劉憲斌，聶 瑜，趙興貴，劉 青

天津科技大學(xué)，天津市海洋資源與化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300457

2014年于橋水庫浮游植物群落與環(huán)境因子的關(guān)系

劉憲斌，聶 瑜，趙興貴，劉 青

天津科技大學(xué)，天津市海洋資源與化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300457

為研究于橋水庫浮游植物群落結(jié)構(gòu)及其與環(huán)境因子的關(guān)系，于2014年春夏季進(jìn)行采樣分析。兩季共鑒定出浮游植物6門99種，其中綠藻門(Chlorophyta)62種，硅藻門(Diatoms)21種，藍(lán)藻門(Cyanophyta) 7種，裸藻門(Euglenophyta)4種，甲藻門(Pyrrophyta)2種，隱藻門(Cryptophyta)2種。春季浮游植物6門86種，第一優(yōu)勢(shì)種為綠藻門的四尾柵藻(Scenedesmusquadricauda)；夏季浮游植物5門62種，第一優(yōu)勢(shì)種為藍(lán)藻門的銅綠微囊藻(Microcystisaeruginosa)。春季浮游植物密度低于夏季，于橋水庫浮游植物群落結(jié)構(gòu)具有明顯的季節(jié)變化規(guī)律。RDA分析結(jié)果表明，春季采樣點(diǎn)的相似性高于夏季，透明度、水溫、溶解氧和營養(yǎng)鹽是影響于橋水庫浮游植物群落組成的關(guān)鍵環(huán)境因子。

于橋水庫；浮游植物；環(huán)境因子；RDA

浮游植物是水體環(huán)境中的主要初級(jí)生產(chǎn)者，同時(shí)是水生食物鏈的基礎(chǔ)。因此，浮游植物是健康水生生態(tài)系統(tǒng)必不可少的環(huán)節(jié)，由于其對(duì)外界環(huán)境變化敏感，常作為生物指標(biāo)反映水體水質(zhì)[1-2]，監(jiān)測(cè)早期水體污染及富營養(yǎng)化程度[3]。浮游植物的生長(zhǎng)受水體環(huán)境中各種因素的限制，如水溫、光照條件、營養(yǎng)濃度、捕食者浮游動(dòng)物和魚類等，這些因素的變化在一定程度上影響浮游植物的群落結(jié)構(gòu)[4]。

于橋水庫位于天津市薊縣城東，是一座集水源地、防洪、旅游于一體的多功能水庫，對(duì)天津市的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展起到至關(guān)重要的作用。近年來，于橋水庫區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展飛速，該水域農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)以及養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展導(dǎo)致大量的化肥、農(nóng)藥等流入水體，嚴(yán)重影響了水體水質(zhì)，威脅到生物體的健康安全，并在于橋水庫周邊形成污染帶。氮、磷是維持浮游植物生長(zhǎng)和繁殖的主要營養(yǎng)鹽，但水體接納過量的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)會(huì)導(dǎo)致藻類等浮游生物過度繁殖，會(huì)造成水質(zhì)惡化、水體透明度和溶解氧下降，從而造成水體富營養(yǎng)化。于橋水庫作為天津市工農(nóng)業(yè)和生活用水的主要來源，也面臨著這一水質(zhì)問題[5-6]。

浮游植物的季節(jié)和空間分布及其與環(huán)境因子的關(guān)系可以為水質(zhì)評(píng)價(jià)和污染控制提供科學(xué)依據(jù)，用于評(píng)價(jià)浮游植物群落的分析方法主要有聚類分析[7]、典型對(duì)應(yīng)分析(CCA)[8-9]、冗余分析(RDA)[10-11]等，通常用RDA分析影響浮游植物群落結(jié)構(gòu)的主要環(huán)境因子。然而，有關(guān)于橋水庫不同季節(jié)浮游植物群落結(jié)構(gòu)及其與環(huán)境因子間相互影響的研究報(bào)道相對(duì)較少。因此，本文在對(duì)于橋水庫春夏季浮游植物群落特征及水質(zhì)因子監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用RDA分析不同季節(jié)于橋水庫浮游植物群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子間的相互作用關(guān)系，以期為于橋水庫綜合治理提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 采樣點(diǎn)的布設(shè)

根據(jù)于橋水庫(117°24′00″E～117°44′00″E，40°00′33″N～40°05′24″N)地理特點(diǎn)和功能區(qū)劃分，布設(shè)9個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，其中8#站位為三岔口，它是入庫河流淋河和果河的匯合處(圖1)， 也是于橋水庫的入水口；1#站位大壩下是于橋水庫的出水口。于2014年春夏季進(jìn)行浮游植物和水質(zhì)樣品的采集。

