2014年于橋水庫浮游植物群落與環境因子的關系

劉憲斌，聶 瑜，趙興貴，劉 青

天津科技大學，天津市海洋資源與化學重點實驗室，天津 300457

2014年于橋水庫浮游植物群落與環境因子的關系

劉憲斌，聶 瑜，趙興貴，劉 青

天津科技大學，天津市海洋資源與化學重點實驗室，天津 300457

為研究于橋水庫浮游植物群落結構及其與環境因子的關系，于2014年春夏季進行采樣分析。兩季共鑒定出浮游植物6門99種，其中綠藻門(Chlorophyta)62種，硅藻門(Diatoms)21種，藍藻門(Cyanophyta) 7種，裸藻門(Euglenophyta)4種，甲藻門(Pyrrophyta)2種，隱藻門(Cryptophyta)2種。春季浮游植物6門86種，第一優勢種為綠藻門的四尾柵藻(Scenedesmusquadricauda)；夏季浮游植物5門62種，第一優勢種為藍藻門的銅綠微囊藻(Microcystisaeruginosa)。春季浮游植物密度低于夏季，于橋水庫浮游植物群落結構具有明顯的季節變化規律。RDA分析結果表明，春季采樣點的相似性高于夏季，透明度、水溫、溶解氧和營養鹽是影響于橋水庫浮游植物群落組成的關鍵環境因子。

于橋水庫；浮游植物；環境因子；RDA

浮游植物是水體環境中的主要初級生產者，同時是水生食物鏈的基礎。因此，浮游植物是健康水生生態系統必不可少的環節，由于其對外界環境變化敏感，常作為生物指標反映水體水質[1-2]，監測早期水體污染及富營養化程度[3]。浮游植物的生長受水體環境中各種因素的限制，如水溫、光照條件、營養濃度、捕食者浮游動物和魚類等，這些因素的變化在一定程度上影響浮游植物的群落結構[4]。

于橋水庫位于天津市薊縣城東，是一座集水源地、防洪、旅游于一體的多功能水庫，對天津市的經濟和社會發展起到至關重要的作用。近年來，于橋水庫區域經濟發展飛速，該水域農業、畜牧業以及養殖業的發展導致大量的化肥、農藥等流入水體，嚴重影響了水體水質，威脅到生物體的健康安全，并在于橋水庫周邊形成污染帶。氮、磷是維持浮游植物生長和繁殖的主要營養鹽，但水體接納過量的氮、磷等營養物質會導致藻類等浮游生物過度繁殖，會造成水質惡化、水體透明度和溶解氧下降，從而造成水體富營養化。于橋水庫作為天津市工農業和生活用水的主要來源，也面臨著這一水質問題[5-6]。

浮游植物的季節和空間分布及其與環境因子的關系可以為水質評價和污染控制提供科學依據，用于評價浮游植物群落的分析方法主要有聚類分析[7]、典型對應分析(CCA)[8-9]、冗余分析(RDA)[10-11]等，通常用RDA分析影響浮游植物群落結構的主要環境因子。然而，有關于橋水庫不同季節浮游植物群落結構及其與環境因子間相互影響的研究報道相對較少。因此，本文在對于橋水庫春夏季浮游植物群落特征及水質因子監測的基礎上，運用RDA分析不同季節于橋水庫浮游植物群落結構與環境因子間的相互作用關系，以期為于橋水庫綜合治理提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 采樣點的布設

根據于橋水庫(117°24′00″E～117°44′00″E，40°00′33″N～40°05′24″N)地理特點和功能區劃分，布設9個監測點位，其中8#站位為三岔口，它是入庫河流淋河和果河的匯合處(圖1)， 也是于橋水庫的入水口；1#站位大壩下是于橋水庫的出水口。于2014年春夏季進行浮游植物和水質樣品的采集。

圖1 采樣點的分布示意圖

1.2 采樣方法和樣品處理方法

浮游植物的具體采集方法參照《湖泊富營養化調查規范》[12]。浮游植物樣品采集濃縮后在顯微鏡下進行浮游植物種類鑒定和計數，浮游植物種類鑒定參照《中國淡水藻類：系統、分類及生態》[13]。

水質因子的檢測內容有：水溫(WT)、溶解氧(DO)、透明度(SD)、高錳酸鉀指數CODMn、總磷(TP)、可溶性磷酸鹽(PO4-P)、總氮(TN)、硝酸鹽氮(NO3-N)、亞硝酸鹽氮(NO2-N)、氨氮(NH4-N)和葉綠素a。具體測試步驟參照《水和廢水監測分析方法》(第四版)[14]。

