上海市魯迅公園浮游植物群落結(jié)構(gòu)分析及評價

崔丹 李瑩 陳體達(dá) 黃民生

關(guān)鍵詞：浮游植物;密度;生物量;環(huán)境因子

0引言

浮游植物是水生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，其作為水生態(tài)系統(tǒng)中的初級生產(chǎn)者[1-2]，極大程度上決定了水體的生產(chǎn)力，進(jìn)而影響水體的狀態(tài)和功能;同時，浮游植物對環(huán)境因素的變化極其敏感，可以對水體中營養(yǎng)元素濃度的波動快速響應(yīng)[3]，其群落結(jié)構(gòu)的變化可以較為準(zhǔn)確地反映水體水質(zhì)情況和水體富營養(yǎng)化程度[4-7]，在水質(zhì)監(jiān)測與評價中具有重要的指示作用[8].

目前，國際上對浮游植物群落的研究主要著重于大尺度、大區(qū)域范圍[9-10].例如，2019年麻省理工學(xué)院的Dutkiewicz等[11]運(yùn)用基于全球特征的生態(tài)系統(tǒng)模型對全球海洋中的浮游植物多樣性進(jìn)行了深入分析;蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的Righetti等[12]使用生態(tài)位模型分析了溫度和環(huán)境變化對全球海洋浮游植物多樣性的影響;Belin等[13]對法國沿海水域浮游植物及其藻毒素進(jìn)行了研究.國內(nèi)關(guān)于浮游植物群落的研究也主要集中于大型自然水體[14-16]，對城市公園水體的研究則相對較少.本研究以浮游植物為切入點(diǎn)，通過研究魯迅公園水體浮游植物群落變化來揭示魯迅公園水生態(tài)健康狀態(tài)，為其水體保護(hù)和預(yù)警提供參考和依據(jù).

1研究區(qū)域與方法

1.1 研究區(qū)域

魯迅公園位于上海市虹口區(qū)四川北路甜愛支路280號，占地面積28.63萬m2.其前身始建于19世紀(jì)末，原本作為公共租界工部局所屬四川路（今四川北路）界外靶子場而設(shè)，后來劃出部分于1905年建為“新靶子場公園”;1922年改稱“虹口公園”;1956年秋季，魯迅逝世20周年時，魯迅墓從萬國公墓遷到虹口公園內(nèi);1988年正式改名為“魯迅公園”.園內(nèi)的魯迅紀(jì)念館是中華人民共和國成立后的第一個人物類紀(jì)念館，2009年被國家文物局評定為全國首批一級博物館.魯迅公園是上海主要?dú)v史文化紀(jì)念性公園和中國第一個體育公園[17]，西側(cè)為虹口足球場，公園客流量極大，是虹口區(qū)重要的生態(tài)資源和游樂觀光場所.

公園水體面積約4萬m2，東西跨度約350m，南北跨度約600m，形態(tài)呈現(xiàn)為不規(guī)則的“海馬”形.其東北部水域較大，中部及西南側(cè)水域較小，水深0.5～2.2m.東北部大湖和西南側(cè)海戰(zhàn)船區(qū)域可駕駛電動游船觀光及娛樂，西南側(cè)釣魚池區(qū)域可供游人垂釣，魯迅公園水體具有重要的娛樂及休閑觀光功能.公園水體不與外界水體連通，相對獨(dú)立，污染源主要為公園內(nèi)路面徑流污染以及大氣干濕沉降污染.

1.2 研究方法

分別于2019年1月、4月、7月、10月，代表冬、春、夏、秋4個季節(jié)對魯迅公園水體中的浮游植物進(jìn)行采樣調(diào)查，公園區(qū)位及周邊水系如圖1所示.共設(shè)置10個采樣點(diǎn)，根據(jù)水體形態(tài)特征分為3個區(qū)域，采樣點(diǎn)分布如圖2所示：北側(cè)大湖5個（黃圈區(qū)域），中部連通走廊3個（綠圈區(qū)域），西南側(cè)水體2個（粉紅圈區(qū)域）.

