新豐江水庫浮游植物功能分組特征及其與環(huán)境因子的關系

張 輝,彭宇瓊,鄒賢妮,張婷婷,巫 楚,林小平,喬永民,楊洪允

新豐江水庫浮游植物功能分組特征及其與環(huán)境因子的關系

張 輝1,彭宇瓊1,鄒賢妮1,張婷婷1,巫 楚1,林小平1,喬永民2*,楊洪允2

(1.廣東省河源生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站,廣東 河源 517000；2.暨南大學水生生物研究所,廣東 廣州 510632)

為了解新豐江水庫的浮游植物功能群(Functional Group)特征及生態(tài)現(xiàn)狀,2020～2021年逐月對新豐江水庫的浮游植物群落結構和水體理化指標進行了調(diào)查分析.結果表明,水庫主要水質(zhì)指標達到國家《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》Ⅰ類標準.水庫浮游植物可分為25個功能群,以A、D、E、F、J、K、Lo、M、MP、NA、P、S1、SN、TB、X1、X2、X3和Y功能群出現(xiàn)頻率較高,其中A、E、F、J、Lo、MP、NA、X3和Y為優(yōu)勢功能群,其時間變化特征為Lo/A/E/Y(春季)→Lo/A/F/J/X3/NA(夏季)→Lo/NA/F/A(秋季)→Lo/E/MP/F/A(冬季).與水庫低營養(yǎng)鹽狀態(tài)相適應,A、E、Lo、NA和X3等在浮游植物群落中呈主體優(yōu)勢.由浮游植物功能群與環(huán)境因子間的相關分析和冗余分析(RDA)結果表明,pH值?透明度和水溫是影響新豐江水庫浮游植物群落結構的關鍵環(huán)境因子.基于浮游植物功能群計算的生態(tài)指數(shù)(),時間上月度生態(tài)指數(shù)值介于3.63～4.87之間,均值為4.31,表明新豐江水庫生態(tài)狀態(tài)總體為極好水平.

新豐江水庫；浮游植物；功能群；時空變化；環(huán)境因子

在水生態(tài)系統(tǒng)研究中浮游植物常被用作評估水域健康狀況的指示性生物類群[1-2].基于傳統(tǒng)形態(tài)分類的水體浮游植物特征研究方法[3],難以體現(xiàn)水體浮游植物群落的生態(tài)功能特征,在反映水體環(huán)境狀態(tài)方面存在較大的局限性[4-5].Reynolds等[6-7]提出了將具有相似適應性特征且易在類似生境下共存的藻類歸類分組成藻類功能群的理論,并提出浮游植物功能群概念和劃分依據(jù).后經(jīng)Padisák等[8]不斷補充和完善,至今共描述了39種藻類功能群及其識別特征和代表種[4].各功能群可以反映特定的生境類型,具有形態(tài)、生理、生態(tài)特征相似、有相同或相近的生長策略或生態(tài)位[4,7-8].因此,基于浮游植物功能群概念,Padisák等[9]提出了生態(tài)指數(shù)()以評估水體生態(tài)狀態(tài),并得到了廣泛應用[9-16].目前,浮游植物功能群理論已被廣泛應用于生態(tài)學研究和水體的環(huán)境質(zhì)量評價[17-21].國內(nèi)相關報道主要見于對長湖水庫[15]、烏江河[16]、洱海[21]、淀山湖[22]、三板溪水庫[23]、南湖[24]、洞庭湖[25]、阿哈水庫[26]、紫坪鋪水庫[27]、穆棱河[28]、陽澄西湖[29]、周村水庫[30]等不同類型水體的浮游植物功能群和水質(zhì)評價的研究.

