長湖馬洪臺區(qū)秋季浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征分析

周淼，聶細榮，黃俊，郭坤，柴毅，羅靜波

(長江大學(xué)動物科學(xué)學(xué)院，湖北 荊州 434025)

楊德國，何勇鳳

(中國水產(chǎn)科學(xué)研究院長江水產(chǎn)研究所，農(nóng)業(yè)部淡水生物多樣性保護重點實驗室，湖北武漢430223)

鄧義

(湖北省荊州市長湖水產(chǎn)管理處，湖北 荊州434025)

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長湖馬洪臺區(qū)秋季浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征分析

周淼，聶細榮，黃俊，郭坤，柴毅，羅靜波

(長江大學(xué)動物科學(xué)學(xué)院，湖北 荊州 434025)

楊德國，何勇鳳

(中國水產(chǎn)科學(xué)研究院長江水產(chǎn)研究所，農(nóng)業(yè)部淡水生物多樣性保護重點實驗室，湖北武漢430223)

鄧義

(湖北省荊州市長湖水產(chǎn)管理處，湖北 荊州434025)

于2015年11月對湖北長湖馬洪臺區(qū)進行浮游植物群落結(jié)構(gòu)進行調(diào)查，獲得了浮游植物現(xiàn)存種類與豐度數(shù)據(jù)，使用Shannon-wiener指數(shù)、均勻度指數(shù)、Margalef指數(shù)對該區(qū)域秋季的浮游植物的多樣性進行了分析，并據(jù)此評價了該區(qū)域的水質(zhì)現(xiàn)狀。結(jié)果顯示，共鑒定該水域現(xiàn)有浮游植物植物7門53種(含變種變型)，以綠藻門的種類為主，達31種，占物種總數(shù)的58.49%，其豐度占總豐度的35.86%；各樣點浮游植物豐度相差不大，最大值為7.72×106ind./L；使用優(yōu)勢度指數(shù)篩選出優(yōu)勢種6種，優(yōu)勢種在所有樣點均有出現(xiàn)，各樣點優(yōu)勢種的豐度占比超過70%，尖尾裸藻有最大的優(yōu)勢度(0.21)，扭曲小環(huán)藻、小球藻次之(均為0.19)。綜合分析認(rèn)為秋季長湖馬洪臺區(qū)屬于中度污染、中貧營養(yǎng)型水體。

長湖；浮游植物；群落結(jié)構(gòu)；水質(zhì)評價

浮游植物是水生態(tài)系統(tǒng)的重要初級生產(chǎn)者，是水生生物群落結(jié)構(gòu)中的重要組成部分[1]。浮游植物的種類組成和數(shù)量變化，不僅影響到浮游動物的分布，而且也與水體的水質(zhì)、營養(yǎng)狀態(tài)水平密切相關(guān)，因而在水質(zhì)生物學(xué)監(jiān)測以及評價中占有極重要地位[2]。從浮游植物群落結(jié)構(gòu)研究中得到的群落結(jié)構(gòu)變化信息能用于水體的富營養(yǎng)化水平評價，當(dāng)許多浮游植物種類的信息結(jié)合在一起構(gòu)成某種指數(shù)時，可更有效地運用于水質(zhì)評價中[3]。

