新疆某水庫浮游植物群落結構特征

祁峰 陳朋 李紅 謝春剛 陳牧霞 馬燕武

摘要 [目的]掌握新疆某水庫浮游植物群落變化特征。[方法]2016年對新疆某水庫10個采樣站位的浮游植物及水體主要理化因子進行了3次調查。[結果]共鑒定出浮游植物56種（屬），其中優勢種（屬）10種。種類組成上，由春季的金藻-硅藻型轉變成夏季硅藻-綠藻型再到秋季藍藻-硅藻型。浮游植物總平均生物量為7.32 mg/L，生物量季節變動顯著，春季高于夏季，秋季最低。垂直分布方面，春季和夏季浮游植物生物量表層均高于中層和底層，秋季各水層間差異不顯著。PCA分析顯示庫區浮游植物群落結構從春季到秋季的顯著梯度變化情況，入庫水流與庫區浮游植物群落結構差異顯著。[結論]研究結果為水環境評價與保護、資源合理利用和生態系統可持續發展提供了參考。

關鍵詞 浮游植物；群落結構；水體；理化因子

中圖分類號 Q948.8 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2017）13-0009-04

Community Characteristics of Phytoplankton in a Reservoir of Xinjiang

QI Feng1，2，CHEN Peng1，2，LI Hong1，MA Yan-wu1，2* et al

（1.Institute of Fishery Research of Xinjiang Uygur Autonenous Region，Urumqi，Xinjiang 830000；2.Scientific Observing and Experimental Station of Fishery Resources and Environment in Northwest China，Ministry of Agriculture，Urumqi，Xinjiang 830000）

Abstract [Objective] The aim was to study community characteristics of phytoplankton in a reservoir of Xinjiang.[Method] We carried out three investigations on phytoplankton and physical and chemical factors of 10 sites in a reservoir of Xinjiang in 2016.[Result] It was identified 56 species，10 species out of which once formed dominant populations.The specific composition shifted from chrysophyta and bacillariophyta to bacillariophyta and chlorophyta，to further establish cyanophyta and bacillariophyta.The total mean biomass of phytoplankton was 7.32 mg/L.The biomass changed significantly，and the peak biomass of spring was higher than summer with the lowest in autumn.The biomass of surface was higher than middle layer and bottom layer in spring and summer，and the differences between each layer did not represent obviously.PCA showed significant gradients changes of phytoplankton community from spring to autumn in the area of reservoir and notable differences of phytoplankton community between inflow and reservoir.[Conclusion] The results provide reference for water environment evaluation and protection，reasonable utilization of resources ecosystem sustainable development.

Key words Phytoplankton；Community structure；Water；Physical and chemical factors

浮游植物是水生態系統中重要的初級生產者，浮游植物群落能對環境條件的變化做出復雜而快速的響應，其群落的變化可以被看成是對水質變化的一個很好的指示[1]。同時，作為水域生態系統的生產者，其群落結構的變化還會引起系統中食物網結構的改變，并影響水生態系統的能量流動、物質循環和信息傳遞[2]，是反映河流、湖泊以及水庫環境變化的理想研究對象。

新疆維吾爾自治區地處我國干旱半干旱地區，水庫是重要的供水水源。近年隨著經濟的迅速發展，污水排放量不斷增加，部分水庫水質日趨下降，而浮游植物作為反映水質狀況的重要類群，研究其在水庫中的動態變化對了解水質和水庫生態系統健康的評估具有重要意義。鑒于此，筆者于2016年通過3次調查研究了新疆某水庫浮游植物群落變化及其與水體營養狀況的關系，以期為水環境評價與保護、資源合理利用和生態系統可持續發展提供參考。

1 研究區概況與方法

1.1 研究水庫概況

水庫坐落在新疆天山北緣沖洪積細土平原區上，屬大陸高寒干旱地區，冬季時間長，春秋季節不明顯，夏季酷熱，晝夜溫差大。水庫是由四面筑壩而成的典型平原水庫，壩基為深厚覆蓋層軟基，提供城市、生態及農業灌溉用水。

