錦江水庫浮游植物功能群特征及水生態狀態評價

漆國佳，張 紅，潘 鴻

（遵義醫科大學，貴州 遵義563003）

浮游植物依據其相似的形態結構、光照、營養資源等共同適應特征及其主要功能作用可劃分為不同的功能群[1]。浮游植物功能群概念自提出以來，受到從事浮游植物及生態學研究學者的廣泛關注，主要涉及浮游植物功能群與水文[2-4]、環境因子[5-6]的關系及演替[3,5,7]等方面。另外，Padisák 等[8]基于浮游植物功能群提出了用于對水體生態狀態進行評價的生態狀態指數(Q)，其后有學者將該指數在生態狀態、水體富營養化評價、生態功能評價等方面[9-13]進行了應用。

廣東境內水庫眾多，對其浮游植物的研究也較多，主要涉及基于傳統形態分類基礎上的浮游植物群落特征、群落演替或季節變化、水體富營養化評價[14-22]等方面。然而基于浮游植物功能群的研究相對較少：例如Xiao 等[2]報道了受季風水文調控下的浮游植物功能群演替特征，認為季風降雨和人工排水造成的水位變動對浮游植物功能群的演替具有顯著影響；岳強等[7]對白水礤和蒼村水庫的浮游植物功能群季節演替開展相關研究，認為營養鹽含量不同是造成不同水庫浮游植物功能群存在差異的根本原因，降水變化導致水環境變化是造成浮游植物功能群演替不可忽視的因素；王雅文等[23]基于浮游植物功能群將廣東10 個水庫劃分為4 個不同生態類型區，認為浮游植物優勢功能群與水質營養狀態有良好響應關系；張紅等[13]分析了廣東長湖水庫浮游植物功能群特征并基于生態狀態指數評價其水生態狀態為中等水平。錦江水庫是廣東大型水庫之一，位于恩平西北部潭江干流上游(112°2′45″～112°10′21″E，22°10′40″～22°17′25″N)，地處亞熱帶季風氣候區，以防洪、灌溉為主，兼具發電、養殖、旅游等功能。水庫集水面積362 km2，總庫容4.18×108m3，水面面積約17.24 km2（2018 年10 月4 日谷歌地圖采用GOOGLE EARTH PRO 軟件測量），多年平均降雨量2 470 mm[24]。2010 年，水庫所屬恩平市降雨量為2 804.3 mm，比上年增加5.1%，比常年增加24.1% ；蓄水量達3.318×108m3，比上年增加2.40×107m3[25]。而2011 年降雨量為1 612.4 mm，比2010 年減少42.5%，比常年減少28.5% ；蓄水量為2.45×108m3,比2010 年減少7.28×107m3[26]。

水庫生態監測和管理中，生物數據是其重要支撐材料。其中浮游植物功能群作為可反映特定生境類型，具有形態、生理、生態特征相似，有相同或相近生存策略/生態位的浮游植物集群[13]，在開展水庫生態狀態監測與管理方面有著重要作用。然而基于錦江水庫浮游植物的研究較少且研究深度較淺。如陳偉濤[27]對錦江水庫2010 年浮游植物種類組成和優勢種進行了簡單報道，主要涉及浮游植物豐度組成和優勢種屬等兩方面。對錦江水庫基于浮游植物特征功能群及水生態狀態評價鮮見報道。為此本文對2010～2011 年采集的浮游植物樣品進行分析，探討水庫浮游植物功能群特征，并基于Q 指數對水庫水生態狀態進行評價，以期豐富錦江水庫浮游植物研究的相關數據，并為水庫生態狀態監測與管理積累相關資料。

2.1 樣點設置

錦江水庫為狹長的河道型水庫，在水庫大壩前(S1)和庫心(S2)各設置1 個采樣點(見圖1)。由于水庫所處區域70%～85%降水量集中在4～9 月，而10 月至次年3 月降水量僅占15%～30%[28]，故將浮游植物定性及定量樣品采集時間設定為7 月和12 月，并于2010 和2011 年分別進行采集。