新豐江水庫始建于1958年,是華南地區(qū)第一大水庫[31].作為東江水資源和珠江三角洲飲用水源的核心調(diào)節(jié)樞紐,對大灣區(qū)的社會經(jīng)濟發(fā)展起著至關重要的基礎支撐作用[32].進入21世紀后,受氣候變暖和人為作用等因素影響,水庫出現(xiàn)了偶發(fā)營養(yǎng)鹽含量超標和藻類異常增殖等現(xiàn)象,對水庫的科學管理和正常運營帶來了困擾.因此,深入研究新豐江水庫浮游植物結構特征,從功能群角度認識其變化規(guī)律以及與環(huán)境因子的關系,對水庫的水質(zhì)保護和保障粵港澳大灣區(qū)供水安全具有重要意義.到目前為止,新豐江水庫浮游植物功能群結構和演替不明,與環(huán)境因子之間關系尚不清楚,相關報道僅見于王雅文等[33]對水庫生態(tài)分區(qū)的初步探討,不足以支撐水庫科學管理的基本需要.本研究基于2020年3月～2021年2月間新豐江水庫每月的浮游植物和水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù),結合浮游植物功能群(FG)歸類方法,劃分新豐江水庫浮游植物功能群,探究浮游植物功能群組成和時間演替特征;采用生態(tài)指數(shù)()評估其水質(zhì)狀況,通過典型關聯(lián)分析方法對浮游植物功能群與環(huán)境因子之間的關系進行分析,探討其間的響應規(guī)律和存在的關聯(lián)機制,以期為水庫生態(tài)學研究提供理論依據(jù),為水庫的科學管理和可持續(xù)發(fā)展提供參考.

1 材料與方法

1.1 區(qū)域概況

新豐江水庫位于廣東省河源市東源縣,流域面積5813km2,以丘陵和山地為主;水域面積370km2,庫容1.39×1010m3,平均年入庫水量0.6×1010m3,多年平均水深28.7m,最大水深93m,水力滯留時間2a,庫區(qū)屬南亞熱帶季風氣候,降雨期主要集中在4～9月份,年均降雨量1974.7mm,年平均氣溫20.8℃[31].

1.2 樣品采集及處理

參照《全國淡水生物物種資源調(diào)查技術規(guī)定》[34]要求,在新豐江水庫庫區(qū)中心、左右兩翼和庫區(qū)出入口共設置6個采樣點位(表1和圖1).于2020年3月～2021年2月,以1次/月的頻次進行樣品采集,同步采集藻類和水質(zhì)混合樣.用塞氏盤現(xiàn)場測定透明度(SD);以YSI多參數(shù)水質(zhì)分析儀現(xiàn)場測定混合水樣的溶解氧(DO)、水溫(WT)、電導率(EC)和pH值,總氮(TN)、總磷(TP)、氨氮(NH3-N)、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)、葉綠素a(Chla)分析方法參照國《國家地表水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)監(jiān)測任務作業(yè)指導書(試行)》[35].

浮游植物定性和定量樣品采集方法、定量樣品計數(shù)和生物量計算方法參照《淡水浮游生物研究方法》等[36-37],浮游植物鑒定參照《中國淡水藻類——系統(tǒng)、分類及生態(tài)》[38].利用光學顯微鏡進行物種鑒定與計數(shù).

表1 采樣點位

圖1 采樣點位分布

1.3 優(yōu)勢功能群及生態(tài)指數(shù)

以相對生物量大于5%的功能群為優(yōu)勢功能群[39],相對生物量大于50%的功能群為絕對優(yōu)勢功能群.生態(tài)指數(shù)()計算公式如下:

式中:為浮游植物功能群的數(shù)量;為浮游植物的總生物量,n為第個功能群的生物量,F為第個功能群的賦值.指數(shù)0～5分別表示:0～1差,1～2耐受, 2～3中等,3～4好,4～5極好[4,8].

1.4 綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)

1.5 數(shù)據(jù)處理

以Excel2019、SPSS22.0、Canoco5.0軟件進行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計學分析;以Origin pro8.0、ArcGIS10.6軟件繪制統(tǒng)計圖.

2 結果與分析

2.1 水環(huán)境因子

表2 新豐江水庫水環(huán)境因子

如表2所示,研究期間水庫水溫范圍為17.9～ 32.8℃,平均值為25.4℃,其中以2020年7月和8月水溫最高,為32℃,12月最低,為18.8℃.水體中溶解氧濃度范圍為7.0～9.0mg/L,均值8.0mg/L;透明度值范圍為3.0～ 6.8m,均值4.2m;電導率值范圍為62.9～90.0μS/cm,均值77.1μS/cm; pH值范圍為6.8～8.5,均值7.6,水體總體呈弱堿性;總氮濃度范圍為0.40～0.62mg/L,均值0.49mg/L;總磷濃度范圍為0.001～0.009mg/L,均值0.003mg/L;氨氮濃度范圍為0.005～0.068mg/L,均值0.025mg/L;高錳酸鹽指數(shù)濃度范圍為0.6～2.5mg/L,均值1.5mg/L;葉綠率a濃度范圍為0.0004～ 0.0033mg/L,均值0.0014mg/L.研究期間除總氮外,新豐江水庫水體總磷?氨氮?高錳酸鹽指數(shù)和溶解氧等指標濃度均值均滿足國家《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3838—2002)[40]I類水質(zhì)要求.

