鄱陽湖出口浮游植物群落與環境因子分析

黃蘭貴 殷環環 張航 吳越

摘要：為研究鄱陽湖出口浮游植物群落與環境因子關系，2017年對湖口斷面浮游植物群落組成及環境因子變化進行了調查。藻類群落結構與環境因子RDA分析顯示，隱藻屬、舟形藻屬、直鏈藻屬3種優勢種受環境因子影響程度較為相似，主要受總磷、氨氮的負相關影響。研究表明：氣溫、氨氮、水溫、總磷、溶解氧、氯化物為湖口斷面藻類分布的主要影響因素;其中，氣溫、水溫等環境因子對藍藻門影響最大，硅藻門受環境因子影響較小。

關鍵詞：浮游植物群落;環境因子;RDA;藻類;優勢種;鄱陽湖

中圖法分類號：X824文獻標志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.08.015

文章編號：1006 - 0081（2021）08 - 0077- 06

1 研究背景

浮游植物[1-2]在地球上的分布很廣，從炎熱的赤道至常年冰封的極地，無論是江河、湖海、溝渠、塘堰，各種臨時性積水，或是潮濕地表、墻壁、樹干、巖石;甚至沙漠、積雪上都有其蹤跡。浮游植物種群在熱帶、亞熱帶、溫帶地區發生變化，內陸水體浮游植物的組成和數量在1 a內的不同季節有規律地發生變化。水溫較低的春季和秋末冬初適合于甲藻和硅藻的生長;夏季以及春末秋初水溫高的季節有利于綠藻和藍藻繁殖。而且，浮游植物是測量水質的指示生物，與浮游植物的藍綠藻爆發導致的水華豐富程度和群落組成有著密不可分的關系，浮游植物的減少或過度繁殖，預示該片水域水質正趨向惡化。湖泊（水庫）浮游植物數量的增加，特別是藍藻瘋長和生長季節的延長就是湖泊（水庫）富營養化的一個重要標志。

隨著近幾十年來江西省工業的快速發展，農藥、化肥、工業廢水、生活污水排放等使水污染不斷加重，已成為影響鄱陽湖生態環境的重要因素。隨著社會經濟的快速發展，生態環境的承載能力成為制約社會經濟可持續發展的重要因素。2017年對鄱陽湖出口處浮游植物組成、多樣性指數、環境因子進行了監測，為鄱陽湖生態修復提供了基礎數據，同時也為尋求其水質發展變化原因和趨勢提供了一定參考。

2 研究區域概況

2.1 河流狀況

湖口站位于鄱陽湖[3]水道最末端順直處，上游有贛、撫、信、修、饒5條江河入匯鄱陽湖，湖面面積為5 100 km2，區間集水面積為2 600 km2，由于上游湖面寬大，因此風浪大，測驗較困難。該站測流斷面上距鄱陽湖大橋約1 km;下距江湖匯流處1 km，左岸灘地在1964年修建圩堤后逐年培厚加高，堤頂高程 22.08 m，右岸有上、下石鐘山分居斷面上、下游，兩山之間建有防洪堤，堤頂高程 24.30 m。水流出口后約1 km ，與張家洲尾端相遇，洲長約1.5 km，自九江新港鎮起分水流為二，因距河口太近，受長江來水嚴重頂托影響時水流紊亂，每年7，8月產生倒流。

2.2 氣候條件

湖口站位于北亞熱帶濕潤性氣候區，熱量豐富，雨量充沛，四季分明。該區域年平均氣溫17.4 ℃;最冷月（1月）平均氣溫4.2 ℃，最熱月（7～8月）平均氣溫28.8 ℃，有記載極端最低溫-10.3 ℃、極端最高溫40.3 ℃;常年無霜期258.8 d;年平均降水量1 442.5 mm;全年實際日照總時數平均1 983.8 h，日照率為45%。受寒潮和季風影響，湖口災害性天氣主要有春季低溫陰雨、春夏季暴雨、夏秋干旱和干熱風以及冬季寒潮大風和凍害。其中，以暴雨與長江、鄱陽湖外澇引起的洪澇造成危害最大。據統計，三峽水庫建成前，大水（水位年內變幅大于30%）平均8 a一遇，中水（水位變幅10%～30%）平均4 a一遇;歷史最高水位22.58 m（1998年8月1日），最低水位5.9 m（1963年2月6日）

