錦江水庫浮游植物功能群特征及水生態(tài)狀態(tài)評價

漆國佳，張 紅，潘 鴻

（遵義醫(yī)科大學(xué)，貴州 遵義563003）

浮游植物依據(jù)其相似的形態(tài)結(jié)構(gòu)、光照、營養(yǎng)資源等共同適應(yīng)特征及其主要功能作用可劃分為不同的功能群[1]。浮游植物功能群概念自提出以來，受到從事浮游植物及生態(tài)學(xué)研究學(xué)者的廣泛關(guān)注，主要涉及浮游植物功能群與水文[2-4]、環(huán)境因子[5-6]的關(guān)系及演替[3,5,7]等方面。另外，Padisák 等[8]基于浮游植物功能群提出了用于對水體生態(tài)狀態(tài)進(jìn)行評價的生態(tài)狀態(tài)指數(shù)(Q)，其后有學(xué)者將該指數(shù)在生態(tài)狀態(tài)、水體富營養(yǎng)化評價、生態(tài)功能評價等方面[9-13]進(jìn)行了應(yīng)用。

廣東境內(nèi)水庫眾多，對其浮游植物的研究也較多，主要涉及基于傳統(tǒng)形態(tài)分類基礎(chǔ)上的浮游植物群落特征、群落演替或季節(jié)變化、水體富營養(yǎng)化評價[14-22]等方面。然而基于浮游植物功能群的研究相對較少：例如Xiao 等[2]報道了受季風(fēng)水文調(diào)控下的浮游植物功能群演替特征，認(rèn)為季風(fēng)降雨和人工排水造成的水位變動對浮游植物功能群的演替具有顯著影響；岳強(qiáng)等[7]對白水礤和蒼村水庫的浮游植物功能群季節(jié)演替開展相關(guān)研究，認(rèn)為營養(yǎng)鹽含量不同是造成不同水庫浮游植物功能群存在差異的根本原因，降水變化導(dǎo)致水環(huán)境變化是造成浮游植物功能群演替不可忽視的因素；王雅文等[23]基于浮游植物功能群將廣東10 個水庫劃分為4 個不同生態(tài)類型區(qū)，認(rèn)為浮游植物優(yōu)勢功能群與水質(zhì)營養(yǎng)狀態(tài)有良好響應(yīng)關(guān)系；張紅等[13]分析了廣東長湖水庫浮游植物功能群特征并基于生態(tài)狀態(tài)指數(shù)評價其水生態(tài)狀態(tài)為中等水平。錦江水庫是廣東大型水庫之一，位于恩平西北部潭江干流上游(112°2′45″～112°10′21″E，22°10′40″～22°17′25″N)，地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，以防洪、灌溉為主，兼具發(fā)電、養(yǎng)殖、旅游等功能。水庫集水面積362 km2，總庫容4.18×108m3，水面面積約17.24 km2（2018 年10 月4 日谷歌地圖采用GOOGLE EARTH PRO 軟件測量），多年平均降雨量2 470 mm[24]。2010 年，水庫所屬恩平市降雨量為2 804.3 mm，比上年增加5.1%，比常年增加24.1% ；蓄水量達(dá)3.318×108m3，比上年增加2.40×107m3[25]。而2011 年降雨量為1 612.4 mm，比2010 年減少42.5%，比常年減少28.5% ；蓄水量為2.45×108m3,比2010 年減少7.28×107m3[26]。

