東北鹽堿池塘浮游植物群落結構特征與環(huán)境因子的關系

孟得微 孫博 張立民 常玉梅 王慶奎 梁利群

摘要 為研究東北碳酸鹽型鹽堿池塘浮游植物群落結構及其與水質因子變化特征之間的相關性，于2020年8—10月在黑龍江水產研究所鹽堿水漁業(yè)利用（大慶）研究中心對3個中低堿度池塘進行了調查，結果顯示，鑒定出浮游植物共計6門、65種，各池塘不同月份的優(yōu)勢種存在差異，但均表現出優(yōu)勢種較多且優(yōu)勢度較低的特點，浮游植物分布較為均勻，生態(tài)系統(tǒng)較為穩(wěn)定。基于浮游植物群落的生物多樣性指數對各養(yǎng)殖池塘進行水質評價，結果顯示，1#、2#池塘整體處于富營養(yǎng)化狀態(tài)，4#池塘始終均處于清潔-寡污狀態(tài)。Pearson相關性分析結果表明，3個池塘浮游植物的總生物量和豐度與水質因子的相關性存在差異，氨氮、溶解氧、溫度、總磷、總氮、亞硝態(tài)氮、堿度、pH均對浮游植物群落結構存在不同程度上的影響。

關鍵詞 浮游植物;群落結構;特征;環(huán)境因子;鹽堿池塘;水質調控

中圖分類號 X 173? 文獻標識碼 A? 文章編號 0517-6611（2021）21-0110-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.21.027

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Relationship between Phytoplankton Community Structure and Environmental Factors in Saline-alkali Ponds in Northeast China

MENG De-wei? 3，SUN Bo 3，ZHANG Li-min 3 et al

（1.Fisheries College， Tianjin Agricultural University， Tianjin 300384;2.Heilongjiang Fisheries Research Institute， Chinese Academy of Fishery Sciences， National and Local Joint Engineering Laboratory of Freshwater Fish Breeding， Harbin， Heilongjiang 150070;3.Heilongjiang Fisheries Research Institute， Chinese Academy of Fishery Sciences， Heilongjiang Provincial Key Laboratory of Special Habitat Fish Germplasm Characteristics and Resistance Breeding， Harbin， Heilongjiang 150070）

Abstract Community structure of phytoplankton was surveyed in three alkalinity ponds at the Salt-Alkali Water Fisheries Utilization （Daqing） Research Center of Heilongjiang Fisheries Research Institute from August to October 2020， in order to understand the community structure of phytoplankton and its correlation with the change characteristics of water quality factors in carbonate saline-alkali ponds in Northeast China. The results showed that a total of 6 phyla and 65 species of phytoplankton were observed， the dominant species of phytoplankton were different in different months， but they all showed the characteristics of more dominant species and lower dominance， and the distribution of phytoplankton was more even，the ecosystem was stable. The water quality of each culture pond was evaluated based on the biodiversity index of phytoplankton community showed that 1# and 2# pond were eutrophication， and 4# pond was clean and less polluted all the time.The Pearson correlation analysis revealed that there were differences in the correlation between the total biomass and abundance of phytoplankton and water quality factors in the three ponds. Ammonia nitrogen， dissolved oxygen， temperature， total phosphorus， total nitrogen， nitrite nitrogen， alkalinity and pH all had different effects on the community structure of phytoplankton.

Key words Phytoplankton;Community structure;Characteristics;Enviromental factor;Saline-alkali pond;Water quality regulation

基金項目 國家重點研發(fā)計劃“生態(tài)適應型品種開發(fā)與池塘增效養(yǎng)殖技術”（KY2020210100）。

作者簡介 孟得微（1996—），女，黑龍江大慶人，碩士研究生，研究方向：漁業(yè)發(fā)展。*通信作者：王慶奎，教授，博士，碩士生導師，從事海水魚營養(yǎng)需求與人工配合飼料研制工作;梁利群，研究員，博士，博士生導師，從事魚類抗逆分子遺傳機理及基因工程育種研究。

收稿日期 2021-07-14;修回日期 2021-08-10

近年來，由于氣候變化、河流湖泊水位下降、礦化度上升等因素，淡水資源不斷減少，已成為制約內陸水產養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的限制因素。因此，越來越多人將目光轉向了鹽堿水資源的漁業(yè)開發(fā)利用上，以緩解內陸水產養(yǎng)殖業(yè)對淡水資源過度依賴[1]。