1.2 研究方法

1.2.1 樣品布設。于2016年5、8和11月對水庫進行調查采樣，庫區共布設9個采樣站位，入庫水流設1個采樣站位。庫尾設置2個采樣站位（W1和W2），庫中設置4個監測站位（Z1、Z2、Z3和Z4），庫首設置3個采樣站位（S1、S2和S3）。視水深情況，水深3 m以下站位浮游植物樣品采集水體表層水樣，水深3 m以上分表層、中層和底層取樣。各站位理化因子樣品取水體表層。水庫5月為豐水期，8月為平水期，11月為枯水期。入庫水流采集到5和8月，11月入庫水流非常少，此期采集的樣品主要是積存在渠道內的水樣。

1.2.2 理化因子樣品的采集和測定?，F場采集浮游生物樣品的同時利用Hydrolab DS5數字化水質分析儀測定水溫和葉綠素a，透明度用賽氏盤測定，其余水體理化參數采集水樣后實驗室測定。化學需氧量（CODMn）、總氮、總磷按照《水和廢水檢測分析方法（第四版）》（國家環境保護總局水和廢水檢測分析方法編委會，2002）進行測定[3]。

1.2.3 浮游植物樣品采集與觀察。

定性、定量標本按照章宗涉等[4]的淡水浮游生物研究方法進行采集、計數和現存量的計算，浮游植物種類鑒定主要參照胡鴻鈞等[5]的方法。除按上述方法進行定量外，還結合該水體的特點，用低倍鏡（10×20）數全片（0.1 mL）的方法對綠裸藻、光甲藻、角甲藻、多甲藻和個體較大的硅藻等進行計數，避免了視野計數帶來的誤差。

1.2.4 數據分析。

優勢度（Y）[6]用來評價該湖的優勢種，對于某一區域的優勢度，計算公式：

式中，ni為第i種的數量；N為浮游植物總個體數；fi為該種在各站出現的頻率。

綜合營養狀態指數公式[7]：

式中，TLI（）表示綜合營養狀態指數；TLI（j）代表第j種參數的營養狀態指數；Wj為第j種參數的營養狀態指數的相關權重。

應用PAWS Statistics 19.0軟件進行方差分析。應用R軟件進行主成分分析（PCA），根據Legendre等[8]的方法對物種數據進行Hellinger轉化后再用于分析。

2 結果與分析

2.1 水庫營養狀況

5、8和11月，庫區綜合營養指數（TLI）平均值分別為25.98、29.63和32.50，方差分析顯示5和8月TLI差異不顯著，11月TLI與5和8月TLI差異均顯著。表明5和8月水體營養水平變化不大，秋季有明顯升高，即5和8月水體呈貧營養型，11月呈中營養型。入庫水流5和8月TLI分別為45.99和40.72，呈中營養型。

2.2 浮游植物種類組成及優勢種類

由表1可知，10站位共鑒出浮游植物56種（屬），其中綠藻門最多19種（屬），其次是硅藻門18種（屬），分別占總種（屬）數的33.9%和321%。其余依次為藍藻門9種（屬）、甲藻門4種（屬）、金藻門3種（屬）、隱藻門3種、裸藻門2種（屬），分別占總種（屬）數的16.0%、7.1%、5.3%、5.3%和3.5%。3次采樣調查形成優勢種類（Y>0.02）的種類均為淡水習見種類（表2），共10種（屬），其中針桿藻在各次調查中均為優勢種類，金藻在5和8月形成優勢類群，藍藻和綠藻在8和11月形成優勢類群。

2.3 浮游植物生物量及變動

調查期間浮游植物總平均生物量為7.32 mg/L（變幅為1.24～28.71 mg/L），5月庫區平均生物量為10.33 mg/L，8月為6.93 mg/L，11月為2.32 mg/L。方差分析表明，各月浮游植物生物量差異均顯著或極顯著，表明庫區浮游植物生物量變化顯著，5月高于8月，11月浮游植物生物量最低（圖1）。