1.3 樣品采集和保存

使用可伸縮長柄勺在0.5m水深處汲取1L水樣，轉(zhuǎn)移至黑色聚乙烯塑料瓶中，并立即加入15mL魯哥試劑進(jìn)行固定及染色，回到實(shí)驗(yàn)室后將處理過的水樣搖勻，倒入1L筒形分液漏斗中，靜置沉淀24h，然后用虹吸管抽掉上層清液，濃縮至30～50mL，轉(zhuǎn)移至容量瓶中[18]，加入2mL濃度為40%的甲醛溶液以長期保存.

1.4 浮游植物鑒定及計數(shù)

浮游植物采用視野法計數(shù)[19-20]，鑒定品種參考《中國藻類志》《中國常見淡水藻類圖譜》等書籍.浮游植物密度計算公式為式中：N為浮游植物密度（個/L）;Pn為計數(shù)出的浮游植物個數(shù);Cs為計數(shù)框面積（mm2），一般為400mm2;Fs為每個視野的面積（mm2）;Fn為計數(shù)過的視野數(shù);V為1L水樣濃縮后體積（mL）;U為計數(shù)框容積（mL）.

1.5 數(shù)據(jù)處理

圖表采用ArcGIS10.6和Origin2019繪制，去趨勢分析（DetrendedCorrespondenceAnalysis，DCA）和冗余分析（RedundancyAnalysis，RDA）采用CanocoforWindows4.5軟件進(jìn)行，詳見表1.

2結(jié)果與分析

2.1 浮游植物物種組成

魯迅公園水體于2019年冬、春、夏、秋四季監(jiān)測到浮游植物8大門類，分別為藍(lán)藻門（Cyanophyta）、綠藻門（Chlorophyta）、硅藻門（Diatoms）、甲藻門（Dinophyta）、黃藻門（Xanthophyta）、金藻門（Chrysophyta）、裸藻門（Euglena）和隱藻門（Cryptophyta），共83屬，其中藍(lán)藻門13屬，綠藻門32屬，硅藻門22屬，甲藻門5屬，黃藻門3屬、金藻門2屬、裸藻門5屬，隱藻門1屬，主要藻屬及污染指示種類如表2所示[22].

2.2 浮游植物群落細(xì)胞密度時空變化

由圖3可知，4個季節(jié)里藍(lán)藻、綠藻和硅藻是魯迅公園水體中主要的浮游植物群類，這3門藻類密度在春季的占比稍低，為92%，其他季節(jié)均超過了95%.在冬季，藍(lán)藻占比18%，綠藻32%（其中小環(huán)藻占比9.75%），硅藻占比44%（其中小環(huán)藻占比19.55%，針桿藻占比11.26%）.在春季，藍(lán)藻占比為12%，變化不大;綠藻占比大幅上升，達(dá)到了68%（其中柵藻占比25.18%）;而硅藻占比大幅下降，僅為12%.在夏季，藍(lán)藻和硅藻占比均有所上升，分別達(dá)到了28%和30%，綠藻下降為37%.在秋季，藍(lán)藻占比大幅上升至62%（其中平裂藻和微囊藻占比23.71%和14.14%），綠藻和硅藻占比17%和18%.

魯迅公園水體浮游植物群落密度隨季節(jié)變化明顯，變化范圍極大，詳見圖4.冬季S9號點(diǎn)密度僅0.34×106ind/L，最大值出現(xiàn)在秋季S6號點(diǎn)，密度高達(dá)59.33×106ind/L.浮游植物的細(xì)胞密度整體上呈現(xiàn)從冬季到秋季逐季增長的趨勢，冬季各點(diǎn)位平均密度僅為2.4×106ind/L，而春季則達(dá)到了9.62×106ind/L，增幅超過4倍，原因可能是冬季過于寒冷抑制了藻類的生長和繁殖，隨著氣溫上升和光照強(qiáng)度的增加，藻類的生長得到了極大的促進(jìn)[23]，進(jìn)入夏季，浮游植物密度繼續(xù)升高至15.9×106ind/L，秋季浮游植物密度達(dá)到峰值，為28.7×106ind/L，8月里盛夏的高溫和強(qiáng)烈的光照應(yīng)是直接原因[24].魯迅公園浮游植物的細(xì)胞年平均密度為14.01×106ind/L，高于顧村公園、桂林公園和世紀(jì)公園，低于黃興公園，浮游植物的細(xì)胞密度變化與上海市其他公園水體相比存在較大差異，桂林公園、和平公園、世紀(jì)公園的浮游植物細(xì)胞密度峰值都出現(xiàn)在夏季，密度變化趨勢基本為冬季至夏季升高，秋季降低[25].

