柴毅+彭婷+李昊成+郭坤+何勇鳳+楊德國

摘要：2012年7月對長湖海子湖進行浮游植物群落結構及主要環(huán)境因子的調查分析，并運用典范對應分析（CCA）方法對浮游植物群落結構與環(huán)境因子的關系進行相關性分析。結果表明，共鑒定出浮游植物51種（含變種和變型），以綠藻最多（45.10%），其次為藍藻（29.41%）和硅藻（13.73%），裸藻、甲藻和隱藻所占比例均低于2%。共鑒定出8種浮游植物優(yōu)勢種，其中兩棲顫藻（Oscillatoria amphibia）優(yōu)勢度最高。浮游植物細胞豐度變化范圍為239.01×105～575.20×105 cells/L，平均值為385.86×105 cells/L。根據海子湖浮游植物種類組成、細胞豐度水平、多樣性指數以及均勻度指數等指標綜合評價，海子湖水域處于重度富營養(yǎng)化狀態(tài)。典范對應分析表明，各站點與TN、NH3-N、DO及TP關系較緊密，主要浮游植物中多數藍藻與TN呈明顯正相關。浮游植物群落結構特點與海子湖狹長形地形、進水口產生的水動力學特征以及沿岸較多人為因素干擾緊密相關。

關鍵詞：浮游植物；群落結構；環(huán)境因子；CCA；長湖海子湖

中圖分類號：Q178.1；Q948.8 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2014）19-4568-06

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2014.19.015

Community Structures of Phytoplankton in the Haizi Lake， Changhu Lake

and Associated Environmental Factors

CHAI Yi1，2， PENG Ting1， LI Hao-Cheng1，2， GUO Kun1， HE Yong-Feng2， YANG De-Guo2

（1. College of Animal Science， Yangtze University， Jingzhou 434025， Hubei， China；2. Chinese Academy of Fishery Science/ Key Laboratory of Freshwater Biodiversity Conservation，Ministry of Agriculture， Wuhan 430223， China）

Abstract： Community structure of phytoplankton and the associated environmental factors were investigated in the Haizihu Lake， Changhu Lake in July of 2012. Thei relationships with environmental factors were analysed with Canonical Correspondence Analysis. The results showed that 51 species （genera） of phytoplankton were identified. Chlorophyta（45.10%） was the most， following by Cyanophyta（29.41%）and Bacillariophyta（13.73%）. The ratio of Euglenophyta， Pyrrophyta and Cryptophyta was less than 2%. There were 8 dominant species and the dominancy of Oscillatoria amphibia was the most. The phytoplankton density was varied from 239.01×105 to 575.20×105 cells/L， with the average of 385.86×105 cells/L. According to the species composition，density level，biodiversity index and evenness index， the nutrition of water was in eutrophic and heavy eutrophic state. Canonical correlation analysis （CCA） indicated that the TN， NH3-N， DO and TP were the main environmental factors. Most of Cyanophyta was a great demand for TN. Community structures of phytoplankton were affected by geographical feature， human activities and the hydrodynamic features.

Key words： phytoplankton；community structure； environmental factors； canonical correspondence analysis；Haizihu Lake of； Changhu Lake

長湖位于江漢平原四湖流域上游，是湖北省第三大天然淡水湖泊，可分為海子湖、廟湖、馬洪臺和圓心湖四個區(qū)域，農業(yè)部于2010年正式下文批準在長湖建立了國家級水產種質資源保護區(qū)（編號：4204）[1-3]。海子湖區(qū)域位于長湖西部，屬長湖的外圍水體，為狹長形湖灣，受人為因素干擾較多。目前圍繞長湖的研究主要是水生植物及水體理化因子等相關研究，還缺乏較深入的水生生物及水環(huán)境質量研究[4-6]。浮游植物是水生態(tài)系統(tǒng)中最重要的初級生產者，也是水環(huán)境質量的重要指示生物，其種類組成結構被認為是水生態(tài)系統(tǒng)的自然生物指示劑，能迅速反映環(huán)境條件的變化，常作為評價和監(jiān)測水環(huán)境的重要指標[7-9]。典范對應分析（Canonical Correspondence Analysis， CCA）是分析浮游植物群落與環(huán)境因子間復雜關系的工具，能夠同時結合多個環(huán)境因子應用于多因子作用下的浮游植物群落[10，11]。本研究針對2012年長湖海子湖夏季浮游植物及主要水環(huán)境因子進行調查，分析浮游植物種類組成、空間分布及其與主要水體理化指標的相關性，對長湖海子湖進行水質綜合評價，為該濕地水環(huán)境管理和健康濕地系統(tǒng)構建提供依據，也為深入研究長湖浮游生態(tài)系統(tǒng)提供基礎資料。

