李 媛， 趙 文， 張家衛(wèi)， 魏 杰， 蔡志龍， 謝在剛， 陳慧黠

(1. 大連海洋大學 水產(chǎn)與生命學院 遼寧省水生生物學重點實驗室, 大連 116023;2. 大連市碧流河水庫管理局, 大連 116221)

碧流河水庫及其流域河流浮游植物的群落結(jié)構研究

李 媛1， 趙 文1， 張家衛(wèi)1， 魏 杰1， 蔡志龍1， 謝在剛2， 陳慧黠1

(1. 大連海洋大學 水產(chǎn)與生命學院 遼寧省水生生物學重點實驗室, 大連 116023;2. 大連市碧流河水庫管理局, 大連 116221)

摘要為評價碧流河水庫污染狀況和對未來發(fā)展提供指導依據(jù)，于2014年8月至2015年5月按季度采樣研究碧流河水庫及其流域河流理化因子、浮游植物種類組成、密度、生物量及物種多樣性，結(jié)合典范對應分析(CCA)研究了它們之間的關系。結(jié)果表明：共發(fā)現(xiàn)浮游植物8門124屬310種，其中藍藻門17屬35種，硅藻門26屬86種，裸藻門9屬20種，綠藻門59屬148種，其它分別是甲藻門、金藻門、黃藻門及隱藻門。碧流河流域4個季度優(yōu)勢種種類多，且優(yōu)勢度不高。河流附著藻優(yōu)勢種為硅藻，庫區(qū)優(yōu)勢種存在季節(jié)差異。碧流河浮游植物密度和生物量變化在0.28～1.23×107ind./L和1.41～5.50 mg/L之間，從數(shù)量上看，浮游植物密度5月最高，8月次之，之后是10月和1月。多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)較好，群落結(jié)構較為穩(wěn)定。CCA 分析表明TP、TN、DO、亞硝酸氮，氨氮與整個庫區(qū)浮游植物密度、生物量、葉綠素a含量具有相關性。庫區(qū)內(nèi)整體營養(yǎng)狀態(tài)處于中營養(yǎng)型，并與歷史資料進行了比較，表明碧流河近年來水質(zhì)狀況趨于穩(wěn)定，未有較大變化。

關鍵詞碧流河水庫；河流；附著藻；群落結(jié)構；典型對應分析

浮游植物是魚類的天然餌料，亦是湖泊營養(yǎng)物質(zhì)生產(chǎn)和傳輸?shù)闹匾h(huán)節(jié)[1]，其種群變動和群落結(jié)構直接影響生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構和功能。浮游植物的時空變化特征與環(huán)境因子有密切關系，是多個環(huán)境因子在時間和空間上綜合作用的結(jié)果。因此，浮游植物的群落結(jié)構特征也是評價水體的重要指標。

碧流河水庫位于普蘭店、莊河和蓋州三市交界的碧流河干流上，是遼南地區(qū)以供水、灌溉兼顧防洪、發(fā)電、漁業(yè)旅游等為一體的大型水庫。近年隨著水庫周圍尤其是上游工業(yè)、飲食業(yè)、醫(yī)療業(yè)等的發(fā)展，對河道水質(zhì)造成了一定的污染[2, 3]，因此對碧流河水庫及其流域水質(zhì)監(jiān)測具有重要意義。金英學等[4]針對碧流河水文系列的延長和上游玉石水庫的修建論述了碧流河流域的水文特性。何志輝曾經(jīng)對碧流河水庫的水化學、浮游生物和初級生產(chǎn)力進行研究[5]。杜瑜等[6]、趙文等[7]對碧流河水庫底棲動物進行調(diào)查，從而重新估測漁產(chǎn)力，并對水庫水質(zhì)進行了評價。林成先[8]對碧流河水庫生態(tài)問題進行了分析并提出了防控對策。張雙翼和孫娟[9]運用單指標法、綜合污染指數(shù)法、模糊數(shù)學綜合評價法和富營養(yǎng)化評價對碧流河水庫水質(zhì)進行了全面的評價及分析。隨著大連國際化城市建設和工農(nóng)業(yè)發(fā)展，碧流河水庫的水資源保護日趨重要。目前，遼寧正在進行水資源調(diào)度，使大伙房水庫客水進入碧流河水庫，故對碧流河水庫及其流域水生態(tài)進行調(diào)查研究意義重大。本文對碧流河水庫及其流域的環(huán)境因子及浮游植物進行了研究，以期進行碧流河水庫資源環(huán)境現(xiàn)狀評優(yōu)及其為評價該水庫污染狀況和未來發(fā)展提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1調(diào)查水域及站位設置

