大蓮湖濕地修復(fù)區(qū)浮游植物群落結(jié)構(gòu)與水質(zhì)環(huán)境因子分析

朱浩 劉興國(guó) 陳曉龍

摘要：為了解大蓮湖濕地修復(fù)區(qū)浮游植物及水體富營(yíng)養(yǎng)化狀況，在2018年1—5月對(duì)大蓮湖濕地修復(fù)區(qū)的浮游植物群落結(jié)構(gòu)，包括浮游植物的種類構(gòu)成、密度、生物量?jī)?yōu)勢(shì)度及生物多樣性進(jìn)行調(diào)查研究，調(diào)查期間共鑒定出28種浮游植物，隸屬5門25屬;其中優(yōu)勢(shì)種2個(gè)門類，共3種。浮游植物群落結(jié)構(gòu)以綠藻為主，其密度占總數(shù)的64.95%。冗余分析結(jié)果表明，氮營(yíng)養(yǎng)鹽含量是綠藻群落分布的主要影響因子;溶氧含量、pH值以及氮營(yíng)養(yǎng)鹽含量是藍(lán)藻群落分布的主要影響因子;運(yùn)用多樣性指數(shù)與水體污染程度的關(guān)系對(duì)大蓮湖生態(tài)修復(fù)區(qū)水體污染情況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，結(jié)果表明，該區(qū)域處于輕度到中度污染狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：大蓮湖;浮游植物;多樣性指數(shù);冗余分析;群落結(jié)構(gòu)

中圖分類號(hào)： S963.21+3;S718.54+2 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ?文章編號(hào)：1002-1302（2020）11-0270-05

收稿日期：2019-07-06

基金項(xiàng)目：農(nóng)業(yè)技術(shù)試驗(yàn)示范與服務(wù)支持（編號(hào)：2018LKY007）。

作者簡(jiǎn)介：朱 浩（1985—），男，江蘇句容人，碩士，助理研究員，主要從事生態(tài)工程方面的研究。E-mail：zhuhao0511@163.com。

通信作者：劉興國(guó)，博士，研究員，主要從事生態(tài)工程方面研究。E-mail：liuxg1223@163.com。 ?浮游植物是淡水生態(tài)系統(tǒng)中重要的初級(jí)生產(chǎn)者，在淡水生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)、物質(zhì)循環(huán)和信息傳遞中起著至關(guān)重要的作用[1-2]。浮游植物在藻類密度、群落結(jié)構(gòu)和功能等方面會(huì)隨著水體水質(zhì)的改變而產(chǎn)生相應(yīng)的變化，可以指示水體的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)[3-5]。

大蓮湖生態(tài)修復(fù)區(qū)位于上海市青浦區(qū)西部，地理坐標(biāo)為121°00′E、31°04′N，位于淀山湖下游，是黃浦江上游重要的水源地保護(hù)區(qū)[6]。2008年12月至2009年5月，上海市林業(yè)局野生動(dòng)植物保護(hù)站組織多家單位和公司，對(duì)大蓮湖生態(tài)修復(fù)區(qū)一期工程進(jìn)行了面積為41.67 hm2的地型塑造、水系灌通等一系列生態(tài)修復(fù)工程[7]，目前距生態(tài)修復(fù)工程實(shí)施完工后已滿10年，筆者所在課題組于2018年1—5月對(duì)大蓮湖生態(tài)修復(fù)區(qū)水域的浮游植物和環(huán)境因子進(jìn)行了調(diào)查，比較分析浮游植物的群落結(jié)構(gòu)和種群密度，評(píng)價(jià)生態(tài)修復(fù)區(qū)內(nèi)的水質(zhì)狀況，并使用冗余分析（RDA）方法探討浮游植物分布對(duì)環(huán)境因子的響應(yīng)，以期為大蓮湖生態(tài)修復(fù)區(qū)的進(jìn)一步管理提供一定的數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 樣點(diǎn)布設(shè)及采樣時(shí)間

