水體浮游植物群落變化情況

2.3 浮游生物多樣性指數

圖2 所示為不同采樣時間浮游生物Shannon-wiener 指數和Pielou 指數變化情況。2020年2 月、6 月、9 月和11 月浮游生物的Shannon-wiener 指數分別為3.63、3.86、3.95 和3.9；而浮游生物的Pielou 均勻度指數分比為0.87、0.93、0.93 和0.9，以上數據表明，浮游生物在9 月份時群落結構數量最為豐富。

圖2 不同采樣時間浮游生物多樣性指數

2.4 水體養分含量變化情況

表3 所示為不同監測時間水體養分含量。由表可知，二圣水庫pH 介于8.10～8.50；溶解氧含量為7.10 mg/L～11.40 mg/L，且在2 月份時達到最大值；總氮含量為0.50 mg/L～0.63 mg/L，在6 月份時含量最低；水體透明度為0.58 m。

表3 不同監測時間水體養分含量

2.5 水體營養狀態指數

圖3 所示為不同監測時間水體營養狀態指數。由圖可知，2020年二圣水庫水體營養狀態指數為50.4～51.0，其中，6月份數值最大。根據《湖泊（水庫）營養狀態評價標準及分級方法》，可以得知，二圣水庫水體在2020年2 月～11 月期間，均屬于輕度富營養化狀態。

圖3 2020年二圣水庫營養狀態指數

2.6 相關性分析

表4 所示為浮游生物與各環境因子之間的相關性分析。由表可知，綠藻門浮游植物數量與硅藻門數量呈現極顯著正相關關系，與輪蟲數量呈現顯著正相關關系；隱藻門浮游植物數量與水體pH 值呈現極顯著正相關關系；甲藻門浮游植物數量與原生動物數量呈現顯著正相關關系。

表4 相關性分析

3 討論

有研究表明，水體生態系統浮游生物數量與密度隨時空變化而呈現明顯的變化趨勢[8]。劉煒等人對低鹽潟湖浮游植物監測分析得知，浮游植物在秋冬交替期群落結構呈現不同趨勢，且以硅藻門、綠藻門和藍藻門浮游植物為優勢種群[9]。在本研究中，各浮游植物隨時間的推移呈現明顯的季節性變化，其中，綠藻門呈現逐漸增加的趨勢，而隱藻門呈現不斷下降的趨勢，硅藻門呈現先增加后降低的趨勢。另外，本文中，二圣水庫浮游動物以原生動物占絕對優勢，其次是輪蟲，而大型浮游動物數量較少，李小艷等人對邛海浮游動物群落組成調研中也發現了類似的現象，表明二圣水庫中下級營養級捕食壓力較大，而原生動物和輪蟲的被捕食壓力較小[10]。

根據計算得出的水體營養化指數可以得知，二圣水庫全年營養指數均超過50，表明該水體已經呈現輕度的富營養狀態，且該水體總氮、高錳酸鹽指數等指標含量相對較高，應進一步加大管控。

4 結論

二圣水庫浮游植物以綠藻門、硅藻門和隱藻門浮游植物為主，浮游動物以原生動物和輪蟲為主；浮游生物Shannon-Wiener 多樣性指數和Pielou 均勻度指數分別為3.63～3.95 和0.87～0.93；相關性分析表明，pH 值與浮游植物群落結構相關性較大；營養狀態指數表明，該水庫已處于輕度富營養化狀態，應早日采取相關措施，以防富營養化狀況加重。