1 材料與方法

1.1 采樣時間與地點

根據海子湖區(qū)域環(huán)境特征共設置了9個采樣點：H1、H2、H3、H4、H5、H6、H7、H8、H9（圖1、圖2），其中在5個進水口（雙橋口、橋河口、代家洼、吳家洼和關沮口）附近分別設置了采樣點。于2012年7月21～27日在各個采樣點采集水樣。

1.2 樣品采集與處理

浮游植物定性樣本用淺水Ⅲ型浮游生物網自底至表垂直拖網采集，定量樣本用采水器采集1 L水樣，加入5%福爾馬林溶液固定，在實驗室濃縮沉淀。浮游植物樣本在顯微鏡下進行鑒定和計數。水溫（Temperature）用YSI水質儀現場測定；透明度（Secchidisk depth， SD）用薩克斯盤測定；溶解氧（Dissoved oxygen， DO）用碘量法；水化指標總磷（Total phosphate， TP）、總氮（Total nitrogen， TN）、正磷酸（Orthophosphate， PO43--P）、硝氮（Nitrate nitrogen， NO3--N）、亞硝氮（Nitrite nitrogen， NO2--N）、氨氮（Ammonia nitrogen， NH3-N）按照國家水質標準方法GB3828-2002進行測量。

1.3 浮游植物群落結構參數

浮游植物群落的各項生態(tài)指數分別采用下列公式計算：

優(yōu)勢度指數Y=（ni/N）·fi

Shannon-Weaver多樣性指數H′=-Σ（ni/N）log2（ni/N）

均勻度指數J′=H′/log2S

式中，N為所有物種的個體總數，S為浮游植物的物種數，ni為第i種的個體總數，fi為第i種藻類在各站點出現的頻率。將優(yōu)勢度Y>0.02的藻類定為優(yōu)勢種。參照沈韞芬[12]的標準：H′=0～1為重污染，1～3為中污染（其中1～2為α-中污染，2～3為β-中污染），>3為輕污染或無污染；J′<0.3為重污染，0.3～0.5為中污染，>0.5為輕污染或無污染。

參照湖泊富營養(yǎng)化評價標準[13]，藻類豐度大于107cells/L時為重富營養(yǎng)化程度，5×106～107 cells/L之間時為富營養(yǎng)，5×105 ～106 cells/L之間時為中營養(yǎng)，小于5×105 cells/L時為貧營養(yǎng)。

1.4 數據處理

試驗數據使用Microsoft Office Excel 2007進行基礎計算，數據采用SAS V9.13進行分析；CCA采用Canocial Windows 4.5制圖分析。

2 結果與分析

2.1 浮游植物的種類組成及優(yōu)勢種

2012年7月21～27日對長湖海子湖水域的調查結果見表1和圖3。由表1和圖3可知，共鑒定出浮游植物51種（含變種和變型），其中綠藻門（Chlorophyta）23種，占總數量的45.10%；藍藻門（Cyanophyta）11屬15種，占29.41%，硅藻門（Bacillariophyta）7屬7種，占13.73%；黃藻門（Xanthophyta）1屬3種，占5.88%；裸藻門（Euglenophyta）、甲藻門（Pyrrophyta）和隱藻門（Cryptophyta）各1種，均占1.96%。

如表2所示，2012年春季海子湖共有8種浮游植物優(yōu)勢種，其中兩棲顫藻（Oscillatoria amphibia）優(yōu)勢度最高，達0.51，其余7種優(yōu)勢種浮游植物的優(yōu)勢度均小于0.1。

