元蕩水域浮游植物的群落結(jié)構(gòu)及水質(zhì)評價

王 憶，鐘俊生，郁蔚文，胡 景，陳立婧

(1.上海海洋大學(xué)省部共建水產(chǎn)種質(zhì)資源發(fā)掘與利用教育部重點實驗室，上海 201306；2.中國水產(chǎn)科學(xué)研究院漁機所，上海 200092)

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元蕩水域浮游植物的群落結(jié)構(gòu)及水質(zhì)評價

王 憶1，鐘俊生1，郁蔚文2，胡 景1，陳立婧1

(1.上海海洋大學(xué)省部共建水產(chǎn)種質(zhì)資源發(fā)掘與利用教育部重點實驗室，上海 201306；2.中國水產(chǎn)科學(xué)研究院漁機所，上海 200092)

2013年對元蕩湖的浮游植物群落和物種多樣性進行了初步調(diào)查研究，共發(fā)現(xiàn)浮游植物111種，隸屬7門，72屬，其中綠藻門為主要類群，35屬48種，占浮游植物總物種的43.24%。浮游植物生物量和密度分別為2.13 mg/L和842.80×104cells/L，主要優(yōu)勢種有微小平列藻(Merismopediatenuissima)、兩棲顫藻(Oscillatoriaamphbia)、燦爛顫藻(Oscillatoriasplendida)、小空心藻(Coelastrummicroporum)、小型黃絲藻(Tribonemaminus)等。藍藻門的優(yōu)勢種出現(xiàn)在春、夏、秋季，綠藻門的優(yōu)勢種出現(xiàn)在冬季，黃藻門的優(yōu)勢種出現(xiàn)在秋冬季。Shannon-Wiener多樣性指數(shù)全年均值為1.70，Margalef 豐富度指數(shù)全年均值為1.13，藻類綜合指數(shù)全年均值為6.00，元蕩湖水體呈富營養(yǎng)型。

元蕩湖；浮游植物；群落結(jié)構(gòu)；水質(zhì)評價

浮游植物是水域環(huán)境中主要的初級生產(chǎn)者以及食物鏈上的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，在能量的轉(zhuǎn)換和物質(zhì)的循環(huán)過程中扮演著重要的角色，其群落結(jié)構(gòu)是反映水域環(huán)境狀況的重要指標(biāo)[1]。浮游植物的種類組成、群落結(jié)構(gòu)和豐度變化，直接影響水體水質(zhì)、系統(tǒng)內(nèi)能量流、物質(zhì)流和生物資源變動[2-3]。故系統(tǒng)深入地了解浮游植物群體結(jié)構(gòu)變化規(guī)律及其特點對改善水環(huán)境，進行湖泊生態(tài)修復(fù)有著重要的理論和實際意義。

元蕩湖位于上海市青浦區(qū)西南約25 km處，與朱邵漾、雪落漾相連，與淀山湖相通，原系淀山湖湖灣，后因蘆灘封淤，始成一獨立湖泊，和江蘇省吳江市比鄰。元蕩湖最寬處3.8 km，南北長約6 km，屬于青浦區(qū)，區(qū)域水面積為4 250 km2，水位最深處為2.5 m，平均水深為1.8 m，湖區(qū)水草茂盛，漁業(yè)資源豐富，多產(chǎn)魚、蝦、蟹、貝類等高質(zhì)量的水產(chǎn)品。元蕩湖也是淀山湖的入湖湖泊之一，但隨著地區(qū)社會經(jīng)濟的發(fā)展，淀山湖區(qū)域內(nèi)污染問題日漸突出，水環(huán)境日趨惡化，生態(tài)環(huán)境遭到破壞，嚴(yán)重威脅著下游地區(qū)人民的飲用水安全，嚴(yán)重制約著區(qū)域經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展。元蕩水域與淀山湖相連，在一定程度上受到淀山湖的影響，水體也趨于富營養(yǎng)化。國內(nèi)有關(guān)淀山湖的研究有浮游植物、浮游動物、水中營養(yǎng)鹽和藍藻爆發(fā)等[4-5]，尚無關(guān)于元蕩湖浮游植物的報道。因此定期對元蕩湖浮游植物的群落結(jié)構(gòu)進行研究，可為元蕩湖開發(fā)和修復(fù)水質(zhì)提供基礎(chǔ)資料。

