鶴立湖浮游植物群落結構及多樣性特征

任偉亮 ，柴方營 ，鞠永富 ，于婷 ，于洪賢

（1.東北林業大學，黑龍江 哈爾濱 150040；2.黑龍江省水利廳，黑龍江 哈爾濱 150040）

浮游植物作為水域生態系統中的初級生產者，對水體環境的變化很敏感，浮游植物種類、數量及組成的變化與環境因子的變化有著密不可分的聯系，是反映水體富營養化狀況最重要的生物指標之一[1]。浮游植物在水生態環境中的物質循環和能量流動過程中起著重要作用，而且浮游植物群落結構與其生存的水體環境有密切關系，所以通過調查研究浮游植物群落結構變化可以發現浮游植物生存的水體的真實狀況[2,3]。因此，通過浮游植物多樣性分析方法可在各種水域中對水環境進行評價。

鶴立湖位于黑龍江省鶴崗市，屬溫帶大陸性季風氣候，溫差較大，四季變化明顯，冬天時間較長，夏季短暫炎熱，春秋天氣變化劇烈。鶴立湖是以供水為主兼顧防洪、養殖、旅游等，具有很好地研究價值。本文通過對鶴立湖整體采樣分析，對其中的浮游植物的豐度、生物量、優勢種、生物多樣性以及群落結構等進行研究，以期為鶴立湖水質環境保護等提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

鶴立湖（47°20'N～47°24'N，130°10'E～130°11'E）位于鶴崗市東山區蔬園鄉西3km處，松花江二級支流鶴立河的支流小鶴立河中上游。鶴立湖又兼具水庫的作用，水庫集雨面積183km2，占小鶴立河流域面積的63%，是一座以城市供水為主，兼顧防洪、養殖等綜合利用的中型水庫，海拔170m，水深2～16m。

1.2 浮游植物樣品的采集與處理

根據鶴立湖周圍環境以及水深等因素，分別在湖水平方向上游、中游、下游共設置4個斷面（圖1）。其中在上游設置1個斷面，中游設置2個斷面，下游設置1個斷面，根據左中右的方向進行采樣，共設14個采樣點。并且根據不同水深縱向分層采樣。在鶴立湖上游河道設一個對照采樣點。由于鶴立湖在冬季會封冰，故采樣時間選在2016年5—9月，分別在5月、7月、9月進行。

圖1 鶴立湖采樣點示意圖Fig.1 Sampling sites in Heli Lake

采集樣品時，每個采樣點采集一個定性樣品和兩個定量樣品。定性樣品，采樣所使用的工具主要有網孔直徑為0.064 mm的25#浮游生物網以及5L、1L的采水器。定性采集：在每個樣點采集定性樣品1個，用25#浮游生物網在離水體表面0.5m處，按“∞”字形拖取3～5min，過濾后裝瓶。定量采集：定量樣品用5 L采水器采集。根據水深的不同，對采樣點進行分層采集，即分上、中、下三層采集水樣（一般上層距水體表面0.5m，下層則距離水底0.5m處）。采集后混合，取1L水樣裝瓶。所有的樣品均用15%的魯格試劑進行固定。將固定好的樣品帶回實驗室沉淀48h后，對上層水進行虹吸，濃縮至30mL，用0.1mL的浮游植物計數框進行計數和分析[4～6]，計算豐度和生物量[7]。

1.3 多樣性分析

為了避免單一多樣性指數造成結果出現偏差，本研究采用Shannon-Wiener多樣性指數[8]、Margalef種類豐富度指數[9]、Pielou均勻度指數[10]和物種優勢度[11]對鶴立湖浮游植物群落多樣性進行評價。

2 結果與分析

2.1 浮游植物種類組成

經過對鶴立湖5月、7月、9月三個月的浮游植物調查，共鑒定出4門32種及變種，其中綠藻門Chlorophyta 13種，約占40.63%；硅藻門Bacillariophyceae 13種，約占40.63%；藍藻門Cyanophyta 5種，約占15.63%；金藻門Chrysophyta 1種，約占3.11%。

2.1.1 浮游植物種類的季節變化

鶴立湖2016年5月（春季）、7月（夏季）、9月（秋季）為25種、21種、25種，分別占總種數的78.13%、65.63%、78.13%。在5月硅藻門種類的浮游植物種類數目最多，7月中綠藻門種類的浮游植物種類數目最多，在9月硅藻門種類和綠藻門的浮游植物種類數目相同。