2.2 浮游植物細胞豐度的平面分布

浮游植物細胞豐度平面分布見圖4。各站點細胞豐度均在107 cells/L以上，變化范圍為239.01×105～575.20×105 cells/L，平均值為385.86×105 cells/L。其中H3、H5和H9這三個站點的細胞豐度最高。

2.3 浮游植物多樣性及均勻度的平面分布

浮游植物多樣性指數和均勻度指數平面分布圖分別見圖5和圖6。根據多樣性指數平面分布圖可知，除H4站點屬輕污染或無污染狀態(tài)外，其余各點多樣性指數均處于2～3范圍內，屬β-中污染狀態(tài)。根據均勻度指數平面分布圖可知，僅H9站點均勻度指數處于0.3～0.5范圍內，屬中污染狀態(tài)，其余各站點均屬輕污染或無污染狀態(tài)。

2.4 浮游植物群落結構與環(huán)境因子的典范對應分析

共選取磷酸鹽（PO43--P）、亞硝酸鹽氮（NO2--N）、總磷（TP）、總氮（TN）、溶氧（DO）、總懸浮物（TSS）、氨氮（NH3-N）、化學需氧量（COD）和葉綠素（Chla）共9個水質參數與浮游植物進行典范對應分析（CCA）。

2012年夏季海子湖各采樣點與主要環(huán)境因子的CCA排序圖見圖7。H1、H2、H6和H8站點與TN關系緊密；H7站點與NH3-N關系緊密；H9站點受DO影響較大；H5站點受TP影響較大。其余各站點受水環(huán)境因子影響較小。

根據浮游植物的出現頻率和相對豐度，選用19種主要浮游植物種類用于CCA，浮游植物代碼見表3。

由圖8浮游植物種類與環(huán)境因子的CCA的排序可知：平裂藻（Merismopedia）、顫藻（Oscillatoria）、色球藻（Chroococcus）、小環(huán)藻（Cyclotella）、小球藻（Chlorella）和柵藻（Scenedesmus）受TN影響較大；裸藻（Euglena）與COD關系緊密；席藻（Phormidium）、黃絲藻（Tribonema）、十字藻（Crucigenia）和纖維藻（Ankistrodesmus）與DO關系較緊密；藍纖維藻（Dactylococcopsis）與PO43--P關系緊密。

3 討論

3.1 浮游植物的種類組成及優(yōu)勢種

浮游植物種類組成、數量變化與水體富營養(yǎng)化程度密切相關[14]。此次調查結果顯示，共鑒定出51種（含變種和變型）浮游植物，其中綠藻門占45.10%，裸藻門、甲藻門和隱藻門所占比例均小于2%。表明浮游植物種類組成較單一，結構穩(wěn)定性較差。

此次共鑒定出8種浮游植物優(yōu)勢種，兩棲顫藻的優(yōu)勢度最高，為0.51。表明優(yōu)勢度高度集中，多樣性較差。優(yōu)勢種中的兩棲顫藻、針狀藍纖維藻、兩棲顫藻、湖泊色球藻、微小平裂藻和小球藻均是富營養(yǎng)化程度較高水體中的常見種[15-17]。表明海子湖水體中浮游植物群落結構不穩(wěn)定，水體中發(fā)生水華的風險較高[18]。

3.2 浮游植物群落結構特征

參照湖泊富營養(yǎng)化評價標準[13]，依據浮游植物豐度水平對水體進行評價，海子湖各站點細胞豐度均在107 cells/L以上，可以認為2012年夏季長湖海子湖處于重度富營養(yǎng)化狀態(tài)。

浮游植物群落是否穩(wěn)定與多樣性和均勻度關系緊密，多樣性指數和均勻度指數越高，群落越穩(wěn)定[19，20]。此次調查結果發(fā)現運用多樣性指數和均勻度指數對2012年夏季海子湖的評價結果并不完全一致：多樣性指數評價中發(fā)現絕大多數站點屬于β-中污染狀態(tài)，而均勻度指數評價中發(fā)現絕大多數站點屬輕污染或無污染狀態(tài)。有研究[21，22]表明，浮游植物群落結構的影響因素有很多，如水流、水草、水深等理化特征，且中等程度的干擾反而會增加群落的多樣性，因此必須結合多個指標綜合評價，單一評價指標可能會導致較大誤差。因此在此次調查中，也必須結合多個浮游植物群落特征指標如種類組成、豐度、均勻度、多樣性等綜合評價。

