陳延松，劉 寧，趙秀俠，張龍江，趙志強，唐曉燕，劉臣煒

（1.合肥師范學院，安徽 合肥230601；2.南京大學，江蘇 南京210093；3.安徽省農(nóng)業(yè)科學院，安徽 合肥230031；4.中國環(huán)境保護部 南京環(huán)境科學研究所，江蘇 南京210042）

環(huán)境因子與浮游植物群落關系密切，浮游生物的種類組成、數(shù)量分布及其統(tǒng)計指標，在一定程度上可反映某水域生態(tài)環(huán)境的基本特征（Lepist?et al.，2004）。通過揭示影響水生生態(tài)系統(tǒng)的主導因子可對制定湖泊或河流流域水生生態(tài)管理策略提供科學依據(jù)（蘇玉等，2011）。典范對應分析（CCA）是一種非線性的分析方法，它在湖泊及河流浮游生物的群落生態(tài)學研究中被廣泛應用（Hansel－Welch et al.，2003；Dejen et al.，2004；蘇玉等，2011；田永強等，2012）。它結合了對應分析與多元回歸分析方法（Ter Braak，1986），并可同時結合多種環(huán)境因子，從而在同一排序圖上能夠更加全面地反應浮游植物群落與環(huán)境因子的關系，且結果明確直觀，是分析生物群落與環(huán)境因子間復雜關系的有效工具（石曉丹等，2008）。

蘇州七浦塘是蘇州陽澄水網(wǎng)中陽澄湖與長江之間的一條重要通江河道，位于蘇州市東北部，西起陽澄湖，向東流經(jīng)常熟、昆山、太倉三市，于太倉七丫口入長江。陽澄湖是蘇州地區(qū)重要的綜合水源，也是昆山市區(qū)惟一飲用水源地的補給水源，對當?shù)厝嗣裆?、社會工農(nóng)業(yè)和漁業(yè)等起著關鍵作用（翁建中等，2009）。為了實現(xiàn)提高陽澄淀泖區(qū)防洪能力、陽澄湖飲用水源地的水質、河網(wǎng)水體流動性及區(qū)域水環(huán)境容量等目標，蘇州市實施了七浦塘整治工程。七浦塘河道所連接的重要水體陽澄湖及長江的水質生態(tài)環(huán)境、浮游植物群落及其兩者之間的關系已有一些文獻報道（石曉丹等，2008；翁建中等，2009；徐恒省等，2011），但七浦塘主河道和入江口緩沖帶以及陽澄湖的浮游植物群落結構特征空間變化未見報道。本研究試圖通過對七浦塘主河道及其連接水體的浮游植物群落結構特征比較，揭示七浦塘流域浮游植物群落在水平格局上的變化規(guī)律；結合主成分分析（PCA）與典范對應分析（CCA）探討浮游植物群落特征與主要環(huán)境因子的相關性，為利用浮游植物進行水質監(jiān)測提供基礎數(shù)據(jù)，為七浦塘整治工程生態(tài)與環(huán)境影響評價提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 調查區(qū)域與樣點設置

調查區(qū)域西起陽澄湖向東流經(jīng)常熟、昆山與太倉市入長江，河道全線長為43.84km，自陽澄湖至七浦塘共布設10個樣點，樣點共包括3類區(qū)域，即陽澄湖（F1、F2與F3）、七浦塘主河道（F4、F5、F6與F7）及七浦塘入長江口（F8、F9與F10）。樣點分布詳見圖1。調查時間為2011年9月1－5日。

1.2 樣品采集與處理

采樣層：陽澄湖及七浦塘河道采樣點水深均小于3m，依據(jù)淡水生物資源調查技術規(guī)范，作中層采樣。

樣本采集與固定：以25號浮游生物網(wǎng)（孔徑64 μm）在中層水體呈“∞”字形撈取3－5分鐘，并將濾取的樣本放入標本瓶中，加4%的甲醛溶液固定，重復三次，帶回實驗室鏡檢鑒定（章宗涉等，1991；周鳳霞等，2005；胡鴻鈞等，2006）。

1.3 環(huán)境因子測定

依據(jù)《水和廢水監(jiān)測分析方法（第四版）》（國家環(huán)境保護總局，2002）與《中華人民共和國地表水環(huán)境質量標準（GB3838－2002）》進行水樣采集、保存與測定，水質指標包括水溫（WT）、酸堿度（pH）、懸浮物（SS）、溶解氧（DO）、氨氮（NH3－N）、總氮（TN）、總磷（TP）、氮磷比（N／P）、高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）、化學需氧量（COD）及葉綠素a（Chla），共11項指標。

