LD水庫浮游植物群落結構特征及水質評價

陳玲珊 林雄平 林彥杰 吳舒英

摘要 浮游植物具有生命周期短、對環(huán)境變化敏感等特點，其群落結構能較好地反映水生生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)狀況，被作為評價水體營養(yǎng)水平的重要環(huán)境指示生物。為探究LD水庫浮游植物群落結構特征及水質健康狀況，于2021年5—12月對水庫4個位點進行4次采樣，對其水質指標和浮游植物群落結構進行分析，采用單因素方差分析方法進行數據分析。結果表明，水庫水質整體為Ⅱ類水，營養(yǎng)水平為輕度富營養(yǎng)狀態(tài)；共檢測出藻類6門30屬37種，季節(jié)演替變化為綠藻門—綠藻門—裸藻門—硅藻門。水庫浮游植物平均細胞密度為（4.24×106±2.69×106）cells/L，春夏兩季細胞密度明顯高于秋冬兩季。生物量密度平均值（10.53±6.71）mg/L，最高值出現于春季，最低值出現于秋季，且季節(jié)間生物量密度差異無統(tǒng)計學意義（P >0.05）?？偟骄鶟舛葹椋?.444±0.590）mg/L，總磷平均濃度為（0.004 5±0.004 0）mg/L，pH值年平均為8.25±1.32，水體總體呈弱堿性，葉綠素a平均濃度為（18.59±15.14）μg/L，溶氧量年平均值為8.69±0.60；春夏秋冬的總氮和pH差異有統(tǒng)計學意義（P<0.05），而葉綠素a、總磷差異無統(tǒng)計學意義（P >0.05）。RDA分析表明，影響水庫浮游植物群落狀況的環(huán)境指標主要為硝酸鹽氮。

關鍵詞 浮游植物；環(huán)境因子；群落結構；水質評價

中圖分類號 Q948.8；X824 文獻標識碼 A

文章編號 1007-7731（2024）08-0061-08

Characteristics of phytoplankton community structure and water quality assessment

in LD Reservoir

CHEN Lingshan? ? LIN Xiongping? ? LIN Yanjie? ? WU Shuying

（School of Biological Science and Engineering， Ningde Normal University， Ningde 352100， China）

Abstract Phytoplankton has the characteristics of short life cycle and sensitivity to environmental changes， and its community structure can better reflect the nutritional status of aquatic ecosystems， and has become an important environmental indicator for evaluating the nutritional level of water bodies. To explore the structural characteristics of phytoplankton communities in the LD Reservoir and evaluate its water quality， four samples were taken from four sites in the reservoir from May to December 2021， and the water quality index and phytoplankton community structure were analyzed， and the data was analyzed using one-way ANOVA. The results indicated that the water quality of Liudu Reservoir was classified as Class II water， with a slightly eutrophic level. A total of 6 phyla， 30 genera， and 37 species of algae were detected in the Liudu Reservoir， with seasonal succession changing from Chlorophyta， Chlorophyta， Euglenophyta and Diatoma. The average cell density of phytoplankton in the reservoir was measured to be （4.24×106±2.69×106 ）cells/L， the cell density in spring and summer was significantly higher than that in autumn and winter. The average biomass density was measured to be （10.53±6.71） mg/L， the biomass density value was highest in spring and lowest in autumn. There was no significant difference in biomass density between seasons （P >0.05）. The overall average concentration of total nitrogen was measured to be （1.444±0.590） mg/L， and the overall average concentration of total phosphorus was measured to be （0.004 5±0.004 0） mg/L. The annual average pH was measured to be 8.25±1.32， and the water was weakly alkaline. The overall average concentration of chlorophyll a was measured to be （18.59±15.14） μg/L. The annual average dissolved oxygen content was measured to be （8.69±0.60）. And the differences in total nitrogen and pH between spring， summer， autumn， and winter were extremely significant （P <0.05）， while there was no significant difference in chlorophyll a and total phosphorus（P >0.05）. RDA analysis showed that the important environmental indicators affecting the growth status of phytoplankton communities in the Liudu Reservoir was nitrate nitrogen.