3.3 主要環(huán)境因子與浮游植物的關系

CCA排序主要是分析不同物種對環(huán)境的需求，能很好的再現物種分布與其生態(tài)環(huán)境的內在關系，使物種在空間中得到很好的生態(tài)分化[10]。此次對站點與主要環(huán)境因子的CCA分析表明，浮游植物群落格局受多個環(huán)境因子的影響，其中與TN、NH3-N、DO及TP有較大相關性。這與海子湖狹長形地形、5個主要進水口相連產生的水動力學特征且沿岸人為干擾因素較多有關。19種浮游植物種類與環(huán)境因子的CCA分析表明，多數藍藻（平裂藻、顫藻、色球藻）與TN關系較緊密。浮游植物的生長比較合適的氮磷比為16，當超出該氮磷比范圍時，會出現生長受氮或磷限制。從此次調查結果的浮游植物種類和豐度水平來看，海子湖氮磷比在合適的范圍之內。

影響浮游植物群落的環(huán)境因子較多，除了一般的理化因子外，其他如溫度、降水量及水生生物種間作用等均會對浮游植物群落產生影響。以后的研究中應盡量結合多個環(huán)境因子進行全面分析，摸清浮游植物群落的變化規(guī)律及主要的驅動因子。

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浮游植物種類組成、數量變化與水體富營養(yǎng)化程度密切相關[14]。此次調查結果顯示，共鑒定出51種（含變種和變型）浮游植物，其中綠藻門占45.10%，裸藻門、甲藻門和隱藻門所占比例均小于2%。表明浮游植物種類組成較單一，結構穩(wěn)定性較差。

此次共鑒定出8種浮游植物優(yōu)勢種，兩棲顫藻的優(yōu)勢度最高，為0.51。表明優(yōu)勢度高度集中，多樣性較差。優(yōu)勢種中的兩棲顫藻、針狀藍纖維藻、兩棲顫藻、湖泊色球藻、微小平裂藻和小球藻均是富營養(yǎng)化程度較高水體中的常見種[15-17]。表明海子湖水體中浮游植物群落結構不穩(wěn)定，水體中發(fā)生水華的風險較高[18]。

3.2 浮游植物群落結構特征

參照湖泊富營養(yǎng)化評價標準[13]，依據浮游植物豐度水平對水體進行評價，海子湖各站點細胞豐度均在107 cells/L以上，可以認為2012年夏季長湖海子湖處于重度富營養(yǎng)化狀態(tài)。

浮游植物群落是否穩(wěn)定與多樣性和均勻度關系緊密，多樣性指數和均勻度指數越高，群落越穩(wěn)定[19，20]。此次調查結果發(fā)現運用多樣性指數和均勻度指數對2012年夏季海子湖的評價結果并不完全一致：多樣性指數評價中發(fā)現絕大多數站點屬于β-中污染狀態(tài)，而均勻度指數評價中發(fā)現絕大多數站點屬輕污染或無污染狀態(tài)。有研究[21，22]表明，浮游植物群落結構的影響因素有很多，如水流、水草、水深等理化特征，且中等程度的干擾反而會增加群落的多樣性，因此必須結合多個指標綜合評價，單一評價指標可能會導致較大誤差。因此在此次調查中，也必須結合多個浮游植物群落特征指標如種類組成、豐度、均勻度、多樣性等綜合評價。

