巢湖萬年埠沿岸浮游植物與環(huán)境因子關(guān)系

宗 梅，鄭西強(qiáng)，王翔宇

(安徽省環(huán)境科學(xué)研究院，安徽合肥 230071)

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巢湖萬年埠沿岸浮游植物與環(huán)境因子關(guān)系

宗 梅，鄭西強(qiáng)，王翔宇

(安徽省環(huán)境科學(xué)研究院，安徽合肥 230071)

[目的]研究沿岸浮游植物與環(huán)境因子的關(guān)系。[方法]于2015年1～12月在巢湖西半湖萬年埠進(jìn)行了浮游植物統(tǒng)計(jì)和相關(guān)環(huán)境因子監(jiān)測分析。應(yīng)用CANOCO 4.5軟件對獲得的浮游植物數(shù)據(jù)和環(huán)境因子數(shù)據(jù)進(jìn)行了RDA分析，并作出了物種分布和環(huán)境因子關(guān)系的二維排序圖。[結(jié)果]共鑒定出浮游植物8門43屬63種，群落組成以藍(lán)藻、硅藻、隱藻和綠藻為主，月藻類密度為1.51×106～200.00×106個(gè)/L。RDA分析表明，1～4月，微囊藻和魚腥藻主要受TN和NO3-N的影響，而5～10月，微囊藻和魚腥藻主要受T、pH、TP、PO4-P、DTP和TN的影響。[結(jié)論]該研究為巢湖水華治理提供了科學(xué)依據(jù)。

巢湖；浮游植物；環(huán)境因子；RDA分析

浮游植物是淡水生態(tài)系統(tǒng)中重要的初級生產(chǎn)者，在淡水生態(tài)系統(tǒng)的能量流動、物質(zhì)循環(huán)和信息傳遞中起著至關(guān)重要的作用[1]。浮游植物與環(huán)境之間有著密切關(guān)系，其種類的組成和分布變化對環(huán)境的變化具有指示作用，同時(shí)環(huán)境條件的改變也直接或間接地影響浮游植物的群落結(jié)構(gòu)[2]。由于人類活動、生活污水和工業(yè)廢水的排放，使淺水湖泊氮、磷含量急劇增加，藻類大量繁殖，形成水華[3-5]，巢湖受到富營養(yǎng)化的危害。

巢湖是我國五大淡水湖泊之一，水域面積800 km2[6]。巢湖西半湖受城市污染較多，水質(zhì)處于劣V類水標(biāo)準(zhǔn)。近年來，西半湖水華發(fā)生時(shí)間提前，持續(xù)時(shí)間延長，嚴(yán)重影響人們的生產(chǎn)生活。有關(guān)水華暴發(fā)的原因很多，至今尚無確切的理論。筆者對巢湖浮游植物群落的種類組成、優(yōu)勢種及浮游植物密度的時(shí)空分布規(guī)律進(jìn)行研究，并結(jié)合相關(guān)環(huán)境因子數(shù)據(jù)，探討了浮游植物密度與環(huán)境因子之間的關(guān)系，旨在為水華暴發(fā)成因研究提供基礎(chǔ)資料。

1　材料與方法

1.1研究地點(diǎn)與采樣時(shí)間萬年埠位于巢湖西半湖，常年受東南風(fēng)影響，水體嚴(yán)重富營養(yǎng)化，無水生植被。夏季藍(lán)藻水華暴發(fā)，優(yōu)勢種為銅綠微囊藻和水華魚腥藻。為研究浮游植物群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子的關(guān)系，于2015年1～12月進(jìn)行定點(diǎn)采樣。為減少采樣時(shí)間不同帶來的誤差，每天(重要節(jié)日除外)的采樣工作于8：30開始，采樣點(diǎn)S(坐標(biāo)31.687 3，117.309 9)設(shè)置如圖1所示。

圖1　巢湖萬年埠采樣點(diǎn)位置示意Fig.1　Sampling sites in the Wannianbu，Chaohu Lake

1.2樣品采集與分析 按《淡水浮游生物研究方法》[7]，浮游藻類定性樣品用25#浮游生物網(wǎng)采集表層水。定量樣品用德國進(jìn)口柱狀采水器在圖1中S采樣點(diǎn)取水樣500 mL，用魯哥氏液固定，固定劑用量為水樣的1%，帶回實(shí)驗(yàn)室沉淀48 h后，用虹吸法吸取上清液，濃縮至30～50 mL。鏡檢時(shí)用量筒量取濃縮樣品，充分搖勻，取0.1 mL濃縮液置于浮游植物計(jì)數(shù)框中，在40倍物鏡下全片計(jì)數(shù)。夏季藍(lán)藻水華暴發(fā)時(shí)，用細(xì)胞破碎儀將藻類群體打散為單個(gè)細(xì)胞，然后采用視野法計(jì)數(shù)，種類鑒定依據(jù)《中國淡水藻類》[3]。