圖1 七浦塘浮游植物監(jiān)測點位圖

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

依據(jù)胡鴻鈞等（2006）研究方法，用計數(shù)框行格法計數(shù)水樣中浮游植物的個數(shù)，計算浮游植物密度（ind·L－1）。

物種多樣性、豐富度及均勻度按下述方法進行：

物種多樣性的計算采用Shannon－Weaver指數(shù)（H）（1963），其計算公式為：

物種豐富度指數(shù)（D）采用 Margalef（1968）的計算公式：

物種均勻度指數(shù)（J）采用Pielou（1966）的計算公式：

式中：N為某站點浮游動物總個體數(shù)；S為浮游植物種類總數(shù)；ni＝第i種的個體數(shù)量；Pi為第i種的個體數(shù)與樣品中的總個數(shù)的比值（ni／N）；fi＝某種生物的出現(xiàn)頻率（%）。

基于Microsoft Office Excel 2007及SPSS 13.0for Windows軟件，對該流域內三類采樣區(qū)域間浮游植物群落特征與環(huán)境因子進行差異顯著性分析。采用Canoco for Windows 4.5軟件對物種數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)進行典范對應分析（CCA），物種數(shù)據(jù)根據(jù)浮游植物豐度指標入選矩陣（Flores et al.，1998），環(huán)境數(shù)據(jù)根據(jù)主成分分析（PCA）結果入選矩陣，兩類矩陣數(shù)據(jù)均經(jīng)過lg（x＋1）轉換，排序結果用物種－環(huán)境因子關系的雙序圖表示（Ng et al.，2003）。

2 結果與分析

2.1 浮游植物群落種類組成

調查水域共檢出浮游植物57屬113種，其中綠藻門的種類最多，有29屬58種，占51.33%；硅藻門次之，有10屬20種，占17.70%；裸藻門5屬17種，占15.04%；藍藻門9屬12種，占10.62%；甲藻門3屬4種，占3.54%，隱藻門1屬2種，占1.77%。

從圖2可以看出，點位F1、F9浮游植物種類較少，為29種；點位F2、F10與F7浮游植物種類較為豐富，分別為51種、50種和49種。其他各監(jiān)測位點浮游植物種類數(shù)在32－46種之間。各監(jiān)測點位浮游植物種類組成均表現(xiàn)為以綠藻種類多，硅藻、藍藻及裸藻類次之，甲藻及隱藻類較少或未見。從總體來看，陽澄湖內與七浦塘入江口的浮游植物平均種類數(shù)幾為相等，為40種，但七浦塘河道浮游植物平均種類數(shù)為43種，略高于陽澄湖內及七浦塘入江口。方差分析表明，三個區(qū)域在浮游植物組成上不存在顯著性差異（F＝2.20，p＝0.19）。單因素方差分析（ANOVA）表明，除懸浮物外，其他10項環(huán)境因子指標值在三類區(qū)域（陽澄湖、七浦塘主河道及七浦塘入江口）間均存在顯著性差異，見表1。

圖2 七浦塘不同監(jiān)測點位浮游植物種類組成

表1 七浦塘流域環(huán)境因子變量比較（平均數(shù)±標準誤）

圖3 七浦塘不同區(qū)域浮游植物密度不同字母表示差異顯著（p＜0.05）

2.2 浮游植物豐度

調查水域內，浮游植物豐度水平分布呈現(xiàn)不均勻性，浮游植物的豐度范圍為6.64～83.86×105ind·L－1。浮游植物數(shù)量密集區(qū)出現(xiàn)在F3、F1與F6點位，分別達到83.86×105ind·L－1、69.00×105ind·L－1與57.06×105ind·L－1；F8與F9點位浮游植物豐度最低，分別為16.64×105ind·L－1和18.49×105ind·L－1?？傮w而言，陽澄湖內浮游植物豐度較高，平均達66.97×105ind·L－1，七浦塘主河道次之，平均為48.93×105ind·L－1，七浦塘入江口最低，平均為24.07×105ind·L－1。方差分析表明，該流域三類區(qū)域之間，陽澄湖點位浮游植物平均豐度與七浦塘入江口浮游植物平均豐度存在顯著差異（F＝3.83，p＝0.03），見圖3。

