廣東長湖水庫浮游植物功能群特征及其生態(tài)狀態(tài)評價

張紅 漆國佳 潘鴻

摘 要：為豐富廣東水庫浮游植物功能群和水庫管理的研究數據，基于2010—2011年期間采集的浮游植物樣品，分析了長湖水庫浮游植物功能群特征，并對水庫的生態(tài)狀態(tài)進行了評價。結果表明，在2010—2011年長湖水庫豐水期（7月）及枯水期（12月）采集的樣品中，初步檢出浮游植物77種（含變型和變種），分屬18個功能群。2010年和2011年浮游植物的平均豐度分別為2.44×107cell/L、2.39×106cell/L;豐、枯水期分別為6.76×106cell/L和2.01×107cell/L。平均生物量為7.38mm3/L;其中，2010年和2011年分別為13.87mm3/L、0.88mm3/L;豐、枯水期分別為1.87mm3/L和12.88mm3/L。豐水期優(yōu)勢功能群為J、L0、S1，枯水期優(yōu)勢功能群為P。2010—2011年期間的長湖水庫生態(tài)狀態(tài)指數值（Q）均在2～3，長湖水庫的生態(tài)狀態(tài)為中等水平。

關鍵詞：浮游生物;功能群;生態(tài)狀態(tài);長湖水庫

中圖分類號 Q145.2 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2020）05-0131-05

Characteristics of Phytoplankton Functional Groups and Evaluation of Ecological Status in Changhu Reservoir， Guangdong Province

Zhang Hong et al.

（School of Public Health， Zunyi Medical University， Zunyi 563003， China）

Abstract：In order to enrich the research data of phytoplankton functional groups （FGs） and reservoir management in Guangdong province， the characteristics of FGs in Changhu reservoir were analyzed based on the data from 2010 to 2011， and the ecological status of the reservoir was evaluated. 77 species （including variants and varieties） were identified from the samples collected during the wet period （July） and dry period （December） of the Changhu reservoir from 2010 to 2011， which were divided into 18 FGs. In 2010 and 2011， the average abundance of phytoplankton was 2.44 × 107 cell/L and 2.39× 106 cell/L， and the average biomass was 13.87mm3/L and 0.88mm3/L， respectively. In wet period and dry period， the average abundance of phytoplankton was 6.76 × 106 cell/L and 2.11× 107 cell/L， and the average biomass was 1.87mm3/L and 12.88mm3/L， respectively. The dominant FGs was J， L0 and S1 in wet period， and P in dry period. From 2010 to 2011， the Q value was between 2 to 3 in Changhu reservoir， indicating that the ecological state of Changhu reservoir was at a medium level.

Key words：Phytoplankton;Functional groups;Ecological state;Changhu reseroir

浮游植物是水生生物資源的重要組成部分，作為初級生產者其在維持水生生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性和完整性等方面起著重要作用[1]。浮游植物對環(huán)境變化的響應迅速[2，3]，基于傳統(tǒng)形態(tài)分類的群落特征指標（優(yōu)勢種、豐度、生物量以及多樣性指數等）常被用于判斷環(huán)境狀態(tài)[3，4]。然而，這些指標并未考慮到浮游植物的生態(tài)學功能，在反映水體環(huán)境狀態(tài)時仍存在較大的局限性[3，5]。Reynolds[6]在1980年發(fā)現(xiàn)環(huán)境條件相似水體中的浮游植物群落具有相似性，并將浮游植物劃分為14個不同的集群（association）。在此基礎上，Reynolds等[7]于2002年提出了浮游植物功能群（functional group）的概念。后續(xù)的浮游植物生態(tài)學者對浮游植物功能群概念進行了補充和完善，提出浮游植物功能群為可以反映特定的生境類型的，具有形態(tài)、生理、生態(tài)特征相似、有相同或相近的生存策略/生態(tài)位的浮游植物所構成的集群[3，7-8]。因此，Padisák等[9]基于浮游植物功能群提出了用于度量水體生態(tài)狀態(tài)的好壞的生態(tài)狀態(tài)指數（Q），該指數被學者接受和采納，并應用于水庫[10，12-13]和湖泊[9，11，14]等水體的生態(tài)狀態(tài)[9-10，13-14]或富營養(yǎng)水平[11-12]評價。