我國有0.46億hm2的鹽堿水資源，主要分布在我國三北地區(qū)的19個?。▍^(qū)）[2-3]。但由于鹽堿水存在的高堿度、高離子系數、離子比例失衡等問題，導致漁業(yè)生產效益低下[4-6]。黑龍江地區(qū)以碳酸鹽型鹽堿水為主，其水質具有高堿、高pH的特點，水域生產力十分低下[7]。因此，建立有效的水質調控技術、改善鹽堿水養(yǎng)殖環(huán)境是確保養(yǎng)殖生物健康生長的重要內容之一。

浮游植物作為水生態(tài)系統(tǒng)的初級生產者，對環(huán)境因子變化的響應尤為敏感，可作為反映水質變化的“指示劑”。浮游植物吸收水體中的CO2、氨氮進行光合作用并釋放氧氣，既滿足了養(yǎng)殖動物對氧的需求，又使殘餌及排泄物降解更充分，還可提高亞硝態(tài)氮等的轉化率，降低水體污染程度，同時可直接或間接地為養(yǎng)殖動物攝食[8-14]。因此，浮游植物的群落組成及結構穩(wěn)定性與養(yǎng)殖池塘水體質量、養(yǎng)殖對象的健康生長密切相關，利用浮游植物的生態(tài)調控功能來改善養(yǎng)殖水環(huán)境亦是目前池塘生態(tài)研究熱點之一[15-16]。

針對黑龍江地區(qū)鹽堿池塘水質特點，該研究對大慶連環(huán)湖中堿度養(yǎng)殖池塘開展浮游植物群落結構、密度、生物量調查研究，探究其生態(tài)系統(tǒng)中浮游植物的消長過程及其與水質因子間的相關性，為后期利用浮游植物的生態(tài)調控功能改善養(yǎng)殖水環(huán)境、建立中堿度養(yǎng)殖池塘生態(tài)養(yǎng)殖技術提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 采樣點的設置

試驗地點為大慶連環(huán)湖3口堿度為10～30 mmol/L的堿水池塘，沿養(yǎng)殖池塘邊等間距設置5個采樣點。試驗時間為2020年8—10月，每月采樣一次，采樣時間為08：00—10：00。

1.2 浮游植物樣品采集與處理

1.2.1

浮游植物定量樣品。用5 L有機玻璃采水器在各采樣點水面下0.5 m處采集水樣，混合均勻后置于1 L采樣瓶中，加15 mL 魯哥氏液固定，靜態(tài)沉淀48 h 后，利用虹吸去除上層液體，定容至50 mL，加入4%甲醛溶液保存。

1.2.2

浮游植物定性樣品。采用 25 號浮游生物網在表層水體呈“∞”型來回緩慢拖動數次，將富集的藻類溶液倒入 50 mL 樣品瓶中，加入 4%甲醛溶液現場固定，帶回實驗室鏡檢。浮游植物的定量樣本依據《淡水浮游生物研究方法》進行分析，浮游植物種類鑒定依據《中國淡水藻類——系統(tǒng)、分類及生態(tài)》《水生生物學》《淡水微型生物圖譜》。

1.3 水質指標的測定

溫度、溶解氧、pH采用多功能水質分析儀現場測定;總磷采用鉬酸銨分光光度法測定;總氮采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測定;亞硝酸鹽采用重氮-偶氮法測定;總氨氮采用納氏試劑分光光度法測定;葉綠素a采用丙酮萃取分光光度法測定。

1.4 評價方法

用Shannon-Weaver多樣性指數（H′）、Pielou均勻度指數（J）、Margalef豐度指數（D）和Mc-Naughton優(yōu)勢度指數（Y）對養(yǎng)殖池塘浮游植物群落多樣性和生態(tài)學特征進行分析評價，計算公式如下：

H′=-∑pi×lnpi（1）

J=H′/log2S（2）

Y=pi×fi（3）

D=（S -1）/ln（N）（4）

式中，pi=ni/N，ni為第i種的個體數，N為所有種類總個體數，fi為各采樣點第i種的出現頻率，S為物種數。Y≥0.02 的浮游植物定為優(yōu)勢種。

1.5 統(tǒng)計分析

運用 SPSS 23.0軟件對浮游植物與水質因子進行Pearson相關性分析。

2 結果與分析

2.1 水質指標變化

從各池塘水質指標變化情況（圖1）可以看出，1#池塘中硝態(tài)氮和分子氨含量呈先升后降趨勢，總氨氮和總氮含量呈下降趨勢，亞硝態(tài)氮和總磷含量呈上升趨勢。2#池塘中總氨氮、分子氨和總氮含量呈現先升后降趨勢，亞硝態(tài)氮和總磷含量呈逐漸上升趨勢，硝態(tài)氮含量呈逐漸下降趨勢。4#池塘中總氨氮、總磷和總氮含量呈逐漸上升狀態(tài)，亞硝態(tài)氮含量呈先升后降趨勢，分子氨含量呈先平穩(wěn)后下降的趨勢，硝態(tài)氮含量始終處于平穩(wěn)狀態(tài)。