1.3 數據處理與分析方法

多樣性指數計算采用 Primer 6.0 軟件完成，RDA分析采用CANOCO for Windows 4.5完成，站位分布圖采用 Google earth、 Mapinfo 等軟件聯合完成。

2 結果與討論

2.1 浮游植物變化

兩季共鑒定出浮游植物6門99種，其中綠藻門(Chlorophyta)62種，占藻類總數的62.63%；硅藻門(Diatoms)21種，占藻類總數的21.21%；藍藻門(Cyanophyta) 7種，裸藻門(Euglenophyta)4種，甲藻門(Pyrrophyta)2種，隱藻門(Cryptophyta)2種。春季共發現浮游植物6門86種，夏季發現5門62種。浮游植物種類春季多于夏季，以綠藻-硅藻為主。夏季浮游植物種類數量減少是由于夏季藍藻大量繁殖成為絕對優勢種，制約了其他藻類的增長。

春季浮游植物密度(0.28×107個/L)低于夏季(1.42×107個/L)，約為夏季浮游植物細胞數量的五分之一，說明于橋水庫浮游植物群落結構具有明顯的季節變化規律，表現為春季浮游植物密度低，夏季急劇增長，引起這一現象的原因是夏季溫度升高，水體環境適合浮游植物增長，促進了浮游植物密度的增加[15]。春季浮游植物細胞密度以硅藻和綠藻為主(表1)，分別占總細胞密度的13.90%、74.14%；夏季浮游植物細胞密度以藍藻和綠藻為主，分別占總細胞密度的73.53%、14.44%，出現這種變化是因為夏季水溫最高，非常適合喜溫性藍藻和綠藻的生長繁殖[16]。

表1 于橋水庫浮游植物細胞密度組成變化

春季浮游植物優勢種屬于硅藻門、綠藻門、隱藻門(表2)，第一優勢種為綠藻門的四尾柵藻(Scenedesmusquadricauda)；夏季第一優勢種為藍藻門的銅綠微囊藻(Microcystisaeruginosa)。通常，優勢種與水體營養狀態的對應關系為硅藻與綠藻代表水體呈中富營養狀態，而藍藻和綠藻表明水體為富營養型[17]，進一步的研究發現，藍藻屬于耐污性較強的種類，它的優勢度越高說明富營養化程度越嚴重[18-20]。此次調查發現，春夏季于橋水庫呈富營養化狀態。

表2 于橋水庫浮游植物優勢種及優勢度變化

注：“—”表示不是優勢種。

SOMMER U等[21]通過對大量浮游生物和理化因子的分析，提出了著名的浮游植物生態(PEG)模型。PEG模型中浮游植物生長的規律：由冬春季的隱藻和硅藻轉變為夏季的綠藻，到夏末秋初藍藻成為優勢種；隨著秋季的到來，硅藻的重要性再次提升。于橋水庫春夏季浮游植物變化與PEG模型基本一致，但由于夏季藍藻密度較大，水體富營養程度較高。

2.2 環境因子變化

于橋水庫2014年春夏季浮游植物環境參數變化，如表3所示。對入庫河流淋河、果河進行監測，依據《地表水環境質量標準》(GB 3838—2002)[22]，2014年春夏季兩條河流均為III類水質[23-24]。于橋水庫溶解氧、高錳酸鉀指數均符合II類水質要求，與于橋水庫相比，入河河流的溶解氧、高錳酸鉀指數明顯較低，表明入河河流比于橋水庫受污染程度嚴重。于橋水庫環境因子存在明顯的季節變化。春季于橋水庫水溫明顯低于夏季，透明度和溶解氧含量一直均高于夏季，這主要是因為水溫是藻類生長的主要驅動力，夏季隨著水溫的增高，于橋水庫浮游植物的大量生長，豐度到達高值，影響了水體的透光程度，溶解氧消耗量增大，葉綠素濃度增大。營養物質作為浮游植物生長的必要因素，其濃度表現為春季高于夏季，這可能是由于夏季浮游植物爆發消耗了大量的營養鹽。許多研究者均發現，N/P是浮游植物生長的控制因子， 美國學者Redfield認為該比值為16∶1，如果氮磷比超過16∶1，磷被認為是限制性因素；反之，當氮磷比小于10∶1時，氮通常被認為是限制性因素；而當氮磷比在10～20時，限制性因素則變的不確定[25]。研究結果表明，2014年春夏季于橋水庫N/P遠超過16∶1，說明于橋水庫是磷控制型水庫，這與田志強等[26]的研究結果一致。