如圖2所示，浮游植物種類數目最高出現在春季和秋季，硅藻門種類數目在春季最多，綠藻門種類數目最多出現在夏季，藍藻門種類數量在春季和秋季相同，金藻門在三個季節中的種類數量變化不大。

圖2 鶴立湖浮游植物種類數量Fig.2 The numbers of phytoplankton species in Heli Lake

2.1.2 浮游植物種類空間分布

鶴立湖采樣浮游植物種數中（表1），1#采樣點的種類最多為27種，占總種數的84.375%；2#采樣點種類數次之為25種，占總種數的78.125%；鶴立湖中，5#上層和10#中層浮游植物種類數最少，為15種，占46.875%。

2.2 浮游植物豐度和生物量的時空變化

由表2可知，鶴立湖的豐度和生物量各個采樣點存在差異，各月份間也存在不同。水庫中浮游植物的豐度在16.8×104ind/L～166.8×104ind/L之間，最高出現在5月8#中層，為166.8×104ind/L，最低出現在7月12#下層，為16.8×104ind/L；豐度的平均值中，5月的數值最高為89.1×104ind/L，其次是9月64.3×104ind/L，最低的是7月為55.6×104ind/L。

鶴立湖的生物量在0.33～2.73mg/L之間，最高出現在5月的4#下層，為2.73mg/L，最低出現在5月的11#上層，為0.33mg/L；生物量的平均值中，最高的是7月為1.41mg/L，5月次之為1.08mg/L，9月最低為1.01mg/L。

表1 2016年5月、7月、9月鶴立湖浮游植物種數空間分布Tab.1 The special distribution of the numbers of phytoplankton species in Heli Lake in May/July/September in 2016

鶴立湖5月的各采樣點豐度變化有一定的波動，5月中8#中層的豐度最大。與5月相比，7月和9月的豐度變化比較平緩，7月最高出現在1#，9月最高出現在13#上層（圖3）。

圖3 2016年5月、7月、9月鶴立湖浮游植物豐度Fig.3 The phytoplankton abundance of Heli Lake in May/July/September in 2016

圖4 2016年5月、7月、9月鶴立湖浮游植物生物量Fig.4 The phytoplankton biomass of Heli Lake in May/July/September in 2016

表3 2016年5月、7月、9月鶴立湖浮游植物優勢種Tab.3 The phytoplankton dominant species of Heli Lake in May/July/September in 2016

表2 2016年5月、7月、9月鶴立湖浮游植物豐度和生物量Tab.2 The abundance and biomass of phytoplankton species in Heli Lake in May/July/September in 2016

鶴立湖浮游生物生物量，5月和7月的生物量變化波動比較明顯，與之相比，9月的浮游生物量變化比較平緩（圖4）。

2.3 浮游植物優勢種

由表3可知，5月的優勢種有12種，其中硅藻7種，綠藻2種，藍藻2種，金藻1種；優勢度最大的是長刺根管藻，為0.63。7月的優勢種只有四種，硅藻1種，綠藻1種，藍藻2種，且這兩種藍藻優勢度很大，優勢度最大的是利斯席藻，為5.24。9月的優勢種有8種，其中硅藻有4種，綠藻有2種，藍藻和金藻各一種；其中利斯席藻優勢度最大，為4.87。可見，利斯席藻在7月和9月優勢度都是最大的。

2.4 浮游植物多樣性

浮游植物多樣性見表4，其中Shannon-Wiener指數從1.44～3.61之間，其中最高的出現在9月為3.61，最低也出現在9月為1.44；Margalef種類豐富度指數從0.55～2.61之間，最高的出現在5月為2.61，最低出現在7月為0.55；Pielou均勻度指數從0.42～0.95之間，最高出現在5月為0.95，最低出現在9月為0.42。

從各個采樣點月平均值看，Shannon-Wiener指數最高出現在1#采樣點為3.29，最低出現在12#上層采樣點為2.08；Margalef種類豐富度指數最高出現在1#采樣點為2.42，最低出現在10#中層采樣點為1.00；Pielou均勻度指數最高出現在3#采樣點為0.87，最低出現在12#上層采樣點為0.67。

