巢湖雙橋河底泥疏浚過程中浮游植物功能群分類研究

丁瑞睿, 郭匿春,*, 馬友華

1 安徽農(nóng)業(yè)大學(xué), 資源與環(huán)境學(xué)院, 合肥 230036 2 安徽農(nóng)業(yè)大學(xué), 新農(nóng)村研究院, 合肥 230036

浮游植物是河流生態(tài)系統(tǒng)中主要的初級生產(chǎn)者[1],由于其個(gè)體小、細(xì)胞結(jié)構(gòu)簡單且對水環(huán)境變化十分敏感,浮游植物的種類、豐度、生物量等常被作為評價(jià)水質(zhì)的重要指標(biāo)[2- 5]。浮游植物豐度和優(yōu)勢種群也可以有效地反映人類活動(dòng)對水體生態(tài)環(huán)境的影響,而水環(huán)境因子的變化也會影響浮游植物的群落結(jié)構(gòu)[6]。為了更準(zhǔn)確研究水環(huán)境變化后的浮游植物群落結(jié)構(gòu),學(xué)者們提出了浮游植物功能群的概念,即將一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)結(jié)構(gòu)和行為上相似的浮游植物歸為一個(gè)功能群。目前,功能群劃分系統(tǒng)有FG(Functional Groups)、MFG(Morphology-Functional Groups)、MBFG(Morphology-Based Functional Groups)和PFT(Plant Functional Types)等[7]。其中,FG法是Reynolds等[8]最早提出的、也是使用時(shí)間最長的浮游植物功能群分類方法。該方法的建立基于兩個(gè)重要的生態(tài)學(xué)假設(shè)：適應(yīng)能力強(qiáng)的物種比適應(yīng)能力弱的物種更能耐受環(huán)境中的限制因素；包含多種環(huán)境因子的復(fù)雜環(huán)境總會被一系列適應(yīng)性相似的物種占據(jù)[7- 8]。浮游植物功能群分類法因其能精確地反映浮游植物群落與不同水體環(huán)境壓力之間的相關(guān)性,在研究水體環(huán)境與浮游植物群落之間關(guān)系中逐漸得到越來越多的重視和應(yīng)用[9]。

雙橋河位于巢湖北岸,是入巢湖污染最嚴(yán)重的4條入湖河流之一。河道全長約7 km,流域面積約27 km2,由上游鳳凰之家河段、中游西撇洪溝和下游雙橋河段組成[10]。隨著巢湖地區(qū)社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,工農(nóng)業(yè)對雙橋河的污染持續(xù)增加。除外源污染外,河流內(nèi)源營養(yǎng)鹽釋放也是造成雙橋河富營養(yǎng)化的重要原因。雙橋河水質(zhì)長期處于劣V類,水體中氮、磷營養(yǎng)鹽過剩,藻類大量繁殖,出現(xiàn)藍(lán)藻水華現(xiàn)象。而藻類的生長代謝過程中,會釋放出大量藻毒素,嚴(yán)重威脅河流的生態(tài)安全[10- 11]。為改善河流水環(huán)境,前期研究中大量使用了底泥疏浚、人工濕地、水體曝氣等工程來解決河流富營養(yǎng)化造成的危害[12- 13]。其中底泥疏浚工程的基本原理是通過機(jī)械等方法疏挖表層富含營養(yǎng)鹽的底泥,從而削減水體中氮、磷含量,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)藍(lán)藻水華控制[13]。在前期多次河道底泥疏浚的基礎(chǔ)上,2017年夏季,巢湖市政府對雙橋河入湖口至西炮營社區(qū)長約4806 m的河道進(jìn)行底泥疏浚工程。前期的研究主要集中于底泥疏浚前后雙橋河的內(nèi)源負(fù)荷和水質(zhì)改善上,從浮游植物功能群變化評價(jià)底泥疏浚工程效果的研究較少[11]。

本文通過研究雙橋河底泥疏浚前后浮游植物群落結(jié)構(gòu),采用FG法對雙橋河的浮游植物功能群進(jìn)行分類,并研究底泥疏浚前后雙橋河浮游植物功能群的組成及變化,通過冗余分析(RDA)和Pearson相關(guān)性分析確定影響雙橋河浮游植物功能群變化的環(huán)境因子,從而探究底泥疏浚工程對雙橋河浮游植物群落的影響。研究對評價(jià)底泥疏浚工程造成的雙橋河水質(zhì)改善及水生生態(tài)系統(tǒng)的健康與安全維護(hù)有重要的意義。