2.3 浮游植物群落結構特征

浮游植物群落的各種參數(shù)變化可以在一定程度上反映出水域環(huán)境變化的狀況，也可以作為環(huán)境質量評價的依據(jù)。由表2可見，調查水域浮游植物多樣性指數(shù)（H）范圍為1.48～3.32，豐富度指數(shù)（D）為1.67～4.60，均勻度指數(shù)（J）為0.45～0.81。優(yōu)勢度分析顯示，各監(jiān)測點位的優(yōu)勢種存在一定差異性。其中，F(xiàn)6與F7點位豐富度指數(shù)（D）、多樣性指數(shù)（H）和均勻度指數(shù)（J）均較高，主要優(yōu)勢種為Micractiniumbornhemiensis、Actinastrumfluviatile及Planktonsphaeriagelatinosa等綠藻門大型藻；七浦塘入江口F10點位多樣性指數(shù)（H）偏低，均勻度指數(shù)（J）也較低，物種分布不均勻，優(yōu)勢種為Microcystisaeruginsa和Coelosphaerium kützingianum，陽澄湖內點位也出現(xiàn)了以藍藻門C.kützingianum與Oscillatoriafraca等種類以及硅藻門Melosiraspp.等占優(yōu)勢的多細胞、細胞直徑小的類群，使得這兩個區(qū)域內浮游植物總體密度呈現(xiàn)較高狀態(tài)，但這兩個區(qū)域的葉綠素a總體含量水平卻都低于河道點位，見表1。

表2 七浦塘不同監(jiān)測點位浮游植物群落結構指數(shù)

2.4 浮游植物與主要環(huán)境因子的關系

根據(jù)浮游植物出現(xiàn)頻率和相對豐度，選取了17種優(yōu)勢浮游植物用于CCA分析，借于SPSS 13.0 for Windows因子分析，對測定的11項環(huán)境因子指標進行主成分分析（PCA），選取特征值 ＞1的第一主成分、第二主成分及第三主成分為主成分因子，其累積方差貢獻率為91.4%，并篩選出因子載荷率絕對值大于0.75的水溫（WT）、懸浮物（SS）、溶解氧（DO）、氨氮（NH3－N）、總氮（TN）、總磷（TP）、高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）及化學需氧量（COD）等8個主要水環(huán)境因子用于CCA分析。CCA分析結果顯示，第一與第二排序軸的特征值分別為0.519和0.361，物種－環(huán)境與之的相關系數(shù)分別為0.998和0.999。物種變異積累百分數(shù)分別為24.9% 和42.3%；物種－環(huán)境變異積累百分數(shù)分別為29.4%和49.8%。Monte Carlo檢驗表明，水溫（WT）、氨氮（NH3－N）、總氮（TN）、總磷（TP）及高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）是影響蘇州七浦塘浮游植物群落的主要環(huán)境因子。

3 討論

蘇州七浦塘流域浮游植物群落群落結構存在顯著的空間差異性。夏秋之交，各監(jiān)測點位浮游植物種類組成總體表現(xiàn)為以綠藻種類多，硅藻、藍藻及裸藻類次之，甲藻及隱藻類較少或未見的種類組成特征。浮游植物的數(shù)量分布與優(yōu)勢種及其優(yōu)勢度分析表明，在陽澄湖區(qū)、七浦塘主河道及七浦塘入江口區(qū)浮游植物群落結構存在顯著差異，平均細胞數(shù)量分別達到66.97×105ind·L－1、48.93×105ind·L－1及24.07×105ind·L－1；在陽澄湖區(qū)及七浦塘入江口區(qū)表現(xiàn)出了以藍藻類占明顯優(yōu)勢的群落特征，而在七浦塘主河道則表現(xiàn)出以大型綠藻類為主要優(yōu)勢種的浮游植物群落。

Plankton Ecology Group（PEG）模式描述了淡水中浮游植物群落季節(jié)律動規(guī)律（Sommer et al.，1986），即：浮游植物群落演替大概是從冬季的隱藻和硅藻轉變?yōu)橄募镜木G藻，夏末則以藍藻占優(yōu)勢。本研究結果表明，該流域浮游植物群落優(yōu)勢種表現(xiàn)出水平格局上一定程度的分化，但是從整體看，各點位浮游植物群落的種類組成及優(yōu)勢種分布規(guī)律在時間上還是表現(xiàn)出與PEG模式基本相符合的夏秋之交的浮游植物群落階段特征。然而，造成七浦塘流域不同區(qū)域浮游植物群落結構分化的原因很可能與該流域不同區(qū)域的水體理化特性、人為干擾、浮游動物等諸多環(huán)境要素密切相關。