2.2 浮游植物群落結構特征

本次調(diào)查共鑒定出浮游植物8門10綱22目40科91屬201種(表3),其中綠藻門(Chlorophyta)、藍藻門(Cyanophyta)、硅藻門(Bacillariophyta)、裸藻門(Euglenophyta)和甲藻門(Dinophyta)分別為103, 36, 32, 13, 9種,分別占總種數(shù)的51.2%、17.9%、15.9%、6.5%和4.5%;隱藻門和金藻門各有3種和4種,分別占總種類數(shù)的1.5%和2%;黃藻門則僅有1種,僅占總種類數(shù)的0.5%.

表3 浮游植物組成

水庫浮游植物月豐度介于0.12×106～2.24× 106cells/L,平均豐度1.01×106cells/L.豐度組成以藍藻?綠藻和硅藻為主(圖2),其中冬季和春季硅藻在豐度貢獻中優(yōu)勢明顯占比最高達52.3%(2021年1月),夏季和秋季綠藻對豐度的貢獻最大,占比達65.3%(2020年11月).從空間上看(圖3),水庫各調(diào)查點位浮游植物豐度范圍為0.79×106～1.12× 106cells/L,豐度在整體上呈現(xiàn)為庫中心區(qū)域高,庫灣區(qū)低的特點.其中最高值出現(xiàn)在水庫中心敞水區(qū)Z03點位,最低值則出現(xiàn)在庫灣Z05點位.從豐度組成類群來看,藍藻?綠藻和硅藻在各點位對豐度的貢獻率基本一致.

圖2 浮游植物豐度和各門相對豐度時間分布

春季(3月、4月、5月);夏季(6月、7月、8月);秋季(9月、10月、11月);冬季(12月、1月、2月), 下同

圖3 浮游植物各門相對豐度空間分布

水庫浮游植物月生物量介于0.08～1.15mg/L,平均值為0.71mg/L.其中以秋季2020年9月份的生物量最高,最低值則出現(xiàn)在2021年冬季1月份,季節(jié)變化明顯.生物量貢獻以甲藻和綠藻為主(圖4),其次為金藻和硅藻.其中冬季和春季以甲藻和硅藻為主,對生物量貢獻率最高分別達76%(2020年3月)和34.2%(2020年4月);夏季和秋季以綠藻為主,對生物量的貢獻率可達60.6%(2020年10月).從空間上來看(圖5),水庫浮游植物在各點位的生物量范圍為0.49～1.03mg/L,其空間分布與豐度一致.從整體來看,生物量以甲藻和綠藻貢獻為主,其次為硅藻和金藻.其中,Z03點位甲藻貢獻率可達53.8%,Z02點位綠藻的貢獻率最高為39.3%.

圖4 浮游植物各門相對生物量時間分布

圖5 浮游植物各門相對生物量空間分布

2.3 浮游植物功能群劃分

根據(jù)FG功能群分類方法可將新豐江水庫浮游植物分為25個功能群,分別為A、D、E、F、G、H1、J、K、Lo、M、MP、N、NA、P、S1、S2、SN、T、TB、W1、W2、X1、X2、X3、Y.其中功能群A、D、E、F、J、K、Lo、M、MP、NA、P、S1、SN、TB、X1、X2、X3、Y的出現(xiàn)頻率均大于50%,為常見功能群;功能群N、W1、W2的出現(xiàn)頻率在20%～50%之間,僅在適宜的生態(tài)環(huán)境中出現(xiàn);功能群G、H1、S2和T的出現(xiàn)頻率較低,為新豐江水庫的偶見或罕見功能群.新豐江水庫各浮游植物功能群的代表性藻屬見表4.

