陳曉江　楊劼　杜桂森　劉波

摘要：本研究旨在分析作為旅游景點的海子水庫的浮游植物群落組成、多樣性與水質(zhì)關系。分別于2009年和2010年的5月、8月、10月進行了野外生態(tài)調(diào)查。通過實驗室內(nèi)鏡檢的方法，共鑒定出藻類6門74種。綠藻門藻類有20屬45種，占鑒定出的藻類總種類數(shù)的60.81%，其次是藍藻門有9屬11種，占14.86%。海子水庫北湖采樣點與南湖采樣點相比具有更高的豐富度、豐度和生物量，特別是在夏季期間觀察到的更明顯。鏈絲藻（Hormidium flaccidum）、優(yōu)美裂面藻（Merismopedia elegans）、點形裂面藻（Merismopedia punctata）、純頂螺旋藻（Spirulina platensis）、中華尖頭藻（Merismopedia sinica）、二角盤星藻（Pediastrum duplex）、尖針桿藻（Synedra acus.）、顆粒直鏈藻極狹變種（Melosira granulata var. angustissima）、盾形多甲藻（Peridinium umbonatum）數(shù)量上占優(yōu)勢。根據(jù)藻類密度值與營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)值，海子水庫水體夏季為富營養(yǎng)化水體。相關分析表明浮游植物生物量受限于電導率（P<0.05）。在水生態(tài)系統(tǒng)中的浮游植物多樣性有突出的生態(tài)作用，因此，采取保護水庫區(qū)域水生生物群落動態(tài)平衡及減少污染的環(huán)境方案，可以盡量減少截斷水循環(huán)的大壩給水生態(tài)系統(tǒng)帶來的負面影響。

關鍵詞：海子水庫；浮游植物；群落結(jié)構(gòu)；環(huán)境保護；富營養(yǎng)化

中圖分類號：X826 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）22-5579-05

Abstract： This study aimed to analyze the community structure， diversity and ecological attributes of the phytoplankton in the Haizi reservoir. Fieldwork was carried out in May， August and October of 2009 and 2010. A total of 74 species belonging to 6 phyla were identified through laboratory microscopical examination method. Chlorophyta was the most group （45 species of 20 genera， 60.81% of the total identified phytoplankton）， and Cyanophyta was the second （11 species of 9 genera， 14.86% of the total identified phytoplankton）. Higher richness， abundance and biomass were observed in the Beihu of dam of Haizi reservoir when compared with the Nanhu of Haizi reservoir sampling point， especially during summer period. Hormidium flaccidum， Merismopedia elegans， Merismopedia punctata， Spirulina platensis and Merismopedia sinica， Pediastrum duplex， Synedra acus， Melosira granulata var. angustissima， Peridinium umbonatum dominated numerically. According to the density of algae and trophic level index（EI）， Haizi reservoir is eutrophic water. The correlation analysis showed that the biomass of phytoplankton is limited by electrical conductivity（P<0.05）. In aquatic ecosystem， the phytoplankton diversity has prominent ecological role. Therefore， community dynamic balance and reduction of pollution environmental protection in reservoir area could minimize the negative impact of dam in water ecosystem.

Key words： Haizi reservoir； phytoplankton； community structure； environmental protection； eutrophication

濕地是地球上最重要的自然資源和生態(tài)系統(tǒng)，對人類社會可持續(xù)發(fā)展具有不可替代的綜合功能[1]。水庫是重要的人工濕地，是為了調(diào)節(jié)水資源的時空分布而人為建造的湖泊，它和自然形成的湖泊一樣具有湖泊效應，對水庫周邊的區(qū)域氣候環(huán)境及區(qū)域生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響，并且改變該區(qū)域環(huán)境生態(tài)狀況[2]。所以有必要對水庫水環(huán)境進行生態(tài)監(jiān)測，而在一般意義上的水質(zhì)監(jiān)測是水質(zhì)化學指標監(jiān)測及微生物學方面的監(jiān)測，浮游植物作為淡水生態(tài)系統(tǒng)中的初級生產(chǎn)者，群落組成的變化會影響整個水生態(tài)系統(tǒng)中食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)，同時淡水生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)、能量流動和信息傳遞也會發(fā)生相應的變化[3，4]。浮游植物大部分是單細胞生物，對環(huán)境條件的變化非常敏感，其組成群落結(jié)構(gòu)的變化是對水質(zhì)變化的一個很好的指示[5]，所以在水環(huán)境監(jiān)測中有著重要的作用。