于2018年1—5月對(duì)大蓮湖生態(tài)修復(fù)區(qū)進(jìn)行采樣調(diào)查，5個(gè)月共采樣5次。在大蓮湖濕地修復(fù)區(qū)共設(shè)3個(gè)采樣點(diǎn)，即進(jìn)水口、湖中區(qū)、出水口，分別記為S1、S2、S3（圖1）。

1.2 樣品采集和處理

采用有機(jī)玻璃采水器采集距表層1 m、離底 0.5 m 的各層混合水5 L，其中1 L水樣加15 mL魯哥氏液固定，用于浮游植物定量分析，其余水樣用于測(cè)定水體理化因子。然后采用25號(hào)浮游植物網(wǎng)在表層水體呈“∞”形來(lái)回緩慢拖動(dòng)數(shù)次，撈取濃縮藻樣并加適量魯哥氏液進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)固定，用于浮游植物定性分析。浮游植物的定性、定量樣本依據(jù)《淡水浮游生物研究方法》[8]進(jìn)行分析，浮游植物種類鑒定主要依據(jù)《中國(guó)淡水藻類》[9]。水溫、溶解氧含量以及浮游植物種類數(shù)、密度和生物量、多樣性指數(shù)等指標(biāo)均采用上、中、下3層數(shù)據(jù)的平均值，水深、透明度為3次測(cè)定的平均值。水環(huán)境因子的監(jiān)測(cè)參考《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》[10]。

1.3 指標(biāo)的測(cè)定與計(jì)算

浮游植物的優(yōu)勢(shì)種根據(jù)各個(gè)種的優(yōu)勢(shì)度（Y）值來(lái)確定。

式中：Ni為i種類的個(gè)體數(shù);N為所有種類總的個(gè)體數(shù);fi為i種類個(gè)體出現(xiàn)的頻率。Y>0.02的種類為優(yōu)勢(shì)種。

式中：D為0～1時(shí)，表示重污染;D為1～2時(shí)，表示嚴(yán)重污染;D為2～4時(shí)，表示中污染;D為4～6時(shí)，表示輕污染;D>6時(shí)，表示清潔。S為物種數(shù)。

式中：H′為0～1時(shí)，表示重污染;H′為1～2時(shí)，表示中污染;H′為2～3時(shí)，表示輕污染;H′>3時(shí)，表示清潔。

式中：J為0～0.3時(shí)，表示重污染;J為 0.3～0.5時(shí)，表示中污染;J>0.5時(shí)，表示輕污染或無(wú)污染。

1.4 數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用SPSS 13.0和Excel 2010對(duì)測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和繪圖。采用Canoco 5.0軟件對(duì)浮游植物與環(huán)境因子之間的關(guān)系進(jìn)行冗余分析。據(jù)其第1軸長(zhǎng)度確定分析類型[大于4時(shí)使用典型相關(guān)分析（CCA），小于3時(shí)使用RDA，處于3～4之間時(shí)二者均可][11-12]。

2 結(jié)果與分析

2.1 水質(zhì)指標(biāo)

由表1可知，高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）變化較大，總體呈降低的趨勢(shì)，總氮（TN）、總磷（TP）、氨態(tài)氮（NH3-N）、亞硝態(tài)氮（NO-2-N）、硝態(tài)氮（NO-3-N）、溶解氧（DO）含量以及pH值的年平均值均達(dá)到了國(guó)家Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。綜合表明，大蓮湖生態(tài)修復(fù)區(qū)水質(zhì)全年整體處于國(guó)家Ⅲ類水質(zhì)狀態(tài)。

2.2 浮游植物種類組成

在調(diào)查期間，大蓮湖濕地修復(fù)區(qū)3個(gè)采樣點(diǎn)共鑒定出28種浮游植物，隸屬5門25屬（表2）。由表2可見(jiàn)，綠藻門種類最多，共13種，占總種數(shù)的46%;藍(lán)藻門次之，共6種，占總種數(shù)的21%;硅藻門共5種，占總種數(shù)的18%;黃藻門3種;甲藻門1種;綠藻門浮游植物種類數(shù)的變化決定著大蓮湖濕地修復(fù)區(qū)浮游植物種類數(shù)的變化。從浮游植物的密度和分布來(lái)看，本次調(diào)查的浮游植物共出現(xiàn)2個(gè)門類的優(yōu)勢(shì)種，共3種，具體見(jiàn)表3。

