大慶庫里泡浮游植物群落結構及多樣性研究

曹文鐘, 孫玉鳳, 楊雙, 蓋延軍, 劉江紅, 范亞文

?

大慶庫里泡浮游植物群落結構及多樣性研究

曹文鐘1,*, 孫玉鳳2, 楊雙3, 蓋延軍1, 劉江紅1, 范亞文3

1. 東北石油大學化學化工學院, 大慶 163318 2. 中海油天津化工研究設計院, 天津 300131 3. 哈爾濱師范大學生命科學與技術學院, 哈爾濱 150025

2012年5月—10月, 大慶庫里泡浮游植物的種類組成、豐度、優勢種及多樣性調查研究結果表明, 庫里泡共鑒定浮游植物380個分類單位(349種29變種2變型), 隸屬于8門11綱22目41科104屬。庫里泡浮游植物群落組成主要是綠藻—硅藻型, 浮游植物種類數隨季節的變化順序為: 8月>6月>7月>5月>9月>10月。浮游植物豐度季節性變化明顯, 變化范圍為5.94×105—119×105ind·L–1。浮游植物優勢種不同季節間既有交叉又有演替, 優勢種類大多為中營養型和中—富營養型指示種。多樣性評價結果表明, 浮游動物被長期高強度捕撈后, 庫里泡的浮游植物群落種類組成比較豐富, 群落結構復雜且穩定性較好, 水體處于β—中污染至輕污染水平。

庫里泡; 浮游植物; 群落結構; 多樣性指數; 豐度; 優勢種

0 前言

庫里泡是大慶市重要的納污、泄洪湖泊。大慶市的污水通過安肇新河匯入庫里泡, 最后排入松花江。安肇新河進入松花江的閘口距離下游的哈爾濱四方臺飲用水水源地僅有128 km。因此, 庫里泡水質的好壞不僅直接影響松花江的水質, 還對哈爾濱市飲用水的安全產生重大影響[1–3]。自1998年開始, 每年夏季庫里泡周圍的農民大量捕撈“魚蟲”——浮游動物, 高峰期的捕撈量(干重)在3000 t·a-1以上。2008年以后, 捕獲的浮游動物在種類和數量上都急劇下降。由于水體浮游動物急劇減少, 引起浮游植物大量繁殖, 水生食物鏈遭到破壞, 導致庫里泡水體富營養化現象日益加重。

浮游植物是水生生態系統中食物鏈的基礎及重要的初級生產者, 是水中溶解氧的主要提供者, 同時也是水生生態系統中能量流動、物質循環和信息傳遞的承載者, 其種類多樣性的變化直接影響水生生態系統的結構與功能。同時其種類組成、數量分布、群落結構及其與水環境之間的關系一直都是水生生態系統中的研究熱點, 浮游植物也是生物監測和評價水質及其營養狀況的重要指標[4–5]。本文對庫里泡浮游植物種類組成及其特征進行研究, 分析庫里泡水域浮游植物的群落結構、豐度時空分布以及優勢種特征, 探討季節變化與浮游植物群落關系, 可以為庫里泡流域水質評價、水環境保護及水污染治理提供基礎資料和生物學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區域自然概況

庫里泡地處黑龍江省大慶市大同區、肇源縣、肇州縣三地的交界處, 松花江北岸, 是串聯在安肇新河上的最大湖庫。南北長約16 km, 東西最寬處約5 km, 面積約81 km2, 平均水深約1.0 m, 最大庫容量約9100×104m3; 多年平均降水量444 mm, 年平均日照時數2840 h, 年平均有效積溫3000 ℃, 年平均氣溫2.2—4.4 ℃, 11月到次年3月為冰凍期, 結冰深度約0.86 m, 結冰期約160 d。

1.2 采樣點設置

在庫里泡共設置4個采樣區域(圖1)。分別位于安肇新河庫里泡入口處(采樣區I), 北部水面狹窄區域(采樣區II), 南部水面開闊區域(采樣區III), 庫里泡出口處(采樣區IV)。