2.2 浮游植物種類及組成

試驗期間共鑒定出浮游植物6門、65種，各門種類數量分布見圖 其中綠藻門（Chlorophyta）共22種，占所有種類數的33.8%，占比最高;其次是藍藻門（20種）、硅藻門（16種）、裸藻門（5種）;最低的是金藻門和甲藻門，均為1種。

2.3 浮游植物豐度、生物量的變化

從各池塘浮游植物豐度與生物量變化（圖3）可以看出，1#池塘中浮游植物豐度為315×106～14.43×106 個/L，生物量為8.17～28.72 mg/L;2#池塘浮游植物豐度為5.08×106～9.60×106 個/L，生物量為21.89～25.86 mg/L;4#池塘中浮游植物豐度為4.22×106～561×106 個/L，生物量為17.46～46.66 mg/L。

2.4 浮游植物生物多樣性、均勻度變化

從各池塘浮游植物生物多樣性、均勻度變化（表1）可以看出，各池塘Shannon-Weaver指數（H′）最高值均出現在8月，表明8月時群落復雜程度大，種類多。從Pielou均勻度指數（J）變化來看，1#、2#池塘波動較大，4#池塘相對平穩(wěn)，說明4#池塘浮游植物群落物種分布的均勻度較好。

利用浮游植物群落的生物多樣性指數對各養(yǎng)殖池塘進行水質評價，3項指數的值越大，表明多樣性越高，水質越好。結果顯示，1#、2#池塘整體上處于富營養(yǎng)化狀態(tài)，而4#池塘在3個月份中均屬于清潔-寡污型，水質較好。

2.5 浮游植物優(yōu)勢種及優(yōu)勢度

從圖4和表2可以看出，3個池塘不同月份浮游植物相對豐度和優(yōu)勢種存在差異。1#池塘8月為綠藻-硅藻-藍藻群落，綠藻門為優(yōu)勢群落，主要優(yōu)勢種為普通小球藻、甲柵裂藻、小環(huán)藻;9月藍藻門成為優(yōu)勢群落，相對豐度達75.21%，優(yōu)勢種為彎頭尖頭藻;10月為硅藻-綠藻-藍藻群落，硅藻門相對豐度明顯升高，小環(huán)藻優(yōu)勢度由0.10升至0.2 上升明顯。

2#池塘8月為綠藻-硅藻-藍藻群落，主要優(yōu)勢種為普通小球藻、帽形菱形藻等;9月為綠藻-裸藻-藍藻群落，其中綠藻門相對豐度由46.44%上升至63.48%，主要優(yōu)勢種為普通小球藻，優(yōu)勢度達0.54;10月為硅藻-綠藻-藍藻群落，主要優(yōu)勢種為新月菱形藻，優(yōu)勢度達0.31。

4#池塘始終為裸藻-綠藻-硅藻群落，但相對豐度及優(yōu)勢種略有差異，8月主要優(yōu)勢種為陀螺藻，優(yōu)勢度達0.26;9月主要優(yōu)勢種為梭形鼓藻、舟形藻、扁裸藻，10月主要優(yōu)勢種為陀螺藻、新月菱形藻、普通小球藻。與1#、2#池塘相比，4#池塘出現了大量的裸藻類植物，各月份的主要優(yōu)勢種大多歸屬于裸藻門，而藍藻門相對豐度始終保持較低水平。此外，與1#、2#池塘有相似之處的是，硅藻門在10月相對豐度亦有明顯升高。

2.6 浮游植物群落與水質因子相關性

對各池塘浮游植物與水質因子進行Pearson相關性分析，結果表明（表3），不同池塘浮游植物的總生物量和豐度與水質因子的相關性存在差異，浮游植物與個別水質因子的相關性差異不顯著。整體來看，浮游植物群落的變化受總氨氮（TAN）、溶解氧（DO）、溫度（T）、總磷（TP）、總氮（TN）、亞硝態(tài)氮（NO2-N）、堿度（TA）、pH等多種環(huán)境因素的共同影響。其中，1#、2#池塘浮游植物的總生物量和豐度與溫度呈顯著負相關，而4#池塘與1#、2#號池塘完全相反;2#池塘浮游植物豐度與總磷呈顯著正相關，與堿度呈顯著負相關。

