濟南市玫瑰湖浮游植物群落結構調查及水質初步評價

黃雪梅， 郭 偉， 劉志凱， 陳俊玲， 白海鋒＊

（1.濟南市水文中心， 濟南 250013； 2.山東省水文中心， 濟南 250000；3.大連海洋大學水產與生命學院， 遼寧大連 116023 ）

浮游植物是水生態系統的初級生產者，是營養轉化、能量流動和信息傳遞等生態過程中重要的環節，其種類和數量的變動會影響水體中其它水生生物的群落結構，其具有種類多、世代時間短、對環境敏感和方便采集等特點，常被選作指示河流水環境質量特征的生物類群[1]。濟南市位于華北平原中部，是北方典型的特大型城市，其流域面積8177 km2，地勢南高北低，西高東低，海拔高程為20～988 m。受地勢影響，濟南河流多呈單側樹枝狀，自北向南依次分布著徒駭河、黃河、小清河三條河流。獨特的地理地勢與地質環境形成了境內豐富的泉水資源，河流與泉水共同構成了濟南市生態水網。然而，近年來隨著城市現代化的推進，濟南市逐步成為了因人類活動的劇烈擾動使原有的優質水生態系統遭受破壞的城市。因此，開展濟南市水生態環境質量監測與評價具有重大意義，也是濟南市生態文明建設亟待開展的工作。基于此2020年對濟南市典型湖庫進行浮游植物多樣性調查及水生態環境質量評價，以期為濟南地區生態環境保護及水生態健康評價提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 調查區域及采樣點設置

玫瑰湖濕地位于濟南市平陰縣境內，所在區域包括了4大濕地類型：湖泊濕地、河流濕地、沼澤濕地及人工濕地。濕地總面積453 hm2，其中玫瑰湖水域面積400 hm2。湖泊所處位置屬暖溫帶半濕潤大陸季風氣候，冬季寒冷干燥，夏季降水頻繁。年平均氣溫13.6℃，年平均降水量631 mm。根據玫瑰湖的氣候、水文及地勢地貌特征，于2020年9～10月在玫瑰湖設置6個調查點（M1～M6)，其中調查點M1位于出水口，調查點M2位于進水口、調查點M3、M4位于湖中央敞水區、調查點M5、M6位于湖汊區（見圖1）。

圖1 調查點位示意圖

1.2 浮游植物采集與種類鑒定

依據《內陸水域漁業自然資源調查手冊》及《水生生物學》進行浮游植物樣品定性采集，樣品鑒定分析參照文獻[2-3]。浮游植物定性用浮游生物網（55 μm網目）采集，在水面下0.5 m處呈“∞”型拖拽；定量樣品用5 L有機玻璃采水器在水面下0.5 m處采集水樣1 L，定性、定量樣品現場加入1.5%魯哥試劑固定，將收集到的樣品帶回實驗室靜置沉淀24 h后濃縮至30 mL待檢。在400倍生物顯微鏡下進行種類鑒定分類與計數。

1.3 數據處理與分析

采用Shannon- Weiner多樣性指數（H′）、Pielou均勻度指數（J）和優勢度（Y）對浮游植物物種進行分析。計算公式分別為：

式中，Pi為第i種的個體數與總個體數的比值；ni為第i種個體數；N為所有種個體數；S為樣品中總種類數；fi為第i種生物在采樣點出現的頻率。

浮游植物多樣性指數水質評價標準如表1所示。

表1 多樣性水質評價標準

2 調查結果

2.1 浮游植物種類組成

調查共發現浮游植物6門47種，其中綠藻門18種，占總種類數的38.30%；硅藻門15種，占總種類數的31.91%；藍藻門6種，占總種類數的12.77%；隱藻門3種，占總種類數的6.38%；裸藻門3種，占總種類數的6.38%；甲藻門2種，占總種類數的4.26%（圖2）。浮游植物種類組成在區域空間上變化如圖3所示，調查點位M4種類數最多，有24種，其次是調查點位M1，有21種，調查點位M3，有17種，調查點位M6，有16種，調查點位M5，有15種，調查點位M2種類數最少，有7種。6個調查點位浮游植物種類組成均以綠藻和硅藻占主導，綠藻占比分別為38.10%（M1）、57.14%（M2）、35.29% （M3）、33.33% （M4）、28.57% （M5）、50.00%（M6）。