Keywords phytoplankton; environmental factors; community structure; water quality evaluation

浮游植物（Phytoplankton）是一個生態(tài)學概念，是指生活在水體表層、體積微小的植物，通常指浮游藻類，作為水生態(tài)系統(tǒng)的生產者，浮游植物在能量流動、物質輸移和信息傳遞等方面起著重要作用[1-2]。浮游植物具有繁殖速度快，生活周期短，對周圍環(huán)境變化敏感的特點[3-4]，其空間分布和群落結構能較好地反映水生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況，被作為評價水體營養(yǎng)等級的重要環(huán)境指示生物[5-6]。水體富營養(yǎng)化是目前水環(huán)境保護面臨的突出問題之一。為確保水源安全，開展水源地富營養(yǎng)化調查和水環(huán)境健康狀況的監(jiān)測與評價已引起學者的廣泛關注。本研究通過對LD水庫浮游植物群和水體等環(huán)境因子進行為期1年的季度性實地取樣檢測，分析浮游植物群落時空結構和優(yōu)勢種的演替特性，了解該水庫浮游植物的時空分布規(guī)律與水環(huán)境健康狀況，為水資源保護提供參考。

1 材料和方法

1.1 水樣采集

1.1.1 水庫概況? LD水庫位于福建省東部沿海地區(qū)。水庫為建成于1959年的?。ǘ┬退畮欤渲饕δ苁枪┧?、防洪、灌溉和改善水環(huán)境綜合利用[7]?？値烊萘?1.00萬m3。

1.1.2 水樣位點? 先根據地圖對水庫采樣點進行預設，實地考察后，從壩頭到源頭設置4個水位采樣點，具體如下：位點1（26°44′32″ N，119°32′4″ E），位點2（26°44′36″ N，119°32′5″ E），位點3（26°44′42″ N，119°32′4″ E），位點4（26°44′44″ N，119°31′57″ E）。于2021年5—12月，按季節(jié)共采集16份水質樣品。

1.1.3 水樣采集方法? 采樣材料：YSI儀器、浮游生物網、1.5 L水瓶、5 L透明水袋、EP管、配制好的魯格試劑、透明盤、打撈桶、長繩和延伸棍等。

在各個位點用采水工具將水裝入水袋，同時取1 L水裝入1.5 L水瓶中，并在水瓶中滴加2滴管魯格試劑，使藻類固定，避光保存。使用浮游生物網過濾收集藻類后裝入EP管，密封避光保存。

1.2 研究方法

1.2.1 水質指標檢測? 本研究中所檢測的水質指標為溫度（T）、pH、溶解氧（DO）、電導率（EC）、透明度（TSR）、總氮（TN）、總磷（TP）、氨氮（[NH+4]-N）、硝酸鹽氮（[NO-3]-N）和葉綠素a（Chla）。其中溶解氧、電導率、溫度和pH采用YSI水質測定儀現場測定，透明度使用賽氏透明盤在采樣位點現場測定，其余水質指標采集24 h內帶回實驗室檢測。

取5 L水袋中的水于燒杯中，對水樣進行檢測。水質指標包括總氮、總磷、氨態(tài)氮和硝酸鹽氮，參照《水和廢水監(jiān)測分析方法（第四版）》[8]。葉綠素a（Chla）使用分光光度法進行測定[9]。

檢測數據采用Excel進行處理，采用單因素方差分析檢驗不同季節(jié)對單個水質參數的影響。在方差分析之前，對所有原始數據進行Shapiro-Wilk檢驗，檢驗是否符合正態(tài)性檢驗。數據滿足正態(tài)性及方差齊性，則用One-way ANOVA進行檢驗，其事后檢驗則用LSD進行顯著性差異判斷；若數據不滿足方差齊性，則用韋爾奇檢驗，其事后檢驗則用塔姆黑尼檢驗；若數據不滿足正態(tài)分布，則用克魯斯卡爾-沃利斯H檢驗；取P <0.05作為有統(tǒng)計學差異的判定標準。

1.2.2 藻類鑒定? 藻類鑒定實驗器材：光學顯微鏡、電腦、洗耳球、醫(yī)用輸液管、50 mL小瓶子、浮游生物計數板、蓋玻片、甘油、移液槍和擦鏡紙等。

將1.5 L水靜置48 h后虹吸，濃縮至30～50 mL裝入小瓶子，此時藻類已無生物活性，易于觀察計數。檢測藻類前搖勻，迅速吸取100 μL濃縮水樣加入浮游生物計數板中，置于光學顯微鏡400倍鏡下計數[10]，觀察藻類形態(tài)特征，記錄各個位點藻類種屬與數量，與《浙江省主要常見淡水藻類圖集（飲用水水源）》[11]、《福建省大中型水庫常見淡水藻類圖集》[12]進行對比鑒定。使用光學顯微鏡直接觀察EP管中的新鮮活藻并用電腦軟件保存藻類圖片，同樣對比圖集進行藻類鑒定，了解水庫的浮游植物群落組成。