長湖位于湖北省中部，是境內(nèi)的第三大天然淡水湖泊，也是長江中下游流域和江漢平原地區(qū)重要的生態(tài)功能區(qū)，正常湖容5.43×108m3，平均水深1.7m水域面積140km2，岸線長約310km，有“百里長湖”之稱。近年來，水產(chǎn)養(yǎng)殖活動、工農(nóng)業(yè)及生活廢水的排放使得長湖的水質(zhì)不斷惡化[4]，2001～2011年的水質(zhì)監(jiān)測資料顯示，長湖多數(shù)年份水質(zhì)處于Ⅳ～劣Ⅴ類，主要超標(biāo)污染物為TP、TN、CODMn等[5],現(xiàn)有對長湖浮游植物群落結(jié)構(gòu)的研究集中于2012～2013年[6]。馬洪臺區(qū)為長湖中部的一片開闊水域，區(qū)域內(nèi)有一定范圍的水產(chǎn)養(yǎng)殖面積，本研究基于2015年11月浮游植物的調(diào)查資料，分析了該區(qū)域內(nèi)浮游植物的群落結(jié)構(gòu)及分布狀況，并運用多樣性指數(shù)對水質(zhì)現(xiàn)狀進行評價，旨在為該區(qū)域的水資源利用及長湖拆圍后期的治理工作提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 采樣點設(shè)置與樣本采集

參照《湖泊富營養(yǎng)化調(diào)查規(guī)范》[7]和《湖泊生態(tài)調(diào)查觀測與分析》[8]設(shè)置采樣點，共設(shè)4個采樣點：MHT1～MHT4，各樣點地理坐標(biāo)詳見表1。

表1 長湖馬洪臺采樣點地理坐標(biāo)

浮游植物定性樣本使用25號浮游生物網(wǎng)采集，使用4%的甲醛固定；定量樣本使用1L采水器在上、中、下水層各取1次樣，混勻后取1L，加入10mL魯哥氏液固定，最終濃縮至30mL進行計數(shù)。浮游植物的鑒定參考《中國淡水藻類系統(tǒng)分類及生態(tài)》[9]。

1.2 數(shù)據(jù)處理

浮游植物多樣性指數(shù)選取Shannon-wiener指數(shù)(H)、Margalef指數(shù)(D)、均勻度指數(shù)(E)進行計算。優(yōu)勢種由優(yōu)勢度指數(shù)Y確定，Y>0.02即為優(yōu)勢種。各指數(shù)詳細說明如下：

D=(S-1)/lnN

E=H'/log2S

式中，S為物種數(shù)目；Pi為屬于種i的個體在全部個體中的比例；N為群落中全部物種的個體數(shù)；ni為物種i的個體數(shù)；fi為第i種在各采樣點出現(xiàn)的頻率，參照文獻[10]采用H、D、E這3種指數(shù)對水質(zhì)進行評價，其中H為0～1時代表重污染，1～3為β-中污染，大于3為輕污染或無污染；D為0～1時代表重污染，1～2為α-中污染，2～3為β-中污染，3～4為寡污染，大于4為水體清潔；E為0～0.3時為重度污染，0.3～0.5為中度污染，大于0.5為輕污或無污。

使用Jaccard種類相似性指數(shù)J分析站點間浮游植物群落組成的差異，計算公式為J=c/(a+b-c)，其中a、b分別為不同站點浮游植物的種類數(shù)，c是2個站點共有的浮游植物種類數(shù)，J=0表示完全不相似，J=1表示完全相似，J為0.01～0.25時表示極度不相似，J為0.26～0.50時表示輕度相似，J為0.51～0.75時表示中度相似，J為0.76～0.99時表示極相似。

原始數(shù)據(jù)使用EXCEL 2013記錄保存，圖表的制作也在其中完成。多樣性指數(shù)、優(yōu)勢度指數(shù)的計算均在R_V3.2.4中完成，其中多樣性指數(shù)使用VEGAN包[11]中的相關(guān)函數(shù)計算，優(yōu)勢度與相似性指數(shù)的計算使用自編程函數(shù)實現(xiàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 浮游植物群落結(jié)構(gòu)

本調(diào)查共鑒定出該水域現(xiàn)有浮游植物53種(含變種變型)，隸屬8門，各種類在各樣點的分布見表2。其中，以綠藻門的種類為主，共33種，占總種類數(shù)的62.26%，其后依次為藍藻門、硅藻門、裸藻門，分別占總種類數(shù)的15.09%、11.32%、3.77%，其他門共占總種類數(shù)的7.56%。