圖1 采樣點(diǎn)的分布示意圖

1.2 采樣方法和樣品處理方法

浮游植物的具體采集方法參照《湖泊富營養(yǎng)化調(diào)查規(guī)范》[12]。浮游植物樣品采集濃縮后在顯微鏡下進(jìn)行浮游植物種類鑒定和計(jì)數(shù)，浮游植物種類鑒定參照《中國淡水藻類：系統(tǒng)、分類及生態(tài)》[13]。

水質(zhì)因子的檢測(cè)內(nèi)容有：水溫(WT)、溶解氧(DO)、透明度(SD)、高錳酸鉀指數(shù)CODMn、總磷(TP)、可溶性磷酸鹽(PO4-P)、總氮(TN)、硝酸鹽氮(NO3-N)、亞硝酸鹽氮(NO2-N)、氨氮(NH4-N)和葉綠素a。具體測(cè)試步驟參照《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》(第四版)[14]。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析方法

多樣性指數(shù)計(jì)算采用 Primer 6.0 軟件完成，RDA分析采用CANOCO for Windows 4.5完成，站位分布圖采用 Google earth、 Mapinfo 等軟件聯(lián)合完成。

2 結(jié)果與討論

2.1 浮游植物變化

兩季共鑒定出浮游植物6門99種，其中綠藻門(Chlorophyta)62種，占藻類總數(shù)的62.63%；硅藻門(Diatoms)21種，占藻類總數(shù)的21.21%；藍(lán)藻門(Cyanophyta) 7種，裸藻門(Euglenophyta)4種，甲藻門(Pyrrophyta)2種，隱藻門(Cryptophyta)2種。春季共發(fā)現(xiàn)浮游植物6門86種，夏季發(fā)現(xiàn)5門62種。浮游植物種類春季多于夏季，以綠藻-硅藻為主。夏季浮游植物種類數(shù)量減少是由于夏季藍(lán)藻大量繁殖成為絕對(duì)優(yōu)勢(shì)種，制約了其他藻類的增長(zhǎng)。

春季浮游植物密度(0.28×107個(gè)/L)低于夏季(1.42×107個(gè)/L)，約為夏季浮游植物細(xì)胞數(shù)量的五分之一，說明于橋水庫浮游植物群落結(jié)構(gòu)具有明顯的季節(jié)變化規(guī)律，表現(xiàn)為春季浮游植物密度低，夏季急劇增長(zhǎng)，引起這一現(xiàn)象的原因是夏季溫度升高，水體環(huán)境適合浮游植物增長(zhǎng)，促進(jìn)了浮游植物密度的增加[15]。春季浮游植物細(xì)胞密度以硅藻和綠藻為主(表1)，分別占總細(xì)胞密度的13.90%、74.14%；夏季浮游植物細(xì)胞密度以藍(lán)藻和綠藻為主，分別占總細(xì)胞密度的73.53%、14.44%，出現(xiàn)這種變化是因?yàn)橄募舅疁刈罡?，非常適合喜溫性藍(lán)藻和綠藻的生長(zhǎng)繁殖[16]。

表1 于橋水庫浮游植物細(xì)胞密度組成變化

春季浮游植物優(yōu)勢(shì)種屬于硅藻門、綠藻門、隱藻門(表2)，第一優(yōu)勢(shì)種為綠藻門的四尾柵藻(Scenedesmusquadricauda)；夏季第一優(yōu)勢(shì)種為藍(lán)藻門的銅綠微囊藻(Microcystisaeruginosa)。通常，優(yōu)勢(shì)種與水體營養(yǎng)狀態(tài)的對(duì)應(yīng)關(guān)系為硅藻與綠藻代表水體呈中富營養(yǎng)狀態(tài)，而藍(lán)藻和綠藻表明水體為富營養(yǎng)型[17]，進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，藍(lán)藻屬于耐污性較強(qiáng)的種類，它的優(yōu)勢(shì)度越高說明富營養(yǎng)化程度越嚴(yán)重[18-20]。此次調(diào)查發(fā)現(xiàn)，春夏季于橋水庫呈富營養(yǎng)化狀態(tài)。