2014年8月—2015年5月4個季度共進行水化學和浮游植物采樣4次。水庫5個斷面共16個點，豐水期和枯水期采集蛤蜊河、八家河、碧流河等河流和附著藻共18個點，調(diào)查范圍及站位設置見圖1。

1.2樣品采集及處理方法

用玻璃鋼采水器采集浮游植物1 L，搖勻后用1.5%魯哥氏液進行固定，沉淀48 h，去除上清液，收集藻類細胞，定容至30 mL，用浮游植物計數(shù)框在光學顯微鏡(40×10)下進行觀察和計數(shù)[10, 11]，計算藻類密度和生物量[12]。

1.3測定指標及分析方法

測定的指標有水溫、pH值、透明度、水深、COD、葉綠素a、氮磷指標[13]等。浮游植物指標有密度、優(yōu)勢度、多樣性指數(shù)、綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)等[14]。本次研究中，采用多重比較法對物種和生境因子進行相關性分析，采用典范對應分析法(CCA)對物種和生態(tài)環(huán)境因子進行排序分析。

圖1 碧流河水庫及河流采樣站位

A：碧流河入庫口；B：蛤蜊河入庫口；C：庫區(qū)中游；D：八家河入庫口；E：壩前；BG1～3：碧流河；BZ1：太平莊河；BZ2；臥龍河；GL1～3：蛤蜊河；八家河為八家河樣點

2結(jié)果

2.1碧流河流域水質(zhì)指標

庫區(qū)內(nèi)pH值變化范圍為6.99～9.09，其中8月最高，1月最低。溶氧在7.17～11.57 mg/L之間變化，其中1月最高，8月最低。化學需氧量(COD)在10月份最高為3.32 mg/L，5月最低?？偭诐舛仍?.01～0.44 mg/L之間變化，總氮濃度在1.098～2.964 mg/L之間變化，不同季度營養(yǎng)鹽濃度差異顯著(P<0.01)。整體來看8月營養(yǎng)鹽濃度高于其他月份。葉綠素a含量平均值為12.953 mg/L，其中10月最高為22.735 mg/L，1月最低為2.075 mg/L。COD與pH值、溫度呈顯著相關(P<0.05)，葉綠素a與pH值、溫度呈顯著相關(P<0.01)。

通過SPSS 20.0對碧流河水庫與河流水質(zhì)指標進行相關性分析，庫區(qū)與河流的總磷、總氮、COD、pH值顯著相關(P<0.01)，Chla存在顯著差異(P<0.01)。

2.2浮游植物群落分布和組成

此次調(diào)查中，共發(fā)現(xiàn)浮游植物8門124屬310種(包括變種)，水庫綠藻門種類最多，共有52屬122種，占庫區(qū)總種數(shù)的51.91%(見圖2)，其次硅藻門56種，占比23.83%。河流硅藻門種類最多，為25屬59種，占比45.74%，綠藻門次之為46種。附著藻分布與河流基本一致，種屬微有差異，主要為硅藻門24屬71種，綠藻門35屬54種。庫區(qū)與河流種屬具有異同，但就物種數(shù)總體來說水庫>附著藻>河流。

圖2 碧流河水庫及河流浮游植物、附著藻各門類物種數(shù)

2.3優(yōu)勢種

從表1可知，庫區(qū)優(yōu)勢種主要是藍藻、硅藻、綠藻，優(yōu)勢種優(yōu)勢度不明顯。其中優(yōu)勢度最大的是5月份的尖針桿藻(0.501)。優(yōu)勢度存在明顯的季節(jié)變化，8、10月優(yōu)勢度最大的是綠藻門和藍藻門。1、5月優(yōu)勢度最大的是硅藻門。