2.3 浮游植物生物量時空變化

由圖5可知，魯迅公園水體浮游植物生物量變化幅度較大，整體呈現(xiàn)逐季節(jié)上升的趨勢.與浮游植物密度變化大致類似，冬季、春季、夏季和秋季的平均生物量分別0.62、2.56、4.24和6.8mg/L.可以看出，冬季和春季的綠藻生物量占比很大，多數(shù)點(diǎn)位都超過了50%，而藍(lán)藻和硅藻的占比則很小，直到夏季硅藻和藍(lán)藻的生物量才大幅上升，平均值達(dá)到0.88mg/L和1.26mg/L，合計占比超過總生物量的一半，秋季的藍(lán)藻生物量再次大幅升高，各點(diǎn)位均值超過3.55mg/L，其中S4、S6號點(diǎn)的藍(lán)藻生物量高達(dá)7.31mg/L和8.24mg/L，S4號點(diǎn)的總生物量達(dá)12.83mg/L，超過了其他所有點(diǎn)位，為秋季最高值.

2.4 浮游植物優(yōu)勢屬

由表3可知，魯迅公園水體中浮游植物全年優(yōu)勢門類為藍(lán)藻門、硅藻門和綠藻門.藍(lán)藻門內(nèi)全年主要優(yōu)勢屬為偽魚腥藻和平裂藻，其中，平裂藻在4個季節(jié)內(nèi)均為優(yōu)勢屬.硅藻門內(nèi)全年主要優(yōu)勢屬為小環(huán)藻和針桿藻，其中，小環(huán)藻在4個季節(jié)內(nèi)都是優(yōu)勢屬，且優(yōu)勢度較大.綠藻門內(nèi)主要為柵藻和盤星藻，其中，柵藻在4個季節(jié)內(nèi)全部為優(yōu)勢屬.根據(jù)指示物種劃分，全年大部分優(yōu)勢藻均為耐污種，因此，魯迅公園水體存在一定的污染風(fēng)險[26-27].

2.5 浮游植物多樣性和均勻度

圖6中浮游植物的Shannon多樣性指數(shù)（H'）總體波動不大，冬、春、夏、秋四季平均值分別為2.23、2.65、2.78和2.10.根據(jù)分類，4個季節(jié)均為b-中度污染狀態(tài)[28-31]，最小值出現(xiàn)在秋季S10號點(diǎn)，為1.21;最大值出現(xiàn)在春季S3號點(diǎn)，為3.03;總體上呈現(xiàn)冬季到夏季增大，夏季到秋季減小的趨勢，秋季波動較大，其他3個季節(jié)較為平穩(wěn).Pielou均勻度指數(shù)（J）整體變化范圍較小，冬季、春季和夏季的平均均勻度指數(shù)都為0.75，秋季均勻度指數(shù)為0.68.S9號點(diǎn)在冬季、夏季和秋季都出現(xiàn)了較高峰值，表明該點(diǎn)位的浮游植物各種類數(shù)量差異較小.Margalef豐富度指數(shù)（D）全年變化范圍為0.23～2.82，變化趨與H'類似，夏季整體水平最高，平均值達(dá)2.40，冬季最低均值為1.25.

2.6 水質(zhì)理化指標(biāo)

由圖7可知，魯迅公園水體中總磷（TP）濃度在冬、春季較低，平均濃度分別為0.05mg/L和0.07mg/L，達(dá)到Ⅲ類、Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn);夏季平均濃度為0.14mg/L，為Ⅴ類水;秋季平均濃度為0.11mg/L，基本接近Ⅳ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn);4個季節(jié)的湖水pH值均高于7.5，為典型的堿性水體;全年總氮（TN）平均濃度為1.32mg/L，達(dá)到Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn);氨氮（NH4+-N）全年平均濃度為0.43mg/L;葉綠素a（Chla）在冬、春季的平均濃度較低，分別為21.96μg/L和15.77μg/L，夏、秋季的平均濃度為48.51μg/L和79.46μg/L;化學(xué)需氧量（CODCr）年平均濃度為30.90mg/L;高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）年平均濃度為9.34mg/L;溶解態(tài)磷（DP）全年平均濃度為0.05mg/L;硝態(tài)氮（NO3–-N）全年平均濃度為0.54mg/L.