廣東省共有大型水庫31座，盡管已有學者對其中的近20座水庫的浮游植物開展了相關研究[15]，但是關于這些大型水庫中涉及浮游植物功能群的研究仍相對較少。Xiao等[16]對流溪河水庫的浮游植物功能群演替開展了相關研究;Pan等[17]和王雅文等[18]對分別對其中10座大型水庫基礎形態(tài)功能群和環(huán)境因子的關系以及基于浮游植物功能群的水庫生態(tài)分區(qū)進行了探討。長湖水庫為廣東省大型水庫之一，對其浮游植物的研究相對較少，尤其是浮游植物功能群及生態(tài)狀態(tài)評價的研究鮮見報道。為此，本研究將2010—2011年豐水期（7月）和枯水期（12月）采集的浮游植物樣品進行分析，探討水庫中浮游植物功能群特征，并基于生態(tài)狀態(tài)指數對水庫進行生態(tài)狀態(tài)評價，以期為長湖水庫的浮游植物生態(tài)研究、水庫生態(tài)狀態(tài)的監(jiān)測和管理提供相關數據。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況 長湖水庫位于廣東省英德縣東南部的北江支流嗡江下游，地理位置為北緯24°06′24″～24°13′08″，東經113°27′50″～113°37′50″之間。水庫集雨面積4831km2，最大庫容為1.55×108m3，正常蓄水位62.0m;大壩至庫尾全長約23.5km，水深約7.2～37m，水面面積約11km2[19]。水庫位于南亞熱帶和中亞熱帶的過渡地帶，屬亞熱帶濕潤性季風氣候;多年平均氣溫在20.1～22.1℃，年均日照時數1739.7h，年均降雨量1835.8mm，年均無霜期319d[20]。

1.2 樣點設置與采樣時間 理想化水庫可分為河流區(qū)、過渡區(qū)和湖泊區(qū)等3種生態(tài)區(qū)域，不同采樣時期水動力學特征變化會導致不同生態(tài)特征區(qū)域范圍存在較大的變化[1]。參照陸國琦等[19]的研究數據，將水庫死水位時河道中線水深>15m，10～15m和<10m的水庫范圍分別界定為湖泊區(qū)、過渡區(qū)和河流區(qū)。為使不同時期采樣的數據具有可比性，選擇長湖水庫湖泊區(qū)（水體可能存在分層、流速緩慢、泥沙含量低、透明度高的區(qū)域）設置采樣點，樣點在水庫大壩和庫心分別設置1個。浮游植物定性及定量樣品于2010年和2011年的豐水期（7月）和枯水期（12月）分別進行采集。

1.3 樣品采集及處理 長湖水庫浮游植物定性和定量樣品的采集、處理、鑒定及計數等方法與潘鴻等[1]一致。浮游植物功能群參照文獻[7-9，21-25]和水庫特征進行劃分;參照[9-10，26-28]等文獻和典型生境特征對各功能群的生態(tài)狀態(tài)因子（F）進行賦值。

1.4 優(yōu)勢功能群及生態(tài)狀態(tài)指數 浮游植物優(yōu)勢功能群以DR>20%判定：DR=（Ra+Rb）/2，式中Ra和Rb分別為各功能群的相對豐度和相對生物量。生態(tài)狀態(tài)指數（Q）計算公式及水庫生態(tài)狀態(tài)評價標準參照Padisák等文獻[9]。

2 結果與分析

2.1 浮游植物種類及其所屬功能群 經室內初步鑒定，共檢出浮游植物77種，分屬7門10綱16目24科50屬（表1）;按功能群可劃分為18個（表2）。

2.2 功能群組成特征 長湖水庫浮游植物的豐度均值為1.34×107cell/L;其中，豐水期和枯水期分別為6.76×106cell/L和2.01×107cell/L;2010年和2011年分別為2.44×107cell/L、2.39×106cell/L。水庫浮游植物的生物量均值為7.38mm3/L;其中，豐水期和枯水期分別為1.87mm3/L和12.88mm3/L;2010年和2011年分別為13.87mm3/L、0.88mm3/L。浮游植物功能群豐度組成中，僅B、J、K、L0、P、S1、X1和X2等8個功能群最大相對豐度可在5%以上，尤其是J、K、L0、P和S1功能群的最大相對豐度超過25%。而功能群生物量組成中，B、D、F、J、L0、N、P、W1、X1和X2等10個功能群最大相對生物量可在5%以上，尤其是L0、P和W2功能群的最大相對生物量超過25%。其中，2010年7月S1功能群、2010年12月P功能群、2011年7月J和L0功能群和2011年12月P功能群的DR值分別為22.44%、24.61%、25.98%、37.39%和37.70%，表明以上功能群為長湖水庫浮游植物的優(yōu)勢功能群。而S1、P、J和L0功能群的代表性物種（DR最高）分別為狹細賈絲藻[Jaaginema angustissimum （W.et G.S.West） Anag.et Kom]，顆粒直鏈藻極狹變種（Melosira granulata var.angustissima O.Müller），雙對柵藻[Scenedesmus bijuga （Turp.） Lagerheim]和居氏腔球藻（Coelosphaerium kützingianum N?g）。

2.3 生態(tài)狀態(tài)指數及評價 2010—2011年期間，生態(tài)指數（Q）值在2.52～2.95，均值為2.73。其中，12月的值略高于7月（表3），依據Q值評價長湖水庫的生態(tài)狀態(tài)為中等水平。

3 討論

長湖水庫2010—2011年期間共檢出浮游植物77種，分屬B、D、E、F、J、K、L0、M、MP、N、P、S1、SN、W1、W2、X1、X2和Y等18個功能群;而與其地理位置相當的流溪河（直線距離約50km）在2008—2009年檢出的28個浮游植物功能群[16]相比，長湖水庫的浮游植物功能群相對較少。其原因可能與采樣頻次和方法有關，因為浮游植物在不同時期和不同水層深度存在較大的差異，采樣越頻繁、采樣深度越多則檢出的浮游植物種類也較多，所屬功能群也會越多。