水庫生態(tài)監(jiān)測和管理中，生物數(shù)據(jù)是其重要支撐材料。其中浮游植物功能群作為可反映特定生境類型，具有形態(tài)、生理、生態(tài)特征相似，有相同或相近生存策略/生態(tài)位的浮游植物集群[13]，在開展水庫生態(tài)狀態(tài)監(jiān)測與管理方面有著重要作用。然而基于錦江水庫浮游植物的研究較少且研究深度較淺。如陳偉濤[27]對錦江水庫2010 年浮游植物種類組成和優(yōu)勢種進(jìn)行了簡單報道，主要涉及浮游植物豐度組成和優(yōu)勢種屬等兩方面。對錦江水庫基于浮游植物特征功能群及水生態(tài)狀態(tài)評價鮮見報道。為此本文對2010～2011 年采集的浮游植物樣品進(jìn)行分析，探討水庫浮游植物功能群特征，并基于Q 指數(shù)對水庫水生態(tài)狀態(tài)進(jìn)行評價，以期豐富錦江水庫浮游植物研究的相關(guān)數(shù)據(jù)，并為水庫生態(tài)狀態(tài)監(jiān)測與管理積累相關(guān)資料。

2.1 樣點設(shè)置

錦江水庫為狹長的河道型水庫，在水庫大壩前(S1)和庫心(S2)各設(shè)置1 個采樣點(見圖1)。由于水庫所處區(qū)域70%～85%降水量集中在4～9 月，而10 月至次年3 月降水量僅占15%～30%[28]，故將浮游植物定性及定量樣品采集時間設(shè)定為7 月和12 月，并于2010 和2011 年分別進(jìn)行采集。

2.2 樣品采集及處理

水面下0.5 m 處以25 號浮游生物網(wǎng)采集浮游植物定性樣品，加入固定液（甲醛：丙三醇：水為1:1:8）保存；相同位置以改良北原氏采水器取1L 水樣，加入10 ml 魯戈氏液固定作為定量樣品，并在室內(nèi)靜置沉淀48 小時后用虹吸法濃縮并定容至30 ml[29]。

依次取沉淀24 小時后的定性樣品底層沉積物和搖勻后的中間層水樣制作臨時封片，在顯微鏡（Olympus CX31）下觀察浮游植物形態(tài)特征，結(jié)合文獻(xiàn)[30-32]描述對其進(jìn)行種類鑒定。參照章宗涉等[29]方法，取搖勻后的定量樣品0.1 ml 加入20 mm×20 mm 計數(shù)框內(nèi)，先以目鏡行格法在高倍鏡（×40）下計數(shù)，再以全片計數(shù)法在低倍鏡（×10）下對未計數(shù)的大型種類計數(shù)；同一樣品鏡檢3～5 次（新檢測出種類納入定性統(tǒng)計）；取其均值計算浮游植物豐度（A, cell/L）。每種藻類顯微鏡下測量30個細(xì)胞（不足30 個細(xì)胞則全部測量），取其均值參照不同形態(tài)體積公式[29,33]計算其細(xì)胞體積常數(shù)（Vk，mm3/cell）；因藻類比重接近1 mg/mm3[29]，故各藻類豐度（A）與其細(xì)胞體積常數(shù)（Vk）乘積之和為浮游植物生物量（B, mg/L）。

將鑒定的浮游植物種類與文獻(xiàn)[1]～[7]、[9]～ [13]、[34]～[38]種類比較，相同種類納入對應(yīng)的功能群（同一物種分屬不同功能群時，以水體生境特征與錦江水庫類似研究文獻(xiàn)劃分的功能群為準(zhǔn)）；極少數(shù)種類在文獻(xiàn)資料[1]、[6]～[8]、[14]～[17]、 [34]～[38]中未劃分功能群，以錦江水庫生境特征為基準(zhǔn)，結(jié)合藻類形態(tài)特征，參照文獻(xiàn)[1]和[34]中的方法劃分為相應(yīng)功能群。

Padisák 等研究[8]指出，不同水體浮游植物功 能群F 因子確定需基于現(xiàn)有資料和專家經(jīng)驗。 因此相同功能群F 因子在不同研究中（文獻(xiàn)[10]、 [11]、[13]、[37]、[38]）的賦值存在較大差異。本研 究以Padisák 等[13]研究中第四類水體類型的功能群和長湖水庫[13]的F 因子賦值為基準(zhǔn)，結(jié)合錦江水庫浮游植物功能群藻類種類組成特征進(jìn)行修正。