2 結果與分析

2.1 浮游植物的群落組成

通過對浮游植物進行顯微鏡觀察和對比鑒定，共鑒定出浮游植物6門30屬37種，按物種數量多到少依次是綠藻門、硅藻門、藍藻門、裸藻門、隱藻門和甲藻門，其種類構成如圖1所示。水庫浮游植物的群落組成以綠藻門和硅藻門為主。

浮游植物細胞密度平均值為（4.24×106±2.69×106）cells/L，夏季最高，平均細胞密度為6.74×106 cells/L，各位點中屬3號位點密度最大，為1.19×107 cells/L（圖2A）。數據分析表明，春夏秋冬四季浮游植物細胞密度的差異無統(tǒng)計學意義（P >0.05），但春夏兩季細胞密度明顯高于秋冬兩季（P<0.05）。夏季氮、磷含量較高，藻類大量繁殖，水體富營養(yǎng)化。秋冬兩季水體營養(yǎng)逐漸減少，浮游植物的細胞密度逐漸減少。將得到的細胞數量數據帶入Pielou均勻度指數公式，得出均勻度為0.83±0.09，4個季節(jié)的均勻度差異無統(tǒng)計學意義（P>0.05），水體無污染。香農指數H'值為2.11±0.3，水體為中度污染，綜合評價水質狀況為輕度污染。在春夏季，綠藻門為水庫的優(yōu)勢類群；秋季，藍藻門和裸藻門為優(yōu)勢類群；冬季，綠藻門和硅藻門為優(yōu)勢類群[13]（圖2B）。

2.3 不同季節(jié)浮游植物生物量空間變化

從水庫浮游植物生物量的空間分布（圖3）可以看出，春季水庫平均生物量為（12.34±9.84）mg/L，各位點中屬4號位點平均生物量最低，1號位點最高；夏季平均生物量為（10.42±6.68）mg/L，其中4號位點平均生物量最低，3號位點最高；秋季平均生物量為（12.33±7.21）mg/L，其中4號位點最低，2號位點最高；冬季平均生物量為（7.03±2.53）mg/L，其中4號位點最低，3號位點最高。4號位點作為水庫源頭，流動性強，浮游植物隨水流進入水庫，故生物量密度穩(wěn)定且小，并且各季節(jié)的生物量密度差異無統(tǒng)計學意義（P>0.05）。第1、2和3號位點生物量密度呈現一定波動，可能是受到附近農業(yè)活動或人為因素的干擾。

2.4 水質指標分析

2.4.1 總氮和總磷? 水庫不同季度的總氮平均濃度為（1.444±0.590）mg/L，春季平均濃度為1.950 mg/L，波動范圍在1.623～2.127 mg/L；夏季平均濃度為2.043 mg/L，波動范圍在1.948～2.179 mg/L；秋季平均濃度為0.901 mg/L，波動范圍在0.656～0.993 mg/L；冬季平均濃度為0.883 mg/L，波動范圍在0.649～0.977 mg/L，不同季節(jié)的總氮濃度差具有統(tǒng)計學意義（P<0.05）。如圖4（A）所示，春夏兩季總氮濃度明顯高于秋冬兩季，其中夏季最高，冬季最低，總氮濃度存在明顯季節(jié)變化，且春夏兩季總氮濃度高于1.5 mg/L；不同季節(jié)的總磷平均濃度為（0.004 5±0.004 0）mg/L，波動范圍在0.000 5～0.008 9 mg/L。如圖4（B）所示，總磷濃度普遍偏低，其中春季最高，冬季最低，各季節(jié)的總磷濃度差異無統(tǒng)計學意義（P>0.05）。4號位點位于源頭，水質優(yōu)良，總氮、總磷含量明顯低于其他位點。

2.4.2 氨氮和硝酸鹽氮? 水庫各季節(jié)氨氮平均濃度為0.26 mg/L，濃度變幅為0.236～0.291 mg/L；不同季節(jié)水庫的氨氮濃度差異有統(tǒng)計學意義（P<0.05）。硝酸鹽氮平均濃度為0.811 mg/L，濃度變幅為0.089～2.215 mg/L，不同季節(jié)水庫的硝酸鹽氮濃度差異有統(tǒng)計學意義（P<0.05）。