表4 新豐江水庫浮游植物功能群分組

2.4 浮游植物功能群演替與時空分布特征

將相對生物量大于5%的浮游植物功能群定義為該時期的優(yōu)勢功能群,大于50%為絕對優(yōu)勢功能群.根據(jù)調(diào)查期間的浮游植物功能群相對生物量可知(圖6),浮游植物優(yōu)勢功能群隨時間變化表現(xiàn)為Lo+E(3月)→A+Y+Lo+G+E(4月)→Lo+W1+A+Y+ J+T(5月)→Lo+J+A+F+X3(6月)→Lo+A+F+J+X3(7月)→Lo+A+F+NA+X3+J(8月)→Lo+NA+F+A+Y+ X3(9月)→NA+Lo+F+A+J(10月)→Lo+F+E+A(11月)→Lo+E+MP+F+A(12月)→A+MP+P+X3+E(1月)→Lo+E+MP(2月).2020年3月功能群Lo和E為主要優(yōu)勢,且Lo是絕對優(yōu)勢功能群,相對生物量貢獻達75.9%.4月功能群A和Y快速上升,成為主要優(yōu)勢,貢獻比分別為30.5%和21.2%.5～9月功能群Lo重新成為主要優(yōu)勢,貢獻最高達49.6%(7月),功能群W1和A在5月為亞優(yōu)勢,而6月亞優(yōu)勢功能群演替為J和A,7月和8月亞優(yōu)勢功能群演替為A和F,9月亞優(yōu)勢功能群演替為NA和F.10月功能群NA成為主要優(yōu)勢,貢獻達32.3%,亞優(yōu)勢功能群為Lo和F.11～12月功能群Lo快速上升,成為主要優(yōu)勢,貢獻最高達57.3%(11月).2021年1月功能群A?MP和P快速上升,功能群A成為主要優(yōu)勢,貢獻達32.0%.2021年2月功能群Lo再次快速上升為絕對優(yōu)勢功能群,貢獻達72.5%.

圖6 浮游植物功能群相對生物量時間分布

均值為季節(jié)均值

圖7 浮游植物功能群相對生物量空間分布

浮游植物功能群季節(jié)變化表現(xiàn)為Lo+A+E+ Y(春季)→Lo+A+F+J+X3+NA(夏季)→Lo+NA+F+ A(秋季)→Lo+E+MP+F+A(冬季),功能群Lo和A是各季度常見優(yōu)勢功能群,其中功能群A主要代表性藻屬為硅藻中小環(huán)藻,功能群Lo主要代表性藻屬為甲藻中多甲藻和角甲藻.功能群Y是春季特有功能群,主要代表藻屬為甲藻中薄甲藻.功能群E是春季和冬季特有功能群,主要代表藻屬為金藻中錐囊藻.功能群J和X3是夏季特有功能群,功能群J主要代表藻屬為綠藻中柵藻和空星藻,功能群X3主要代表藻屬為綠藻中小球藻.功能群NA是夏季和秋季特有功能群,主要代表性藻屬為綠藻中角星鼓藻.功能群MP是冬季特有功能群,主要代表性藻屬為綠藻中克里藻.

根據(jù)調(diào)查期間各點位的浮游植物功能群相對生物量可知(圖7),空間上,功能群Lo、A、F、NA、E和J成為優(yōu)勢功能群.功能群Lo是各點位的主要優(yōu)勢類群,且在庫區(qū)中心(Z03)成為絕對優(yōu)勢,貢獻介于32.6%～53.1%,主要代表性藻屬為甲藻中角甲藻.功能群A、F和NA是各點位的亞優(yōu)勢類群,各點位貢獻差別較小,貢獻最高分別為17.2%(Z05)、13.6% (Z02)和14.4%(Z02),主要代表性藻屬分別為硅藻中小環(huán)藻、綠藻中并聯(lián)藻和角星鼓藻.功能群E在Z01和Z06形成微弱優(yōu)勢,貢獻最高為9.4%(Z06),主要代表性藻屬為金藻中錐囊藻.功能群J在Z02、Z04、Z05和Z06形成微弱優(yōu)勢,貢獻最高為6.8%,主要代表藻屬為綠藻中柵藻和空星藻.

