東風(fēng)水庫(kù)浮游植物群落結(jié)構(gòu)年變化及水質(zhì)生物評(píng)價(jià)

楊曉楠

（玉溪市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量分析中心，云南 玉溪 653100）

0 引言

浮游植物是水生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn)者和食物鏈的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，其群落結(jié)構(gòu)的時(shí)空變化對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能具有重要影響，同時(shí)也是重要的反映環(huán)境污染狀況的指示物[1]。浮游植物的種類組成、豐度以及多樣性指數(shù)等是評(píng)價(jià)水體富營(yíng)養(yǎng)化和污染狀況的重要指標(biāo)[2]，因此，浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征被廣泛應(yīng)用于水生態(tài)狀況的分類評(píng)價(jià)。水庫(kù)是人工在山溝或河流的狹口處建造攔河壩形成的湖泊，是一類易受人工調(diào)節(jié)干擾的水生生態(tài)系統(tǒng)，與河流型水生生態(tài)系統(tǒng)相比較，其水環(huán)境相對(duì)封閉，水體自凈能力相對(duì)較弱[3]。因此，通過(guò)研究浮游植物群落結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)水庫(kù)水質(zhì)狀況十分有必要。

東風(fēng)水庫(kù)位于云南省玉溪市紅塔區(qū)東北部沙頭村，屬珠江流域西江水系。現(xiàn)狀水質(zhì)為Ⅲ類，氣候類型為中亞熱帶半濕潤(rùn)高原季風(fēng)氣候，冬春干旱，夏季多雨，干濕兩季分明，溫度四季變化不大，年均氣溫13.5℃。其匯水面積309.5km2，總庫(kù)容9025萬(wàn)m3，系云南省最大的中型水庫(kù)，是玉溪中心城區(qū)工業(yè)、農(nóng)業(yè)和城鎮(zhèn)生活用水的主要水源地[4]。

目前，關(guān)于東風(fēng)水庫(kù)浮游植物群落結(jié)構(gòu)的研究未見報(bào)道。本研究于2019年6月—2020年5月每月對(duì)東風(fēng)水庫(kù)浮游植物群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行屬類鑒定和密度統(tǒng)計(jì)，分析了浮游植物的種群組成、優(yōu)勢(shì)屬、多樣性、均勻度、物種豐富度及群落結(jié)構(gòu)的年變化特征，旨在探討該水域浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征，科學(xué)評(píng)價(jià)其水質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，為該流域內(nèi)水資源保護(hù)和開發(fā)利用提供基礎(chǔ)性資料。

1 材料與方法

1.1 采樣點(diǎn)位及時(shí)間

按照《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》浮游生物點(diǎn)位設(shè)置的要求[5]，結(jié)合東風(fēng)水庫(kù)地形地貌及其周邊不同的環(huán)境條件，共設(shè)置西北庫(kù)區(qū)（S1）、庫(kù)心（S2）和東南庫(kù)區(qū)（S3）3個(gè)采樣點(diǎn)位（圖1）。于2019年6月—2020年5月，每月上旬對(duì)各點(diǎn)位進(jìn)行浮游植物水樣采集。

圖1 東風(fēng)水庫(kù)采樣點(diǎn)分布

1.2 樣品采集及處理分析

浮游植物樣品采集及鑒定方法參照《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》[5]和《中國(guó)內(nèi)陸水域常見藻類圖譜》[6]。定性樣品采集使用25號(hào)浮游生物網(wǎng)，在水體表層至0.5m深處以20～30cm/s的速度作∞形循回緩慢拖動(dòng)1～3min，將采集的樣品收集在50mL樣品瓶中，帶回實(shí)驗(yàn)室制片觀察。定量樣品采集使用有機(jī)玻璃采水器，采集0.5m處水樣1L，現(xiàn)場(chǎng)加入15mL魯哥試劑固定后帶回實(shí)驗(yàn)室靜置沉淀24h，用虹吸管抽掉上清液濃縮至30mL，取0.1 mL濃縮液進(jìn)行顯微分類計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)方法為行格計(jì)數(shù)法。定性定量樣品均鑒定到屬水平。

1.3 浮游植物群落結(jié)構(gòu)參數(shù)分析

運(yùn)用Shannon—Wiener多樣性指數(shù)（H′）、Pielou均勻度指數(shù)（J）、Margalef 物種豐富度指數(shù)（D）和浮游植物優(yōu)勢(shì)度（Y）對(duì)東風(fēng)水庫(kù)浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征和水體營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)[7-8]，具體公式如下：

式中：Pi=Ni/N，為第i個(gè)屬細(xì)胞密度（Ni）占總細(xì)胞密度（N）的比例；S為測(cè)點(diǎn)定量樣品中浮游植物總屬數(shù)；fi為第i個(gè)屬出現(xiàn)的頻率，fi為出現(xiàn)的樣點(diǎn)數(shù)/樣點(diǎn)總數(shù)；Y≥0.02的屬為優(yōu)勢(shì)屬。

1.4 水質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)類型生物評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