有研究表明，水體的富營養(yǎng)化程度與水體的理化因子及生物因子等各種環(huán)境要素密切相關（張乃群等，2006）。不同營養(yǎng)狀態(tài)水域中分布的浮游藻類種類存在較大差異，常將浮游藻類的優(yōu)勢種作為綜合分析某水體營養(yǎng)狀態(tài)的一個指標（Coste et al.，1991；Prygiel，1991；趙臻彥等，2005），因為浮游藻類能快速對環(huán)境的變化做出反應，并且通過它們監(jiān)測水質簡單方便，因此其檢測水質的的應用范圍較廣（Nwankwo et al.，1992）。翁建中等人通過對陽澄湖湖體2002至2007年浮游植物的優(yōu)勢種組成與數(shù)量分析認為，該水體處于輕度富營養(yǎng)化狀態(tài)，并存在逐年加劇的趨勢（翁建中等，2009）。本研究結果顯示，從浮游植物種類組成來看，各監(jiān)測點位均以綠藻類占優(yōu)勢；從優(yōu)勢種及其優(yōu)勢度分析結果來看，陽澄湖區(qū)與七浦塘入江口區(qū)以藍藻類占優(yōu)勢表現(xiàn)明顯。說明近年來蘇州七浦塘流域在夏秋之交時，呈現(xiàn)出以藍藻及綠藻類浮游植物占優(yōu)勢的浮游植物群落，已發(fā)展為富營養(yǎng)型水體（趙臻彥等，2005）。

湖泊及河流等水體的浮游植物群落結構及其動態(tài)演替規(guī)律是受多個環(huán)境因子在時間和空間序列上共同作用的結果（Reynolds，1998）。由該水體浮游植物優(yōu)勢種與主要環(huán)境因子CCA分析得出的雙軸排序圖4可以看出，在第一排序軸上，浮球藻P.gelatinosa與總氮（TN）、氨氮（NH3－N）具有較高的正相關性；四尾柵藻S.quadricauda與總磷（TP）及氨氮（NH3－N）具有較高的正相關性；固氮魚腥藻A.azotica與水溫（WT）具有較好的正相關性。斷裂顫藻O.fraca、近旋顫藻O.subcontorta及華麗四星藻T.elegans與高錳酸鹽指數(shù)具有較高的正相關性。在第二排序軸上，斷裂顫藻O.fraca、近旋顫藻O.subcontorta及華麗四星藻T.elegans與高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）具有較好的正相關性；而居氏腔球藻C.kützingianum、銅綠微囊藻M.aeruginsa、點形平列藻M.punctana及細小平裂藻M.minima與懸浮物（SS）存在正相關性。另外，位于物種－環(huán)境雙序圖中心位置且具有較高豐度的變異直鏈藻M.varians、顆粒直鏈藻M.granulata、顆粒直鏈藻極狹變種M.granulatavar.angustissima及嚙噬隱藻C.erosa則可看作是對多變環(huán)境的廣適種（石曉丹等，2008），有研究表明，較高的水溫有利于綠藻和藍藻的生長（Nalewajko，2001）。藍藻生長最適溫度為25－35℃，在較高的水體溫度下，容易發(fā)展成為優(yōu)勢種（Konopka et al.，1978；Robarts et al.，1987）。綠藻常對高錳酸鹽指數(shù)及氮磷富營養(yǎng)狀態(tài)水體具有較高的耐受限度，也易演替為優(yōu)勢種。所以，在夏秋交替季節(jié)，從陽澄湖經(jīng)七浦塘主河道至入江口范圍內，由于水體溫度與富營養(yǎng)狀態(tài)及其配置的空間異質性，導致七浦塘流域水體在不同區(qū)域出現(xiàn)了以不同藍綠藻組合為主要優(yōu)勢種組的浮游植物群落。石曉丹等人對蘇州平原河網(wǎng)區(qū)57個淺水湖泊的浮游植物群落結構及其與環(huán)境因子的典范對應分析認為，pH、水溫（WT）、高錳酸鹽指數(shù) （CODMn）、氨氮 （NH3－N）、硝 態(tài) 氮 （NO3－－N）、總磷（TP）和總氮（TN）是影響蘇州平原河網(wǎng)區(qū)淺水湖泊浮游植物群落分布的主要環(huán)境因子（石曉丹等，2008）。本研究結果顯示，水體溫度（WT）、總氮（TN）、氨氮（NH3－N）、總磷（TP）及高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）等環(huán)境因子是七浦塘流域夏秋之交浮游植物群落的主要限制因子，也是造成該流域浮游植物群落結構水平分化的主要環(huán)境要素。

圖4 七浦塘浮游植物優(yōu)勢種與環(huán)境因子之間CCA排序圖

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