圖1 庫里泡采樣區域分布圖

Figure 1 The distribution map of the sampling area in Kulipao Lake

1.3 樣品的采集、處理及鑒定方法

2012年5月—10月, 每月中旬進行浮游植物標本采集[6], 同時測定水體的pH值和水溫。定性樣品使用25#浮游生物網采集, 著生樣品使用剪刀或鑷子從石頭或周圍植物上采集, 現場加入濃度為5%的福爾馬林溶液進行固定和保存。定量樣品采用1 L采水器采集并置于樣品瓶中, 按照1000: 15的比例加入魯格氏固定液進行固定。定性樣品制作臨時水裝片, 定量樣品沉淀濃縮到50 mL, 使用0.1 mL浮游生物計數框在10× 40倍光學顯微鏡下進行觀察、鑒定和計數。鑒定工作參考的主要資料有胡鴻鈞、魏印心等[7], 饒欽止等[8–10]。

1.4 數據處理和分析

浮游植物多樣性指數采用的計算公式有:

ShannonWiener多樣性指數:(); Pielou均勻度指數:; Margalef指數:

(1); 優勢度：()

式中:為種類數,為同一樣品中的個體總數,為第種的個體數,為第種藻類在各點位出現的頻率。

將優勢度指數> 0.02的浮游植物定為優勢種;值0—1為重污染, 1—3為中污染, > 3為輕或無污染;值0—1為重污染, 1—3為中污染(其中1—2為α—中污染, 2—3為β-中污染), > 3為清潔。

2 結果與分析

2.1 浮游植物的種類組成

2012年5月—10月, 對大慶庫里泡的浮游植物進行了調查, 共鑒定浮游植物380個分類單位, 隸屬于8門11綱22目41科104屬。其中綠藻門種類最多, 為53屬161種19變種2變型, 占浮游植物種類總數的47.9%; 其次硅藻門, 為22屬66種4變種, 占總數的18.4%; 裸藻門7屬56種2變種, 占總數的15.3%; 藍藻門14屬53種2變種, 占總數的14.5%; 甲藻門2屬5種, 占種類總數的1.3%; 黃藻門3屬4種, 占總數的1.1%; 隱藻門1屬3種, 占總數的0.8%; 金藻門1屬2種占總數的0.5%。由此可以看出, 庫里泡浮游植物群落組成的類型主要為綠藻-硅藻型。

2.2 浮游植物種類的季節變化

2012年5月—10月, 庫里泡浮游植物種類數的變化順序為: 8月>6月>7月>5月>9月>10月。8月最多, 共鑒定7門69屬193種, 其中綠藻34屬94種, 裸藻7屬36種, 藍藻10屬30種, 硅藻15屬28種, 黃藻1屬2種, 甲藻1屬2種, 隱藻1屬1種; 10月最少, 為6門60屬153種, 其中綠藻31屬78種, 硅藻13屬28種, 裸藻6屬24種, 藍藻8屬19種, 甲藻1屬2種, 隱藻1屬2種。

2.3 浮游植物豐度的分布情況

庫里泡浮游植物豐度的時空變化顯著。從時間分布來看, 春、夏、秋三季浮游植物細胞豐度變化范圍為5.94×105—119×105ind·L–1, 最大值出現在8月, 最小值出現在5月, 豐度平均值為22.4×105ind·L–1。月份變化規律為: 8月(45.9×105ind·L–1)>7月(31.2× 105ind·L–1)>9月(19.5×105ind·L–1)>6月(13.8×105ind·L–1)> 10月(13.3×105ind·L–1)>5月(10.8×105ind·L–1)。

從空間分布來看，各采樣區浮游植物豐度變化范圍分別為: 采樣區I豐度為10.7—39.3×105ind· L–1, 平均值為24.2×105ind·L–1; 采樣區Ⅱ豐度為5.9× 105—16.8×105ind·L–1, 平均值為11.7×105ind·L–1; 采樣區Ⅲ豐度為9.8×105—119×105ind·L–1, 平均值為32.2× 105ind·L–1; 采樣區Ⅳ豐度為6×105—72.1×105ind·L–1, 平均值為23.7×105ind·L–1。

2.4 浮游植物優勢種

調查期間庫里泡優勢種類(表1)包括綠藻門、硅藻門、藍藻門、裸藻門, 共24種, 共同優勢種是梅尼小環藻(Kützing)和雙對柵藻（(Turp.) Lagerheim）, 優勢度最高值分別達到0.158和0.101。