2.7 浮游植物與環(huán)境因子的關(guān)系

篩選出年豐度大于1%的藻屬共20屬進(jìn)行去趨勢分析（DCA），環(huán)境因子包括pH值、溶解氧（DO）、化學(xué)需氧量（CODCr）、高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）、氨氮（NH4+-N）、硝態(tài)氮（NO3–-N）、亞硝氮（NO2–-N）、總氮（TN）、溶磷（DP）、總磷（TP），排序得出最長排序軸長度為3.203，故采用冗余分析（RDA）對浮游植物群落與環(huán)境因子之間的關(guān)系進(jìn)行進(jìn)一步分析[32-33].

表4RDA分析中，排序軸1（l=0.358）和軸2（l=0.044）共同解釋了浮游植物群落40.2%的結(jié)構(gòu)變化以及90.7%的物種-環(huán)境因子關(guān)系，極大程度上解釋了魯迅公園浮游植物群落與環(huán)境因子之間的關(guān)系.由表5可知，與軸1相關(guān)性較強(qiáng)的環(huán)境因子有pH值（r=0.7873）和NO3–-N（r=–0.6682），與軸2相關(guān)性較強(qiáng)的環(huán)境因子有NO2–-N（r=–0.5588）.

通過RDA分析圖（見圖8）可看出，螺旋藻（Spirulina）、魚腥藻（Anabaena）、菱形藻（Nitzschia）、纖維藻（Cellulosae）、直鏈藻（Melosira）、偽魚腥藻（Pseudo-Anabaena）、小環(huán)藻（Cyclotella）、針桿藻（Sphaerophyllum）與pH值、TP呈顯著正相關(guān)，與NO3–-N呈顯著負(fù)相關(guān);盤星藻（Pentaphyllum）、柵藻（Scenedesmus）、四角藻（Tetraceratops）、鼓藻（Sphaerotheca）與NO2–-N、DP、DO、CODMn呈顯著正相關(guān)，與NO3–-N則無明顯關(guān)聯(lián).

3結(jié)論

（1）魯迅公園水體全年共采集記錄浮游植物8門83屬，主要以藍(lán)藻、硅藻和綠藻為主，這3大門類物種占比超過75%，Shannon多樣性指數(shù)全年均低于3，物種豐富度較低，4個季節(jié)水體均為b-中度污染狀態(tài).

（2）浮游植物的細(xì)胞密度和生物量均呈現(xiàn)明顯的逐季節(jié)上升的趨勢.其中，冬季的最小，分別為2.40×106ind/L、0.62mg/L;秋季的最大，分別為28.71×106ind/L、6.85mg/L.秋季細(xì)胞密度幾乎達(dá)到冬季的12倍，生物量接近冬季的11倍.此外，秋季的浮游植物群落主要門類為藍(lán)藻，其細(xì)胞密度和生物量占比均超過60%，警惕藍(lán)藻爆發(fā)已成為魯迅公園水體今后生態(tài)預(yù)警及防治的重要任務(wù).

（3）從優(yōu)勢種角度來看，魯迅公園水體中藍(lán)藻門、硅藻門和綠藻門為全年優(yōu)勢門類，主要優(yōu)勢藻屬有平裂藻、小環(huán)藻、柵藻、偽魚腥藻等，4個季節(jié)內(nèi)超過60%的優(yōu)勢藻屬為耐污種.

（4）浮游植物物種多樣性的季節(jié)差異較大，夏季略微高于春季，春季顯著高于冬季、略微高于秋季;空間上，北側(cè)大湖物種多樣性高于中部水體，中部水體物種多樣性明顯低于西南側(cè)水體.

（5）冗余分析結(jié)果表明，pH值、硝態(tài)氮、亞硝氮和高錳酸鹽指數(shù)是影響魯迅公園水體浮游植物群落結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵影響因子.