表3 于橋水庫浮游植物環境參數變化

2.3 RDA分析

對2014年春夏季浮游植物優勢種和環境變量進行RDA分析，如圖2所示。結果顯示，春季采樣點的相似性高于夏季。第一軸、第二軸的特征值分別為0.558、0.157，解釋了71.5%的物種變化信息。第一軸、第二軸的物種-環境因子相關性為0.991、0.981。這些結果表明，排序軸和環境因子存在良好的相關性，結果可信度高。

圖2 于橋水庫浮游植物和環境因子的RDA分析(箭頭表示環境變量，三角形表示物種，圓圈表示采樣點，1～9為春季采樣點，10～18為夏季采樣點)

RDA分析表明，第一軸與WT(r=0.612 8)呈現正相關，與TN(r=-0.924 4)、DO(r=-0.835)、SD(r=-0.646)呈負相關，而第二軸與PO4-P(r=0.678 3)呈負相關。相關性表明，在某種程度上第一軸代表了于橋水庫WT、DO、SD和氮元素的水平，而第二軸代表了PO4-P的水平。春季于橋水庫的浮游植物多為硅藻和綠藻，較高的氮濃度、溶解氧和低溫有利于這類浮游植物的生長。分析表明，SD、WT、DO和氮濃度是影響于橋水庫春季浮游植物群落組成的主要因素。夏季，隨著溫度升高，藍藻大量繁殖，對氮磷的需求量增大，表現為較低的氮、磷濃度以及較高的葉綠素濃度。夏季，磷、水溫是控制于橋水庫浮游植物群落組成的關鍵環境因子。在目前于橋水庫的富營養化狀況下，需要調控主要水質因子，控制浮游植物的群落結構以防止水華的大規模爆發，保證水質安全。

3 結論

1)兩季共鑒定出浮游植物6門99種。其中，綠藻門(Chlorophyta)62種，硅藻門(Diatoms)21種，藍藻門(Cyanophyta) 7種，裸藻門(Euglenophyta)4種，甲藻門(Pyrrophyta)2種，隱藻門(Cryptophyta)2種。春季共發現浮游植物6門86種，夏季5門62種。

2)于橋水庫浮游植物群落結構具有明顯的季節變化規律,表現為春季浮游植物密度低，夏季急劇增長。春季浮游植物平均密度為278.67×104 個/L，以硅藻和綠藻為主，分別占總細胞密度的13.90%、74.14%，第一優勢種為綠藻門的四尾柵藻；夏季浮游植物平均密度為1 420.11×104 個/L，以藍藻和綠藻為主，分別占總細胞密度的73.53%、14.44%，第一優勢種為藍藻門的銅綠微囊藻。

3)于橋水庫浮游植物群落組成受到環境因子的影響，春季，SD、WT、DO和氮濃度是影響于橋水庫浮游植物群落組成的主要因素，而夏季則是磷和水溫。春季采樣點的相似性高于夏季。

致謝：宋春諍等協助完成采樣工作，在此對他們表示衷心的感謝。

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A Correlation Analysis of the Phytoplankton Community and Environment Factors in the Yuqiao Reservoir in Spring and Summer of 2014

LIU Xianbin,NIE Yu,ZHAO Xinggui,LIU Qing

Tianjin University of Science & Technology, Tianjin Key Laboratory of Marine Resources and Chemistry, Tianjin 300457, China

Sampling was carried out in spring and summer of 2014 in order to study the structure of phytoplankton community and its relationship with environment factors in different seasons in Yuqiao Reservoir. A total of 99 species belonging to six phyla were identified with 62 species belonging to Chlorophyta, 21 species belonging to Diatoms, seven species belonging to Cyanophyta, four species belonging to Euglenophyta and two species belonging to Pyrrophyta. Among these species, 86 species belonging to six phyla were identified in spring and 62 species belonging to five phyla were identified in summer. In spring, phytoplankton density was much lower than in summer. The first dominant specie wasScenedesmusquadricaudain spring, whereasMicrocystisaeruginosdominated in summer. Phytoplankton community structure has obvious seasonal variation in Yuqiao Reservoir. Similarity of sampling points in spring was higher than summer. Transparency, water temperature, dissolved oxygen, and nutrient concentrations were the most important factors in the aquatic environment in terms of their influence on the phytoplankton community composition based on RDA.

Yuqiao Reservoir;phytoplankton;environment factors;RDA

2015-06-12;

2015-11-17

天津市科委科技計劃項目(15ZCZDSF00620)

劉憲斌(1964-)，男，河北石家莊人，博士，教授。

X824

A

1002-6002(2016)03- 0064- 05

10.19316/j.issn.1002-6002.2016.03.09