河流和附著藻優(yōu)勢種同樣集中在藍藻、硅藻、綠藻，優(yōu)勢度最大的是5月份的附著藻弧形短縫藻(Eunotiaarcus)，其優(yōu)勢度為0.486。5、10月優(yōu)勢度最大的均是硅藻門。

表1 水庫及河流浮游植物、附著藻優(yōu)勢種(優(yōu)勢度)

2.4密度和生物量

經(jīng)調(diào)查，如圖3，庫區(qū)浮游植物密度變化范圍0.28×107～1.23×107ind./L，生物量變化范圍1.41～5.50 mg/L，其中5月份生物量顯著高于其他月份(P<0.01)。密度最高值分別是次高值和最低值的1.03和4.39倍，生物量最高值分別是次高值和最低值的2.01和3.9倍，說明浮游植物密度季間變化大。河流密度變化范圍0.32～0.34×107ind./L，生物量變化范圍2.67～40.88 mg/L。河流附著藻密度變化范圍9.11～9.32×109ind./m2，附著藻生物量變化范圍6.887～60.189 g/m2。

圖3 碧流河庫區(qū)、河流浮游植物及河流附著藻的密度、生物量

經(jīng)調(diào)查(圖4)，河流和附著藻浮游植物密度百分比均以硅藻門最大，綠藻門次之。水庫硅藻門和綠藻門所占比例相同，均是最大。不同的季節(jié)浮游植物密度存在很大差異，是因為不同季節(jié)浮游植物種類存在差異，因此其密度也會存在差異。庫區(qū)浮游植物密度和溫度、pH值、溶氧、總磷、總氮、葉綠素a呈顯著相關(P<0.01)。

河流和附著藻浮游植物生物量百分比均以藍藻門最大，硅藻門次之。水庫硅藻門所占比例最大，其次是綠藻門。浮游植物生物量變化與密度變化不太一致，主要是因為浮游植物種類差異造成的。河流和附著藻浮游植物密度均以硅藻門為主，而生物量卻以藍藻門為主，是因為生物量不僅與細胞密度有關，還與細胞個體大小相關。相對于硅藻而言，河流也出現(xiàn)了大型藍藻如巨顫藻。

2.5多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)

如圖5所示，碧流河庫區(qū)及河流多樣性指數(shù)變化范圍3.30～3.89?？傮w來說上游高于中下游，說明上游浮游植物群落結(jié)構的復雜程度和穩(wěn)定性高于下游?？赡苁且驗槿霂旌恿鲙聿糠譅I養(yǎng)鹽和有機質(zhì)導致上游營養(yǎng)鹽豐富，浮游植物群落大量繁殖，多樣性指數(shù)大。河流多樣性指數(shù)均高于庫區(qū)，說明河流浮游植物群落結(jié)構的復雜程度和穩(wěn)定性高于庫區(qū)。按照多樣性指數(shù)與水體污染程度關系[15]來判斷，調(diào)查期間碧流河流域處于輕度污染或無污染狀態(tài)。

圖4 碧流河水庫庫區(qū)河流浮游植物、河流附著藻的密度、生物量百分比

A1、B1、C1分別為庫區(qū)浮游植物、河流浮游植物、河流附著藻的密度百分比；A2、B2、C2分別為庫區(qū)浮游植物、河流浮游植物、河流附著藻的生物量百分比

庫區(qū)及河流均勻度指數(shù)變化為0.61～0.80。均勻度指數(shù)用來評價浮游植物的多樣性更為直觀、清晰，能夠反映各物種個體數(shù)目分配的均勻程度。通常以均勻度大于0.3作為浮游植物多樣性較好的標準進行綜合評價[16]。因此可見庫區(qū)和河流浮游植物均勻度較好。均勻度指數(shù)變化與多樣性指數(shù)一致?？梢姳塘骱蛹捌淞饔蚋∮沃参锒鄻有灾笖?shù)和均勻度指數(shù)均較好，群落結(jié)構穩(wěn)定。

圖5 碧流河水庫及河流各斷面及河流的多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)

A、B、C、D、E為庫區(qū)5個斷面，BJH為八家河，BLH為碧流河以及支流，GLH為蛤蜊河，BJH附為八家河附著藻，BLH附為碧流河以及支流附著藻，GLH附為蛤蜊河附著藻。