綜合各池塘浮游植物生物量與水質因子相關性分析結果來看，藍藻門浮游植物生物量主要受總氨氮、溶解氧、總氮和溫度的影響;綠藻類浮游植物生物量主要受亞硝態(tài)氮、溫度和溶解氧的影響;硅藻類浮游植物生物量主要受到溫度和pH的影響;裸藻類生物量主要受到溫度和溶解氧的影響。

3 討論

3.1 養(yǎng)殖池塘水質指標變化特征

各池塘總磷含量在研究期間均呈上升趨勢，這與Ren等[17]的研究結果一致，探究其原因，首先8月時水溫較高，魚類生長代謝旺盛，投喂量增加，殘餌及排泄物等有機質逐漸積累;其次，8月時較高的水溫可能促進了池塘底泥中磷的釋放，使總磷含量上升[18]。9月之后，水溫下降，魚類攝食減弱，代謝降低，但總磷含量仍持續(xù)上升，這可能是餌料投喂過量所致。

在研究期間，各池塘總氨氮與總氮含量的變化趨勢相同，1#池塘呈下降趨勢，2#池塘呈先升后降趨勢，而4#池塘呈逐漸上升趨勢。藻類增殖會大量消耗水體中可溶解的氮磷，使其濃度下降。2#池塘浮游植物豐度、生物量始終緩慢上升，但由于有機質積累及底泥中氮的迅速釋放，使氮的累積量多于藻類對氮的消耗量，故總氮含量有所上升，而后藻類持續(xù)增殖，對氮的消耗增多，同時隨著水溫下降，底泥的吸附沉淀作用大于釋放擴散作用，使總氮含量呈現下降趨勢;4#池塘浮游植物豐度、生物量始終較為平穩(wěn)，對氮消耗較少，來源于殘餌、底泥和排泄物的氮不斷累積，使總氮含量呈上升趨勢;1#池塘浮游植物豐度、生物量在9月大幅升高，有研究表明，在9—10月，水體氮能更好地為藻類光合作用所利用，水體氮含量顯著降低[19]，這與1#池塘的結果相同。

水體中過量的亞硝態(tài)氮對魚體有毒害作用，該研究中各池塘亞硝態(tài)氮平均濃度均已超過漁業(yè)水質標準（≤0005 mg/L），養(yǎng)殖過程中應在水質朝不良趨向發(fā)展時及時采取換水、施用生物制劑等措施加以改善、糾正。

3.2 養(yǎng)殖池塘中浮游植物群落結構特征

3個池塘共鑒別出浮游植物6門65種，從種的數量上來看綠藻門>藍藻門>硅藻門>裸藻門>金藻門=甲藻門，與趙旭斌等[20]對池塘浮游植物群落結構的研究結果相同，以綠藻門為主要種群，符合一般養(yǎng)殖池塘的浮游植物生長規(guī)律。

該研究中3個養(yǎng)殖池塘均表現為優(yōu)勢種較多且優(yōu)勢度較低，表明生態(tài)系統(tǒng)中浮游植物分布較為均勻，系統(tǒng)穩(wěn)定。1#池塘9月時彎頭尖頭藻的激增現象值得注意。彎頭尖頭藻屬絲狀藍藻，在低光照的富營養(yǎng)型水體中極具競爭優(yōu)勢，其數量激增是水質惡化的表征之一[21]?；诟∮沃参锶郝涞纳锒鄻有灾笖祵Ω鞒靥吝M行水質評價，1#、2#池塘整體處于富營養(yǎng)化狀態(tài)。此外，藍藻在高溫、低堿條件下競爭生長能力更強，1#池塘8—9月時的水體環(huán)境正符合該條件，是彎頭尖頭藻數量暴增的原因之一。2#池塘中藍藻門從未成為主要群落。究其原因，綠藻同藍藻在富營養(yǎng)化水體都具有競爭優(yōu)勢，但由于2#池塘堿度較高，更適應低堿的藍藻在此時競爭能力不如綠藻[22]。4#池塘的浮游植物主要群落為裸藻門，主要優(yōu)勢種也多來自裸藻門，裸藻大量繁殖是肥水、好水的標志。4#池塘始終處于清潔-寡污狀態(tài)，池塘水質優(yōu)于1#、2#池塘。3個池塘共同點是到10月，硅藻門優(yōu)勢種的優(yōu)勢度、相對豐度均有明顯升高。原因在于9月之后溫度下降，適于低溫生長的硅藻大量繁殖。