2.3 優(yōu)勢功能群及生態(tài)狀態(tài)指數(shù)(Q)

3.1 浮游植物種類及功能群

經(jīng)室內(nèi)初步鑒定，共檢出浮游植物50 種（含變型和變種），分屬7 門10 綱15 目28 科40 屬(見表1) ；可劃分17 個功能群，并依據(jù)研究方法對各功能群的F 因子進(jìn)行賦值和修正(見表2)。

3.2 功能群豐度及生物量構(gòu)成

2010～2011 年浮游植物平均豐度為2.79×107cell/L ；2010 年遠(yuǎn)高于2011 年，分別為5.52×107cell/L 和6.77×105cell/L。最大相對豐度大于5% 的 功 能 群 為B、F、J、K、L0、M、P、S1、X1 等，其 中B、J、L0、M 功 能 群 最 大 相 對 豐度大于25%( 見圖2 左)，屬優(yōu)勢功能群；各功能群中相對豐度最高的物種分別是梅尼小環(huán)藻(Cyclotella meneghiniana Kützing)、 四 尾 柵 藻(Scenedesmus quadricauda (Turp.) Brébisson)、細(xì)小平裂藻(Merismopedia minima G. Beck)、居氏腔球藻(Coelosphaerium kützingianum N?g.)、銅綠微囊藻(Microcystis aeruginosa Kützing)。

表1 錦江水庫浮游植物種類組成

表2 錦江水庫浮游植物功能群代表屬

2010～2011 年浮游植物平均生物量為7.11 mm3/L；2010 年遠(yuǎn)高于2011 年，分別為13.86 mm3/L和0.35 mm3/L。最大相對生物量大于5%的功能群為A、B、F、J、K、L0、P、S1、X1 和W2 等，其中B、J、和P 功能群最大相對生物量大于25%(見圖2 右)，屬優(yōu)勢功能群；各功能群中相對生物量最高的物種分別是梅尼小環(huán)藻(C. meneghiniana)、四尾柵藻(S. quadricauda)和顆粒直鏈藻極狹變種 (Melosira granulata var. angustissima O. Müller)。

（5）以展示為基礎(chǔ)的自我表現(xiàn)活動。需要是幼兒心理發(fā)展的內(nèi)在動力，而自我表現(xiàn)是幼兒成長的基本需要之一。每個幼兒都有實現(xiàn)自我價值和得到他人肯定的需要，經(jīng)歷活動的內(nèi)容為幼兒的發(fā)展而存在，與幼兒的需要緊密聯(lián)系，因此，園所可以開展形式多樣的自我表現(xiàn)活動，使幼兒在參與活動的過程中，充分發(fā)揮智能優(yōu)勢，培養(yǎng)興趣愛好，滿足個體發(fā)展需要，促進(jìn)幼兒富有個性地發(fā)展。如小班“才藝寶寶比賽”，中大班“講故事比賽”“踢毽子比賽”等，形式多樣的展示活動使幼兒獲得了成功的體驗，培養(yǎng)了幼兒的自信與勇氣。

2010～2011 年，錦江水庫浮游植物功能群中L0，P，J，B 功能群的DR值大于20%，為優(yōu)勢功能群，其變化呈現(xiàn)出P+L0→J →B →L0的演替趨勢(見圖3)。

圖2 浮游植物功能群豐度(左)及生物量(右)構(gòu)成比

圖3 浮游植物功能群DR值變化趨勢

3.3 生態(tài)狀態(tài)指數(shù)及評價

錦江水庫2010～2011 年的生態(tài)狀態(tài)指數(shù)（Q）值在2.50～3.09，均值為2.79；其中12月略高于7月，依據(jù)Q 值評價錦江水庫的生態(tài)狀態(tài)為中等～良好，整體屬于中等水平（見表3）。

表3 錦江水庫Q值及生態(tài)狀態(tài)