1 材料與方法

1.1 采樣點(diǎn)設(shè)置

圖1 雙橋河采樣點(diǎn)設(shè)置圖Fig.1 Location of sampling sites in Shuangqiao River 樣點(diǎn)1: 7401軍工廠; 樣點(diǎn)2: 燈塔小學(xué); 樣點(diǎn)3: 吳澗街道; 樣點(diǎn)4: 篆池新村水閘; 樣點(diǎn)5: 錢崗橋; 樣點(diǎn)6: 潘崗橋; 樣點(diǎn)7: 天瑞風(fēng)鳴花園二期; 樣點(diǎn)8: 湖光路橋; 樣點(diǎn)9: 水泥廠濕地; 樣點(diǎn)10: 水泥廠橋; 樣點(diǎn)11: 健康西路橋; 樣點(diǎn)12: 雙橋河大橋

對2017年6月—2018年3月底泥疏浚期間巢湖雙橋河的浮游植物群落結(jié)構(gòu)及環(huán)境因子進(jìn)行了調(diào)查。根據(jù)自然環(huán)境特點(diǎn)和河流流向,設(shè)置12個(gè)采樣點(diǎn),1—4號點(diǎn)為雙橋河未進(jìn)行底泥疏浚的河段,5—12號點(diǎn)為底泥疏浚工程的起點(diǎn)西炮營社區(qū)至終點(diǎn)雙橋河入湖口(圖1)。分別于雙橋河2017年夏季底泥疏浚前(2017年6月)、疏浚中(2017年9月)、疏浚后(2017年12月、2018年3月)進(jìn)行4次采樣。

1.2 樣本采集

1.3 浮游植物密度與生物量及浮游植物功能群生物量計(jì)算

浮游植物樣品取500 mL混合水樣,加入約水樣體積的1%的魯哥試劑固定,靜止沉淀48 h以上后棄去上清液,濃縮定容到50 mL,加入福爾馬林溶液保存。計(jì)數(shù)方法為目鏡視野法,在10×40倍顯微鏡視野下用浮游植物計(jì)數(shù)框進(jìn)行。每次計(jì)數(shù)100個(gè)以上視野,每個(gè)樣本計(jì)數(shù)兩次,當(dāng)兩次誤差在15%以上時(shí),重復(fù)計(jì)數(shù)樣品。浮游植物鑒定參照《中國淡水藻類：系統(tǒng)、分類及生態(tài)》[15],生物量估算參照金相燦等人的體積換算法[16]。參照Reynold的FG功能群分類法,對雙橋河浮游植物進(jìn)行功能群分類[7- 8]。浮游植物功能群生物量指的是功能群代表性藻種(屬)的生物量之和,通過各代表性藻種(屬)的生物量相加得出[17]。

1.4 浮游植物生物多樣性及數(shù)據(jù)分析

根據(jù)Mcnaughton 優(yōu)勢度指數(shù)(Y)確定浮游植物優(yōu)勢種,浮游植物的多樣性分析選用Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H′)、均勻度指數(shù)(J)和豐富度指數(shù)(d),避免單一指數(shù)造成的偏差。

式中,ni為物種i的密度,fi為物種i出現(xiàn)的頻率,N為所有物種的總密度。r為種類數(shù),Pi代表第i種密度占總密度的比例,S為總種數(shù)。

研究數(shù)據(jù)經(jīng)Microsoft Excel 2010、Canoco 5.0、SPSS 20.0等軟件整理分析。雙橋河浮游植物功能群與環(huán)境因子關(guān)系采用多元分析和Pearson相關(guān)性分析同時(shí)進(jìn)行。其中多元分析先用Canoco 5.0對物種數(shù)據(jù)進(jìn)行去趨勢對應(yīng)分析(DCA),排序軸小于3,因此選取冗余分析(RDA)探討雙橋河浮游植物功能群生物量與環(huán)境因子的關(guān)系,環(huán)境因子數(shù)據(jù)全部進(jìn)行l(wèi)g(x+1)轉(zhuǎn)換,分析結(jié)果采用功能群-環(huán)境因子雙序圖表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 雙橋河底泥疏浚工程前后的水質(zhì)變化