在浮游植物群落研究中，常采用Mcnaughton優(yōu)勢度指數（Yi）值來確定優(yōu)勢種[15]，然而，基于功能群計算Yi值時，公式中的fi幾乎為100%，因而Yi值實際與相對豐度（ni/N）相同。由于藻類植物不同種類的個體差異較大，單純以相對豐度確定優(yōu)勢功能群具有一定局限性，因此，Xiao等[16]基于采用了以相對生物量作為優(yōu)勢功能群判斷的方法。為此，本研究綜合以上2種方法采用功能群相對豐度和相對生物量之和的均值（DR）判定優(yōu)勢功能群。結果顯示：2010—2011年期間，長湖水庫浮游植物優(yōu)勢功能群為J、P、L0和S1等4種。其中，枯水期（12月）較為穩(wěn)定，均為以顆粒直鏈藻極狹變種（M. granulata var. angustissima）為代表種類的P功能群占優(yōu)勢;可能是由于枯水期降水較少，水庫的水文條件較為穩(wěn)定，同時枯水期光照和溫度相對較低，有利于P功能群藻類生長;另外，枯水期降水較少還可能導致匯入水庫的來水對硅元素含量的稀釋作用較小，使得水庫中硅元素含量相對豐水期而言更高，從而更有利于需要硅元素且適應較低溫度和光照的硅藻大量生長，因此，該功能群中的代表性物種為顆粒直鏈藻極狹變種。然而，豐水期（7月）的長湖水庫浮游植物優(yōu)勢功能群在不同年際之間差異極大，2010年為單優(yōu)勢的S1（代表種類為狹細賈絲藻）功能群，而2011年為混合優(yōu)勢的J（代表種類為雙對柵藻）和L0（代表居氏腔球藻）功能群，這可能與2次豐水期采樣前的降水情況有關，因為不同的降水量導致匯入水庫的水量對水庫水文擾動強度、帶入水庫的營養(yǎng)鹽等因素均有可能不同，進而導致其優(yōu)勢功能群存在差異。但是本研究未對2次采樣前后的降水、水文以及水中營養(yǎng)鹽等數據和資料進行測定和對比，因此該推測有待后續(xù)研究證實。

[17]Pan H and Yang Y.Phytoplankton assemblages in ten reservoirs of Guangdong：relationship between morphologically based functional groups and environmental factors[J].Banladesh Journal of Botany，2017，46（3）：1161-1170.

[18]王雅文，楊揚，潘鴻，等.基于浮游植物功能類群的廣東省大型水庫生態(tài)分區(qū)初探[J].湖泊科學，2014，26（01）：147-153.

[19]陸國琦，譚惠忠，王傳華，等.長湖水庫泥沙淤積研究[J].熱帶地理，1987，7（4）：346-356.

[20]謝笑，陳剛，余偉清，等.英德統(tǒng)計年鑒-2018[EB/OL].[2019-04-09]http：//www.yingde.gov.cn/yingde/sjkf/201904/a19f61656 dfc438b95610c3a832d64d1/files/a92747a46de6447c8114eaaafab5e041.pdf

[21]Souza M B G，Barros C F A，Barbosa F，et al.Role of atelomixis in replacement of phytoplankton assemblages in Dom Helvecio lake，South-East Brazil[J]. Hydrobiologia，2008，607：211-224.

[22]Borics G，Várbíró G，Grigorszky I，et al.A new evaluation technique of potamo-plankton for the assessment of the ecological status of rivers[J]. Archiv für Hydrobiologie，2007，161：465-486.

[23]Callieri C，Caravati E，Morabito G，et al.The unicellular freshwater cyanobacterium Synechococcus and mixotrophic flagellates：Evidence for a functional association in an oligotrophic，subalpine lake[J]. Freshwater Biology，2006，51：2143-2153.

[24]Padisák J，Borics G，F(xiàn)ehér G，et al.Deep layer cyanoprokaryota maxima are constitutional features of lakes：Examples from temperate and tropical regions[J]. Archiv für Hydrobiologie，2003，58：175-199.

[25]Fonseca B M，de M Bicudo C E.Phytoplankton seasonal and vertical variations in a tropical shallow reservoir with abundant macrophytes （Ninféias Pond，Brazil）.Hydrobiologia，2011，665：229-245.

[26]Becker V，Huszar V L M，Crossetti L O.Responses of phytoplankton functional groups to the mixing regime in a deep subtropical reservoir.Hydrobiologia，2009，628：137-151.

[27]Becker V，Caputo L，Ordó?ez J，et al.Driving factors of the phytoplankton functional groups in a deep Mediterranean reservoir.Water Research，2010，44：3345-3354.

[28]Wang L，Cai Q，Tan L，et al.Phytoplankton development and ecological status during a cyanobacterial bloom in a tributary bay of the Three Gorges Reservoir，China.Science of The Total Environment，2011，409：3820-3828.

（責編：張宏民）