表2 長湖馬洪臺區(qū)浮游植物站點

續(xù)表2門種(屬)拉丁名MHT1MHT2MHT3MHT4顆粒直鏈藻Melosiragranulata(Ehr.)Ralfs.++++針狀菱形藻Nitzschiaacicularis++++綠舟形藻Naviculaviridula+++腫脹橋灣藻Cymbellatumida+網(wǎng)狀三角藻Triceratimreticulum+綠藻門針形纖維藻Ankistrodesmus+Chlorophyta小球藻Chlorellavulgaris++++綠球藻Cladophoraaegagrophila+++四尾柵藻Scenedesmusquadricauda++++硬弓形藻Schroederiarobusta++++月牙藻Selenastrumbibraianum+++鐮形纖維藻變異種Ankistrodesmusfalcatusvar.mirabilis+空星藻Coelastrumsphaericum+++四足十字藻Crucigeniatetrapedia++++集星藻Actinastrumhantzschii+++三角四角藻Tetraedrontrigonum+++斜生柵藻Scenedesmusobliquus+++四角盤星藻Pediastrumtetras+絲藻屬Ulothrix+四星藻屬Tetrastrum++小型月牙藻SelenastrumMinutum(Nag).Coll+++四棘鼓藻ArthrodesmasconvergensHer++二形柵藻Scenedesmusdimorphus+衣藻Chlamydomonas+實球藻Pandorinamorum++湖生卵囊藻Oocystislacustris++針形纖維藻Ankistrodesmusacicularis++多形角星鼓藻StaurastrumpolynterphumBreb++尖細柵藻Scenedesmusacuminatus+鼓藻屬Cosmarium++黏四集藻Pallmellamucosa+++斜生柵藻Scenedesmusobliquus++空球藻Eudorinaelegans+卷曲纖維藻Ankistrodesmusconvolutes++湖生小椿藻Characiumlimneticum+纖細月牙藻Selenastrumgracile+裸藻門尖尾裸藻Euglenaoxyuris++++Euglenophyta鱗孔藻屬Lepocinclis+扁裸藻屬Phacus+++黃藻門黃管藻屬Ophiocytium+Xanthophyta黃絲藻屬Tribonema+隱藻門微小隱球藻AphanocapsadelicatissimaW.etG.S.West+Cryptophyta金藻門黃群藻Synuraceaeurelin+Chrysophyta

圖1 各樣點不同門藻類豐度分布

各樣點不同門藻類豐度分布如圖1所示，各樣點浮游植物豐度相差不大,MHT3藻類豐度最大，為7.72×106ind./L；MHT2藻類豐度最小，為5.63×106ind./L。除MHT4以硅藻門的豐度占優(yōu)(35.26%)外，其他樣點均以綠藻門的豐度占優(yōu)(均超過33.15%)，裸藻門在MHT3的豐度占比也超過30%。參照湖泊富營養(yǎng)化藻類豐度評價標(biāo)準(zhǔn)[12]，評定馬洪臺各樣點屬于貧中營養(yǎng)。

各樣點相似指數(shù)見表3，相似指數(shù)范圍為0.35～0.67，MHT2與MHT3之間屬于中度相似，其他樣點間處于輕度相似。

表3 各樣點間相似性指數(shù)

表4 長湖浮游植物優(yōu)勢種的優(yōu)勢度和出現(xiàn)頻率

圖2 各樣點優(yōu)勢種豐度分布圖

圖3 多樣性指數(shù)樣點分布圖

2.2 浮游植物優(yōu)勢種

本調(diào)查中浮游植物優(yōu)勢種的優(yōu)勢度與出現(xiàn)頻率詳見表4，優(yōu)勢種共6種，藍藻門、綠藻門各2種，硅藻門、裸藻門各1種，各優(yōu)勢種在所有站點都有分布。尖尾裸藻的優(yōu)勢度為最大值(0.21)，小球藻與扭曲小環(huán)藻(0.19)次之，微小平裂藻、湖泊色球藻、四尾柵藻的優(yōu)勢度分別為0.03、0.04、0.03。