本研究中,未疏浚河段中氮、磷營養(yǎng)鹽含量隨季節(jié)更替并無顯著變化。而雙橋河疏浚河段的pH、溶解氧值受溫度和季節(jié)等因素影響較大,總體呈先下降后上升趨勢,而濁度呈波動(dòng)上升趨勢。同時(shí),底泥疏浚河段中磷含量總體呈下降趨勢,其中總磷濃度下降了19.09%,盡管顯著下降后小幅上升,但疏浚后的濃度0.09 mg/L仍低于疏浚前0.11 mg/L；可溶性磷的濃度從疏浚前的0.05 mg/L上升至疏浚中的0.08 mg/L,后又下降至疏浚后的0.04 mg/L,呈先上升后下降趨勢。疏浚河段氮含量呈顯著下降后小幅上升趨勢,但疏浚后氮濃度仍顯著低于疏浚前?？偟看蠓鳒p,較疏浚前下降了48.09%；氨氮濃度從疏浚前的2.22 mg/L下降至0.86 mg/L；硝態(tài)氮濃度從3.75 mg/L下降至1.50 mg/L；可溶性氮濃度從6.14 mg/L下降至疏浚后的3.01 mg/L,其中氨氮含量削減幅度最大(表1)。

表1 雙橋河底泥疏浚前后水質(zhì)理化特征

2.2 浮游植物種類、密度、生物量和生物多樣性指數(shù)分析

圖2 雙橋河未疏浚段與疏浚段浮游植物相對密度占比Fig.2 Percentage of density of phylum phytoplankton in the undredging and dredging reach in different sampling sites of Shuangqiao River

研究期間,在雙橋河共檢測到浮游植物8門53屬71種,隸屬于藍(lán)藻門、綠藻門、硅藻門、隱藻門、裸藻門、甲藻門、金藻門和黃藻門。研究中,從浮游植物的相對密度上看,未疏浚河段和疏浚河段浮游植物群落主要由藍(lán)藻門-硅藻門-綠藻門組成,藍(lán)藻門的相對密度在所有采樣點(diǎn)均占50%以上(圖2)。從浮游植物生物量上看,底泥疏浚前,隨著水體中營養(yǎng)鹽濃度的升高,疏浚河段的浮游植物生物量遠(yuǎn)高于未疏浚河段；而底泥疏浚后,疏浚河段生物量隨著營養(yǎng)鹽濃度的降低大幅下降,未疏浚河段的生物量無顯著差異(圖3)。疏浚河段的浮游植物平均密度為2.866×106個(gè)/L,其中底泥疏浚前(6月)平均密度為3.875×106個(gè)/L,疏浚中(9月)平均密度為6.952×106個(gè)/L,疏浚后(12月,3月)平均密度分別為0.308×106、0.330×106個(gè)/L。浮游植物平均生物量為3.35 mg/L。底泥疏浚前,疏浚河段浮游植物平均生物量為3.32 mg/L,疏浚中,平均生物量為8.66 mg/L,疏浚后平均生物量分別為0.68、0.74 mg/L。隨著底泥疏浚過程的推進(jìn),盡管藍(lán)藻門的密度在3次采樣中均占所有浮游植物的90%以上,但藍(lán)藻門的生物量持續(xù)下降,而硅藻門的生物量呈持續(xù)上升趨勢,并在底泥疏浚后的兩次采樣中,硅藻門生物量在總生物量中占60%以上(圖4)。底泥疏浚后,浮游植物密度和生物量分別下降了91.48%和77.71%。通過計(jì)算研究期間各采樣點(diǎn)的Shannon-Wiener指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)、Margalef豐富度指數(shù),并對其進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)各采樣點(diǎn)的3種多樣性指數(shù)隨著季節(jié)和底泥疏浚階段的不同而變化,呈現(xiàn)出較大幅度的波動(dòng)(圖5)。其中Shannon-Wiener指數(shù)在0.40—2.61之間, Pielou均勻度指數(shù)在0.13—0.72之間,Margalef豐富度指數(shù)在0.81—3.37之間,指示水體污染程度為中-重污染。