圖2 浮游植物種類組成

圖3 浮游植物空間分布

2.2 浮游植物優勢種

濟南市玫瑰湖浮游植物優勢種以綠藻門和藍藻門種類為主，其中綠藻門優勢種3種，分別為四尾柵藻、雙對柵藻、四角十字藻；藍藻門優勢種3種，分別為小席藻、細小平裂藻、湖泊鞘絲藻。浮游植物優勢度最高的是雙對柵藻，6個調查點位均有出現，優勢度為0.151；其次是細小平裂藻，優勢度為0.124；優勢度隨后是小席藻、湖泊鞘絲藻、四尾柵藻，優勢度分別為0.061、0.049、0.038，優勢度最小的是四角十字藻，優勢度為0.029。

2.3 浮游植物密度和生物量

玫瑰湖浮游植物密度和生物量百分組成如圖4、圖5所示。浮游植物密度平均值為402.72×104cell/L，變化范圍為104.49～793.47×104cell/L，其中藍藻門密度占比最高，占浮游植物總密度的46.62%，其次是綠藻門，占比為35.68%，硅藻門占比第三，隱藻門占比第四，占比分別為12.16%、3.92%，裸藻門和甲藻門占比較小，合計占比為1.62%。調查點位M1的浮游植物密度為506.12×104cell/L，藍藻門密度占比最高，占M1浮游植物密度的45.81%；調查點位M2的浮游植物密度為104.49×104cell/L，綠藻門密度占比最高，占M2浮游植物密度的84.37%；調查點位M3的浮游植物密度為793.47×104cell/L，藍藻門密度占比最高，占M3浮游植物密度的68.31%；調查點位M4的浮游植物密度為447.35×104cell/L，藍藻門密度占比最高，占M4浮游植物密度的50.37%；調查點位M5的浮游植物密度為297.14×104cell/L，藍藻門密度占比最高，占M5浮游植物密度的36.26%；調查點位M6的浮游植物密度為267.76×104cell/L，綠藻門密度占比最高，占M6浮游植物密度的63.41%。

圖4 浮游植物生物量百分組成

圖5 浮游植物密度百分組成

浮游植物生物量平均值為9.84 mg/L，變化范圍為0.40 ～39.10 mg/L，其中隱藻門占比最大，為46.82%，其次是藍藻門，占比為34.25%，硅藻門占比第三，甲藻門占比第四，占比分別為11.52%、2.99%，裸藻門和綠藻門占比較小，合計占比為4.42%。調查點位M1的浮游植物生物量為2.15 mg/L，硅藻門生物量占比最高，占M1浮游植物生物量的59.94%；調查點位M2的浮游植物生物量為0.41 mg/L，裸藻門生物量占比最高，占M2浮游植物生物量的64.93%；調查點位M3的浮游植物生物量為2.92 mg/L，硅藻門生物量占比最高，占M3浮游植物生物量的45.89%；調查點位M4的浮游植物生物量為39.10 mg/L，藍藻門生物量占比最高，占M4浮游植物生物量的50.43%；調查點位M5的浮游植物生物量為12.30 mg/L，隱藻門生物量占比最高，占M5浮游植物生物量的86.02%；調查點位M6的浮游植物生物量為2.17 mg/L，硅藻門生物量占比最高，占M6浮游植物生物量的47.00%。

2.4 浮游植物多樣性指數

玫瑰湖浮游植物Shannon-Weiner多樣性指數（H′）、Pielou均勻度指數（J）空間變化見圖6。多樣性指數平均值為3.085，變化范圍為2.039～3.581；均勻度指數平均值為0.780，變化范圍為0.667～0.882。其中多樣性指數最大值出現在調查點位M1，最小值出現在調查點位M2；均勻度指數最大值出現在調查點位M6，最小值出現在調查點位M2。根據浮游植物多樣性指數水質評價標準，對玫瑰湖水質進行綜合評價，評價結果顯示玫瑰湖水質為輕污染-清潔。