表2 于橋水庫浮游植物優(yōu)勢(shì)種及優(yōu)勢(shì)度變化

注：“—”表示不是優(yōu)勢(shì)種。

SOMMER U等[21]通過對(duì)大量浮游生物和理化因子的分析，提出了著名的浮游植物生態(tài)(PEG)模型。PEG模型中浮游植物生長(zhǎng)的規(guī)律：由冬春季的隱藻和硅藻轉(zhuǎn)變?yōu)橄募镜木G藻，到夏末秋初藍(lán)藻成為優(yōu)勢(shì)種；隨著秋季的到來，硅藻的重要性再次提升。于橋水庫春夏季浮游植物變化與PEG模型基本一致，但由于夏季藍(lán)藻密度較大，水體富營養(yǎng)程度較高。

2.2 環(huán)境因子變化

于橋水庫2014年春夏季浮游植物環(huán)境參數(shù)變化，如表3所示。對(duì)入庫河流淋河、果河進(jìn)行監(jiān)測(cè)，依據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)[22]，2014年春夏季兩條河流均為III類水質(zhì)[23-24]。于橋水庫溶解氧、高錳酸鉀指數(shù)均符合II類水質(zhì)要求，與于橋水庫相比，入河河流的溶解氧、高錳酸鉀指數(shù)明顯較低，表明入河河流比于橋水庫受污染程度嚴(yán)重。于橋水庫環(huán)境因子存在明顯的季節(jié)變化。春季于橋水庫水溫明顯低于夏季，透明度和溶解氧含量一直均高于夏季，這主要是因?yàn)樗疁厥窃孱惿L(zhǎng)的主要驅(qū)動(dòng)力，夏季隨著水溫的增高，于橋水庫浮游植物的大量生長(zhǎng)，豐度到達(dá)高值，影響了水體的透光程度，溶解氧消耗量增大，葉綠素濃度增大。營養(yǎng)物質(zhì)作為浮游植物生長(zhǎng)的必要因素，其濃度表現(xiàn)為春季高于夏季，這可能是由于夏季浮游植物爆發(fā)消耗了大量的營養(yǎng)鹽。許多研究者均發(fā)現(xiàn)，N/P是浮游植物生長(zhǎng)的控制因子， 美國學(xué)者Redfield認(rèn)為該比值為16∶1，如果氮磷比超過16∶1，磷被認(rèn)為是限制性因素；反之，當(dāng)?shù)妆刃∮?0∶1時(shí)，氮通常被認(rèn)為是限制性因素；而當(dāng)?shù)妆仍?0～20時(shí)，限制性因素則變的不確定[25]。研究結(jié)果表明，2014年春夏季于橋水庫N/P遠(yuǎn)超過16∶1，說明于橋水庫是磷控制型水庫，這與田志強(qiáng)等[26]的研究結(jié)果一致。

表3 于橋水庫浮游植物環(huán)境參數(shù)變化

2.3 RDA分析

對(duì)2014年春夏季浮游植物優(yōu)勢(shì)種和環(huán)境變量進(jìn)行RDA分析，如圖2所示。結(jié)果顯示，春季采樣點(diǎn)的相似性高于夏季。第一軸、第二軸的特征值分別為0.558、0.157，解釋了71.5%的物種變化信息。第一軸、第二軸的物種-環(huán)境因子相關(guān)性為0.991、0.981。這些結(jié)果表明，排序軸和環(huán)境因子存在良好的相關(guān)性，結(jié)果可信度高。

圖2 于橋水庫浮游植物和環(huán)境因子的RDA分析(箭頭表示環(huán)境變量，三角形表示物種，圓圈表示采樣點(diǎn)，1～9為春季采樣點(diǎn)，10～18為夏季采樣點(diǎn))

RDA分析表明，第一軸與WT(r=0.612 8)呈現(xiàn)正相關(guān)，與TN(r=-0.924 4)、DO(r=-0.835)、SD(r=-0.646)呈負(fù)相關(guān)，而第二軸與PO4-P(r=0.678 3)呈負(fù)相關(guān)。相關(guān)性表明，在某種程度上第一軸代表了于橋水庫WT、DO、SD和氮元素的水平，而第二軸代表了PO4-P的水平。春季于橋水庫的浮游植物多為硅藻和綠藻，較高的氮濃度、溶解氧和低溫有利于這類浮游植物的生長(zhǎng)。分析表明，SD、WT、DO和氮濃度是影響于橋水庫春季浮游植物群落組成的主要因素。夏季，隨著溫度升高，藍(lán)藻大量繁殖，對(duì)氮磷的需求量增大，表現(xiàn)為較低的氮、磷濃度以及較高的葉綠素濃度。夏季，磷、水溫是控制于橋水庫浮游植物群落組成的關(guān)鍵環(huán)境因子。在目前于橋水庫的富營養(yǎng)化狀況下，需要調(diào)控主要水質(zhì)因子，控制浮游植物的群落結(jié)構(gòu)以防止水華的大規(guī)模爆發(fā)，保證水質(zhì)安全。