3 樣品采集與處理分析

3.1 浮游植物樣品采集及處理

樣品采集和處理主要根據SL167-2014《水庫漁業資源調查規范》。2017年1～12月每月采集一次，測定水環境因子。

（1）樣品采集。定量樣品用采水器采集，采樣點應采集水樣1 000 mL。定性樣品采用25號（0.064 mm）浮游生物網在表層按照“∞”緩慢拖拽采集。

（2）樣品固定。 樣品采用魯哥氏液固定，用量為水樣體積的1.0%～1.5%。如樣品需要較長時間保存，則再加入40%甲醛溶液，用量為水樣體積的4%。

（3）水樣沉淀與制備。搖勻水樣，導入固定在架子上的1 000 mL沉淀器中，經過2 h后將沉淀器輕輕旋轉一會，再靜置24 h，充分沉淀后用虹吸管慢慢吸去上層清液。

3.2 水環境因子樣品采集及分析

水環境因子根據SL 219-2013《水環境監測規范》采集并保存，主要測定氣溫、水溫、pH值、電導率、溶解氧、高錳酸鹽指數等項目。分析均滿足規范要求。水質類別根據GB 3838-2002《地表水環境質量標準》確定。

4 數據分析與處理

4.1 藻類群落結構特征分析

（1）多樣性指數分析。Shannon-Weaver指數H：

式中：N為同一樣品中的個體總數，ni為第i種的個體數。Shannon-Weaver指數評價[4]：03為清潔環境。

（2）優勢種分析。優勢種是根據物種出現的頻率以及個體數量來確定，在浮游植物群落中超過總藻密度的15%均為優勢種。一般取藻密度的前3位作為優勢種。

4.2 藻類群落結構與環境因子相關性分析

使用Canoco for Windows 5軟件[5-6]對物種數據以及環境因子進行相關性分析[7-11]。用species-sample做DCA分析判斷，采用RDA線性模型或CCA單峰模型。SD<3應選擇RDA分析，3≤SD≤4選擇RDA與CCA分析均可。SD>4應選擇CCA分析，使物種數據及環境因子數據正態分布。將物種數據以及水環境因子數據（除pH值以外）均進行lg（x+1）轉化。

5結果與分析

5.1 湖口站浮游植物結構特征

5.1.1浮游植物門類藻密度變化分析

結合圖1和圖2分析，2017年全年主要藻類為硅藻門、隱藻門、藍藻門。

（1）硅藻門在全年所占比例均較高，在8，9月藍藻大量爆發時也只是稍稍減少，原因可能是適應環境突然變化能力較好、與其他藻類競爭能力較強。

（2）隱藻門在1～7月所占比例較高，在6月所占比例最高，為67.6%，與硅藻門呈競爭狀態。8月在藍藻大量爆發時所占比例下降為3.2%，原因可能是隱藻門適應環境突然變化能力較差。9～12月恢復正常，所占比例較高。

（3）藍藻門在全年（除8，9月外）占比均較少。在8月份時出現微囊藻屬大量爆發，占比76.5%，并出現水華，原因分析可能是水溫升高，水體富營養化導致。

（4）在8月發生藻類大量爆發，綠藻門、藍藻門、硅藻門、隱藻門藻密度均大量增加，其余藻類變化程度不大。其中，藍藻、硅藻增加程度最大。藍藻藻密度從0.35×104 cells/L劇增至190.35×104 cells/L，硅藻門藻密度從1.08×104 cells/L增至31.05×104 cells/L。總藻類藻密度從5.33×104 cells/L劇增至235.21×104 cells/L。結合水環境因子監測項目原始數據（表2），分析原因可能是水溫、氣溫升高，環境條件適宜，導致藍藻大量爆發。

（5）在10月發生長江水倒灌至鄱陽湖特殊水情，導致藻類密度均大幅下降。分析原因可能是長江藻藻密度相比于湖口藻藻密度明顯較低，倒灌時湖口藻類分布和藻密度接近長江藻類分布類型。