1.4.1 水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

Shannon—Wienerer多樣性指數(shù)H′為0～1表示重污染，H′為1～2表示中污染，H′為2～3表示輕污染，H′＞3表示清潔[7]。

Pielou均勻度指數(shù)J為0～0.3表示重污染，J為0.3～0.5 表示中污染，J＞0.5表示輕污染或無(wú)污染[7]。

1.4.2 營(yíng)養(yǎng)類型評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

浮游植物細(xì)胞密度≤0.5 × 106cells/L表示極貧營(yíng)養(yǎng)，0.5～1 × 106cells/L表示貧營(yíng)養(yǎng)，1～9 × 106cells/L表示貧中營(yíng)養(yǎng)，10～40 × 106cells/L表示中營(yíng)養(yǎng)，41～80 × 106cells/L表示中富營(yíng)養(yǎng)，81～99 × 106cells/L表示富營(yíng)養(yǎng)，≥100 × 106cells/L表示極富營(yíng)養(yǎng)[8]。

1.5 數(shù)據(jù)分析

使用WPS Office 2019表格對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行圖表分析處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 浮游植物種群組成及變化

定性和定量調(diào)查分析結(jié)果顯示，東風(fēng)水庫(kù)共記錄浮游植物8 門4 2屬，其中，綠藻門（Chlorophyta）20屬，占總屬數(shù)的47.62%；藍(lán)藻門（Cyanophyta）7屬，占16.67%；硅藻門（Bacillariophyta）6屬，占14.29%；甲藻門（Pyrrophyta）3屬，占7.14%；隱藻門（Cryptophyta）及裸藻門（Euglenophyta）均為2屬，各占4.76%；金藻門（Chrysophyta）、黃藻門（Xanthophyta）各為1屬，各占2.38%（表1）。

表1 東風(fēng)水庫(kù)不同月份浮游植物屬數(shù)

東風(fēng)水庫(kù)浮游植物種群組成在不同月份上有所差異，次年5月份浮游植物種群最多，為24屬；9月、11月最少，為15屬。各月份浮游植物種群組成上均以藍(lán)、綠、硅藻門為主。綠藻門屬數(shù)在次年5月最多，為9屬，9月、10月、11月最少，為3屬，其中，柵藻屬（Scenedesmus）和四角藻屬（Tetraedrom）2屬在全年各月均出現(xiàn)；藍(lán)藻門屬數(shù)在7月最多，為7屬，次年4月最少，為2屬，其中，偽魚腥藻屬（Pseudanabaena）、藍(lán)纖維藻（Dactylococcpsis）屬2屬在全年各月均出現(xiàn)；硅藻門屬數(shù)在次年3、5月最多，為6屬，8、9月和次年1月最少，為4屬，其中，小環(huán)藻屬（Cyclotella）和針桿藻屬（Synedra）2屬在全年各月均出現(xiàn)；隱藻門屬數(shù)在12月和次年1、3月最多，為2屬，其余各月均為1屬，其中隱藻屬（Cryptomonas）在全年各月均出現(xiàn)；甲藻門在次年3月最多，為2屬，6、9、10、11、12月和次年1、4月均出現(xiàn)1屬，其余月份未出現(xiàn)；金藻門在6、10月和次年5月均出現(xiàn)1屬，其余月份未出現(xiàn)；裸藻門在次年5月出現(xiàn)2屬，在6、9月和次年1、3、4月出現(xiàn)1屬，其余月份未出現(xiàn)；黃藻門僅在次年4月出現(xiàn)1屬，其余各月均未出現(xiàn)。

2.2 浮游植物密度的年變化

東風(fēng)水庫(kù)浮游植物細(xì)胞密度各月份間波動(dòng)性較大，變化范圍為73.25×104～14678.67×104Cells/L，最低出現(xiàn)在次年2月，最高出現(xiàn)在7月，相差14605.42×104Cells/L，年平均值為5576.43×104Cells/L；從季節(jié)的角度來(lái)看，浮游植物細(xì)胞密度存在季節(jié)性的顯著差異，夏季（6、7、8月）細(xì)胞密度最高，秋季（9、10、11月）次之，冬季（12月和次年1、2月）明顯降低，春季（3、4、5月）逐漸上升；從不同屬類浮游植物密度組成來(lái)看，偽魚腥藻屬的細(xì)胞密度顯著高于其他藻屬的細(xì)胞密度，并呈現(xiàn)顯著的季節(jié)性差異，夏季最高，秋季次之，冬季明顯降低，春季逐漸上升，與總的浮游植物細(xì)胞密度季節(jié)性變化規(guī)律相一致（圖2）。

圖2 東風(fēng)水庫(kù)不同月份浮游植物細(xì)胞密度變化

2.3 浮游植物優(yōu)勢(shì)屬和優(yōu)勢(shì)度變化

東風(fēng)水庫(kù)各月浮游植物優(yōu)勢(shì)屬及優(yōu)勢(shì)度見表2。調(diào)查期間，藍(lán)藻門中優(yōu)勢(shì)屬最多，其次為綠藻門，硅藻門和隱藻門依次減少，其余各門屬浮游植物未形成優(yōu)勢(shì)屬。