1.3水樣理化指標(biāo)的測定采集水樣的同時(shí)，現(xiàn)場測定采樣點(diǎn)的水溫(T)、pH、溶氧量(DO)和透明度(SD)。根據(jù)《水和廢水監(jiān)測分析方法》[8]，測定總磷(TP)、可溶性磷(DTP)、正磷酸鹽(PO4-P)、總氮(TN)、氨態(tài)氮(NH4-N)、硝態(tài)氮(NO3-N)和亞硝態(tài)氮(NO2-N)。

1.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)在Excel 2007中對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，利用CANOCO 4.5軟件包進(jìn)行浮游植物種類與環(huán)境的關(guān)系分析。先對物種數(shù)據(jù)進(jìn)行DCA分析，分析完成后在“Log View”窗口找到各特征值分布部分“Lengths of gradient”信息，4個(gè)軸中梯度最大值小于3，因此選擇線性模型中的冗余分析方法(RDA)。為使浮游植物的細(xì)胞密度數(shù)據(jù)獲得正態(tài)分布，將其進(jìn)行l(wèi)og(x+1)轉(zhuǎn)換。

2　結(jié)果與分析

2.1水體理化指標(biāo)由表1可知，不同季節(jié)水溫變化幅度較大，從1月開始逐漸上升，到8月最大，平均為31.0 ℃，然后隨著時(shí)間的推移水溫逐漸下降；pH變化幅度不大，全年平均為7.84，呈弱堿性；DO先下降，8月降至最低，平均為4.35 mg/L，其后隨著水溫的下降，DO逐漸上升；8月藻類大量繁殖，使SD降低為8 cm。 TP、DTP和PO4-P隨時(shí)間的推移呈先升高后降低的趨勢。TP變化范圍為0.183～0.352 mg/L，最高值出現(xiàn)在7月；DTP、PO4-P的最高值均出現(xiàn)在6月，其變化范圍分別為0.030～0.083、0.010～0.047 mg/L。TN、NH4-N和NO3-N最高值均出現(xiàn)在2月，分別為4.520、1.507和1.217 mg/L。

表1　巢湖萬年埠水質(zhì)理化指標(biāo)

2.2浮游植物種類組成及細(xì)胞密度2015年定性、定量鑒定的浮游植物包括藍(lán)藻門、綠藻門、硅藻門、甲藻門、金藻門、裸藻門、隱藻門和黃藻門8個(gè)門類，共計(jì)43屬63種(含變種)。其中，以綠藻的種類數(shù)最多，為15屬26種；其次是硅藻，10屬12種；藍(lán)藻的種類數(shù)位居第3，6屬10種；裸藻4屬6種，隱藻2屬3種，甲藻3屬3種，金藻2屬2種，黃藻1屬1種。由表2可知，巢湖萬年埠沿岸浮游植物種類數(shù)以5月為多，達(dá)到56種，8月種類數(shù)最少，為26種。這是由于一般情況下隨著水溫的升高，浮游植物繁殖加快，種類也增加，而當(dāng)氣溫非常高時(shí)，優(yōu)勢種占主導(dǎo)地位，導(dǎo)致其他物種減少。

表2　2015年浮游植物組成及其數(shù)量變化

浮游植物細(xì)胞密度是水生生態(tài)系統(tǒng)功能和水質(zhì)評價(jià)的重要指標(biāo)之一，通過鏡檢計(jì)數(shù)，計(jì)算巢湖萬年埠沿岸周年浮游植物的細(xì)胞密度。由表3可知，巢湖萬年埠沿岸浮游植物細(xì)胞密度以8月最高，達(dá)200.00×106個(gè)/L，3月最少，為1.51×106個(gè)/L。從全年浮游植物細(xì)胞密度來看，巢湖萬年埠沿岸富營養(yǎng)化現(xiàn)象嚴(yán)重。

表3　浮游植物主要種類及細(xì)胞密度

2.3浮游植物種類與環(huán)境因子RDA分析根據(jù)浮游植物密度，選取14種浮游植物(表4)，并以浮游植物密度為響應(yīng)變量，以T、pH、DO、TP、DTP、PO4-P、TN、NH4-N和NO3-N 9種環(huán)境因子為解釋變量，用CANOCO 4.5進(jìn)行冗余分析(RDA)。

由表5可知，水華前和水華后1軸中浮游植物種類與環(huán)境因子的相關(guān)性均較高，分別為0.790和0.681。從圖2可以看出，巢湖水華前，與微囊藻、魚腥藻、束絲藻和小環(huán)藻呈顯著正相關(guān)的是TN、NO3-N和DO，呈顯著負(fù)相關(guān)的是TP 、PO4-P和DTP；與隱藻、藍(lán)隱藻呈顯著正相關(guān)的是TP和PO4-P；與柵藻、盤星藻和舟行藻呈顯著正相關(guān)的是NO3-N、DTP和pH。從圖3可以看出，巢湖發(fā)生水華后，與微囊藻、魚腥藻、顫藻、舟行藻和空球藻呈明顯正相關(guān)的是T、pH、TP、DTP和TN；與柵藻、盤星藻、裸藻和針桿藻呈明顯正相關(guān)的是NO3-N。