5.1.2 常見優勢種屬分析

2017年對湖口站進行了浮游植物調查，共鑒定出藻類6門36屬。其中，硅藻門12屬，甲藻門2屬，藍藻門8屬，裸藻門3屬，綠藻門10屬，隱藻門1屬。結合表3、圖3、圖4分析，全年常見優勢種為隱藻屬、舟形藻屬、直鏈藻屬，而微囊藻屬在8，9月突然大量增加成為絕對優勢種。

（1）隱藻屬全年優勢種出現次數為9次，優勢種時所占比例19.8%～67.5%，藻類藻密度從0.04萬cells/L增至16.3萬cells/L，藻密度變化程度較為明顯。藻密度變化趨勢基本從1～9月呈逐漸增加，在9月時達到最大藻密度16.3萬cells/L，9，11月基本保持一致而后藻密度逐漸減小。

（2）舟形藻屬優勢種次數為5次，優勢種時所占比例15.2%～31.9%，藻類藻密度從0.06萬cells/L增至24.3萬cells/L。1～7月藻密度變化程度基本不大，在8月藻類大量爆發時劇增達到最大藻密度24.3萬cells/L，9～12月藻密度逐漸減小。

（3）直鏈藻優勢種次數為6次。優勢種時所占比例15.7%～33.5%。藻類藻密度范圍由0.03萬cells/L增至1.63萬 cells/L，全年變化幅度不大，1～4月藻密度呈上升趨勢，5～7月呈下降趨勢，在8～12月呈下降趨勢。最大藻密度出現在4月。

（4）微囊藻屬優勢種次數2次，優勢種時所占比例34.6%、76.5%。藻類藻密度由26.3萬 cells/L增至180萬cells/L，在8，9月大量爆發，其余時間藻密度較少。

5.1.3 物種多樣性分析

Shannon-Weaver指數范圍為1.46～3.19，表明按照Shannon-Weaver指數評價，水體大部分時間為輕度污染，全年只有2，6，8月為中度污染，水體整體較好。

5.1.4 藻類群落結構與環境因子相關性分析

先用Species-Sample做DCA分析判斷，SD=1.1<3，因此選擇采用RDA模型分析。分析結果見圖5。從20項水質參數中挑選出對藻類群類結構影響程度較大的10項參數（表4）。根據水環境因子對群落變異的解釋度排序，理化因子對群落結果影響程度氣溫>氨氮>水溫>總磷>溶解氧>氯化物>氟化物>總氮>五日生化需氧量>總硬度。

（1）藍藻門、綠藻門、隱藻門。環境因子氣溫、水溫與其呈強烈的正相關，總磷、氨氮、溶解氧、氯化物與其成強烈的負相關。表明藍藻門、綠藻門、隱藻門主要受氣溫、水溫、總磷、氨氮、溶解氧、氯化物等影響。

（2）硅藻門。受環境影響較小，主要與總磷、氨氮、氟化物、成較強負相關性、與五日生化需氧量成正相關。

（3）甲藻門。主要與氯化物成負相關性。

（4）隱藻、舟形藻、直鏈藻3種優勢種，受環境因子影響程度較為相似，主要受總磷、氨氮負相關影響。

（5）藍藻門、綠藻門、隱藻門為受環境因子影響較大的3種門類。原因分析：①2017年湖口站氣溫變化大致范圍為：8.8 ℃～35.0 ℃，水溫變化范圍：11.0 ℃～31.7℃。氣溫、水溫與藻類數量呈強烈的正相關，隨著溫度慢慢升高，陽光照射條件越來越好，環境越來適宜藻類繁殖。②總磷、氨氮與藻類數量成強烈的負相關，平常湖口環境氮磷濃度為浮游植物的適宜濃度，但是超過一定濃度后反而會抑制浮游藻類繁殖。③溶解氧與藻類數量成強烈的負相關，浮游植物增加，繁殖、生長過程中耗氧導致水中溶解氧濃度降低。④氯化物與藻類數量成強烈的負相關，排入湖口生活污水中含次氯酸，會影響藻類繁殖。