位于北京市平谷區(qū)的海子水庫主要用作旅游和漁業(yè)養(yǎng)殖，多年來上游來水量減少，庫區(qū)生態(tài)補水量嚴重不足，水質(zhì)日益下降。鑒于海子水庫生態(tài)調(diào)查資料的稀少，項目組對水庫進行了系統(tǒng)的生態(tài)調(diào)查，通過對浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征進行分析研究，并結(jié)合常規(guī)調(diào)查的水質(zhì)物理化學指標，應用湖泊（水庫）營養(yǎng)狀態(tài)評價標準及分級方法[6]，對水庫現(xiàn)狀進行綜合分析和生態(tài)評價，以期為海子水庫管理提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

海子水庫（40°10′N，117°18′E，圖1）位于北京市平谷區(qū)東部海子村，三面環(huán)山，只有南面開闊，水域面積6.5 km2，總庫容量達1.2億m3，水庫始建于上世紀50年代，大壩位于海子村東側(cè)，水庫的西面，大壩上面建有仿古長廊，庫區(qū)形似海馬，在半山亭處分成北湖和南湖2個庫區(qū)[7]。水庫位于中國暖溫帶大陸性季風氣候區(qū)。

1.2 采樣與監(jiān)測參數(shù)設置

根據(jù)水庫生境特征以及《陸地生態(tài)系統(tǒng)水環(huán)境觀測規(guī)范》，在海子水庫的北湖與南湖設置2個采樣點（圖1），采樣時間根據(jù)北方氣候特點，分別在2009年和2010年的5月（春季）、8月（夏季）、10月（秋季）進行了共6次采樣。

監(jiān)測參數(shù)選擇水深、T（水溫）、SD（透明度）、浮游藻類、pH、ρ（電導率）、DO（溶解氧）、CODCr（化學需氧量）、BOD5（生化需氧量）、TN（總氮）、TP（總磷）、NH4-N（氨氮）、CODMn（高錳酸鹽指數(shù)）、chl-a（葉綠素a）和水體感官性狀等15項指標[8，9]。2009年至2010年，每季一次現(xiàn)場生態(tài)調(diào)查并同步進行水樣采集，在實驗室分別進行定性、定量測定。

1.3 樣品采集方法、保存和鑒定

采用25#浮游生物網(wǎng)在水體表面采集定性分析水樣，加入貼有標簽的50 mL樣品瓶中，滴入甲醛液固定，用作定性鑒定。用5 L采水器于水面下0.5 m處采集定量分析水樣1 L，加入貼有標簽的1.2 L樣品瓶中，滴入15 mL魯哥試劑固定，在平整的實驗臺上靜置30 h后，除掉上清液，濃縮至30 mL加入到有標簽的50 mL樣品瓶中，用作浮游植物的定量鑒定。定量鑒定時，顯微鏡計數(shù)時充分搖勻樣品水樣，用移液槍從樣品瓶中吸取0.1 mL水樣滴入計數(shù)框內(nèi)，采用視野法計數(shù)浮游植物各種（屬）的細胞數(shù)和個體數(shù)，發(fā)現(xiàn)定性鑒定中沒有的藻種，加記到定性統(tǒng)計表中。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

1.4.1 多樣性分析

（1）多樣性指數(shù)

（2）豐富度指數(shù)

Margalef指數(shù)[11]：d=（S-1）/log2N

（3）均勻度指數(shù)

Pielou指數(shù)[12]：J=H/lnS

式中，S為總種數(shù)，N為所有種個體總數(shù)，Pi第i種個體數(shù)量在總個體數(shù)量中的比例。H值0～1為重污染，1～3為中污染（其中1～2為α-中污，2～3為β-中污），>3為輕污染或無污染[13，14]。

1.4.2 統(tǒng)計分析 運用Excel 2010和SPSS 17.0軟件對測定數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征與密度動態(tài)

在海子水庫兩個樣點6次采樣中，鑒定的浮游植物共6門39屬74種，包括綠藻20屬45種，藍藻9屬11種，硅藻5屬8種，裸藻2屬7種，甲藻2屬2種和隱藻1屬1種。如圖2所示，綠藻種類數(shù)占所有藻類組成的60.81%，其次是藍藻（14.86%）。藍藻種類數(shù)少于綠藻種類，但是密度年均值是最高的（2009年占65.64%，2010年占57.36%）。2009年與2010年的水庫浮游植物群落構(gòu)成都是以綠藻和藍藻為優(yōu)勢，海子水庫生態(tài)類型為綠藻—藍藻型水庫。