1　材料與方法

1.1采樣點設(shè)置根據(jù)元蕩湖的形態(tài)、水文以及湖區(qū)內(nèi)的漁業(yè)狀況設(shè)立7個采樣點(圖1)。

圖1　元蕩湖水域采樣點Fig.1　Sampling sites in Yuandang Lake area

1.2樣品采集和分析用5 L有機玻璃采水器采集表層水(0.5 m)，并從中取1 L水樣加入15 mL的魯哥氏碘液固定，再加入10 mL的甲醛溶液用來延長樣品的保存時間。樣品帶回實驗室沉淀、濃縮、鏡檢。種類鑒定主要依據(jù)《中國淡水藻類：系統(tǒng)、分類及生態(tài)》[6]，計數(shù)時每個樣品重復(fù)計數(shù)兩片，誤差超過15%時進行第3片計數(shù)后取結(jié)果相近的兩片并取平均值。用細胞體積法推算浮游藻類的生物量，對優(yōu)勢種隨機測量30～50個細胞或個體的體積，求得平均值[7-8]。

1.3數(shù)據(jù)分析物種多樣性指數(shù)(H′)的計算公式用香農(nóng)-威納指數(shù)[9](Shannon-Wiener index)表達式，為：

(1)

物種豐富度指數(shù)(D)采用Margalef的計算公式[10]：

(2)

物種優(yōu)勢度(Y)的計算公式[10]：

(3)

式(1)～(3)中，Ni為第i種的個體數(shù)；N為總個體數(shù)；S為總物種數(shù)；fi為第i種的出現(xiàn)率。

藻類綜合指數(shù)的計算公式[11]：

綜合指數(shù)=

(4)

2　結(jié)果

2.1浮游植物種類組成 元蕩湖水域共發(fā)現(xiàn)浮游植物7門72屬111種。其中綠藻門種類最多，35屬48種；硅藻門次之，16屬27種；藍藻門14屬22種；裸藻門3屬5種；黃藻門2屬6種；甲藻門1屬2種；隱藻門1屬1種。由圖2可知，綠藻門種類最多，占總種類數(shù)的43%；硅藻門次之，占總數(shù)的24%；藍藻門占總數(shù)的20%；黃藻門占總數(shù)的5%；裸藻門占總數(shù)的5%；甲藻門占總數(shù)的2%；隱藻門占總數(shù)的1%。

圖2　元蕩湖水域浮游植物種類組成Fig.2　Composition of phytoplankton species in Yuandang Lake area

由表1可知，4個季度共出現(xiàn)優(yōu)勢種12種，其中藍藻門6種，綠藻門4種，黃藻門2種。元蕩水域春夏秋3季藍藻為絕對優(yōu)勢種群，冬季綠藻為絕對優(yōu)勢種群。藍藻門的兩棲顫藻和微小平列藻在春季、夏季、秋季3個季度的優(yōu)勢度較高；銅綠微囊藻(Microcystisaeruginosa)和格孔隱桿藻(Aphanothececlathrata)在夏季和秋季的優(yōu)勢度較高。春季優(yōu)勢種還有藍藻門的燦爛顫藻。冬季優(yōu)勢種除了藍藻門的不定微囊藻(Microcystisincerta)，還有綠藻門的小球藻(Chlorellavulgaris)、串球絲藻(Ulothrixmoniliformis)、集球藻(Palmellococcusminiatus)和小空星藻(Coelastrummicroporum)。黃藻門的小型黃絲藻在秋季和冬季的優(yōu)勢度較高，普通黃絲藻(Tribonemavulgare)是春季的優(yōu)勢種。

表1　2013年元蕩水域浮游植物優(yōu)勢種及其優(yōu)勢度

2.2浮游植物生物密度和生物量2013年浮游植物生物密度年平均值為842.8×104cells/ L。夏季浮游植物生物密度最大為2 324.0×104cells/ L，冬季浮游植物密度最低為15.9×104cells/ L，季節(jié)間差異極顯著(P<0.01)。