2.5 基于浮游植物功能群的水質(zhì)評價

基于浮游植物功能群的生態(tài)指數(shù)()值對新豐江水庫的水質(zhì)進行評價.時間上月度值介于3.63～ 4.87之間(表5),均值為4.31,說明時間上新豐江水庫整體處于極好狀態(tài),僅在雨季初期的4, 5, 6月份,值相對偏低,水庫處于好的級別.從各點位來看,值介于4.22～4.41之間(表6),表明新豐江水庫處于極好狀態(tài),各調(diào)查點位生態(tài)環(huán)境無顯著性差異.

表5 生態(tài)指數(shù)(Q)月度值及生態(tài)狀態(tài)

表6 生態(tài)指數(shù)(Q)點位值及生態(tài)狀態(tài)

圖8 綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)時間變化

圖9 綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)空間變化

2.6 浮游植物功能群與環(huán)境因子的關系

優(yōu)勢功能群生物量數(shù)據(jù)的去趨勢分析(DCA)表明功能群分布可使用線性模型(排序軸長度為2.9),采用浮游植物優(yōu)勢功能群(相對生物量大于5%,共13個)和影響浮游植物的環(huán)境因子(9項)進行冗余分析(RDA).結果表明2個環(huán)境排序軸的相關系數(shù)為0,Monte Carlo置換檢驗所有排序軸均達到顯著水平(<0.05),排序結果可靠[41](表7).第一排序軸和第二排序軸累計解釋了92.42%的物種信息量.

由表8和圖10可知,pH值、水溫和透明度對浮游植物群落結構影響最為顯著.其中pH值和透明度與第一排序軸正相關,相關系數(shù)分別為0.3908和0.3410,水溫與第二排序軸正相關,相關系數(shù)為0.7099.功能群A、F、J、NA、P、X3與水溫、電導率正相關.功能群Lo與透明度、pH值,功能群E與總磷、溶解氧,功能群MP與總磷,功能群群T、W1、Y與總氮、高錳酸鹽指數(shù)均呈正相關.功能群G接近中心,受多種環(huán)境因子共同影響.

表7 浮游植物優(yōu)勢功能群RDA分析統(tǒng)計信息

表8 RDA分析中環(huán)境因子的顯著性及重要性檢驗

圖10 浮游植物功能群與環(huán)境因子RDA排序

3 討論

3.1 浮游植物功能群演替特征

浮游植物功能群的演替受氣候、水文、營養(yǎng)鹽等因子的影響,環(huán)境因子變化會打破原有水體的生態(tài)平衡,通過群落演替來達到新的生態(tài)平衡[42-43].研究期間新豐江水庫檢出浮游植物201種,分屬A、D、E、F、G、H1、J、K、Lo、M、MP、N、NA、P、S1、S2、SN、T、TB、W1、W2、X1、X2、X3、Y等25個功能群;略低于Xiao等[44]對廣東流溪河水庫的調(diào)查結果(28個),略高于黃享輝等[45]對廣東4座中小型水庫的調(diào)查結果(20個)和張紅等[15]對廣東長湖水庫的調(diào)查結果(18個),與淀山湖[22]、巴松措湖[46]和四明湖[47]等研究結果相似.因水體中浮游植物種類、數(shù)量與水體環(huán)境關系密切[48].新豐江水庫作為特大河道型水庫,庫灣多,深水區(qū)和淺水區(qū)并存,水文形態(tài)復雜,形態(tài)與一般天然大型湖泊或小型水庫存在一定差異,適宜浮游植物生殖的水體環(huán)境較廣,因此功能群差異原因可能與水庫特殊的水文特征有關[16].

特定的功能類群與相應的生境狀態(tài)及其耐受性特點相對應[49].穩(wěn)定的水環(huán)境體系中,浮游植物群落在光熱傳遞時間變化與營養(yǎng)物外源輸入的交疊影響下,沿著一定的群落演替途徑產(chǎn)生結構變化[49].新豐江水庫浮游植物功能群的組成上,功能群A和Lo在各季節(jié)均為優(yōu)勢功能群,且Lo是主要優(yōu)勢功能群,并在2020年3月和11月成為絕對優(yōu)勢的功能群,功能群A為亞優(yōu)勢功能群,A和Lo所指示的生境特征均表明水庫為貧營養(yǎng)型水體,與王雅文等[33]研究前期結果相似.功能群A代表性藻屬為硅藻中的小環(huán)藻屬,適應生境為貧營養(yǎng)、潔凈、深水水體,耐受低營養(yǎng),對pH值升高敏感[8];功能群Lo具有廣適性,其代表種類是具有鞭毛的運動型藻類甲藻中的多甲藻和角甲藻,能在營養(yǎng)物質(zhì)隔離的水層中生長[7],且適應低磷的水體環(huán)境[50],也適應于雨季外源輸入時水體環(huán)境;新豐江水庫長期處于低磷、深水、貧營養(yǎng)[31,33],有利于功能群A和Lo的代表性藻類增殖,從而在競爭中取得優(yōu)勢.