庫區浮游植物生物量的水平分布見圖2。5月入庫渠道浮游植物生物量為3.54 mg/L，庫區浮游植物生物量變幅在8.20～20.07 mg/L，高于入庫渠道浮游植物生物量。8月，入庫渠道浮游植物生物量為28.72 mg/L，庫區生物量變幅在4.32～11.04 mg/L。11月，各采樣站位浮游植物生物量變化不大，變幅在1.24～3.76 mg/L。

庫區浮游植物生物量的垂直分布如圖3所示。方差分析表明：5和8月表層與中層和底層浮游植物生物量差異均顯著或極顯著，中層和底層差異不顯著；11月，各水層浮游植水層間差異不大。

2.4 種類組成主成分分析

浮游植物主成分分析雙序圖前兩軸能夠解釋總方差的比例是69.69%（圖4），能夠較好地表達大部分的數據結構信息。 雙序圖樣方之間的距離近似于多維空間內的歐式距離，體現了樣方間的離散程度。平均貢獻圓的半徑代表變量的向量長度對排序的平均貢獻率，因此，如果某個變量的箭頭長度長于圓的半徑，代表它對這個排序空間的貢獻大于所有變量的平均貢獻。圖中除M9和O9外（5和8月入庫渠道樣方），各月采樣樣方可以分別歸為一組，顯示了樣方從左到右的變化梯度。5月，入庫渠道（M9）星桿藻（as）貢獻率最大，庫區各站位浮游植物群落差異不大，長錐囊藻（di）優勢地位明顯，纖維藻（an）雖然不占優勢但較其他樣方數量上有一定分布；8月針桿藻（sy）、小球藻（ch）和棕鞭金藻（oc）貢獻率最大，入庫渠道與8月其他樣方差異較大，脆桿藻（fr）對其有最高的貢獻率；11月各樣方距離較接近，離散程度低，各樣方浮游植物群落結構較為近似，席藻（ps）和偽魚腥藻（ph）其次，四角藻（te）貢獻率較大。

3 結論與討論

3.1 浮游植物種類組成及變動

5月入庫水（M9）優勢種為美麗星桿藻（as），占該樣方總豐度的94.2%，其他類群較少，長錐囊藻和針桿藻未發現。庫尾（W2）優勢種類主要為長錐囊藻、美麗星桿藻和針桿藻，各占總豐度的68.0%、9.8%和9.2%。其他庫區各站位浮游植物種類組成上較接近，均以長錐囊藻和針桿藻為優勢種，星桿藻為非優勢種，占總豐度的比例變幅為0～6.7%。8月入庫水流優勢種類為一種脆桿藻（fr），占該樣方總豐度的97.7%，小球藻占總豐度的2.0%，長錐囊藻和針桿藻未發現。庫區內各站位優勢種類主要是針桿藻，其次是小球藻，再次為長錐囊藻。11月進入枯水期，入庫渠道水流小，此期采集的樣品主要是積存在渠道內的水樣，各站位浮游植物在種類組成上差異不大。PCA分析也顯示了浮游植物群落結構5、8、11月的梯度變化情況：庫區每個月份的樣方可歸為一組，組間呈現一定的離散性，表明群落結構發生演替，種類組成發生演替（di-sy-ph），入庫水流（M9和O9）與庫區浮游植物群落結構顯著不同。水庫的建立和運行導致水庫與河流生態系統結構和動力學過程發生明顯的分離，水位的增加導致水庫水量的增加，入庫水流速度下降，水力學滯留時間延長，原有的河道生物群落發生了根本的變化[9]。