2013年元蕩湖浮游植物生物量年平均值為2.127 9 mg/L。春季浮游植物生物量最大(6.144 1 mg/L)，而冬季浮游植物生物量最低(0.087 3 mg/L)，季節(jié)間差異極顯著(P<0.01)(圖3)。

圖3　2013年元蕩湖水域浮游植物生物量和生物密度變化Fig.3　Changes in phytoplankton biomass and density in Yuandang Lake area in 2013

由表2可知，2013年藍藻門的生物密度很高，占總浮游植物密度的93.17%，最高出現(xiàn)在夏季。其次是綠藻門，占總浮游植物的3.89%，最大生物密度也是出現(xiàn)在夏季。黃藻門的生物密度占總浮游植物密度的2.65%，最大生物密度出現(xiàn)在秋季。裸藻門、隱藻門和甲藻門在4個季度的生物密度都很低，最低的是隱藻門，只有冬季出現(xiàn)。

2.3浮游植物多樣性指數(shù)和藻類綜合指數(shù)及水質(zhì)評價元蕩湖水體中浮游植物多樣性指數(shù)有明顯的時間分布規(guī)律，Shannon-Wiener多樣性指數(shù)全年均值為1.70，Margalef 豐富度指數(shù)全年均值為1.13，藻類綜合指數(shù)全年均值為6.00。浮游生物的各項多樣性指數(shù)對水質(zhì)有著不一樣的評價標(biāo)準(zhǔn)(表3)，根據(jù)評價標(biāo)準(zhǔn)Shannon-Wiener多樣性指數(shù)處于重中污染，Margalef 豐富度指數(shù)處于嚴(yán)重污染，綜合前面兩者應(yīng)該為重污染。藻類綜合指數(shù)中藍藻種類有22種，綠球藻種類有0種，中心綱硅藻綱種類有3種，裸藻種類有5種，鼓藻目有5種，藻類綜合指數(shù)為6，體現(xiàn)為富營養(yǎng)型。綜合以上參數(shù)，元蕩湖水體整體呈現(xiàn)出富營養(yǎng)型。

表2　2013年元蕩水域4季度各門浮游植物生物密度

表3　元蕩湖水體污染評價

3　討論

3.1浮游植物群落結(jié)構(gòu)的季節(jié)變化 根據(jù)2013年元蕩水域浮游植物組成，得出元蕩水域?qū)倬G藻-硅藻-藍藻型。一般認(rèn)為，硅藻型的浮游植物群落是水質(zhì)污染較輕水體的典型特征，而藍藻型則意味著水質(zhì)富營養(yǎng)化程度比較高[15]，據(jù)此可以判斷元蕩湖的水體富營養(yǎng)化程度較高。元蕩湖浮游植物數(shù)量和生物量隨季節(jié)變化十分明顯。喜溫性的藍藻門與水溫呈現(xiàn)很好的正相關(guān)性，夏季生長、繁殖旺盛，數(shù)量隨著水溫上升而上升。較喜低溫的硅藻門則與溫度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，在冬春兩季生長較好。在春夏季因為單個細胞鮮重質(zhì)量較大的兩棲顫藻大量繁殖，而秋冬季藻類都不多，使得春夏季的浮游生物生物量和秋冬季相差很大。藍藻決定了春夏季浮游植物生物密度。根據(jù)Sommer等提出的著名PEG(Plankton Ecology Group)模型認(rèn)為浮游植物的季節(jié)演替規(guī)律大概是：從冬春的隱藻、硅藻轉(zhuǎn)變?yōu)橄募镜木G藻，在夏末秋初時藍藻占主要優(yōu)勢，再到冬季硅藻大量存在，而這一模型也是主要反映中營養(yǎng)型深水湖泊，元蕩水域主體為淺水性的靜水水體，藍藻從春季延續(xù)到秋季，不僅僅在高溫季節(jié)形成優(yōu)勢種，即在元蕩水域中的生長時間大大增長，這完全不同于EPG模型，也標(biāo)志著水體的富營養(yǎng)化，對比淀山湖也存在著相同的情況。隨著湖泊的富營養(yǎng)化，特別是磷濃度的增加，通常會導(dǎo)致水體中藍藻在浮游植物群落演替中占優(yōu)勢[16-17]。藍藻的最適溫度范圍是25～30 ℃，對高溫的耐受性要強于其他藻類[18]。