5月優勢種共7種。以四角十字藻(Morren)和湖生卵囊藻(Chodat)為主, 四角十字藻在四個采樣區占絕對優勢, 優勢度高達0.203, 平均豐度為20.70×104ind·L–1; 硅藻門中只有梅尼小環藻作為優勢種出現, 優勢度為0.022, 平均豐度為2.02×104ind·L–1。

6月優勢種共6種。其中四足十字藻((Kirchn.) West & West)和單生卵囊藻(Wittrock)首次成為優勢種, 四角十字藻和梅尼小環藻在4個采樣區均為優勢種, 優勢度為0.183和0.038, 平均豐度為21.63×104ind·L–1和4.50×104ind·L–1。

7月優勢種共7種。其中四角十字藻依然為優勢種, 其優勢度為0.30, 平均豐度為12.42%, 明顯低于5、6月份; 梅尼小環藻為7月絕對優勢種, 優勢度為0.158, 平均豐度為37.77×104ind·L–1。

8月優勢種共8種。其中梅尼小環藻在4個采樣區占絕對優勢, 優勢度為0.139, 平均豐度為44.06×104ind·L–1; 螺旋魚腥藻首次成為優勢種, 優勢度為0.106, 平均豐度為126.25×104ind·L–1。

9月優勢種共9種。其中梅尼小環藻、阿氏擬魚腥藻(Aptekarj)和尖布紋藻在四個采樣區為絕對優勢種, 優勢度分別為0.118、0.088、0.073, 平均豐度為21.02×104ind·L–1、56.08× 104ind·L–1、20.21×104ind·L–1。

10月優勢種共7種。其中狹形纖維藻(Bernard)和顆粒顫藻(Gardn)首次成為優勢種, 優勢度分別為0.086和0.065, 平均豐度分別為14.17×104ind·L–1和10.75×104ind·L–1; 梅尼小環藻在四個采樣區占絕對優勢, 優勢度為0.051, 平均豐度為9.72×104ind·L–1。

表1 庫里泡浮游植物優勢種

注: β-ps: 超富營養; α-ms: 富營養型; β-α-ms: 中-富營養型; β-ms: 中營養型。

2.5 庫里泡浮游植物群落多樣性指數

庫里泡浮游植物群落多樣性指數月份變化明顯(表2)。全年多樣性、豐富度、均勻度指數較高, 多樣性()7月最高為3.862, 5月最低為2.434, 全年平均值為3.165。Margalef指數()7月最高為7.726, 10月最低為3.232, 全年平均值為4.989。均勻度指數()10月最高為0.866, 8月最低為0.594, 全年平均值為0.743。

表2 庫里泡浮游植物群落生態指數變化趨勢

注:: Shannon-Wiener多樣性指數;: Pielou均勻度指數;: Margalef指數。

3 討論

浮游植物是水生生態系統的重要組成部分, 對水體營養狀態的變化反應靈敏, 且浮游植物種類組成、數量變化與水體富營養化程度密切相關[11]。因此, 群落結構的組成是水質污染和營養水平狀況的重要評價指標[12]。2012年5月—10月, 庫里泡水域浮游植物中綠藻門(占47.9%)和硅藻門(占18.4%), 二者種類數合計占總數的66.3%, 可判斷其群落結構組成為綠藻-硅藻型。一般情況下, 浮游植物群落結構呈現綠藻–硅藻型為水體營養化程度較高的表征, 亦有研究發現富營養化水域常以綠藻和硅藻占優勢[13]。據此可推斷, 庫里泡水體營養程度相對較高。

庫里泡四個采樣區域的平均豐度為23.0× 105ind·L–1。庫里泡入口(采樣區Ⅰ)和出口(采樣區Ⅳ)兩個區域浮游植物的豐度接近均值, 這兩個區域捕撈浮游動物的人員較少; 采樣區Ⅱ平均豐度為11.7×105ind·L–1, 該區域位于庫里泡最窄處, 水流速度較快, 水體透明度在21 cm左右, 大于其它三個采樣區域的透明度(15—17cm), 附近有大面積的蘆葦等挺水植物群落分布, 該區域的水質在庫里泡是最好的, 區域內浮游植物平均豐度值最低; 采樣區Ⅲ平均豐度為32.2×105ind·L–1, 該區域水面寬闊, 水流速度低, 水動力條件對浮游植物生長有一定的影響, 低流速有利于浮游植物的生長[14], 同時附近居民大量捕撈浮游動物, 食物鏈上層捕食者減少, 使浮游植物大量繁殖, 導致庫里泡浮游植物豐度在該區域最高。