2.3 浮游植物功能群分類及主要功能群分析

研究期間,根據(jù)浮游植物功能群FG分類法,雙橋河浮游植物可分為23個(gè)功能群：M、H1、H2、MP、S1、LO、X2、X1、J、F、N、G、X3、C、D、Y、W1、LM、E、T、SN、K、P功能群(表2)。底泥疏浚前和疏浚中,雙橋河浮游植物功能群數(shù)量與組成一致,共18個(gè),分別為M、H1、H2、MP、S1、LO、X2、X1、J、F、N、G、X3、Y、W1、LM、E、T；底泥疏浚后,浮游植物功能群增加至22個(gè),為M、H1、H2、MP、S1、LO、X2、X1、J、F、N、G、C、D、Y、W1、LM、E、T、SN、K、P。浮游植物優(yōu)勢功能群以優(yōu)勢度Y≥0.02確定。從底泥疏浚工程不同階段來看,雙橋河底泥疏浚前的浮游植物優(yōu)勢功能群為M、MP、P、W1、Y；底泥疏浚中為LM、M、MP、P、W1、Y；底泥疏浚后為C、F、J、M、MP、P、Y。其中,M、MP的優(yōu)勢度均大于0.2,成為雙橋河浮游植物的絕對優(yōu)勢功能群。

從底泥疏浚不同階段各采樣點(diǎn)浮游植物功能群組成來看(圖6),底泥疏浚前,C、M、MP在每個(gè)采樣點(diǎn)均有分布,W1和Y也分布于大多數(shù)點(diǎn),主要功能群為M+MP+C；底泥疏浚中,M、MP、P在各點(diǎn)均有分布,Y在除8號點(diǎn)外均有分布,主要功能群為M+MP；底泥疏浚后初期(12月),F、LO、M在各點(diǎn)均有出現(xiàn),MP除12號點(diǎn)外均有出現(xiàn),主要功能群轉(zhuǎn)變?yōu)镸+MP+LO+F; 底泥疏浚半年后(3月),M、MP、P在各點(diǎn)均有出現(xiàn),Y大量出現(xiàn)在8—12號采樣點(diǎn),主要功能群轉(zhuǎn)變?yōu)镸+MP+P。M在底泥疏浚的所有時(shí)期,在各采樣點(diǎn)均占有絕對優(yōu)勢。

2.4 浮游植物功能群與環(huán)境因子之間關(guān)系分析

圖3 雙橋河未疏浚與疏浚河段采樣點(diǎn)生物量Fig.3 Biomass of phylum phytoplankton in the undredging and dredging reach in different sampling sites of Shuangqiao River每個(gè)月份兩個(gè)柱狀圖分別代表未疏浚和疏浚河段的浮游植物生物量

圖4 雙橋河底泥疏浚前后各類藻門密度和生物量占比Fig.4 Percentage of density and biomass of each phylum phytoplankton in Shuangqiao River

表2 雙橋河浮游植物功能群劃分[7- 8]

Table 2 Phytoplankton functional groups division in Shuangqiao River[7- 8]

功能群FG代表屬(種)Typical representatives習(xí)性特征Habitat and tolerancesC小環(huán)藻 Cyclotella sp.、星桿藻 Asterionella sp.混合的、富營養(yǎng)、中小型水體D針桿藻 Synedra sp.淺水、渾濁水體F卵囊藻 Oocystis sp.、蹄形藻 Kirchneriella sp.潔凈變溫層、低營養(yǎng)、強(qiáng)渾濁H2魚腥藻 Dolichospermum sp.中營養(yǎng)、深水、低氮J空星藻 Coelastrum sp.、盤星藻 Pediastrum sp.、柵藻 Scendesmus sp.、十字藻 Crucigenia sp.、四角藻 Tetraedron淺水、富營養(yǎng)、低光照、混合K隱球藻 Aphanocapsa sp.富營養(yǎng)小型淺水Lo色球藻 Chroococcus sp.、平裂藻 Merismopedia sp.貧到富營養(yǎng)、中到大型水體、持久或深度混合LM角甲藻 Ceratium sp.富到超富營養(yǎng)、低碳、混合M微囊藻 Microcystis sp.小到中型、富營養(yǎng)到超富營養(yǎng)、穩(wěn)定、透明度較高、強(qiáng)光照MP顫藻 Oscillatoria sp.、顆粒直鏈藻 Melosira granulate、舟形藻 Navicula sp.、雙菱藻 Surirella sp.攪動(dòng)、渾濁、淺水N角星鼓藻 Staurastrum sp.、鼓藻 Cosmarium sp.貧營養(yǎng)的變溫層P脆桿藻 Fragilaria sp.、橋彎藻 Cymbella sp.富營養(yǎng)的變溫層、低光照SN念珠藻 Nostocales sp.溫暖、混合、低氮W1裸藻 Euglena sp.小型有機(jī)水體、淺水、高BODX1纖維藻 Ankistrodesmus sp.超富營養(yǎng)、淺水Y隱藻 Cryptomonas sp.靜水環(huán)境、低光照H1束絲藻 Aphanizomenon sp.低氮、低碳、混合、低光照S1藍(lán)纖維藻 Dactylococcopsis sp.混合、渾濁X2衣藻 Chlamydomonas sp.淺水、中營養(yǎng)、混合G實(shí)球藻 Pandorina sp.、空球藻 Eudorina sp.富營養(yǎng)水體、高光照X3小球藻 Chlorella sp.淺水、潔凈混合層E錐囊藻 Dinobryon sp.貧營養(yǎng)小型水體T黃絲藻 Tribonema sp.深水、低光照