表2 東風(fēng)水庫(kù)不同月份浮游植物優(yōu)勢(shì)屬及優(yōu)勢(shì)度

各優(yōu)勢(shì)屬在不同季節(jié)月份表現(xiàn)出一定的差異性。藍(lán)藻門偽魚腥藻屬為全年優(yōu)勢(shì)屬，其優(yōu)勢(shì)度在0.092～0.907波動(dòng)，11月最高，次年2月、4月最低，束絲藻屬除了8、9月和次年3、4、5月（春季）外，其余各月形成優(yōu)勢(shì)，擬柱胞藻屬在夏秋季形成優(yōu)勢(shì)，藍(lán)纖維藻屬除了9、11、12和次年3月外，其余各月形成優(yōu)勢(shì)，綠藻門柵藻屬、硅藻門小環(huán)藻屬、隱藻門隱藻屬在次年各月（冬末、春季）形成優(yōu)勢(shì)，分別在次年4月、2月、3月達(dá)到最高，為0.565、0.247、0.543。

絕對(duì)優(yōu)勢(shì)屬隨季節(jié)的變化而變化，6—12月和次年1、5月浮游植物以藍(lán)藻門中偽魚腥藻屬占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，次年2、3月隱藻門中隱藻屬占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，次年4月綠藻門中柵藻屬占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。偽魚腥藻屬在夏、秋季和冬季初（12月、次年1月）一直占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)屬位置，秋季末、冬季數(shù)量持續(xù)下降，到冬季末（次年2月）、春季初（次年3月）隨著偽魚腥藻屬密度下降，隱藻占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)屬位置，4月隱藻屬數(shù)量下降，綠藻數(shù)量上升，綠藻門中柵藻占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)屬位置，5月偽魚腥藻屬數(shù)量上升，成為絕對(duì)優(yōu)勢(shì)屬。

2.4 浮游植物多樣性變化

東風(fēng)水庫(kù)浮游植物多樣性變化如圖3所示。調(diào)查期間，Shannon-Wiener多樣性指數(shù)（H′）變化范圍為0.54～2.69，平均為1.41，次年2月份最高（2.69），12月份最低（0.54）；Pielou均勻度指數(shù)（J）變化范圍為0.13～0.67，平均為0.35，次年2月份最高（0.67），12月份最低（0.13）；Margalef 物種豐富度指數(shù)（D）變化范圍為0.93～2.78，平均為1.48，次年3月份最高（2.78），8月份最低（0.93）。

圖3 東風(fēng)水庫(kù)不同月份浮游植物多樣性指數(shù)（H′）、均勻度指數(shù)（J）和物種豐富度指數(shù)（D）

2.5 東風(fēng)水庫(kù)水質(zhì)生物評(píng)價(jià)

用Shannon-Wiener多樣性指數(shù)（H′）和Pielou均勻度指數(shù)（J）來(lái)評(píng)價(jià)東風(fēng)水庫(kù)水質(zhì)，用細(xì)胞密度來(lái)評(píng)價(jià)其營(yíng)養(yǎng)類型，各月水質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)類型見表3。根據(jù)年均值來(lái)看，東風(fēng)水庫(kù)水質(zhì)為中污染，營(yíng)養(yǎng)類型為中富營(yíng)養(yǎng)。

表3 東風(fēng)水庫(kù)水質(zhì)生物評(píng)價(jià)

3 結(jié)論

（1）調(diào)查期間，東風(fēng)水庫(kù)共記錄浮游植物8門42屬，屬數(shù)以綠藻門最多，其次是藍(lán)藻門和硅藻門。浮游植物種群組成在不同月份上有所差異，次年5月份浮游植物種群最多為24屬，9月、11月最少為15屬。浮游植物細(xì)胞密度各月份間波動(dòng)性較大，變化范圍為73.25×104～14678.67×104Cells/L，最低出現(xiàn)在次年2月，最高出現(xiàn)在7月，年平均值為5576.43×104Cells/L；6—12月和次年1月、5月浮游植物以藍(lán)藻門中偽魚腥藻屬占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，次年2、3月隱藻門中隱藻屬占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，次年4月綠藻門中柵藻屬占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

（2）Shannon-Wiener多樣性指數(shù)（H′）變化范圍為0.54～2.69，平均為1.41，次年2月份最高（2.69），12月份最低（0.54）；Pielou均勻度指數(shù)（J）變化范圍為0.13～0.67，平均為0.35，次年2月份最高（0.67），12月份最低（0.13）；Margalef 物種豐富度指數(shù)（D）變化范圍為0.93～2.78，平均為1.48，次年3月份最高（2.78），8月份最低（0.93）。

（3）用Shannon-Wiener多樣性指數(shù)（H′）和Pielou均勻度指數(shù)（J）來(lái)評(píng)價(jià)東風(fēng)水庫(kù)水質(zhì)，用細(xì)胞密度來(lái)評(píng)價(jià)其營(yíng)養(yǎng)類型，調(diào)查期間，東風(fēng)水庫(kù)水質(zhì)為中污染，營(yíng)養(yǎng)類型為中富營(yíng)養(yǎng)。