凌塘水庫浮游植物群落結構及其與環境因子之間的關系

張 振，張樂源

（1.江蘇省水文水資源勘測局鎮江分局,江蘇 鎮江 212000；2.江蘇省水文水資源勘測局南通分局,江蘇 南通 226000）

浮游植物是水生態系統中重要的貢獻者和參與者,對水生態系統的物質循環和能量交換發揮著重要的作用[1]。有研究指出,浮游植物可以作為水生態環境變化的重要指示生物,且不同浮游植物種群對水生態環境因子的響應也不相同,因此,浮游植物群落結構可以對環境因子的變化起到指示作用,特別是浮游植物群落結構組成、多樣性的變化[2-3]。水生態環境因子主要包括水體pH、溶解氧、營養鹽等含量,通過分析浮游植物群落結構與水生態環境因子之間的關系,可以客觀評價水體營養與群落變化之間的關系,為水體健康提供基礎數據和理論依據[4-5]。

凌塘水庫,屬太湖湖西水系,位于江蘇省鎮江市丹徒區南部低丘陵區小金河上游,地形大致呈西高東低。水庫集水面積25.5 km2,總庫容1433 萬m3,是鎮江市南部地區重要的防洪、灌溉工程。凌塘水庫,共劃分1個水功能區,為凌塘水庫丹徒飲用水水源、漁業用水區,2020 年水功能區水質目標為Ⅱ類。凌塘水庫常規的水質監測多集中于水體物理、化學養分的測算,而鮮有對于水體浮游植物群落結構的變化及其與環境因子之間的關系的報道。本研究主要是通過對凌塘水庫2020 年不同季節浮游植物與環境因子進行調查,摸索凌塘水庫浮游植物群落結構隨季節的變化情況,以及不同季節浮游植物群落結構與環境因子之間的相互關系,力爭為本區域水生態系統的安全、評價及防治提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 采樣點設置與采樣時間

于2020 年2 月～11 月對鎮江市丹徒區凌塘水庫進行采樣調查,取樣點為凌塘水庫長期監測點位,其坐標為：119°24'4.07",32°4'29.03"。

1.2 樣品采集與分析

（1）浮游植物樣品的采集：用采水器取水下50 cm處水樣1000 mL,放置在塑料瓶中,并加入1.5%魯哥試劑進行固定,在實驗室靜置24 h后取100 L樣品放置在電子顯微鏡下進行鑒定和技術[6]。

（2）總氮測定：依照《水質 紫外分解后總氮的測定——用流動分析法（CFA與FIA）和光譜檢測法》（ISO 29441-2010）中描述的方法進行測定；

（3）總磷測定：依照《水質 液流分析測定正磷酸鹽和總磷含量—第2部分：連續流動分析法》（ISO 15681-2003）中描述的方法進行測定；

（4）透明度測定：依照《透明度的測定 透明度計法、圓盤法》（SL 87-1994）中描述的方法進行測定；

（5）高錳酸鹽指數測定（CODMn）：依照《水質 高錳酸鹽指數的測定 酸性高錳酸鉀法》（GB/T 11892-1989）中描述的方法進行測定；

（6）葉綠色a測定：采用乙醇免研法測定水體中葉綠素a[7]。

1.3 營養狀態指數計算

根據《湖泊（水庫）富營養化評價方法及分級技術規定》,利用總氮、總磷、透明度、葉綠色a、高錳酸鹽指數進行計算得出。

1.4 多樣性指數計算

（1）Shannon-wiener指數（H指數）計算公式[8]：

式中：S為藻類種類, pi為第i種藻類占整個藻類個體數的比例。

（2）Pielov均勻度指數（J指數）計算：

式中：H'為Shannon-wiener指數；S為藻類種類。

1.5 數據分析

采用SPSS18.0 分析數據的差異性和Pearson相關性,采用Excel2007 軟件進行作圖。

2 結果與分析

2.1 水體浮游植物的群落組成

表1 所示為不同季節凌塘水庫浮游植物群落結構數量變化。由表1 可知,浮游植物總量在73.0×104/L～119.0×104/L,其中6 月份時浮游植物數量最多,而2月份時浮游植物總量降至最低。通過測定,共鑒定出6 門49 屬65 種浮游植物,其中以綠藻門和硅藻門浮游植物全年密度最大,綠藻門浮游植物在6 月份時密度最大,達48.4×104/L,硅藻門浮游植物密度在9 月份時最大,達28.0×104/L；裸藻門浮游植物全年密度最低,且在6 月份時密度達到最小值；而藍藻門浮游植物在2 月份時沒有被檢測出,金藻門浮游植物在11 月份時未檢測到。