FG：功能群 Functional Groups

圖5 雙橋河疏浚段各采樣點(diǎn)浮游植物多樣性指數(shù)Fig.5 Phytoplankton diversity index on dredging reach in different sampling sites of Shuangqiao River

圖6 雙橋河底泥疏浚不同時(shí)期各采樣點(diǎn)浮游植物功能群組成Fig.6 Composition of phytoplankton functional groups in different periods in Shuangqiao River每個(gè)采樣點(diǎn)4個(gè)柱狀圖分別代表4次采樣各點(diǎn)的浮游植物功能群生物量; Y:隱藻 Cryptomonas sp.; W1:裸藻 Euglena sp.; P:脆桿藻 Fragilaria sp.、橋彎藻 Cymbella sp.; MP:顫藻 Oscillatoria sp.、顆粒直鏈藻 Melosira granulate、舟形藻 Navicula sp.、雙菱藻 Surirella sp.; M:微囊藻 Microcystis sp.; LM:角甲藻 Ceratium sp. J:空星藻 Coelastrum sp.、盤星藻 Pediastrum sp.、柵藻 Scendesmus sp.、十字藻 Crucigenia sp.、四角藻 Tetraedron sp.; F:卵囊藻 Oocystis sp.、蹄形藻 Kirchneriella sp.; C:小環(huán)藻 Cyclotella sp.、星桿藻 Asterionella sp.

表3 浮游植物優(yōu)勢功能群與環(huán)境因子間冗余分析(RDA)的統(tǒng)計(jì)參數(shù)

表4 浮游植物優(yōu)勢功能群生物量與水環(huán)境因子的Pearson相關(guān)性分析

TN/TP：氮磷比 Total Nitrogen/Total Phosphorus; *. 在0.05水平上顯著相關(guān)(雙側(cè))；**. 在0.01水平上顯著相關(guān)(雙側(cè))

圖7 巢湖浮游植物功能群與主要環(huán)境因子的RDA分析 Fig.7 RDA analysis of phytoplankton functional groups and environment factors in Shuangqiao RiverT：溫度 Temperature；DO：溶解氧 Dissolved Oxygen；TDP：可溶性磷 Total Dissolved Phosphorus；TP：總磷 Total 氨氮Ammonium 硝態(tài)氮 Nitrate Nitrogen；TDN：可溶性氮Total Dissolved Nitrogen；TN：總氮 Total Nitrogen；TN/TP：氮磷比 Total Nitrogen/Total Phosphorus