圖2是各樣點優(yōu)勢種豐度分布圖。由圖2可知，優(yōu)勢種的豐度在各樣點總豐度的占比超過70%，作為主要優(yōu)勢種的尖尾裸藻、扭曲小環(huán)藻、小球藻在各樣點的占比在16.54%～31.89%之間，說明優(yōu)勢種在該區(qū)域占具較大的優(yōu)勢。

2.3 浮游植物多樣性指數(shù)與水質(zhì)評價

馬洪臺區(qū)各采樣點的多樣性指數(shù)分布詳見圖3，由圖3可知，冬季馬洪臺區(qū)浮游植物Shannon-wiener指數(shù)(H)變化范圍為2.06～2.34，均勻度指數(shù)變化范圍為0.44～0.48，Margalef指數(shù)(D)變化范圍為1.22～1.24。依據(jù)Shannon-wiener指數(shù)評定馬洪臺區(qū)處于β-中度污染，依據(jù)均勻度指數(shù)則評定為中度污染，依據(jù)Margalef指數(shù)評定為α-中度污染。

3 討論

3.1 馬洪臺區(qū)浮游植物群落結(jié)構(gòu)

柴毅等[13]于2012年夏季對長湖的調(diào)查發(fā)現(xiàn)：長湖全區(qū)以藍藻門的種類為主，兩棲顫藻是長湖4個區(qū)域的主要優(yōu)勢種，優(yōu)勢度高度集中，多樣性差，群落結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。本研究中，馬洪臺區(qū)秋季浮游植物群落以綠藻門的種類居多，其次是藍藻門、硅藻門的種類。優(yōu)勢種共6種，優(yōu)勢種在所有樣點中均有出現(xiàn)，且對各樣點浮游植物總豐度貢獻較大。尖尾裸藻、小球藻、扭曲小環(huán)藻作為主要優(yōu)勢種，優(yōu)勢度指數(shù)在0.20左右，基本處于同一水平，其他優(yōu)勢種的優(yōu)勢度均處于較低水平。Jaccard相似性指數(shù)的結(jié)果顯示多數(shù)樣點間屬于輕度相似，樣點MHT2與MHT3之間屬于中度相似。

3.2 馬洪臺區(qū)水質(zhì)現(xiàn)狀

Shannon指數(shù)、均勻度指數(shù)、Margalef指數(shù)均評定馬洪臺區(qū)屬于中度污染，依據(jù)藻類豐度評定為中貧營養(yǎng)。同時，馬洪臺區(qū)秋季的某些優(yōu)勢種是水質(zhì)污染的指示種[14]，例如，柵藻是淡水中常見的浮游藻類，極喜在營養(yǎng)豐富的靜水中繁殖，許多種類對有機污染物具有較強的耐性，在水質(zhì)評價中可作為污帶的指示種，而四尾柵藻是乙型中污帶的指示種。平裂藻多生活在靜水水體，喜較肥沃水質(zhì)或長有水草的沿岸區(qū)。然而這些種類并未取得絕對的優(yōu)勢，其豐度占比僅為27.32%。因此，綜合認(rèn)為，秋季馬洪臺區(qū)屬于中度污染、中貧營養(yǎng)型水體。

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2016-06-14

“十二五”國家科技支撐計劃項目(2012BAD25B08-03)。

周淼(1995-)，男，現(xiàn)從事水生生物學(xué)研究。通信作者:柴毅,chaiyi123456@126.com。

S932.7

A

1673-1409(2016)27-0028-05

[引著格式]周淼，聶細榮，黃俊，等.長湖馬洪臺區(qū)秋季浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征分析[J].長江大學(xué)學(xué)報(自科版)，2016，13(27)：28～32.