基于Shannon-Wiener指數、Pielou均勻度指數[23-24]對水體的評價意義進行分析，發(fā)現該研究中3個養(yǎng)殖池塘浮游植物生物多樣性較好，群落復雜程度較高，表明生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性較好，但4#池塘優(yōu)于2#池塘，1#池塘最差。

3.3 浮游植物群落與水質因子相關性分析

浮游植物的群落結構及其變化受營養(yǎng)鹽濃度、溫度、溶解氧、透明度、總磷、總氮、pH等多種環(huán)境因素的共同影響[25-30]，各因素對不同水體產生的影響差異較大，浮游植物群落對不同環(huán)境因子的響應亦不相同[31]。在此次Pearson相關性分析中顯示，總氨氮、溶解氧、溫度、總磷、總氮、亞硝態(tài)氮、堿度、pH皆對浮游植物群落結構存在不同程度的影響。

在該研究中，水溫是影響浮游植物群落結構及其變化的重要因素之一。多數浮游植物增殖的適宜溫度在18～25 ℃，其豐度會隨溫度升高而增大[32-33]。在該研究中，僅4#池塘浮游植物豐度和生物量與溫度呈顯著正相關，與上述結論吻合，而1#、2#池塘與之相悖，這與各池塘群落組成及優(yōu)勢種不同有關。研究期間，4#池塘中裸藻類與綠藻類始終占主導地位，其變化代表總體的變化趨勢，裸藻類和綠藻類植物喜溫，而從8月到10月水溫逐漸降低，4#池塘浮游植物豐度總體上隨之呈現下降趨勢。1#、2#池塘早期均為綠藻-硅藻-藍藻群落，且硅藻類占比均達1/3以上，硅藻類大多喜低溫，其豐度與生物量隨著溫度的下降逐漸上升，到10月時，1#、2#池塘均以硅藻類為主要群落，浮游植物豐度與生物量總體呈上升趨勢。

在該研究中，溶解氧對于浮游植物群落結構及其變化也具有重要影響。水體中溶解氧90%以上源自藻類光合作用的釋放，該研究中的1#、2#池塘的浮游植物豐度以及1#池塘浮游植物的生物量與溶解氧呈顯著正相關。但4#池塘浮游植物豐度和生物量卻與溶解氧呈顯著負相關，這可能是水體溶解氧受到了溫度的影響，使得浮游植物的產氧量對水體溶解氧的含量作用效果不顯著。

此外，2#池塘浮游植物的豐度與堿度呈顯著負相關，這可能是由于2#池塘堿度達20 mmol/L以上，一些不耐高堿的浮游植物增殖受到抑制。而1#、4#池塘處于低堿度水平，不僅不會阻礙浮游植物的增殖，還會讓某些在偏堿性水體中占優(yōu)勢的藍藻類和綠藻類獲得更好的生長條件[34]。

氮磷營養(yǎng)鹽是影響浮游植物群落的重要影響因子，在該研究中，2#池塘浮游植物的豐度與總磷呈顯著正相關，藍藻類的生物量與總氮呈顯著正相關，表明2#池塘中豐富的營養(yǎng)水平促進池塘中浮游植物尤其是藍藻類的繁殖。

該研究中，藍藻類主要受到總氨氮、溶解氧、溫度、總氮的影響，綠藻類主要受到亞硝態(tài)氮、溶解氧、溫度的影響，硅藻類主要受到pH、溫度的影響，裸藻類主要受到溶解氧和溫度的影響。

浮游植物的優(yōu)勢種群通常決定了藻類生態(tài)功能的發(fā)揮，其變動亦與生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定、養(yǎng)殖動物的健康密切相關。因此，嘗試在中高堿度養(yǎng)殖池塘中構建以有益藻類為基礎的穩(wěn)定、優(yōu)良的藻相結構，必將使養(yǎng)殖環(huán)境向著良性方向轉化。而篩選出環(huán)境適應性強的優(yōu)良藻株，如小球藻、小環(huán)藻、新月菱形藻等，結合其密度、生長特性及養(yǎng)殖環(huán)境要求，可用于中高堿度池塘養(yǎng)殖生產，以期達到改善養(yǎng)殖環(huán)境的同時提高生產效率，也將是促進鹽堿養(yǎng)殖業(yè)安全、健康發(fā)展的必由之路。

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