4.1 浮游植物功能群組成

錦江水庫2010～2011 年檢出浮游植物50 種（含變型和變種），分屬于A，B，D，E，F(xiàn)，J，K，L0，M，MP，P，S1，SN，W2，X1，X2 和Y 17 個功能群。其中，最大相對豐度和最大相對生物量均大于25%的功能群為B 和J 功能群，而L0、M功能群僅最大相對豐度大于25%，P 功能群僅最大相對生物量大于25%。最大相對豐度的功能群和最大相對生物量的功能群并不完全一致，這可能是構(gòu)成不同功能群的藻類個體差異較大所致。構(gòu)成M 功能群的浮游植物單一，為銅綠微囊藻(M. aeruginosa.)，而該種類細(xì)胞為球形，且直徑較?。y量值約為4.5μm），盡管其豐度較高，但生物量卻不高，因此計算的優(yōu)勢度值（DR）＜20%，故未能成為優(yōu)勢功能群。而L0，P，J，B 功能群不僅相對豐度較高，其構(gòu)成藻類種類個體通常較大，故計算的優(yōu)勢度值（DR）＞20%，成為錦江水庫中的優(yōu)勢功能群。

浮游植物功能群數(shù)量通常與采樣頻次和方法有關(guān)[13]，同時水庫的水環(huán)境特征、水文條件等也會影響浮游植物功能群的種類[3,5]。錦江水庫浮游植物功能群與長湖水庫（直線距離約250 km）檢出的18 個功能群有16 個相同[13]；而與流溪河水庫（直線距離約235 km）檢出的28 個功能群[3]差異較大。錦江水庫浮游植物功能群數(shù)量少于流溪河水庫，可能是采樣頻次和方法、水庫水環(huán)境特征、采樣時不同水文條件所致；而與長湖水庫功能群種類相似度較高可能是采樣頻次和方法相同、采樣時間基本一致、水庫形態(tài)特征相似（均為狹長的河道型水庫）所致。

4.2 優(yōu)勢功能群及其演替

張紅等[13]認(rèn)為P 功能群的顆粒直鏈藻極狹變種 (M. granulata var. angustissima)在枯水期易形成優(yōu)勢種是因為枯水期降水少、水文條件相對穩(wěn)定、較低的光照和溫度、水中硅元素受到降水稀釋作用減弱等條件更適宜其生長所致。然而，錦江水庫2010～2011 年的枯水期（12 月）并未形成優(yōu)勢，可能是P 功能群代表種類的生長受到J 和L0功能群代表種類生長時的光和營養(yǎng)競爭抑制作用影響。因為Zhu 等[6]研究表明，J 功能群與水柱穩(wěn)定性、氮、磷等因素正相關(guān)；L0功能群生長與水位呈負(fù)相關(guān)，而與水柱穩(wěn)定性呈正相關(guān)。錦江水庫2010 年豐水期（7 月）降雨量顯著高于2011 年[25,26]，降雨通過地表徑流攜帶大量氮、磷等營養(yǎng)鹽匯入水庫，使得2010 年枯水期（12 月）水庫中充足的營養(yǎng)鹽促進(jìn)J 功能群代表物種的生長，從而抑制了P功能群物種的生長；2011 年降雨量顯著低于2010年（錦江水庫上游清灣站點2010 年監(jiān)測降雨量為3 533.5 mm，遠(yuǎn)高于區(qū)域內(nèi)2 804.3 mm 的年均降雨量；而2011 年降雨量比2010 年減少42.5%）[25,26]，降雨減少導(dǎo)致水庫水位降低，水體穩(wěn)定性較高，有利于L0功能群的代表性物種生長，從而抑制了P 功能群物種的生長。但Zhu 等[6]研究也表明，L0功能群生長與水溫、濁度、溶解氧、pH 等因素呈正相關(guān)；而錦江水庫2010 年豐水期降雨量顯著高于2011 年[25,26]，大量降雨通過地表徑流匯入水庫導(dǎo)致水庫泥沙含量（濁度上升）、溶解氧等增加，加之7 月溫度較高，更有利于L0功能群的代表性物種。所以，2010年豐水期L0功能群也能形成優(yōu)勢。但是，本研究未測量水庫的環(huán)境特征參數(shù)，故P功能群在2010 年豐水期（7 月）形成優(yōu)勢的原因尚待進(jìn)一步研究。另外，B 功能群僅在2011 年豐水期（7 月）形成優(yōu)勢，而在2010 年豐水期未形成優(yōu)勢，Zhu 等[6]研究表明B 功能群生長與pH 正相關(guān)，其成因有待后續(xù)研究。