3 討論

3.1 底泥疏浚對雙橋河水質(zhì)和浮游植物群落的影響

本研究中,對雙橋河水質(zhì)指標(biāo)分析發(fā)現(xiàn),底泥疏浚后雙橋河的氮、磷營養(yǎng)鹽濃度總體呈下降趨勢。其中,總氮濃度下降了48.09%,總磷濃度下降了19.09%,雙橋河夏季的底泥疏浚工程對水體總氮的削減能力強(qiáng)于總磷。盡管底泥疏浚一段時(shí)間后,雙橋河周邊污水的排入會引起水體表層有機(jī)碎屑再懸浮,形成的新內(nèi)污染源；加之雙橋河春季降水較少,水體污染的累積造成水體營養(yǎng)鹽濃度重新上升[11,18],但本研究中,雙橋河底泥疏浚工程能造成營養(yǎng)鹽的顯著削減和水環(huán)境質(zhì)量的提高。王書航等[19]的研究發(fā)現(xiàn)巢湖流域的城市污染控制型河流輸入湖泊中的總氮、總磷含量分別占全部入湖河流污染負(fù)荷的72.27% 和60.14%。其中,研究發(fā)現(xiàn)巢湖雙橋河水質(zhì)主要受有機(jī)污染影響,有機(jī)污染礦化分解消耗水體溶解氧,提升了水體營養(yǎng)鹽水平,導(dǎo)致水體水質(zhì)下降。同時(shí),入湖區(qū)Chl a 濃度與入湖河流氨氮、總氮的輸入量呈顯著正相關(guān),入湖河流中總氮的高輸入量能顯著增加藻類生物量,而通過削減入湖河流中總氮的輸入量也可能減少藻類生物量。本研究發(fā)現(xiàn),底泥疏浚過程中隨著水體總氮濃度的下降,河流藻類密度有顯著的下降,疏浚段與未疏浚段的藻類生物量差異也逐漸縮小。同時(shí),小型藻類的大量出現(xiàn)也造成了藻類生物量的顯著下降[20- 22]。從雙橋河浮游植物群落結(jié)構(gòu)來看,四次采樣過程中藍(lán)藻門的微囊藻屬均以優(yōu)勢種出現(xiàn),而在底泥疏浚后的3月份,浮游植物優(yōu)勢種又出現(xiàn)了硅藻門的直鏈藻屬和小環(huán)藻屬。本研究中,雙橋河浮游植物的群落演替規(guī)律與一般富營養(yǎng)化水體中夏末秋初藍(lán)藻取代其他藻類在水體占據(jù)優(yōu)勢地位的演替規(guī)律相似[23]。研究表明底泥疏浚不會改變浮游植物群落的季節(jié)演替規(guī)律,而綠藻門在夏季并未占優(yōu)勢可能與夏季浮游動(dòng)物的攝食作用有關(guān)[23]。同時(shí),在未疏浚河段與疏浚河段,底泥疏浚前與疏浚后,浮游植物群落的組成均穩(wěn)定在藍(lán)藻門-硅藻門-綠藻門狀態(tài),表明底泥疏浚對浮游植物群落結(jié)構(gòu)組成并無顯著影響。盡管底泥疏浚后雙橋河浮游植物密度和生物量分別下降了91.48%和77.71%,但總體而言, 雙橋河底泥疏浚后水體中的浮游植物密度和生物量仍處于較高水平,底泥疏浚工程并未改變雙橋河水生生態(tài)系統(tǒng)處于中-富營養(yǎng)水平的現(xiàn)狀。此外,浮游植物多樣性指數(shù)隨著季節(jié)和底泥疏浚程度的不同而呈現(xiàn)較大幅度的波動(dòng)。底泥疏浚后初期(12月),3種多樣性指數(shù)的平均值較疏浚前和疏浚中均有提升,這表明在底泥疏浚后初期,雙橋河的水質(zhì)較底泥疏浚前有所改善。但是,在底泥疏浚半年后(3月),3種多樣性指數(shù)平均值有所降低,3種指數(shù)變化的主要原因?yàn)殡p橋河溫度的變化、浮游植物季節(jié)演替及營養(yǎng)鹽濃度的變化。綜合雙橋河底泥疏浚后的水質(zhì)理化指標(biāo)、浮游植物優(yōu)勢種、浮游植物密度與生物量及生物多樣性指數(shù)分析發(fā)現(xiàn),雙橋河是巢湖入湖河流中污染較為嚴(yán)重的河流,其水質(zhì)主要受城市污染控制,底泥疏浚工程能夠顯著削減水體中的營養(yǎng)鹽含量,降低浮游植物密度與生物量,提升生物多樣性指數(shù),然而對浮游植物的種類組成影響不大。