3.2元蕩湖浮游植物與上海其他湖泊的比較富營養(yǎng)湖泊的藻類組成主要為綠藻和藍藻，藻類的年平均密度較大(表4)，可見湖泊的富營養(yǎng)化與藻類的變化密切相關(guān)。湖泊水質(zhì)的污染使得營養(yǎng)鹽增加，導(dǎo)致藻類的大量爆發(fā)，并伴隨污染致使藻類增長。元蕩水域與上海其他湖泊比較，上述特點也很明顯。元蕩水域與淀山湖相通，淀山湖近幾年污染嚴(yán)重，對元蕩湖有一定的影響。隨著市場經(jīng)濟的發(fā)展，人們對元蕩水域及周邊的開發(fā)都影響到水質(zhì)。生活污水的排放，水系內(nèi)水產(chǎn)養(yǎng)殖的經(jīng)營，都使得元蕩水域逐步富營養(yǎng)化。

綜合多樣性指數(shù)、豐富度指數(shù)以及藻類綜合指數(shù)，都顯示元蕩水域已經(jīng)富營養(yǎng)化，水質(zhì)受到污染。隨著元蕩水域周邊區(qū)域的經(jīng)濟發(fā)展，人們生活水平的提高，輸入元蕩水域的營養(yǎng)物質(zhì)也增加了，湖內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)隨之增加。生活廢水和工廠的廢水處理等環(huán)節(jié)越來越重要，避免直接排放造成水域體系中某一物質(zhì)過高過低引起水體物質(zhì)間平衡關(guān)系的破壞，使得水體受污染，趨于富營養(yǎng)化。

表4　元蕩水域與其他湖泊藻類種類、現(xiàn)存量的比較

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Phytoplankton Community Structure and Water Quality Assessment in Yuandang Lake Area

WANG Yi1, ZHONG Jun-sheng1, YU Wei-wen2, CHEN Li-jing1et al

(1. Ministry of Education Key Laboratory of Exploration and Utilization of Aquatic Genetic Resources, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306; 2. Fishery Machinery and Instrument Engineering Research Institute, Chinese Academy of Fishery Sciences, Shanghai 200092)

A preliminary survey was carried on phytoplankton community and species diversity of Yuandang Lake in 2013. It found a total of 111 species of phytoplankton belonging to 7 phyla and 72 genera, among which there are 35 genera and 48 species. 43.24% of the total species were Chlorophyta. Phytoplankton biomass and density were 2.13 mg/L and 842.80 × 104cells/L.Merismopedia.tenuissima,Oscillatoria.amphbia,Oscillatoriasplendida,Coelastrummicroporum,Tribonemaminus,etc. are the main dominant species. The dominant species of Cyanophyta appeared in spring, summer and autumn. The dominant species of Chlorophyta appeared in winter, and the Xanthophyta appeared in autumn and winter. Based on the analysis of statistics, the annual average values of Shannon-Wiener index, Margalef index, and Algae index were 1.70, 1.13, 6.00 respectively, so this survey indicated that Yuandang Lake suffered from eutrophication.

Yuandang Lake; Phytoplankton; Community structure; Water quality assessment

水產(chǎn)動物遺傳育種中心上海市協(xié)同創(chuàng)新中心(ZF1206)；上海市科技興農(nóng)重點攻關(guān)項目(D-8006-13-0049)聯(lián)合資助。

王憶(1995- )，女，河北廊坊人，碩士研究生，研究方向：水產(chǎn)養(yǎng)殖。*通訊作者，副教授，博士，碩士生導(dǎo)師，從事水環(huán)境的生物調(diào)控和生態(tài)修復(fù)、浮游生物的物種多樣性和優(yōu)勢種演替機制等研究。

2016-05-19

S 963.21+3;X 824

A

0517-6611(2016)19-030-03