錐囊藻幾乎從未出現在高濃度磷的天然水體中，Lehman[10]研究表明，在自然界中，其他藻類在高濃度磷條件下比錐囊藻生長更快速，進而對其產生抑制，只有當硅藻形成春季水華或其他浮游植物的生長使磷含量降低至能抑制其自身生長時，錐囊藻才會有效生長，而并非是磷對其產生抑制，因為在高濃度磷培養條件下錐囊藻生長良好。5月庫區除Z4站位監測出總磷含量為0.05 mg/L以外，其他站位均在監測限值（0.01 mg/L）以下。因此，雖然入庫渠道帶入大量的硅藻（流量為15～20 m3/s），但在如此低的磷含量條件下錐囊藻反而占據主要優勢地位。藍藻極易在夏末和秋初形成水華，其原因可能有：①當自遮蔽最大時，藍藻具有更強的光捕獲能力；②當營養限制最嚴重時，它們具有對氮和磷更高的親和力；③它們可以通過偽空泡調節其在水體中的位置，以實現對水域豐富的營養和（或）光照的充分利用[11]。由此可見，春季的浮游植物群落由生長迅速的r選擇物種（錐囊藻）與適應低光照條件的硅藻組成，逐漸被生長緩慢的k選擇物種（能控制浮力的大型群體或絲狀藍藻）所替代。這種轉變可能預示著有機負荷的加劇和水質的惡化。

3.2 浮游植物現存量及變動

季節變動上，水庫浮游植物生物量夏季最高（9.65 mg/L），其次是春季（8.95 mg/L），秋季（2.27 mg/L）較低。春季進入水體的太陽能迅速上升，首先從淺水區真光層比例逐漸增加，最終光照到達更深的混合區，加之水溫的快速上升，從而使藻類的光合作用和生長速率上升。5月正值豐水期，利用來自流域盆地輸入的營養鹽或秋冬季節（因垂直混合）在水柱中再循環的營養鹽，刺激了這一段時期浮游植物的迅速生長從而形成春季水華。一般認為在溫帶地區，年降水量少，浮游植物的群落動態多與光照、水溫有關，而低緯度的熱帶及亞熱帶的水體，浮游植物種類組成更多地受水文特征的影響[12-15]。如地理位置相近的新疆阿葦灘水庫[16]、福海水庫[17]和吉木乃紅山水庫[18]、新疆塘巴湖水庫[19]和新疆阿勒泰二牧水庫[20]，浮游植物現存量變動與水溫呈正相關，即夏季高溫季節（平水期）浮游植物現存量高于春季（豐水期）。該研究中水庫浮游植物呈現相反狀況，春季（豐水期）浮游植物現存量大于夏季（平水期）。這一變動特征可能與營養（資源）和牧食等狀況有關。夏季深水區極易形成水體分層，營養鹽（氮、磷和硅）從底質和深水層進入真光層的能力相應減弱。此外，隨著入庫水量季節性減水，流域營養鹽的輸入可能也會減少。因此，與春季相比，夏季營養元素的輸入和利用降低。這可能是水庫浮游植物群落動態與新疆其他地區水庫產生差異的重要原因，其他幾座水庫豐水期入庫水源主要為雪山融水，營養鹽含量和浮游植物現存量較低，同時大量的蓄水和高水容量稀釋了藻細胞密度，而該研究中入庫水流營養含量高（入庫水體營養鹽是庫區的總磷32.5倍、總氮1.8倍、活性硅7.4倍），浮游植物生物量大。牧食的影響可能也是導致夏季生物量較低的原因之一，因為夏季較高的水溫和充足的食物來源使得植食性浮游動物和魚類生長速率大大提高，牧食速率也因此提高，最終導致食用藻類數量的減少。

參考文獻

[1] SABATER S，ARTIGAS J，DURN C，et al.Longitudinal development of chlorophyll and phytoplankton assemblages in a regulated large river （the Ebro River）[J].Science of the total environment，2008，404（1）：196-206.

[2] REYNOLDS C S.The ecology of phytoplankton[M].Cambridge，UK：Cambridge University Press，2006.

[3] 國家環境保護總局水和廢水檢測分析方法編委會.水和廢水檢測分析方法[M].4版.北京：中國環境科學出版社，2002：38-47.

[4] 章宗涉，黃祥飛.淡水浮游生物研究方法[M].北京：科學出版社，1991：88-186.

[5] 胡鴻鈞，魏印心.中國淡水藻類——系統、分類及生態[M].北京：科學出版社，2006：27-600.

[6] AKSNES D L，WASSMANN P.Modeling the significance of zooplankton grazing for export production[J].Limnology and oceanography，1993，38（5）：978-985.