2.2 樣品采集及處理

水面下0.5 m 處以25 號浮游生物網采集浮游植物定性樣品，加入固定液（甲醛：丙三醇：水為1:1:8）保存；相同位置以改良北原氏采水器取1L 水樣，加入10 ml 魯戈氏液固定作為定量樣品，并在室內靜置沉淀48 小時后用虹吸法濃縮并定容至30 ml[29]。

依次取沉淀24 小時后的定性樣品底層沉積物和搖勻后的中間層水樣制作臨時封片，在顯微鏡（Olympus CX31）下觀察浮游植物形態特征，結合文獻[30-32]描述對其進行種類鑒定。參照章宗涉等[29]方法，取搖勻后的定量樣品0.1 ml 加入20 mm×20 mm 計數框內，先以目鏡行格法在高倍鏡（×40）下計數，再以全片計數法在低倍鏡（×10）下對未計數的大型種類計數；同一樣品鏡檢3～5 次（新檢測出種類納入定性統計）；取其均值計算浮游植物豐度（A, cell/L）。每種藻類顯微鏡下測量30個細胞（不足30 個細胞則全部測量），取其均值參照不同形態體積公式[29,33]計算其細胞體積常數（Vk，mm3/cell）；因藻類比重接近1 mg/mm3[29]，故各藻類豐度（A）與其細胞體積常數（Vk）乘積之和為浮游植物生物量（B, mg/L）。

將鑒定的浮游植物種類與文獻[1]～[7]、[9]～ [13]、[34]～[38]種類比較，相同種類納入對應的功能群（同一物種分屬不同功能群時，以水體生境特征與錦江水庫類似研究文獻劃分的功能群為準）；極少數種類在文獻資料[1]、[6]～[8]、[14]～[17]、 [34]～[38]中未劃分功能群，以錦江水庫生境特征為基準，結合藻類形態特征，參照文獻[1]和[34]中的方法劃分為相應功能群。

Padisák 等研究[8]指出，不同水體浮游植物功 能群F 因子確定需基于現有資料和專家經驗。 因此相同功能群F 因子在不同研究中（文獻[10]、 [11]、[13]、[37]、[38]）的賦值存在較大差異。本研 究以Padisák 等[13]研究中第四類水體類型的功能群和長湖水庫[13]的F 因子賦值為基準，結合錦江水庫浮游植物功能群藻類種類組成特征進行修正。

2.3 優勢功能群及生態狀態指數(Q)

3.1 浮游植物種類及功能群

經室內初步鑒定，共檢出浮游植物50 種（含變型和變種），分屬7 門10 綱15 目28 科40 屬(見表1) ；可劃分17 個功能群，并依據研究方法對各功能群的F 因子進行賦值和修正(見表2)。

3.2 功能群豐度及生物量構成

2010～2011 年浮游植物平均豐度為2.79×107cell/L ；2010 年遠高于2011 年，分別為5.52×107cell/L 和6.77×105cell/L。最大相對豐度大于5% 的 功 能 群 為B、F、J、K、L0、M、P、S1、X1 等，其 中B、J、L0、M 功 能 群 最 大 相 對 豐度大于25%( 見圖2 左)，屬優勢功能群；各功能群中相對豐度最高的物種分別是梅尼小環藻(Cyclotella meneghiniana Kützing)、 四 尾 柵 藻(Scenedesmus quadricauda (Turp.) Brébisson)、細小平裂藻(Merismopedia minima G. Beck)、居氏腔球藻(Coelosphaerium kützingianum N?g.)、銅綠微囊藻(Microcystis aeruginosa Kützing)。

表1 錦江水庫浮游植物種類組成

表2 錦江水庫浮游植物功能群代表屬

2010～2011 年浮游植物平均生物量為7.11 mm3/L；2010 年遠高于2011 年，分別為13.86 mm3/L和0.35 mm3/L。最大相對生物量大于5%的功能群為A、B、F、J、K、L0、P、S1、X1 和W2 等，其中B、J、和P 功能群最大相對生物量大于25%(見圖2 右)，屬優勢功能群；各功能群中相對生物量最高的物種分別是梅尼小環藻(C. meneghiniana)、四尾柵藻(S. quadricauda)和顆粒直鏈藻極狹變種 (Melosira granulata var. angustissima O. Müller)。