2.3 浮游植物密度與生物量

大蓮湖生態(tài)修復(fù)區(qū)浮游植物平均密度和生物

總密度的64.95%;之后依次是藍(lán)藻門，為 274 892 cells/L，占總密度的24.72%，硅藻門，為 64 118 cells/L，占總密度的5.76%，黃藻門 47 259 cells/L，甲藻門 3 603 cells/L。由表5可見(jiàn)，浮游植物總的生物量為219.00 μg/L，在生物量組成中綠藻門最高，為 96.00 μg/L，其次依次是硅藻門69.00 μg/L，黃藻門23.00 μg/L，甲藻門 22.00 μg/L，藍(lán)藻門 9.00 μg/L。

2.5 浮游植物群落與環(huán)境因子RDA分析

經(jīng)Canoco 5.0軟件對(duì)浮游植物與環(huán)境因子之間的關(guān)系進(jìn)行分析可知，第1軸長(zhǎng)度為3.2（小于4），選擇線性模型RDA，分析結(jié)果顯示，前2個(gè)排序軸的特征值分別為0.22、0.14，共解釋了浮游植物數(shù)據(jù)59.2%的方差值，解釋變量分別為21.59、3553，物種與環(huán)境相關(guān)性軸1特征值為0.976 6，軸2為0871 2，前2個(gè)軸中物種與環(huán)境關(guān)系的累積百分比為57.12%，說(shuō)明2個(gè)排序軸能較好地反映大蓮湖生態(tài)修復(fù)區(qū)浮游植物與各環(huán)境因子之間的相互關(guān)系。圖2顯示，DO含量、pH值、CODMn含量與軸1呈負(fù)相關(guān)，因此軸1與環(huán)境因子有關(guān);TN、TP、NH3-N、NO-2-N、NO-3-N含量與軸2正相關(guān)，小球藻與水生集胞藻主要集中在第2象限，與 NH3-N、NO-2-N、NO-3-N、TN正相關(guān)，因此軸2與水體的營(yíng)養(yǎng)狀況有關(guān);極小擬小椿藻、湖沼色球藻、狹形纖維藻、針桿藻與DO、pH值、COD正相關(guān)。

3 討論

3.1 大蓮湖生態(tài)修復(fù)區(qū)浮游植物群落結(jié)構(gòu)及其變化

大蓮湖生態(tài)修復(fù)區(qū)的水主要來(lái)自外源攔路港，外源水從進(jìn)水口進(jìn)入大蓮湖，在湖區(qū)中央停留一段時(shí)間后從排水口排出[13]，生態(tài)修復(fù)區(qū)內(nèi)湖泊的換水頻率達(dá)到2個(gè)月1次。水體交換量大，因此，水體中總氮、硝態(tài)氮含量波動(dòng)較大，本次調(diào)查發(fā)現(xiàn)，生態(tài)修復(fù)區(qū)內(nèi)浮游植物群落以綠藻為主，其個(gè)體數(shù)量占優(yōu)勢(shì)。對(duì)大蓮湖生態(tài)修復(fù)區(qū)的調(diào)查結(jié)果表明，浮游植物的種類組成與往年的調(diào)查結(jié)果[14-15]相比，經(jīng)過(guò)這些年的治理，有機(jī)污染己經(jīng)得到了較大的改善。