2.2 浮游植物群落結(jié)構(gòu)時空分布特征

2.2.1 浮游植物優(yōu)勢種組成時空分布 庫區(qū)藍藻種類數(shù)在夏季最多，最高值是11種，其中有優(yōu)美裂面藻（Merismopedia elegans A. Braun）、點形裂面藻（Merismopedia punctata Meyen）、純頂螺旋藻（Spirulina platensis）、中華尖頭藻（Merismopedia sinica）、銅綠微囊藻（Microcystis aeruginosa Kutz.）、沼澤顫藻（Oscillatoria limnetical Lemm.）、針狀藍纖維藻（Dactylococcopsis acicularis）為優(yōu)勢種，春季種類較少（1-2種）；綠藻種類數(shù)夏、秋季節(jié)較多，峰值出現(xiàn)在2010秋季北湖采樣點，達25種，春季種類較少（7-18種），且浮游植物群落結(jié)構(gòu)2009與2010年差異性較顯著，2010年的物種數(shù)高于2009年。藻類組成在空間分布上也有顯著的差異性，北湖樣區(qū)藻類種類組成在2010年數(shù)量上高于南湖樣區(qū)，2009年藻類種類組成數(shù)量卻低于南湖樣區(qū)，水庫中浮游植物呈現(xiàn)空間分布的差異性，因為北湖庫區(qū)水面寬闊、庫岸線短，而南湖庫區(qū)狹長，支流多且?guī)彀毒€長，受地表徑流帶來的外源性營養(yǎng)面廣[15]。藻類這種顯著的時空動態(tài)變化，原因是浮游植物多為單細胞生物，對環(huán)境與氣候的變化有著特殊的敏感性，在短時間內(nèi)受影響較顯著。

2.2.2 浮游植物密度時空分布特征 分析海子水庫浮游植物密度數(shù)據(jù)，最大值為17 343.3×104 cells/L（2010年夏），最小值為670.68×104 cells/L（2010年春）（表2）。藻類總密度藍藻貢獻最大的是2009年夏季的北湖樣區(qū)，藍藻密度占92.57%（表2）。根據(jù)況琪軍等[16]提出的利用浮游植物細胞密度評價水質(zhì)的劃分標準，海子水庫春季和秋季水質(zhì)較好，為貧-中營養(yǎng)水體～中營養(yǎng)水體，夏季為中營養(yǎng)型水體～極富營養(yǎng)型水體，水質(zhì)差。海子水庫水質(zhì)2009年為中營養(yǎng)型，2010年為中-富營養(yǎng)型。

海子水庫浮游植物群落總體密度季節(jié)差異顯著，藻類總密度中夏季藍藻門占較高比例，遠大于硅藻和綠藻，這與藍藻生理特性有關，藍藻的DNA與光合作用系統(tǒng)的熱穩(wěn)定性等形成了高溫適應機制[17]，藍藻最適生長溫度為25～35 ℃[18]高于其他藻類，同時對高溫的耐受能力強于其他藻類。2009 年和2010年夏季采樣期間，海子水庫水溫在28 ℃左右，適合藍藻生長。同時海子水庫是旅游景點，在春季和秋季游客少，而夏季游客較多，對水體的干擾較大。在適宜的溫度，充足的營養(yǎng)鹽條件下，藍藻大量繁殖，使水庫藻類密度升高。藍藻細胞密度越高，水體富營養(yǎng)化程度也越高[19]。

2.3 水環(huán)境因子對浮游植物群落結(jié)構(gòu)的影響

對浮游植物與水質(zhì)理化指標進行相關性分析。海子水庫浮游植物密度（p）、葉綠素a（chl-a）及種類組成（S）與環(huán)境因子之間的關系（表3），浮游植物組成與電導率（ρ）呈負相關性，相關性顯著（P<0.05），而與其他調(diào)查所測環(huán)境因子有一定相關性，但相關系數(shù)值不大。其中與葉綠素a（chl-a）呈正相關性，雖然相關性不顯著，而相關系數(shù)還是比較高的（R=0.683），屬中度相關[20]，說明生物多樣性對生物量有一定的正向作用。葉綠素a與浮游植物密度正相關性極顯著（P<0.01），藻類對水體中的生物量貢獻率達99%，說明海子水庫主要生產(chǎn)者是藻類。葉綠素a和藻類密度與其他環(huán)境因子都是有一定相關性，但相關系數(shù)都不大，相關程度較低，其中與高錳酸鹽指數(shù)（R=0.660，0.664）、水溫（R=0.485，0.601）、氨氮（R=-0.489，-0.506）、總氮（R=-0.569，-0.650）顯示為中度相關，與總氮顯示為中度負相關，分析原因，海子水庫氮、磷含量較高，均達到富營養(yǎng)水體標準（TP>0.05 mg/L，TN>0.5 mg/L）[21]，但是氮磷比例卻不在藻類生長最適范圍之內(nèi)，藻類生長的氮磷比值最適范圍是10～17[22，23]，海子水庫2009年氮磷比為22.0，2010年的氮磷比為9.7。海子水庫水體中的氮磷不是藻類生長的限制因子。