浮游植物能綜合反映環境污染對生態系統的影響, 在同一氣候環境下不同水體由于營養狀態、水文條件等因素, 其優勢種類有一定差異[15], 而在不同月份間優勢種類既存在交叉又具有一定的演替特征。研究發現, 庫里泡4個采樣區共有優勢種為梅尼小環藻, 月平均優勢度梅尼小環藻最高, 為0.088; 四角十字藻月平均優勢度次之, 為0.069。根據污染指示種判斷湖泊營養型, 庫里泡的優勢種大多為中營養型(β-ms)和中—富營養型(α-β-ms), 絕對優勢種梅尼小環藻為典型中—富營養型(α-β-ms)污染指示種, 四角十字藻為中—富營養型(α-β-ms); 同時優勢種中也出現了超富營養型(β-ps)的極大節旋藻, 說明庫里泡水質污染類型基本處于中營養型與和中富營養型之間。調查期間, 庫里泡人為活動頻繁, 大量捕撈浮游動物, 對水質產生較大影響。

浮游植物對水體營養化水平能迅速做出反應[16], 且對生存環境的變化有連續性和相對穩定性, 應用浮游植物的生物多樣性指數來評價河流、湖泊和濕地等水環境變化也是有效的方法之一[17], 且幾種多樣性指數相互結合使用, 才能更好地解釋浮游植物群落結構多樣性及其環境的復雜性。Shannon- Wiener多樣性指數通常反映群落結構的復雜程度, 多樣性指數越高, 其群落結構越復雜, 水質越好; 多樣性指數減小, 群落結構趨于簡單, 穩定性變差, 水質下降[18]。H'值變化表明調查期間庫里泡水體處于β-中污染至輕污染之間; Margalef指數顯示水體處于β-中污染至寡污狀態; Pielou均勻度指數均較高, 差異性不大, 表明浮游植物個體分配較均勻, 群落結構比較完整, 群落內物種分布數量較均勻。從上述指數綜合分析可知, 庫里泡水域浮游植物群落組成比較豐富, 穩定性較好, 水體處于β-中污染至輕污染狀態。

近年來, 由于大規模捕撈浮游動物, 導致庫里泡的浮游植物大量繁殖, 引起水生生物群落結構發生變化, 使水生生態系統失去平衡; 同時, 隨著大慶市人口的增加, 工業規模不斷擴大, 庫里泡每年接納的污水量一直在增加, 水體污染日益嚴重。因此, 應及時采取措施改善和保護庫里泡的生態環境, 以防止其進一步富營養化, 從而給生態環境帶來更大的危害。

[1] 劉群義, 陳永躍, 秦龍, 等. 大慶地區安肇新河蓄、滯、泄防洪系統綜述—專訪黑龍江省大慶地區防洪工程管理處[J]. 黑龍江水利科技, 2014, 42(12): 319–320.

[2] 劉群義, 陳永躍, 秦龍, 等. 大慶地區安肇新河蓄、滯、泄防洪系統綜述—專訪黑龍江省大慶地區防洪工程管理處(續)[J].黑龍江水利科技, 2015, 43(1): 233.

[3] 羅奇鴻, 王紅星, 張達. 松花江哈爾濱段環境水文初步研究[J]. 黑龍江水專學報, 1994(4): 59–64.

[4] 沈韞芬, 章宗涉, 龔循矩, 等. 微型生物監測新技術[M]. 北京: 中國建筑工業出版社, 1990.

[5] 劉宇, 沈建忠. 藻類生物學評價在水質監測中的應用[J]. 水利漁業, 2008, 28(4): 5–7.

[6] 國家環境保護總局《水和廢水監測分析方法》編委會. 水和廢水監測分析方法(第四版)(增補版)[M]. 北京: 中國環境科學出版社, 2002.

[7] 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.

[8] 饒欽止, 章宗涉. 武漢東湖浮游植物的演變(1956-1975年)和富營養化問題[J]. 水生生物學集刊, 1980, 7(1): 1–17.

[9] 饒欽止, 胡鴻鈞. 中國雙星藻科植物研究(Ⅰ)[J]. 海洋與湖沼, 1978, 9(2): 194–204.