3.3 主要環(huán)境因子與浮游植物的關系

CCA排序主要是分析不同物種對環(huán)境的需求，能很好的再現物種分布與其生態(tài)環(huán)境的內在關系，使物種在空間中得到很好的生態(tài)分化[10]。此次對站點與主要環(huán)境因子的CCA分析表明，浮游植物群落格局受多個環(huán)境因子的影響，其中與TN、NH3-N、DO及TP有較大相關性。這與海子湖狹長形地形、5個主要進水口相連產生的水動力學特征且沿岸人為干擾因素較多有關。19種浮游植物種類與環(huán)境因子的CCA分析表明，多數藍藻（平裂藻、顫藻、色球藻）與TN關系較緊密。浮游植物的生長比較合適的氮磷比為16，當超出該氮磷比范圍時，會出現生長受氮或磷限制。從此次調查結果的浮游植物種類和豐度水平來看，海子湖氮磷比在合適的范圍之內。

影響浮游植物群落的環(huán)境因子較多，除了一般的理化因子外，其他如溫度、降水量及水生生物種間作用等均會對浮游植物群落產生影響。以后的研究中應盡量結合多個環(huán)境因子進行全面分析，摸清浮游植物群落的變化規(guī)律及主要的驅動因子。

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浮游植物種類組成、數量變化與水體富營養(yǎng)化程度密切相關[14]。此次調查結果顯示，共鑒定出51種（含變種和變型）浮游植物，其中綠藻門占45.10%，裸藻門、甲藻門和隱藻門所占比例均小于2%。表明浮游植物種類組成較單一，結構穩(wěn)定性較差。

此次共鑒定出8種浮游植物優(yōu)勢種，兩棲顫藻的優(yōu)勢度最高，為0.51。表明優(yōu)勢度高度集中，多樣性較差。優(yōu)勢種中的兩棲顫藻、針狀藍纖維藻、兩棲顫藻、湖泊色球藻、微小平裂藻和小球藻均是富營養(yǎng)化程度較高水體中的常見種[15-17]。表明海子湖水體中浮游植物群落結構不穩(wěn)定，水體中發(fā)生水華的風險較高[18]。

3.2 浮游植物群落結構特征

參照湖泊富營養(yǎng)化評價標準[13]，依據浮游植物豐度水平對水體進行評價，海子湖各站點細胞豐度均在107 cells/L以上，可以認為2012年夏季長湖海子湖處于重度富營養(yǎng)化狀態(tài)。

浮游植物群落是否穩(wěn)定與多樣性和均勻度關系緊密，多樣性指數和均勻度指數越高，群落越穩(wěn)定[19，20]。此次調查結果發(fā)現運用多樣性指數和均勻度指數對2012年夏季海子湖的評價結果并不完全一致：多樣性指數評價中發(fā)現絕大多數站點屬于β-中污染狀態(tài)，而均勻度指數評價中發(fā)現絕大多數站點屬輕污染或無污染狀態(tài)。有研究[21，22]表明，浮游植物群落結構的影響因素有很多，如水流、水草、水深等理化特征，且中等程度的干擾反而會增加群落的多樣性，因此必須結合多個指標綜合評價，單一評價指標可能會導致較大誤差。因此在此次調查中，也必須結合多個浮游植物群落特征指標如種類組成、豐度、均勻度、多樣性等綜合評價。

3.3 主要環(huán)境因子與浮游植物的關系

CCA排序主要是分析不同物種對環(huán)境的需求，能很好的再現物種分布與其生態(tài)環(huán)境的內在關系，使物種在空間中得到很好的生態(tài)分化[10]。此次對站點與主要環(huán)境因子的CCA分析表明，浮游植物群落格局受多個環(huán)境因子的影響，其中與TN、NH3-N、DO及TP有較大相關性。這與海子湖狹長形地形、5個主要進水口相連產生的水動力學特征且沿岸人為干擾因素較多有關。19種浮游植物種類與環(huán)境因子的CCA分析表明，多數藍藻（平裂藻、顫藻、色球藻）與TN關系較緊密。浮游植物的生長比較合適的氮磷比為16，當超出該氮磷比范圍時，會出現生長受氮或磷限制。從此次調查結果的浮游植物種類和豐度水平來看，海子湖氮磷比在合適的范圍之內。

影響浮游植物群落的環(huán)境因子較多，除了一般的理化因子外，其他如溫度、降水量及水生生物種間作用等均會對浮游植物群落產生影響。以后的研究中應盡量結合多個環(huán)境因子進行全面分析，摸清浮游植物群落的變化規(guī)律及主要的驅動因子。

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