表1 不同季節浮游植物群落結構變化

2.2 不同浮游植物的優勢度變化

圖1所示為不同季節浮游植物群落優勢度變化情況。由圖可知,在2月份時,以綠藻門和硅藻門浮游植物優勢度最大,合計占總密度的71.4%；6月份時,綠藻門浮游植物優勢度最大,達40.7%,其次是金藻門23.7%和硅藻門20.3%；9月份時,綠藻門浮游植物優勢度最大44.4%,其次是硅藻門浮游植物,占比達25.9%；11月份時,綠藻門浮游植物優勢度最高,達46.5%,其次是硅藻門和隱藻門浮游植物,優勢度分別為24.8%和18.8%。

圖1 不同季節浮游植物優勢度變化情況

2.3 不同浮游植物的多樣性指數變化情況

圖2所示為不同浮游植物群落結構的Shannon指數和Pielov指數變化情況,由圖可以看出,2020 年度,隨著時間的推移,水體浮游植物多樣性指數總體呈現下降趨勢,2月份時,Shannon指數和Pielov指數均最高,分別達4.06 和0.89；而6 月份時,Shannon指數和Pielov指數均降至最低,分別為3.91和0.82。

圖2 浮游植物多樣性指數變化

2.4 不同季節水體環境因子變化情況

表2所示為不同季節水體環境因子變化情況。由表可知,凌塘水庫全年pH值變化不大,為8.1～8.4；溶解氧含量在2 月份時達到最大值11.1 mg/L,而9 月份時,含量最低,其濃度為7.4 mg/L；高錳酸鹽指數在2 月份和11 月份達到最大3.8 mg/L；總氮、總磷含量均在11 月份時達到最大值,其含量分別為0.71 mg/L 和0.069 mg/L；水體葉綠素a含量和透明度均在2月份時最低,而其他季節變化不大。

表2 不同季節水體環境因子變化情況

2.5 水體營養狀態評價

圖3 所示為不同季節水體營養狀態指數變化情況。由圖可知,2020 年2 月、6 月、9 月和11 月水體營養狀態指數分別為48.3、48.7、50.0 和51.8。根據《湖泊（水庫）營養狀態評價標準及分級方法》規定,凌塘水庫在2020 年下半年水體處于輕度富營養化狀態。

圖3 不同季節水體營養狀態評價

2.6 浮游植物群落與環境因子之間的相關性分析

表3所示為浮游植物群落結構與環境因子之間的相關性分析。由表3可知,水體總藻密度與水體總氮含量和氨氮含量呈顯著負相關關系,與藍藻門和綠藻門浮游植物密度呈顯著正相關關系；藍藻門和綠藻門浮游植物密度之間存在顯著正相關關系；金藻門和隱藻門浮游植物密度之間存在極顯著負相關關系。

表3 相關性分析

3 討論

凌塘水庫作為丹徒區重要的水源保護地和生態補償區域,其水體營養狀態應綜合環境因子與生物學指標進行全面的、系統的研究與分析。有研究表明,浮游植物在不同季節,其主導群落可以概括為：夏季以綠藻門浮游植物為主要類型,秋季以硅藻門浮游植物為主要類型[9]。而在本研究中,2020 年6 月～9 月期間,綠藻門的數量約占總密度的60.84%,表現為優勢種群；而硅藻門數量在全年中,以9 月份時達到最大值,屬于第二大的浮游植物種群。隨著季節的變化,表現出不同的群落結構,表明水體溫度對群落結構的影響較大[10]。

本研究中可以發現,2 月份時浮游植物的多樣性指數最高,而夏秋季節浮游植物豐富度有所下降,主要是因為夏秋季節,水溫相對較高,降低了水體中的溶解氧含量。有研究表明,浮游植物群落結構與溶解氧含量呈現顯著正相關關系,因此,溶解氧的含量對于浮游植物群落結構變化起著重要的作用[11]。春季水體Shannon指數高表明凌塘水庫春季浮游植物多樣性更高,群落結構相對穩定性較高且復雜[12]。Pielov指數在2 月份時也達到了最大值,表明凌塘水庫在冬春季節具有更均勻的群落種類和數量[13]。

浮游植物群落結構變化受到多重因素的影響[14]。以往的研究表明,水體溶解氧、總氮、pH等均與浮游植物的密度和群落結構息息相關[15]。另外,水體中魚類對浮游植物的影響也是一大因素。凌塘水庫位于江南地區,氣溫較高,受人類活動影響較大,利于浮游植物的生長,在有效控制污染源的前提下,改善水體生態環境,提升水體質量,是改善和保持浮游植物群落結構的重要因素,同時也是降低水體富營養化的主要舉措。

4 結論

凌塘水庫共檢測到浮游植物6 門49 屬65 種,其中綠藻門和硅藻門浮游植密度最大,且表現出明顯的時空差異,即夏季密度大于冬季；冬春季節浮游植物Shannon指數和Pielov指數相對較高；通過相關性分析可知,浮游植物總體密度與水體總氮含量和氨氮含量呈顯著負相關關系。