2.4 水庫水體營養(yǎng)級

根據(jù)中國水利部發(fā)行的《地表水資源質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)程》（SL395—2007）描述的湖庫營養(yǎng)狀態(tài)評價標準及分級方法，對海子水庫水體進行了評價（表4），海子水庫水體在2009年為中營養(yǎng)型水體，2010年為富營養(yǎng)型水體。

2.5 浮游植物的多樣性

2.5.1 多樣性指數(shù)的時空動態(tài)及其相關性分析 2009年北湖，Shannon-Wiener指數(shù)（H）、Margalef指數(shù)（d）、Pielou指數(shù)（J）秋季都達到最大，分別為2.92、2.13和1.08；在春季值最小，依次為1.02、0.93、0.49；2009年南湖的H秋季最大為3.27，春季最小為1.17，d和J在夏秋季節(jié)數(shù)值相等，分別為1.61、1.07，都高于春季的1.27、0.49；在2010年，北湖和南湖的H、d、J值都是夏季最大，北湖樣區(qū)數(shù)值依次為3.38、2.59、1.17，南湖是3.64、2.79、1.24；秋季最小，北湖為2.79、2.30、1.06，南湖為2.55、1.98、1.03。

進行各個指數(shù)間相關分析（表5），H、d和J的相關性極顯著（P<0.01），說明海子水庫物種多樣性指數(shù)的變化，與群落均勻度的變化和物種豐富度的變化都有相關性。

2.5.2 多樣性指數(shù)的空間特征分析 對北湖和南湖多樣性指數(shù)年均值進行比較分析，北湖和南湖沒有顯著差異性（圖3），所以得出結(jié)論研究區(qū)域浮游植物空間差異性不顯著，文獻中研究其他的水庫也有這種類似的結(jié)論[24，25]。

2.5.3 生物多樣性指數(shù)評價 浮游植物的多樣性指數(shù)是判斷湖泊水庫營養(yǎng)狀況最常用的檢測指標[16]。按照H值的大小劃分水體污染程度[26]，北湖和南湖在2009年春季為α-中污（H：1.02，1.17）；北湖2009年的夏季（2.69）、秋季（2.92）和2010年的秋季（2.79）為β-中污，南湖在2009年夏季（2.89）和2010年秋季（2.55）為β-中污；北湖2010年春季（3.13）夏季（3.38）為輕污染，南湖2009年秋季（3.24）、2010年春季（3.24）和夏季（3.64）為輕污染。

根據(jù)指示性浮游植物群落評價標準[27]，海子水庫整體上為β-中污染水體。綜合分析結(jié)果，海子水庫為β-中污染或輕度富營養(yǎng)化水平。

3 小結(jié)

1）海子水庫浮游植物群落的優(yōu)勢種群為綠藻和藍藻，而藍藻對藻類總密度貢獻率是最大的，綠藻種類數(shù)在各門類中最多。浮游植物群落結(jié)構(gòu)有顯著的季節(jié)性特征，海子水庫作為旅游景觀，受人類活動干擾影響顯著，2009年和2010年的北湖和南湖兩個樣區(qū)，都是夏季（旅游旺季）浮游植物密度達到最大，水體為極富營養(yǎng)化水體。

2）環(huán)境與浮游植物相關分析表明，不同季節(jié)各類環(huán)境因子對浮游植物群落的影響有所不同。電導率是影響海子水庫浮游植物群落分布的主要驅(qū)動因子。

3）Shannon-Wiener指數(shù)、Margalef指數(shù)、Pielou指數(shù)季節(jié)變化趨勢均一致。應用多樣性指數(shù)來評價水體，整體屬于β-中污染帶到寡污染帶之間，2009年春季為α-中污。根據(jù)細胞密度評價，夏季水庫水質(zhì)為極富營養(yǎng)水平，春、秋季節(jié)水質(zhì)較好。

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（責任編輯 彭西甜）