[10] 饒欽止, 胡鴻鈞. 中國雙星藻科植物研究(Ⅱ)[J]. 海洋與湖沼. 1979, 10(1): 24–27.

[11] 錢奎梅, 陳宇煒, 宋曉蘭. 太湖浮游植物優勢種長期演化與富營養化進程的關系[J]. 生態科學, 2008, 27(2): 65– 70.

[12] 況琪軍, 胡征宇, 周廣杰, 等. 香溪河流域浮游植物調查與水質評價[J]. 武漢植物學研究, 2004, 22(6): 507–513.

[13] 況其軍, 馬沛明, 胡征宇, 等. 湖泊富營養化的藻類生物學評價與治理研究進展[J]. 安全與環境學報, 2005, 5(2): 87–91.

[14] 王華, 逄勇. 藻類生長的水動力學因素影響與數值仿真[J]. 環境科學, 2008, 29(4): 884–889.

[15] 李慧, 劉妍, 范亞文, 等. 三江平原濕地同江地區水域夏季浮游植物群落結構特征[J]. 植物學報, 2014, 49(4): 440–449.

[16] 陳燕琴, 申志新, 劉玉婷, 等. 瀾滄江囊謙段夏秋季浮游植物群落結構初步研究[J]. 水生態學雜志, 2012, 33(3): 60–67.

[17] 張婷, 李林, 宋立榮. 熊河水庫浮游植物群落結構的周年變化[J]. 生態學報, 2009, 29(6): 2971–2979.

[18] 邱小琮, 趙紅雪. 寧夏沙湖浮游植物群落結構及多樣性研究[J]. 水生態學雜志, 2011, 32(1): 20–26.

Study on the community structure and diversity of phytoplankton in Kulipao Lake of Daqing

CAO Wenzhong1,*, SUN Yufeng2, YANG Shuang3, GAI Yanjun1, LIU Jianghong1, FAN Yawen3

1. College of chemistry and chemical engineering, Northeast Petroleum University, Daqing 163318, China 2. Tianjin Research & Design Institute of Chemical Industry, CNOOC, Tianjin 300131, China 3.College of Life Science and Technology, Harbin Normal University, Harbin 150025, China

The species composition, abundance, dominant species and diversity of phytoplankton in Kulipao Lake of Daqing were investigated from May to October 2012. The results showed that there were 380 taxa for phytoplankton in Kulipao Lake which included 349 kinds, 29 varieties and 2 variants. And the phytoplankton belonged to 8 phyla, 11 classes, 22 orders, 41 families, 104 genera. The phytoplankton community of Kulipao Lake was mainly composed of Chlorophyta-Bacillariophyta and the change order of the number of phytoplankton species with the seasons was August>June>July>May>September>October. The abundance of phytoplankton varied seasonally, and the range was from 5.94×105to 119×105ind·L–1. The dominant species of phytoplankton were alternate and successional in different seasons. Moreover, the dominant species were mainly mesotrophic and medium-eutrophic indicator species. Diversity evaluation results showed that after zooplankton was harvested intensively for a long time, the species composition of the phytoplankton in Kulipao Lake was relatively rich and the community structure of the phytoplankton in Kulipao Lake was relatively complex and had good stability. The water quality of Kulipao Lake was in the β-medium to the light pollution level.

Kulipao Lake; phytoplankton; community structure; diversity index; abundance; dominant species

10.14108/j.cnki.1008-8873.2019.02.027

Q178.1

A

1008-8873(2019)02-206-08

2016-06-20;

2017-07-02

黑龍江省教育廳面上項目, 大慶庫里泡浮游生物多樣性與水質關系研究(12541082)

曹文鐘(1965—), 男, 黑龍江大慶人, 碩士, 副教授, 主要從事環境監測及環境評價方面研究, E-mail: caowenzhong06@163.com

曹文鐘, 孫玉鳳, 楊雙, 等. 大慶庫里泡浮游植物群落結構及多樣性研究[J]. 生態科學, 2019, 38(2): 206-211.

CAO Wenzhong, SUN Yufeng, YANG Shuang, et al. Study on the community structure and diversity of phytoplankton in Kulipao Lake of Daqing[J]. Ecological Science, 2019, 38(2): 206-211.