3 結(jié)論

1)兩季共鑒定出浮游植物6門99種。其中，綠藻門(Chlorophyta)62種，硅藻門(Diatoms)21種，藍(lán)藻門(Cyanophyta) 7種，裸藻門(Euglenophyta)4種，甲藻門(Pyrrophyta)2種，隱藻門(Cryptophyta)2種。春季共發(fā)現(xiàn)浮游植物6門86種，夏季5門62種。

2)于橋水庫浮游植物群落結(jié)構(gòu)具有明顯的季節(jié)變化規(guī)律,表現(xiàn)為春季浮游植物密度低，夏季急劇增長(zhǎng)。春季浮游植物平均密度為278.67×104 個(gè)/L，以硅藻和綠藻為主，分別占總細(xì)胞密度的13.90%、74.14%，第一優(yōu)勢(shì)種為綠藻門的四尾柵藻；夏季浮游植物平均密度為1 420.11×104 個(gè)/L，以藍(lán)藻和綠藻為主，分別占總細(xì)胞密度的73.53%、14.44%，第一優(yōu)勢(shì)種為藍(lán)藻門的銅綠微囊藻。

3)于橋水庫浮游植物群落組成受到環(huán)境因子的影響，春季，SD、WT、DO和氮濃度是影響于橋水庫浮游植物群落組成的主要因素，而夏季則是磷和水溫。春季采樣點(diǎn)的相似性高于夏季。

致謝：宋春諍等協(xié)助完成采樣工作，在此對(duì)他們表示衷心的感謝。

[1] 王艷玲,馮靜,李建國,等.產(chǎn)芝水庫的浮游植物與水體水質(zhì)評(píng)價(jià)[J].海洋湖沼通報(bào),2008(4):85-90.

[2] 邱雷.藍(lán)藻水華危害初探[J].今日科苑,2009(10):267.

[3] JIAOJIANG Y，HE W，XIULIU W，et al.The seasonal and spatial variations of phytoplankton community and their correlation with environmental factors in a large eutrophic Chinese lake (Lake Chaohu)[J].Ecological Indicators，2014,(40):58-67.

[4] SILKIN V A，PAUTOVA L A，PAKHOMOVA S V，et al.Environmental control on phytoplankton community structure in the NE Black Sea[J].Journal of Experimental Marine Biology and Ecology，2014(461):267-274.

[5] XIAHUI W，CHENQING Y，BAOQING S.Control of diffuse P pollutants by multiple buffer/ detention strucrures by Yuqiao Reservoir，North China[J].Journal of Environment Science，2004,26(4):616-620.

[6] 金丹越,黃艷菊.天津于橋水庫主要環(huán)境問題及其防治對(duì)策[J].環(huán)境科學(xué)研究,2004,17(Z1):77-79.

[7] TAFAS T，ECONOMOU-AMILLI A.Limnological survey of the warm monomictic lake Trichonis (central western Greece) II.Seasonal phytoplankton periodicity-a community approach[J].Hydrobiologia，1997,344:141-153.

[8] FLORESl L N，BARONE R.Phytoplankton dynamics in two reservoirs with different trophic state (Lake Rosamarina and Lake Arancio，Sicily，Italy)[J].Hydrobiologia，1998,129:163-178.

[9] TROCCOLI GHINAGLIA L，HERRERA-SILVEIRA J A，COMIN F A.Structural variations of phytoplankton in the coastal seas of Yucatan，Mexico[J].Hydrob-iologia，2004，519(1/3)：85-102.

[10] JIALEI Z，BINGHUI Z，LUSAN L，et al.Seasonal variation of phytoplankton in the DaNing River and its relationships with environmental factors after impounding of the Three Gorges Reservoir：A four-year study[J].Procedia Environmental Sciences 2010,2:1 479-1 490.

[11] SHITAO P，XUEBO Q，HONGHUA S，et al.Distribution and controlling factors of phytoplankton assemblages in a semi-enclosed bay during spring and summer[J].Marine pollution bulletin，2012，64(5)：941-948.

[12] 金相燦，屠清瑛.湖泊富營養(yǎng)化調(diào)查規(guī)范(第二版)[M].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，1990.

[13] 胡鴻鈞，魏印心.中國淡水藻類:系統(tǒng)、分類及生態(tài)[M].北京：科學(xué)出版社，2006.

[14] 原國家環(huán)境保護(hù)總局《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》編委會(huì).水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法(第四版)[M].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2002.