另外，錦江水庫和長湖水庫直線距離約250 km， 盡管其浮游植物功能群組成相似度較高，但優(yōu)勢功能群及其演替趨勢差異較明顯：錦江水庫優(yōu)勢功能群變化呈現(xiàn)P+L0→J →B →L0的演替趨勢，而長潭水庫則呈現(xiàn)S1 →P →J+L0→P 的演替趨勢[13]，這可能提示兩個水庫的水環(huán)境特征、采樣時水文條件存在差異。本研究未對其進(jìn)行檢測，故有待后續(xù)研究證實。

4.3 水庫的水生態(tài)狀態(tài)

錦江水庫2010～2011 年的生態(tài)狀態(tài)指數(shù)(Q)值在2.50～3.09，其依據(jù)生態(tài)狀態(tài)指數(shù)評價標(biāo)準(zhǔn)判定生態(tài)狀態(tài)為中等～良好，整體屬于中等水平。該評價結(jié)果與張文濤[39]、陳文樂[40]和陳偉濤[27]相同時間段采用TN、TP、Chl-a、CODMn/ CODCr、SD 等指標(biāo)以及TSI 指數(shù)評價的水庫富營養(yǎng)化狀態(tài)基本一致。這似乎表明采用Q 指數(shù)對水庫生態(tài)狀態(tài)評價具有較高的可行性。

錦江水庫優(yōu)勢功能群中的B 功能群典型生境為中營養(yǎng)水體，L0功能群為廣譜類群，P 功能群喜好富營養(yǎng)化水體[23]。因此，該水庫生態(tài)類型分區(qū)屬于第二類～第三類，其中2010 年接近第三類生態(tài)分區(qū)，2011 年接近第二類生態(tài)分區(qū)。第三類生態(tài)分區(qū)的水庫屬于中～富營養(yǎng)化水平，第二類生態(tài)分區(qū)的水庫屬于中營養(yǎng)水平[23]；這表明錦江水庫生態(tài)狀態(tài)有逐漸改善的趨勢，這可能是2010 年前后加強(qiáng)了水質(zhì)監(jiān)測，逐步落實了水資源保護(hù)的相關(guān)措施[24]所致。

盡管錦江水庫2010～2011 年生態(tài)狀態(tài)屬中等～良好，但出現(xiàn)了較高豐度和生物量的銅綠微囊藻。該藻屬淡水中常見的水華藍(lán)藻種類，受溫度、光照強(qiáng)度、氮磷營養(yǎng)鹽及某些微量元素的影響可能產(chǎn)生藻毒素[41]，進(jìn)而對水庫水生態(tài)系統(tǒng)和飲用水安全造成威脅。為此從保護(hù)水庫水生態(tài)系統(tǒng)、維護(hù)水庫生態(tài)安全、促使水庫可持續(xù)發(fā)展利用角度出發(fā)，該水庫在監(jiān)測和管理方面要重點關(guān)注藻類種類和數(shù)量（豐度和生物量）的變化趨勢，尤其是產(chǎn)毒藍(lán)藻（如銅綠微囊藻），同時還要關(guān)注水溫、光照、氮磷營養(yǎng)鹽等環(huán)境因素的變化趨勢。