圖6 浮游植物多樣性指數空間分布

3 分析與討論

3.1 浮游植物群落結構

調查發現濟南玫瑰湖水體中浮游植物物種組成以綠藻和硅藻占主導，水體呈現出綠-硅藻型，這與國內已報道的相關湖泊的水體研究結果相似[4-5]。由于綠藻和硅藻具有快速適應水環境變化等特點，使其能迅速在水體中占據優勢。浮游植物群落結構趨于小型化的特征，很大程度上與湖區周邊城鎮發展及農業開發密切相關。此外，浮游植物生活史過程與湖泊的自然水文密切相關，部分種類對于湖泊污染、溫度變化、人為擾動等都極為敏感，其群落結構、生物多樣性等極易受到環境變化的影響，呈現出較強的空間異質性。本次調查發現玫瑰湖浮游植物種類相比白云湖多6種，比大明湖和朱各務水庫分別少64種和9種，生物密度相比白云湖低72.36%，相比雪野湖高44.35%[6]，種類數和密度低于同一區域的小清河30.90%和73.02%[7]，與同一區域濟西濕地水體相比種類數高59.57%，密度低75.71%[8]。此次調查發現，玫瑰湖區中央敞水區的M3和M4調查點的浮游植物現存量較其他調查點存在顯著差異，說明人為活動的干擾對浮游植物的生長繁殖存在較大影響。浮游植物優勢種調查顯示，玫瑰湖浮游植物主要以綠藻和藍藻為優勢種，優勢種有6種，優勢度變化范圍在0.029～0.151之間，表明其群落結構相對比較穩定，有一定的緩沖能力，能對水環境變化快速響應，形成新的穩定的浮游植物群落結構。水體相對靜止的湖庫可為浮游植物的生長提供一個相對穩定的生存環境，相比河流具有較復雜的生物群落結構和穩定性。因此，在湖泊水生態系統的研究中，常常將浮游植物作為重要的指示物種和健康評價體系指標廣泛應用。

3.2 浮游植物多樣性及水質評價

研究表明，生物多樣性指數是表示生物群落內種類多樣性的程度的量綱數值，通過結合生物種類、數量等參數比較客觀地反映生境對生物產生的綜合累積效應，多樣性指數在一定程度上可以反映水質好壞狀況，數值越大，表明浮游植物群落結構越穩定，水質相對較好，反之則相對較差。本次調查發現，玫瑰湖生物多樣性指數和均勻度指數均相對較高，多樣性指數變化范圍在2.04～3.58之間，與2019年的調查結果相比多樣性指數值增加了114.38%，與濟西濕地調查結果相比多樣性指數高36.12%[6,8]，與徒駭河和小清河相比較，多樣性指數分別高7.60%、12.59%[9-10]。多樣性指數的差異與湖區生境密不可分，生境發生變化，生物群落多樣性在空間上會隨之作出響應，以便較快適應新的生境。根據生物多樣性水質評價標準，Shannon-Weiner多樣性指數的評價顯示玫瑰湖水質狀況為輕污染-清潔，水環境質量優于白云湖（β -中污染）、小清河（α -中污染）和濟西濕地（β -中污染）[6]。與以往調查結果相比，玫瑰湖的浮游生物水質評價結果變化較大，水質從2019的β -中污染提高到2020年的輕污染，表明湖區環境治理和生態保護對生物多樣性的提高及水環境的改善具有重要意義。因此，建立健全湖庫流域綜合治理長效機制，開展湖區分級保護區劃定工作，在保護區禁止一切不利于保護生態系統水源涵養功能的經濟社會活動和生產方式能很好的保護水生態環境。同時，在湖區淺水區通過種植水生植物，增強水體的生態調節能力。通過合理增殖放流濾食性魚類，充分利用水體，以魚養水，為區域生態保護和高質量發展提供有力支撐。