3.2 環(huán)境因子與大蓮湖生態(tài)修復(fù)浮游植物群落的關(guān)系

浮游植物群落結(jié)構(gòu)受環(huán)境因素的綜合影響，5次采樣中測(cè)得的理化因子變化較大且對(duì)應(yīng)的浮游植物群落結(jié)構(gòu)也存在差異，說(shuō)明環(huán)境因子對(duì)大蓮湖浮游植物群落演替起著較重要的作用。RDA結(jié)果初步反映了生態(tài)修復(fù)區(qū)浮游植物與主要環(huán)境因子的相關(guān)性。在測(cè)得的理化因子中，小球藻和水生集胞藻與氨態(tài)氮、亞硝態(tài)氮、硝態(tài)氮、總氮正相關(guān)，極小擬小椿藻、湖沼色球藻與DO、pH值、CODMn含量正相關(guān)。金磊等研究發(fā)現(xiàn)，水體中的氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽和透明度是影響綠藻和藍(lán)藻分布的主要環(huán)境因子[16]。本次調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大蓮湖生態(tài)修復(fù)區(qū)浮游植物主要受氮營(yíng)養(yǎng)鹽、水中溶解氧含量以及水體pH值限制。有研究得出，浮游藻類生長(zhǎng)的最佳氮磷比為16 ∶ 1，當(dāng)大于 16 ∶ 1 時(shí)，主要受磷限制，當(dāng)小于16 ∶ 1時(shí)，主要受氮限制[17-18]。但Steinberg等的研究表明，在總磷濃度超過(guò)10 μg/L時(shí)，藍(lán)藻的生長(zhǎng)在很大程度上受物理因子的影響[19]。孔繁翔等提出，水文條件、氣象因素是引起藻類水華的主要原因[20]。宗梅等的研究表明，巢湖發(fā)生水華后，微囊藻與水溫相關(guān)性最高[21]。本研究中，綠藻主要受氮營(yíng)養(yǎng)鹽含量的影響，藍(lán)藻受溶解氧含量、pH值以及氮營(yíng)養(yǎng)鹽含量的影響，與上述研究結(jié)果相一致。薄香蘭等的研究表明，氮磷比為34.60 ∶ 1 時(shí)，小球藻葉綠素含量和細(xì)胞密度最高，從藻類營(yíng)養(yǎng)需求上也證明了這一點(diǎn)[22]。

3.3 大蓮湖生態(tài)修復(fù)區(qū)水質(zhì)評(píng)價(jià)

大蓮湖生態(tài)修復(fù)區(qū)的水源為攔路港，攔路港與黃浦江航運(yùn)河道相通，外源水體中總氮、總磷含量以及高錳酸鹽指數(shù)均較高[12]。有研究指出，生物多樣性指數(shù)越高，其群落結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，穩(wěn)定性越大，水質(zhì)越好[23];而當(dāng)水質(zhì)受到污染時(shí)，敏感性種類消失，多樣性指數(shù)降低，群落結(jié)構(gòu)趨于簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性變差，水質(zhì)下降[24]。運(yùn)用多樣性指數(shù)與水體污染程度的關(guān)系[25]來(lái)判斷水體污染程度，大蓮湖Shannon-Wiener多樣性指數(shù)變化范圍為0.85～1.43，Margalef豐富度指數(shù)變化范圍為0.27～0.46;Pielou均勻度指數(shù)變化范圍為0.63～0.88，說(shuō)明大蓮湖生態(tài)修復(fù)區(qū)處于輕度到中度污染狀態(tài)。

從水質(zhì)方面來(lái)評(píng)價(jià)，大蓮湖生態(tài)修復(fù)區(qū)總氮含量小于等于1.21 mg/L，總磷含量小于等于 0.28 mg/L，處于輕度富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)?；瘜W(xué)評(píng)價(jià)與生物學(xué)評(píng)價(jià)得出的水質(zhì)等級(jí)較為接近，綜合評(píng)價(jià)結(jié)果表明，大蓮湖生態(tài)修復(fù)區(qū)屬于輕度污染狀態(tài)，相比于2008年[13]，大蓮湖生態(tài)修復(fù)區(qū)經(jīng)過(guò)治理后，水質(zhì)得到明顯的改善。

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