不同季節(jié)由于生境差異,也出現(xiàn)不同優(yōu)勢類群.春季水庫處于枯水期,水位低、流動性差,適應生境為靜水環(huán)境[8]的功能群Y能在資源競爭中占據(jù)有利地位,進而形成優(yōu)勢,成為是春季特有功能群,代表性藻屬為隱藻及甲藻中的薄甲藻屬等,與石鼓水庫[45]研究成果相似.夏季水庫處于豐水期,水位上升快,水體混合作用加強,適應于貧營養(yǎng)混合的淺水水域、耐受惡劣條件環(huán)境和營養(yǎng)鹽的需求較低的功能群X3能在資源競爭中占據(jù)有利地位,進而形成優(yōu)勢,成為是夏季特有功能群,代表性藻屬為綠藻中的小球藻,與南海湖[51]研究成果相似.秋季水庫水體混合作用減弱,水體靜穩(wěn),適應于貧營養(yǎng)、靜水生境的功能群NA在秋季形成優(yōu)勢,代表性類群為綠藻中的角星鼓藻,與普定水庫[52]研究成果類似.冬季水庫水體相對穩(wěn)定,攪動性差,但適應經(jīng)常性攪動、渾濁、淺水等生境的功能群MP在冬季形成優(yōu)勢,與現(xiàn)有研究成果存在差異,形成機理有待深入研究.

3.2 影響浮游植物功能群的主要環(huán)境因子

環(huán)境因子是影響浮游植物群落分布的主要因素,水體中溶解氧、水溫、電導率、pH值、總氮、總磷、氨氮、高錳酸鹽指數(shù)和葉綠率a等環(huán)境因子都會對浮游植物群落結構產(chǎn)生影響,并且不同功能群對水體生境的選擇與適應性也不同[53].由RDA分析結果可知,水溫、pH值和透明度的值均小于0.05,是新豐江水庫浮游植物功能群群落結構的主要影響因子;功能群A、F、J、NA、P和X3與水溫和電導率具有較大正相關,與百花水庫[54]、阿哈水庫[26]和程海湖[55]等水體類似.功能群Lo與透明度和pH值具有較大正相關,與官廳水庫[56]、三板溪水庫[23]等水體類似.功能群E與總磷和溶解氧具有較大正相關,與廣東4座中小型水庫[45]等水體類似.功能群MP與總磷具有較大正相關,與紫坪鋪水庫[27]等水體類似.功能群T、W1和Y與總氮和高錳酸鹽指數(shù)具有較大正相關,與紅楓湖[39]等水體類似.功能群G接近中心,受多種環(huán)境因子共同影響,與呼蘭河口濕地[57]等水體類似.

溫度是控制浮游植物生長繁殖的重要因子[25-58].溫度影響水體分層結構和營養(yǎng)鹽擴散,同時調(diào)控藻類的同化過程、細胞內(nèi)酶的活性和代謝速率,進而直接或間接影響浮游植物的群落結構[59-60].新豐江水庫地處亞熱帶地區(qū),夏秋季節(jié)具有良好的光照和水溫條件,而春冬季溫度相對較低.水溫條件的季節(jié)差異為不同功能群的出現(xiàn)創(chuàng)造了良好條件.由相關分析結果可知(表9).功能群A、F、J、NA和X3與水溫間呈極顯著的正相關關系(>0.568),功能群E和MP與水溫間呈極顯著的負相關關系(< -0.369),功能群G、Lo、P、T、W1和Y與水溫間相關關系不顯著.功能群A和F的代表藻屬硅藻(小環(huán)藻屬)和黃藻(葡萄藻屬)適宜生境為較低溫度的水體[61],而本次調(diào)查期間卻與水溫呈極顯著正相關,水溫較高夏季也存在較大優(yōu)勢,某種程度上說明相應功能群的喜溫習性特征[62].功能群G、Lo、P、T、W1和Y與水溫間關系不顯著可能因為類群所代表藻屬如藍藻對溫度的適應范圍比較廣,使兩者之間的線性關系不夠明顯.