從3種多樣性指數平均值來看，最高值都出現在5月，最低值都出現在7月。

3 討論

本研究共鑒定出包括藍藻，綠藻，硅藻，金藻4門32種及變種，其中硅藻門和綠藻門都是13種，藍藻門5種，金藻門1種。在種類和數量上少于5年前宋俊霖等[3]，略少于與裴國霞等[12]研究的金海水庫種類和數量。其中，5月的浮游植物優勢種種類最多，有12種，7月只有4種，且其中兩種藍藻優勢度很大，9月有8種優勢種。5月和9月的優勢種以硅藻門為主，只有7月的優勢種以藍藻門為主，這可能與夏季鶴立湖中放養了大量的魚類有關，浮游動物與魚類對浮游植物組成有較大影響[13]。從整體上看，鶴立湖主要優勢種以硅藻為主，這與其他寒冷地帶的水體容易出現以硅藻為優勢種的浮游植物特征相一致[14-16]。

表4 2016年5月、7月、9月鶴立湖浮游植物多樣性Tab.4 The phytoplankton diversityof Heli Lake in May/July/September in 2016

鶴立湖5月的各采樣點豐度變化有一定的波動；與5月相比，7月和9月的豐度變化比較平緩，7月和 9月的豐度中，8#～14#的采樣點比 1#～7#的豐度大部分高一些；在水深較深的采樣點中，一般上層的豐度大于中層的豐度大于下層的豐度。

浮游植物多樣性中Shannon-Wiener指數在1.44～3.61之間，根據Shannon-Wiener指數，可以說明鶴立湖的水質為無污染或輕度污染或中污染。其中不同采樣點指數不同，可能由于采樣點周圍環境的不同。Shannon-Wiener指數平均值1#采樣點最高，可能由于其位于鶴立湖上游，遠離下游岸邊，所受人為干擾較少。最低出現在12#上層采樣點，可能由于12#離鶴立湖岸邊最近，岸邊的人為干擾較多。Margalef種類豐富度指數在0.55～2.61之間，且三個月份的平均值分別為1.76、1.10、1.70，表示鶴立湖水質是中污染，其中在7月的指數中數值較低的多，說明可能由于夏天溫度較高，使水質中藻類生長數量較5月、9月快，水質沒有5月、9月好。但從3個月份平均值來看，各采樣點的數值均在1～3之間，說明水質是中污染。由Pielou均勻度指數來看，三個月的指數為0.42～0.95，各采樣點平均值在0.67～0.87之間，為輕或無污染。從時間上看，5月的平均數值均最大且都表明鶴立湖水質為無污染或輕污染，因為5月為春天，降雨量少，地表面污染較少進入湖里，人為活動較少，對鶴立湖水質影響較小，溫度適宜浮游植物生長，使生物多樣性增加[17]。而最低值均出現在7月，夏天溫度較高，降雨量變大，周邊有一個區域為農田區，灌溉退水等行為，人為活動較多，周邊游客也增加，對湖內水質有所影響，使水庫水質有所下降，且浮游植物多樣性下降。9月，溫度在春季和夏季之間，降雨量減少，溫度也下降，使得植物多樣性有所上升，且浮游植物群落結構穩定。為控制浮游植物群落結構的穩定，放養鰱是一種重要的方式，也是控制水體富營養化的重要手段[18-20]。研究中發現在養殖池塘中將鰱圍在池塘一半的區域，可以抑制小型藻類的增長[21]。綜合3種多樣性分析法，其中Shannon-Wiener指數和Margalef種類豐富度指數均表明水庫的水質為無污染或輕污染和中污染。Pielou均勻度指數表明水庫水質輕或無污染。

2016年5月、7月和9月鶴立湖中經采樣調查共鑒定出藍藻、綠藻、硅藻、金藻4門32種及變種，其中硅藻門和綠藻門各13種，藍藻門5種，金藻門1種。5月、9月較7月的浮游植物種類多。Shannon-Wiener指數、Margalef種類豐富度指數和Pielou均勻度指數平均值最大均出現在5月，最小都出現在7月。可見，人為擾動干擾較少，環境溫度適宜的采樣點水質較好，5月、9月水質狀況均好于7月。

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