水庫各季節(jié)氨氮和硝酸鹽氮波動范圍及平均濃度如圖5所示，從變化趨勢上可以看出，氨氮和硝酸鹽氮濃度大部分隨著時序變化而上升。

2.4.3 葉綠素a? 水庫浮游植物葉綠素a的濃度范圍為2.10～47.76 μg/L，平均濃度為（18.59±15.14） μg/L，其中春季位點2濃度達47.76 μg/L，為當年最高，最低的是秋季位點4。從圖6可看出，不同季節(jié)水庫的葉綠素a濃度差異無統(tǒng)計學意義（P>0.05）。春季葉綠素a含量偏高，冬季較低，冬季4個位點的水質富營養(yǎng)化水平明顯降低，表明隨著溫度的降低，冬季大部分浮游植物進入休眠期[15]。4號位點是水庫的源頭，水流量大，流動性強，藻類聚集少，因此葉綠素a含量持續(xù)較低。

2.4.4 其他環(huán)境因子? 水庫不同季節(jié)的水化指標數據見表1，分析表明，不同季節(jié)的水溫、pH和溶解氧差異有統(tǒng)計學意義（P<0.01），而電導率差異無統(tǒng)計學意義（P>0.05）。水溫差異較為明顯，變動范圍在11.6～35.8 ℃，夏季水溫最高。其中夏季位點1出現年最高溫，冬季位點4出現年最低溫。4號位點位于源頭，海拔較高，水溫普遍低于其他位點。

注：*表示P<0.05，**表示P<0.01。

溶解氧平均值最大的是冬季（9.80±0.2）mg/L，最低的是夏季（7.10±0.6）mg/L。根據數據分析，溶解氧的濃度變化受季節(jié)影響較大，溶解氧的濃度高低跟浮游藻類的數量、水體的有機物質含量高低有關，推測浮游藻類的數量也會隨著季節(jié)有所變化。

水庫年平均pH值為8.25±1.32，水體呈弱堿性，pH值變動范圍為6.0～9.4，變化幅度較大，其中春季4號位點的pH值最?。?.0），冬季1號位點pH值最大（9.4），從春季到冬季呈上升趨勢。春季平均pH值低于其他季節(jié)，該季節(jié)降雨時間長，雨水沖刷地表有機質增多，富含有機質的地表徑流匯入水庫，使水體pH降低。

2.5 浮游植物與環(huán)境因子的關系

2.5.1 浮游植物細胞密度優(yōu)勢種及其與環(huán)境因子的關系? 使用Canoco 5.0進行去趨勢對應分析后，再選用冗余分析（RDA）進行約束性排序。RDA分析結果表明，硝酸鹽氮（[NO-3]-N）是影響水庫浮游植物細胞密度分布的重要環(huán)境指標（P<0.05）。

由圖7可知，微囊藻、隱球藻、裸藻、尖尾藍隱藻、多甲藻、衣藻、小球藻、鼓藻和小環(huán)藻與總氮、溫度呈正相關性，與其他環(huán)境因子呈負相關性。小環(huán)藻與pH、電導率、透明度和總磷呈正相關性。舟形藻與pH、電導率、透明度、總磷、氨氮、溶氧量和硝酸鹽氮呈正相關性，與總氮和溫度呈負相關性[16]。

2.5.2 浮游植物生物量優(yōu)勢種及其與環(huán)境因子的關系? RDA分析得出，溫度、pH、透明度和總氮是影響水庫浮游植物生物量分布的環(huán)境因子（P<0.05）。除空球藻外，其他所有優(yōu)勢種都與溫度和總氮呈正相關性。多甲藻、小球藻、空球藻、鼓藻、小環(huán)藻、舟形藻和直鏈藻與pH和電導率呈正相關性。空球藻與氨氮呈正相關性，其他所有藻類都與氨氮、溶氧量、總磷、透明度和硝酸鹽氮呈負相關性（圖8）。

圖8 水庫生物量RDA分析2.5.3 水庫浮游植物與環(huán)境因子相關性分析? 水庫浮游植物與環(huán)境因子（葉綠素a、pH、溫度、溶解氧、總氮、總磷、硝酸鹽氮、香農指數和電導率）的相關性矩陣見圖9。葉綠素a與細胞密度、生物量、溫度都具有明顯的相關性。說明葉綠素a濃度越高，浮游植物細胞密度和生物量越大，溫度升高會促進浮游植物的生長。

溶氧量和氨氮呈明顯相關性（P<0.01）。細胞密度與豐富度呈明顯相關性（P<0.001）。溫度與總磷、溶氧量、氨氮和硝酸鹽氮呈正相關性（P<0.01），表明隨著溫度升高，總磷、氨氮、硝酸鹽氮和溶氧量也相應增加。在溫度逐漸上升時，要注意按期檢測水質的各項指標，防止浮游藻類增加而影響水質。