透明度是一個能較為直觀反映水質(zhì)的常用物理特性指標,一般浮游植物越多,水體透明度越低[63].該研究中,不同時節(jié)透明度差異較大,夏季和秋季低于冬季和春季.透明度的差異在于對影響藻類生長的光照因子的影響,間接影響到藻類對營養(yǎng)鹽的利用效率和光合速率,對藻類群體起到一定的調(diào)節(jié)作用.根據(jù)相關分析結果(表9),功能群E與透明度間呈極顯著的正相關關系(=0.306),功能群J和P與透明度間呈顯著的負相關關系(<-0.278).功能群E代表藻屬為金藻(錐囊藻屬),反映水體為清潔、透明[61],而功能群J代表藻屬為綠藻(克里藻屬等)和P代表藻屬為硅藻(直鏈藻屬等),反映水體為混合[54],

相關分析表明功能群F、Lo和P與pH值間呈顯著或極顯著的正相關關系(>0.243),相應代表的藻屬為黃藻(葡萄藻屬)、甲藻(角甲藻屬等)和硅藻(直鏈藻屬等),對水體pH值具有較廣的耐受性[62-65],同時水體pH值的升高不利于對pH值變化敏感的藻類生長,耐受pH值的藻類將發(fā)揮其競爭優(yōu)勢[52],新豐江水庫pH值均值7.6,水體呈弱堿性,功能群F和Lo易成為優(yōu)勢,與三板溪水庫[23]、呼蘭河口濕地[57]和普定水庫[52]的研究成果類似.功能群Y與pH值間呈顯著的負相關關系,相關系數(shù)分別為=-0.29(< 0.05),相應代表的藻屬為隱藻(隱藻屬),某種程度說明其功能群Y更適應于偏低pH值水體.本次調(diào)查中功能群A、E、G、J、MP、NA、T、W1和X3與pH值間相關關系不顯著,可能因為功能群所代表藻屬如綠藻對pH值的適應范圍比較廣有關.

營養(yǎng)鹽濃度作為影響浮游藻類季節(jié)變化的關鍵因子.研究[49,66]認為,浮游藻類生長的最佳N/P比為16:1,當超過此比值時,藻類生長主要受水體中磷限制,當?shù)陀诖吮戎禃r,藻類生長主要受水體中氮限制.研究期間新豐江水庫N/P約為163:1,遠大于16:1,說明新豐江水庫浮游植物增殖主要受磷含量制約.水質(zhì)監(jiān)測結果表明,新豐江水庫磷濃度均值為0.003mg/L,低于絕對限閾值((SRP)< 0.004mg/L)[67],有利于A、E、F、NA、X3和Lo等耐受低營養(yǎng)水體的浮游植物類群的生長,從而在大部分時間都能形成優(yōu)勢.但J、P、MP、T、G和W1等對營養(yǎng)鹽敏感的功能群也出現(xiàn)短時期增殖,可能原因是受流域降水、風力攪動等影響,外源營養(yǎng)鹽短時快速輸入,磷含量短時期上升,超過絕對限制閾值,從而引起相關功能群生長,并形成優(yōu)勢.同時,在貧營養(yǎng)水體中磷的再生效率遠大于富營養(yǎng)化水體,夏秋季節(jié)藻類增殖會使磷出現(xiàn)一定的累積,也會導致部分磷敏感功能群的出現(xiàn).類似結果也出現(xiàn)在巴松措湖[46]、三板溪水庫[23]、官廳水庫[56]等水體.因此控制水體雨季外源輸入,對預防新豐江水庫夏秋季藻類增殖有重要的作用.

表9 浮游植物優(yōu)勢功能群與環(huán)境因子相關性分析

注: *<0.5,**<0.01.