3.2 雙橋河浮游植物功能群分類

根據(jù)浮游植物功能群FG分類法,研究中雙橋河浮游植物可分為23個(gè)功能群。與湖泊中浮游植物功能群相比,雙橋河的浮游植物絕對優(yōu)勢功能群為以藍(lán)藻為主的M功能群和硅藻為主的MP、 P功能群。優(yōu)勢功能群 M (以微囊藻為主)主要在夏季高溫期出現(xiàn),在雙橋河各采樣點(diǎn)均有分布。 M 功能群是富營養(yǎng)化水體常見的類群,表征了巢湖雙橋河的富營養(yǎng)化現(xiàn)狀。同時(shí),M類功能群的優(yōu)勢地位與溫度有密切聯(lián)系,這與前人研究M類功能群易受低溫條件限制的結(jié)論一致[24- 25]。一般研究認(rèn)為,夏秋的高溫和強(qiáng)光照可以促使微囊藻大量繁殖,導(dǎo)致M功能群的生物量大大增加,使得水體中溶解氧大幅下降,從而對水體水質(zhì)產(chǎn)生負(fù)面影響[26- 28]。因此,水體中M類功能群生物量過高時(shí),常會導(dǎo)致水體中的溶解氧下降[29]。MP功能群(顫藻Oscillatoriasp.、顆粒直鏈藻Melosiragranulate、舟形藻Naviculasp.和雙菱藻Surirellasp．)主要生活在不穩(wěn)定且渾濁的水體中,雙橋河底泥疏浚過程中水體擾動(dòng)和水質(zhì)渾濁,從一定程度上可以促進(jìn)MP功能群的生長,因此MP功能群易在河流生態(tài)系統(tǒng)中占優(yōu)勢地位[30]。同時(shí),在12月、3月兩次采樣中,MP功能群廣泛分布于采樣點(diǎn)中。MP功能群多出現(xiàn)于淺水環(huán)境中,冬春季節(jié)雙橋河地區(qū)降水較少,河道中水體較淺,也為MP功能群生長提供了良好的環(huán)境。而P功能群(脆桿藻Fragilariasp. 和橋彎藻Cymbellasp.)多生活于營養(yǎng)豐富的淺水環(huán)境中,且耐受低光照[31]。P功能群在3月采樣點(diǎn)中均有出現(xiàn),可能由于春季雙橋河降水較少,水位下降,水體透光性差,透明度偏低,為P 功能群藻類生長提供了良好的環(huán)境。與前人研究的河流和湖泊浮游植物功能群分類相比,雙橋河地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)導(dǎo)致浮游植物功能群分類與呼蘭河濕地相似,表現(xiàn)為W1(裸藻Euglenasp.)功能群占據(jù)優(yōu)勢地位。然而與呼蘭河和巢湖不同的是,雙橋河浮游植物功能群中的H2功能群(以魚腥藻為主)并不占優(yōu)勢地位。研究發(fā)現(xiàn)H2功能群適應(yīng)富營養(yǎng)水體,且與總磷呈正相關(guān),水體中較高營養(yǎng)鹽尤其是磷利于其生長[32- 33]。而本研究中,雙橋河多次底泥疏浚后,水體中磷營養(yǎng)鹽的含量顯著下降,猜想這可能是H2功能群并未大量出現(xiàn)的主要原因[11, 33]。此外,也可能與微囊藻對其的抑制作用有關(guān)[17]。因此,研究巢湖雙橋河水生態(tài)系統(tǒng)中藻類優(yōu)勢功能群的形成原因,對分析巢湖中浮游植物群落變化及優(yōu)勢功能群的起源有積極的意義。