本研究表明，氣溫、氨氮、水溫、總磷、溶解氧、氯化物為湖口斷面藻類分布的主要影響因素。其中，氣溫、水溫等環境因子對藍藻門影響最大，硅藻門受環境因子影響較小。

5.2 水環境因子變化特征

在整個采樣周期內測定水環境因子原始數據見表2，2017年湖口表層水環境因子變化范圍見表5。數據變化規律見圖6。監測結果表明，湖口水質全年處于Ⅲ-Ⅳ類水。2017年湖口主要水環境污染因子為總氮、總磷，可能是因為采樣周邊受人為活動影響較大，因此必須嚴格控制生活污水的排放。其余參數均在Ⅰ-Ⅱ類，表明湖口水環境因子整體較好，在未進入汛期前1～5月水質變化整體較為平穩。而進入汛期后6～9月大部分水質參數明顯變好，分析原因可能是湖口流量明顯增大，而排入湖中污染物沒有明顯增加，污染物被稀釋使得檢出濃度變低。10月水質突然變差，分析原因可能是在湖口處發生長江水倒灌進入鄱陽湖所致。而長江水與鄱陽湖水質相比較差。11～12月整體水質變化整體較為平穩。為了改善湖口水質，必須重點關注湖口總氮、總磷兩個參數的變化，嚴格控制生活污水的排放。

6 結 論

（1）監測結果表明湖口水質全年處于Ⅲ-Ⅳ類水，湖口2017年主要污染水環境因子為總氮、總磷，其余參數均在Ⅰ～Ⅱ類，整體較好。

（2）2017年對湖口斷面進行了浮游植物的調查，共鑒定出藻類6門36屬。其中，硅藻門12屬，甲藻門2屬、藍藻門8屬、裸藻門3屬、綠藻門10屬、隱藻門1屬。全年常見優勢種為隱藻屬、舟形藻屬、直鏈藻屬。其中，隱藻屬、舟形藻屬、直鏈藻屬3種為優勢種，受環境因子影響程度較為相似，主要受總磷、氨氮負相關影響。

（3）氣溫、氨氮、水溫、總磷、溶解氧、氯化物為湖口斷面藻類分布的主要影響因素。藍藻門受環境因子影響最大，硅藻門受環境因子影響較小。

（4）對于藍藻門、綠藻門、隱藻門，環境因子氣溫、水溫與其呈強烈的正相關關系，總磷、氨氮、溶解氧、氯化物與其成強烈的負相關關系。這表明，藍藻門、綠藻門、隱藻門主要受氣溫、水溫、總磷、氨氮、溶解氧、氯化物等環境因子影響。

參考文獻：

[1] 曹慧敏，姚莉. 湖泊浮游生物群落多樣性研究進展綜述[J]. 廣東化工，2020，47（9）：127-128.

[2] 龔川，貢丹丹，劉德富，等. 不同光照強度下香溪河浮游植物演替過程研究[J]. 環境科學研究，2020，33（5）：121-122.

[3] 鄱陽湖研究編委會. 鄱陽湖研究[M]. 上海：上海科學技術出版社，1988.

[4] 莊道闊.? 鏡泊湖流域浮游植物群落和功能類群特征及水質評價[D]. 保定：河北大學，2015.

[5] 賴江山. 生態學多元數據排序分析軟件Canoco5介紹[J]. 生物多樣性，2013，21（6）：765-768.

[6] FRANK S. GILLIAM，N. ELIZABETH SAUNDERS. Making more sense of the order： a review of Canoco for Windows 4.5， PC-ORD Version 4 and SYN-TAX 2000[J].? Journal of Vegetation Science，2003，14（2）：297.

[7] 陳立婧，吳淑賢，彭自然，等. 2008年蘇州陽澄湖浮游藻類群落結構與環境因子的CCA分析[J]. 生物學雜志，2012，29（6）：65-69.

[8] 汪星，鄭丙輝，劉錄三，等. 洞庭湖典型斷面藻類組成及其與環境因子典范對應分析[J]. 農業環境科學學報，2012，31（5）：995-1002.

[9] 楊麗標，韓小勇，孫璞，等. 巢湖藻類組成與環境因子典范對應分析[J]. 農業環境科學學報，2011，30（5）：952-958.

[10] 金芳芳.? 池蝶蚌養殖池塘季節性浮游植物群落與環境因子的CCA分析[D]. 南昌：南昌大學，2012.

[11] 肖智順，林聰，楊雙，等. 大慶新華湖藻類植物群落結構與環境因子的相關性[J]. 植物學報，2016，51（3）：353-362.

（編輯：李 晗）