[15] 王瑜,劉錄三,舒儉民,等.白洋淀浮游植物群落結(jié)構(gòu)與水質(zhì)評(píng)價(jià)[J].湖泊科學(xué),2011,23(4):575-580.

[16] LAMPITT R S，WISHNER K F，TURLEY C M，et al.Marine snow studies in the Northeast Atlantic Ocean：Distribution，Composition and roles as a food source for migrating plankton[J].Marine Biology，1993,116(4):689-702.

[17] 阮仁良.上海水環(huán)境研究[M].北京：科學(xué)出版社，2000.

[18] 陳家長(zhǎng),孟順龍,尤洋,等.太湖五里湖浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征分析[J].生態(tài)環(huán)境,2009,18(4):1 358-1 367.

[19] LEPS J，SMILAUER P.Multivariate analysis of ecological data using CANOCO[M].New York：Cambridge University Press,2003.

[20] KANGRO K，LAUGASTE R，NOGES P，et al.Long-term changes and seasonal development of phytoplankton in a strongly stratified，hypertrophic lake[J].Hydrobiologia，2005，547(1)：91-103.

[21] SOMMER U，GLIWICZ M Z，LAMPERT W，et al.The PEG-model of seasonal succession of planktonic events in freshwater[J].Archives of Hydrobiology,1986,106:422-477.

[22] 國家環(huán)境保護(hù)總局科技標(biāo)準(zhǔn)司.地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn):GB 3838—2002[S/OL].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，(2002-04-26)[2015-06-12].http://wenku.baidu.com/link?url=nq9RH2ts87fRnnMKOPQ5 sEwwZBBdNBtEx XsfwljBcHCGZ3N126_K2Fd7vPhRQ NWXXkUj6nR0jVL8mKgnZo3GSp5kDTy03U3nIdgwug gWtga.

[23] 天津市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心.天津市地表水國控?cái)嗝嫠|(zhì)狀況)[EB/OL].(2014-05)[2015-06-12].http://www.tjemc.org.cn/html/PageLastView.aspx?ArticleID=3012&ChannelID=68&CategoryID=162.

[24] 天津市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心.天津市地表水國控?cái)嗝嫠|(zhì)狀況[EB/OL].(2014-08)[2015-06-12].http://www.tjemc.org.cn/html/PageLastView.aspx?ArticleID=3042&ChannelID=68&CategoryID=162.

[25] 豐茂武,吳云海,馮仕訓(xùn),等.不同氮磷比對(duì)藻類生長(zhǎng)的影響[J].生態(tài)環(huán)境,2008,17(5):1 759-1 763.

[26] 田志強(qiáng),田秉暉,辛麗花,等.于橋水庫秋季浮游植物群落結(jié)構(gòu)與水質(zhì)因子的關(guān)系[J].環(huán)境污染與防治,2011,33(5):64-68.

A Correlation Analysis of the Phytoplankton Community and Environment Factors in the Yuqiao Reservoir in Spring and Summer of 2014

LIU Xianbin,NIE Yu,ZHAO Xinggui,LIU Qing

Tianjin University of Science & Technology, Tianjin Key Laboratory of Marine Resources and Chemistry, Tianjin 300457, China

Sampling was carried out in spring and summer of 2014 in order to study the structure of phytoplankton community and its relationship with environment factors in different seasons in Yuqiao Reservoir. A total of 99 species belonging to six phyla were identified with 62 species belonging to Chlorophyta, 21 species belonging to Diatoms, seven species belonging to Cyanophyta, four species belonging to Euglenophyta and two species belonging to Pyrrophyta. Among these species, 86 species belonging to six phyla were identified in spring and 62 species belonging to five phyla were identified in summer. In spring, phytoplankton density was much lower than in summer. The first dominant specie wasScenedesmusquadricaudain spring, whereasMicrocystisaeruginosdominated in summer. Phytoplankton community structure has obvious seasonal variation in Yuqiao Reservoir. Similarity of sampling points in spring was higher than summer. Transparency, water temperature, dissolved oxygen, and nutrient concentrations were the most important factors in the aquatic environment in terms of their influence on the phytoplankton community composition based on RDA.

Yuqiao Reservoir;phytoplankton;environment factors;RDA

2015-06-12;

2015-11-17

天津市科委科技計(jì)劃項(xiàng)目(15ZCZDSF00620)

劉憲斌(1964-)，男，河北石家莊人，博士，教授。

X824

A

1002-6002(2016)03- 0064- 05

10.19316/j.issn.1002-6002.2016.03.09