（5）以展示為基礎的自我表現活動。需要是幼兒心理發展的內在動力，而自我表現是幼兒成長的基本需要之一。每個幼兒都有實現自我價值和得到他人肯定的需要，經歷活動的內容為幼兒的發展而存在，與幼兒的需要緊密聯系，因此，園所可以開展形式多樣的自我表現活動，使幼兒在參與活動的過程中，充分發揮智能優勢，培養興趣愛好，滿足個體發展需要，促進幼兒富有個性地發展。如小班“才藝寶寶比賽”，中大班“講故事比賽”“踢毽子比賽”等，形式多樣的展示活動使幼兒獲得了成功的體驗，培養了幼兒的自信與勇氣。

2010～2011 年，錦江水庫浮游植物功能群中L0，P，J，B 功能群的DR值大于20%，為優勢功能群，其變化呈現出P+L0→J →B →L0的演替趨勢(見圖3)。

圖2 浮游植物功能群豐度(左)及生物量(右)構成比

圖3 浮游植物功能群DR值變化趨勢

3.3 生態狀態指數及評價

錦江水庫2010～2011 年的生態狀態指數（Q）值在2.50～3.09，均值為2.79；其中12月略高于7月，依據Q 值評價錦江水庫的生態狀態為中等～良好，整體屬于中等水平（見表3）。

表3 錦江水庫Q值及生態狀態

4.1 浮游植物功能群組成

錦江水庫2010～2011 年檢出浮游植物50 種（含變型和變種），分屬于A，B，D，E，F，J，K，L0，M，MP，P，S1，SN，W2，X1，X2 和Y 17 個功能群。其中，最大相對豐度和最大相對生物量均大于25%的功能群為B 和J 功能群，而L0、M功能群僅最大相對豐度大于25%，P 功能群僅最大相對生物量大于25%。最大相對豐度的功能群和最大相對生物量的功能群并不完全一致，這可能是構成不同功能群的藻類個體差異較大所致。構成M 功能群的浮游植物單一，為銅綠微囊藻(M. aeruginosa.)，而該種類細胞為球形，且直徑較小（測量值約為4.5μm），盡管其豐度較高，但生物量卻不高，因此計算的優勢度值（DR）＜20%，故未能成為優勢功能群。而L0，P，J，B 功能群不僅相對豐度較高，其構成藻類種類個體通常較大，故計算的優勢度值（DR）＞20%，成為錦江水庫中的優勢功能群。

浮游植物功能群數量通常與采樣頻次和方法有關[13]，同時水庫的水環境特征、水文條件等也會影響浮游植物功能群的種類[3,5]。錦江水庫浮游植物功能群與長湖水庫（直線距離約250 km）檢出的18 個功能群有16 個相同[13]；而與流溪河水庫（直線距離約235 km）檢出的28 個功能群[3]差異較大。錦江水庫浮游植物功能群數量少于流溪河水庫，可能是采樣頻次和方法、水庫水環境特征、采樣時不同水文條件所致；而與長湖水庫功能群種類相似度較高可能是采樣頻次和方法相同、采樣時間基本一致、水庫形態特征相似（均為狹長的河道型水庫）所致。