3.3 底泥疏浚工程對浮游植物功能群的影響

與前人研究相似的是,雙橋河的底泥疏浚工程可以顯著削減水體中的氮、磷營養(yǎng)鹽含量,并由此對浮游植物造成影響[13]。盡管本研究中,底泥疏浚并未改變雙橋河以M+MP為絕對優(yōu)勢功能群的現(xiàn)狀,但RDA分析和Pearson相關(guān)性研究發(fā)現(xiàn)結(jié)果表明,雙橋河浮游藻類優(yōu)勢功能群M、MP、P等均與總氮含量顯著相關(guān)。雙橋河浮游藻類優(yōu)勢功能群由底泥疏浚前的M、MP、P、W1(裸藻Euglenasp.)、Y(隱藻Cryptomonassp.),轉(zhuǎn)變?yōu)榈啄嗍杩：鬄镃、F、J、M、MP、P、Y。其中,適應(yīng)高BOD、淺水小型有機(jī)水體的W1功能群在底泥疏浚前分布于大多數(shù)采樣點(diǎn),而疏浚后顯著減少,可能表明底泥疏浚工程有降低有機(jī)污染,降低大型藻類-裸藻生物量的作用。此外,W1功能群與總氮含量呈極顯著正相關(guān),其生物量的下降也可能與底泥疏浚造成的總氮含量顯著下降有關(guān)。而功能群C(小環(huán)藻Cyclotellasp.、星桿藻Asterionellasp.)、F(卵囊藻Oocystissp.、蹄形藻Kirchneriellasp.)、J(柵藻Scendesmussp.、十字藻Crucigeniasp.)在底泥疏浚后轉(zhuǎn)變?yōu)閮?yōu)勢功能群,猜想與總氮濃度下降對C功能群(主要由適應(yīng)低溫的硅藻門藻類組成)的影響有關(guān),這也與陳楠等[30]和潘翰等[31]的研究結(jié)論一致。功能群C、F適應(yīng)于高渾濁的水體中,而J功能群適應(yīng)于淺水環(huán)境中,這與雙橋河底泥疏浚后的環(huán)境狀況相適應(yīng)。底泥疏浚工程可以降低雙橋河總氮的輸入總量,而氮對浮游植物功能群的影響顯著高于其他環(huán)境因子,且雙橋河水體中的藻類優(yōu)勢功能群M(主要由微囊藻組成)、MP功能群均與氮營養(yǎng)鹽含量呈顯著性相關(guān)。一般來說,隨著水體營養(yǎng)鹽濃度的下降,水生生物會顯示出種類增多、數(shù)量減少的特征[29]。因此,底泥疏浚和雙橋河外源氮營養(yǎng)鹽的削減,可以改善雙橋河的浮游植物群落結(jié)構(gòu),促使對營養(yǎng)波動(dòng)不敏感的C、F、J功能群取代了對水體氮濃度波動(dòng)敏感的W1類功能群,也有可能減少水體中對氮濃度波動(dòng)敏感的M類功能群(微囊藻)的生物量,降低其水華爆發(fā)的幾率[34- 36]。雙橋河底泥疏浚工程削減水體中的氮營養(yǎng)鹽含量對降低水體藻類生物量和提升水環(huán)境質(zhì)量有積極的意義。本研究認(rèn)為,河流底泥疏浚工程的實(shí)施,在降低水體污染程度的同時(shí),減少了對氮敏感的浮游植物物種出現(xiàn),促進(jìn)了對營養(yǎng)鹽不敏感種類生物量的增加,密切了浮游植物生物量與營養(yǎng)物質(zhì)含量之間的聯(lián)系,進(jìn)而促使了河流水生生態(tài)系統(tǒng)向健康、安全的方向發(fā)展。

綜合本次研究結(jié)果,雙橋河為氮限制型河流。底泥疏浚工程顯著削減水體中了氮營養(yǎng)鹽的含量,但底泥疏浚后雙橋河水體中營養(yǎng)鹽的含量、浮游植物的密度、生物量和生物多樣性指數(shù)表明雙橋河仍處于中-富營養(yǎng)狀態(tài)。雙橋河的浮游植物絕對優(yōu)勢功能群為以藍(lán)藻為主的M功能群和硅藻為主的MP、P功能群。底泥疏浚工程的高氮削減可以造成W1功能群生物量的下降,而C、F、J功能群因其對營養(yǎng)波動(dòng)不敏感且疏浚對水體的擾動(dòng),在疏浚后生物量有所增加。由于雙橋河河流生態(tài)系統(tǒng)的強(qiáng)變換性,且對巢湖生態(tài)系統(tǒng)較高的貢獻(xiàn)率,雙橋河底泥疏浚工程可以對巢湖藻類功能群分布格局造成一定的影響。因此我們認(rèn)為,雙橋河底泥疏浚工程在改善河流浮游植物生態(tài)功能,減輕河流污染程度上有積極的作用。同時(shí),雙橋河底泥疏浚工程的實(shí)施也有利于巢湖富營養(yǎng)化的治理和藍(lán)藻水華的控制。

致謝：中國科學(xué)院水生生物研究所崔永德、張嘯林同志和安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院田昊瞳、李明媛、王簫璇、王林、張寅生同學(xué)協(xié)助部分野外采樣工作,特此致謝。