3.3 水質(zhì)評價

生態(tài)指數(shù)()能更加精確地反映水體不同時期的環(huán)境狀況,從而利用浮游植物數(shù)據(jù)可以較為準確的評價水質(zhì)狀況[9].基于浮游植物功能群計算生態(tài)指數(shù)(),月度生態(tài)指數(shù)值表明水庫生態(tài)狀態(tài)介于好～極好的水平,點位生態(tài)指數(shù)值表明各點位生態(tài)狀態(tài)均處于極好的水平.生態(tài)指數(shù)在時間變化和空間分布的差異均不大,說明新豐江水庫的生態(tài)狀態(tài)相對較為穩(wěn)定,總體為極好水平[9],與王雅文等[33]在廣東省大型水庫生態(tài)分區(qū)中認為新豐江水庫處于第1生態(tài)類型區(qū)的結果一致.基于傳統(tǒng)的綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法(TLI(S)),新豐江水庫在時間變化和空間分布上也均處于貧營養(yǎng)狀態(tài).說明兩種方法評價結果較為一致,都具有很好的指示作用.因此生態(tài)指數(shù)()可以反映浮游植物功能群對應的生境狀況,進而指示水質(zhì)狀況.

4 結論

4.1 新豐江水庫浮游植物共劃分為25個功能群類別:A、D、E、F、G、H1、J、K、Lo、M、MP、N、NA、P、S1、S2、SN、T、TB、W1、W2、X1、X2、X3、Y.其中A、D、E、F、J、K、Lo、M、MP、NA、P、S1、SN、TB、X1、X2、X3、Y為常見功能群, G?H1?S2和T為偶見或罕見功能群,功能群A和Lo的生物量比重占絕對優(yōu)勢.

4.2 浮游植物功能群結構受環(huán)境變化影響,RDA分析表明,pH值?水溫和透明度是影響新豐江水庫浮游植物功能群結構動態(tài)變化的主要環(huán)境因素.

4.3 基于浮游植物功能群計算的生態(tài)指數(shù)(),新豐江水庫生態(tài)狀態(tài)介于好～極好的水平,總體為極好水平.

4.4 適應中到富營養(yǎng)水體的功能群F、J、G和W1在部分時期會形成優(yōu)勢,應引起高度重視.

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Characteristics of phytoplankton functional groups and their relationships with environmental factors in Xinfengjiang Reservoir.

ZHANG Hui1, PENG Yu-qiong1, ZOU Xian-ni1, ZHANG Ting-ting1, WU Chu1, LIN Xiao-ping1, QIAO Yong-min2*, YANG Hong-yun2

(Heyuan Sub-branch of GuangDong Ecological and Environmental Monitoring Center, Heyuan 517000, China；Institute of Hydrobiology, Jinan University, Guangzhou 510632, China)., 2022,42(1)：380～392

To understand the structural characteristics of the phytoplankton functional groups (FGs) and the ecological status of Xinfengjiang reservoir, the structure of phytoplankton and physicochemical indexes of water were investigated and analyzed monthly from 2020 to 2021. The results showed that the major water quality indexes of Xinfengjiang reservoir met Ⅰ class standard of “Surface Water Environmental Quality Standard”( GB3838-2002). There were 25 identified phytoplankton functional groups. Among them, FGs A, D, E, F, J, K, Lo, M, MP, NA, P, S1, SN, TB, X1, X2, X3 and Y occurred frequently, and the dominant functional groups were A, E, F, J, Lo, MP, NA, X3 and Y. The main temporal changes characteristics of phytoplankton FGs occurred for Lo/A/E/Y in spring, for Lo/A/F/J/X3/NA in summer, for Lo/NA/F/A in autumn, and for Lo/E/MP/F/A in winter. The main dominant FGs were A, E, Lo, NA and X3, resulting from the oligotrophic factors of the reservoir. Correlation and Multivariate analysis (RDA) between phytoplankton abundance and environmental factors showed that pH, transparency and water temperature were the key factors affecting phytoplankton functional groups in Xinfengjiang Reservoir. The ecological state of Xingfengjiang reservoir is considered as in excellent level, as shown by itsvalue with a range of 3.63～4.87.

Xinfengjiang reservoir；phytoplankton；functional groups；temporal and spatioal-temporal variation；environmental factor

X524

A

1000-6923(2022)01-0380-13

張 輝(1983-),男,江蘇宿遷人,高級工程師,碩士,主要從事主要環(huán)境監(jiān)測與評價研究.發(fā)表論文10余篇.

2021-06-07

國家重大科技專項(2013ZX07105-005-02);河源市社會發(fā)展科技計劃(201103101472576)

* 責任作者, 副教授, qym77@163.com