4.2 優勢功能群及其演替

張紅等[13]認為P 功能群的顆粒直鏈藻極狹變種 (M. granulata var. angustissima)在枯水期易形成優勢種是因為枯水期降水少、水文條件相對穩定、較低的光照和溫度、水中硅元素受到降水稀釋作用減弱等條件更適宜其生長所致。然而，錦江水庫2010～2011 年的枯水期（12 月）并未形成優勢，可能是P 功能群代表種類的生長受到J 和L0功能群代表種類生長時的光和營養競爭抑制作用影響。因為Zhu 等[6]研究表明，J 功能群與水柱穩定性、氮、磷等因素正相關；L0功能群生長與水位呈負相關，而與水柱穩定性呈正相關。錦江水庫2010 年豐水期（7 月）降雨量顯著高于2011 年[25,26]，降雨通過地表徑流攜帶大量氮、磷等營養鹽匯入水庫，使得2010 年枯水期（12 月）水庫中充足的營養鹽促進J 功能群代表物種的生長，從而抑制了P功能群物種的生長；2011 年降雨量顯著低于2010年（錦江水庫上游清灣站點2010 年監測降雨量為3 533.5 mm，遠高于區域內2 804.3 mm 的年均降雨量；而2011 年降雨量比2010 年減少42.5%）[25,26]，降雨減少導致水庫水位降低，水體穩定性較高，有利于L0功能群的代表性物種生長，從而抑制了P 功能群物種的生長。但Zhu 等[6]研究也表明，L0功能群生長與水溫、濁度、溶解氧、pH 等因素呈正相關；而錦江水庫2010 年豐水期降雨量顯著高于2011 年[25,26]，大量降雨通過地表徑流匯入水庫導致水庫泥沙含量（濁度上升）、溶解氧等增加，加之7 月溫度較高，更有利于L0功能群的代表性物種。所以，2010年豐水期L0功能群也能形成優勢。但是，本研究未測量水庫的環境特征參數，故P功能群在2010 年豐水期（7 月）形成優勢的原因尚待進一步研究。另外，B 功能群僅在2011 年豐水期（7 月）形成優勢，而在2010 年豐水期未形成優勢，Zhu 等[6]研究表明B 功能群生長與pH 正相關，其成因有待后續研究。

另外，錦江水庫和長湖水庫直線距離約250 km， 盡管其浮游植物功能群組成相似度較高，但優勢功能群及其演替趨勢差異較明顯：錦江水庫優勢功能群變化呈現P+L0→J →B →L0的演替趨勢，而長潭水庫則呈現S1 →P →J+L0→P 的演替趨勢[13]，這可能提示兩個水庫的水環境特征、采樣時水文條件存在差異。本研究未對其進行檢測，故有待后續研究證實。

4.3 水庫的水生態狀態

錦江水庫2010～2011 年的生態狀態指數(Q)值在2.50～3.09，其依據生態狀態指數評價標準判定生態狀態為中等～良好，整體屬于中等水平。該評價結果與張文濤[39]、陳文樂[40]和陳偉濤[27]相同時間段采用TN、TP、Chl-a、CODMn/ CODCr、SD 等指標以及TSI 指數評價的水庫富營養化狀態基本一致。這似乎表明采用Q 指數對水庫生態狀態評價具有較高的可行性。

錦江水庫優勢功能群中的B 功能群典型生境為中營養水體，L0功能群為廣譜類群，P 功能群喜好富營養化水體[23]。因此，該水庫生態類型分區屬于第二類～第三類，其中2010 年接近第三類生態分區，2011 年接近第二類生態分區。第三類生態分區的水庫屬于中～富營養化水平，第二類生態分區的水庫屬于中營養水平[23]；這表明錦江水庫生態狀態有逐漸改善的趨勢，這可能是2010 年前后加強了水質監測，逐步落實了水資源保護的相關措施[24]所致。

盡管錦江水庫2010～2011 年生態狀態屬中等～良好，但出現了較高豐度和生物量的銅綠微囊藻。該藻屬淡水中常見的水華藍藻種類，受溫度、光照強度、氮磷營養鹽及某些微量元素的影響可能產生藻毒素[41]，進而對水庫水生態系統和飲用水安全造成威脅。為此從保護水庫水生態系統、維護水庫生態安全、促使水庫可持續發展利用角度出發，該水庫在監測和管理方面要重點關注藻類種類和數量（豐度和生物量）的變化趨勢，尤其是產毒藍藻（如銅綠微囊藻），同時還要關注水溫、光照、氮磷營養鹽等環境因素的變化趨勢。