3 結論與討論

本研究對LD水庫4個位點的16份水樣進行了水質指標測定與分析，并對水中浮游植物進行了鑒定。水庫四個季節(jié)的總氮平均濃度為（1.444±0.590）mg/L，春夏兩季總氮濃度明顯高于秋冬兩季，總氮濃度存在明顯季節(jié)性變化；水庫總磷平均濃度為（0.004 5±0.004 0）mg/L，總磷濃度普遍較低，符合Ⅰ類水標準。水庫秋冬兩季總氮濃度符合Ⅲ類水標準，而春夏兩季總氮濃度過高，水體較混濁，需在春夏兩季加強對水庫的管理；春夏季與秋冬季水庫的總氮濃度差異具有統(tǒng)計學意義（P<0.05）。水庫氨氮平均濃度為0.26 mg/L，濃度變幅為0.236～0.291 mg/L，不同季節(jié)的氨氮濃度差異有統(tǒng)計學意義（P<0.05）；硝酸鹽氮平均濃度為0.811 mg/L，濃度變幅為0.089～2.215 mg/L，不同季節(jié)水庫的硝酸鹽氮濃度差異有統(tǒng)計學意義（P<0.05）。水庫溶解氧平均值最大的是冬季，最小的是夏季，總體平均值為8.6 mg/L，達到Ⅰ類水標準。綜合各指標判斷，該水庫的水質為Ⅱ類。水庫pH值平均為8.25±1.32，水體呈弱堿性，不同季節(jié)水庫的pH值差異有統(tǒng)計學意義（P<0.05），推測水庫pH較高的原因可能是水庫受到附近居民生活污水排放、農事活動等的干擾。水庫浮游植物葉綠素a的濃度在2.10～47.76 μg/L，平均葉綠素a濃度為（18.59±15.14）μg/L；春季葉綠素a含量偏高，冬季較低，冬季4個位點的水質富營養(yǎng)化水平明顯降低，說明隨著溫度的降低，冬季大部分浮游植物進入休眠期[17]。

本研究基于顯微圖像進行人工判斷方法對浮游植物進行鑒別計數[18]。通過對藻類進行定量分析，水庫浮游植物生物量變動范圍在2.17～22.65 mg/L，細胞密度平均值為（4.24×106±2.69×106）cells/L。該水庫的浮游植物種類組成與浙江周公宅水庫浮游植物的種類組成相近[19]。通過R語言對水質評價生物指標進行分析，并對環(huán)境因子與物種數據進行RDA分析，發(fā)現硝酸鹽氮與浮游植物的細胞密度有明顯的相關關系。其中總氮、溫度是細胞密度優(yōu)勢種群微囊藻、隱球藻、裸藻、尖尾藍隱藻、多甲藻、衣藻、小球藻、鼓藻、小環(huán)藻、直鏈藻、舟形藻和囊裸藻分布的主要環(huán)境驅動因子。在氮、磷等營養(yǎng)滿足藻類生長繁殖的情況下，水溫是綠藻門和藍藻門浮游植物分布的主要影響因子[20]。綠藻對于水體溫度的適應廣泛，其適宜生長的溫度為20～30 ℃，也能很好地適應較高溫度的水體環(huán)境，因此水庫浮游植物群落結構主要為綠藻型[21]。藍藻宜生長溫度為25～35 ℃，適宜pH值為8.0～9.5，水庫pH平均值為8.24，在水體富營養(yǎng)化情況下，藍藻可能會大量暴發(fā)[19，22]。湖泊或水庫，庫容相對較小，水庫水域較為集中，更易受到外界環(huán)境影響[23]。LD水庫作為飲用水源，需定期監(jiān)測水質、浮游植物物種及數量。討論浮游植物與環(huán)境因子之間的互指示性時，應綜合考慮研究區(qū)域多方面的影響因素[24]。

本研究通過對LD水庫浮游植物群落結構和水體等環(huán)境因子進行為期1年的季度性實地取樣檢測，分析浮游植物群落時空結構和優(yōu)勢種的演替特性，了解水庫浮游植物的時空分布規(guī)律與飲用水源水環(huán)境健康狀況，為當地水資源保護與飲用水安全提供參考。

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（責編：何 艷）

基金項目 福建省自然科學基金面上項目（2023J011074）；福建省大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目（S202310398004）。

作者簡介 陳玲珊（2003—），女，福建福安人，從事藻類學研究。

通信作者 林雄平（1979—），男，福建壽寧人，碩士，副教授，從事藻類學研究。

收稿日期 2023-11-16