表4　RDA分析浮游植物種類

表5　浮游植物種類與環(huán)境因子RDA分析的統(tǒng)計(jì)信息

圖2　巢湖水華前浮游植物與環(huán)境關(guān)系的RDA排序Fig.2　RDA biplot of phytoplankton species and environmental factors before algal bloom in Chaohu Lake

圖3　巢湖水華后浮游植物與環(huán)境關(guān)系的RDA排序Fig.3　RDA biplot of phytoplankton species and environmental factors after algal bloom in Chaohu Lake

3　結(jié)論與討論

(1)該研究結(jié)果表明，巢湖萬年埠沿岸微囊藻和魚腥藻主要受TN和NO3-N的影響，而5～10月微囊藻和魚腥藻主要受T、pH、TP、PO4-P、DTP和TN的影響。從全年浮游植物細(xì)胞密度來看，巢湖萬年埠沿岸帶富營養(yǎng)化嚴(yán)重，其細(xì)胞密度高于1.00×106個(gè)/L。水華前浮游植物主要種類有藍(lán)藻、硅藻、隱藻和綠藻，發(fā)生水華后主要種類是藍(lán)藻中的微囊藻，隱藻和綠藻較少出現(xiàn)。水華前和水華后浮游植物主要種類存在差異，這一方面是由于微囊藻可以分泌他感物質(zhì)并使其他藻類具有較低的生長率[9-10]；另一方面，巢湖萬年埠水華前平均TN/TP值為16.1，發(fā)生水華后TN/TP值為7.7。因此，微囊藻分泌的他感物質(zhì)和較低TN/TP值可能是發(fā)生水華后隱藻和綠藻較少出現(xiàn)的原因。

(2)Steinberg等[11]研究表明，在TP濃度超過10 μg/L時(shí)，藍(lán)藻的生長很大程度上受物理因子的影響。孔繁翔等[12]研究提出，形成水華的主導(dǎo)因子是水文條件、氣象因素。該研究中，湖水中TP處于富營養(yǎng)化水平，濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過10 μg/L，因此，TP不是巢湖浮游植物生長的限制因素。發(fā)生水華后，微囊藻與T相關(guān)性最高，這與Steinberg等[11-12]的結(jié)論相吻合。水華前，巢湖水體中出現(xiàn)大量的魚腥藻，可能與巢湖水體TN/TP值較低有關(guān)[13]。

(3)巢湖萬年埠位于西半湖，屬亞熱帶氣候，發(fā)生水華一般在7～8月，但2013年水華提前在5月發(fā)生。藍(lán)藻水華發(fā)生的水溫條件一般大于20.0 ℃。在溫室效應(yīng)的影響下，2013年5月平均水溫為22.4 ℃，且這一時(shí)期降水量小，為91.8 mm，水體穩(wěn)定性強(qiáng)，并具備營養(yǎng)鹽基礎(chǔ)，因此藍(lán)藻迅速繁殖，形成水華。

(4)研制環(huán)保型化肥，提高土壤對氮、磷的吸收率，從而控制氮、磷流向水體。要求巢湖流域周邊企業(yè)實(shí)行達(dá)標(biāo)排放，施行對外源污染的控制，以控制氮、磷水平。采用人工撈取、生物操縱、底質(zhì)清淤和種植濕地植物方法，控制浮游植物大量繁殖。然而，對于大型淺水湖泊富營養(yǎng)化問題，不能單方面考慮，須因地制宜，因時(shí)制宜，統(tǒng)籌兼顧。

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The Relationship between Phytoplankton and Related Environmental Factors in the Littoral Zone of Wannianbu, Chaohu Lake

ZONG Mei, ZHENG Xi-qiang, WANG Xiang-yu

(Anhui Academy of Environmental Sciences, Hefei, Anhui 230071)

[Objective] To study on the relationship between phytoplankton and related environmental factors. [Method] Statistics and environmental factors analysis of phytoplankton were carried in the littoral zone of Wannianbu, Chaohu Lake from January to October in 2010. Redundancy analysis was applied to explore the relationship between phytoplankton and related environmental factors using CANOCO 4.5. The species-environment biplots were drawn based on the result of RDA. [Result] The results showed that phytoplankton had 63 species belong to 43 genera of 8 phyla. The phytoplankton community was dominated by Cyanophyta, Cyanophyta, Cryptophyta and Chlorophyta. The phytoplankton had an abundance ranging from 1.51×106to 200.00×106cells/L. Microcystis and Anabaena were remarkably affected by TN and NO3-N during Jan.-Apr.. However, Microcystis and Anabaena were remarkably affected by T, pH, TP, PO4-P, DTP and TN During May-Oct. [Conclusion] The study can provide scientific basis for algal bloom control in Chaohu Lake.

Chaohu Lake; Phytoplankton; Environmental factors; Redundancy analysis

國家“水體污染控制與治理”科技重大專項(xiàng)(2012ZX07103-003)。

宗梅(1981- )，女，安徽濉溪人，工程師，碩士，從事水污染控制研究。

2016-07-20

S 181.3

A

0517-6611(2016)27-0102-04