2.6群落結(jié)構與環(huán)境因子間的CCA分析

1為A點；2為B點；3～5為C左、中、右；6為D點；7～9為E左、中、右。COD：化學需氧量；SD：透明度；DO：溶氧；TN：總氮； TP：總磷；pb：浮游植物生物量；pd：浮游植物密度；chla：葉綠素a含量；PH：浮游植物多樣性指數(shù)；PJ：浮游植物均勻度指數(shù)

由圖6可看出，TP、TN、DO、PH、亞硝酸氮，氨氮位于排序軸右上方，與整個庫區(qū)浮游植物密度、生物量、葉綠素a含量具有相關性，COD、亞硝酸鹽位于排序軸右下方，與浮游植物多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)呈正相關。B、D斷面的浮游植物密度、生物量、葉綠素a與整個庫區(qū)比較接近，A、C右與整個庫區(qū)多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)更為相關，其中C右的均勻度指數(shù)與庫區(qū)整體最為接近。

評價標準：MTSI<1為極貧營養(yǎng)性；1～3為貧營養(yǎng)性；2～5為中營養(yǎng)型；4～7為富營養(yǎng)型；6～10為極富營養(yǎng)型

2.7綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)

本研究采用營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法對碧流河水庫富營養(yǎng)化進行綜合評價，評價指標包括葉綠素a、總磷、透明度指標3項參數(shù)，計算出營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)值(表2)，均屬于中營養(yǎng)型水平。此調(diào)查結(jié)果與謝再剛[2]一致。

3討論

本次調(diào)查顯示，碧流河流域4個季度優(yōu)勢種種類多，且優(yōu)勢度不高，表明浮游植物群落結(jié)構復雜，同時不同月份優(yōu)勢種之間既有交叉又有演替，優(yōu)勢度最大值達到0.501，河流和附著藻優(yōu)勢種主要集中在硅藻上，庫區(qū)優(yōu)勢種存在季節(jié)差異。多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)較為一致，基本呈現(xiàn)河流大于水庫，上游大于下游的情況，總體來說碧流河流域群落結(jié)構較為穩(wěn)定。

將此次試驗結(jié)果與以往調(diào)查作對比，發(fā)現(xiàn)與20世紀90年代[5]、2007年[18]、2008[2]年相比，庫區(qū)pH值、總氮含量呈顯著上升，總磷有所下降且近幾年持平，高錳酸鉀指數(shù)較以往有所下降，葉綠素含量沒有顯著變化。河流附著藻密度與2007年相比極顯著的增大，庫區(qū)浮游植物密度與2007年相比也有顯著提升。經(jīng)分析，出現(xiàn)這些變化可能與水質(zhì)污染，上游水源地排放污水以及農(nóng)業(yè)活動有關，應加強水質(zhì)監(jiān)測，以及河流入庫水的水質(zhì)管控，對周圍水源地污染源進行排查。

碧流河水庫生物量與20世紀90年代相比[5]，生物量有所下降?？赡苁怯捎诮陙硎苋祟惢顒佑绊懺龃螅约笆艿健拔魉畺|調(diào)”來水和庫容量減少的影響，也可能是河川型水庫浮游植物都存在著大量沉淀和流失的問題，導致生物量有所變化。同時浮游動物、魚類等下行效應的作用，也會對浮游植物生物量產(chǎn)生影響。水庫以硅藻和綠藻占優(yōu)勢，這與何志輝等研究結(jié)果一致[5]?？赡苁且驗楣柙迨潜容^原始的種類，而綠藻適應性強，無論是有機質(zhì)豐富水體還是清潔水體都能大量生長[17]。河流和附著藻浮游植物密度均以硅藻門為主，而生物量卻以藍藻門為主，是因為生物量不僅與細胞密度有關，還與細胞個體大小相關。相對于硅藻而言，河流也出現(xiàn)了大型藍藻如巨顫藻。附著藻硅藻門物種數(shù)占46.25%，雖較之前劉揚等[18]調(diào)查有所下降，但硅藻門所占比例仍是最大。

不同的季節(jié)氣候變化也會導致水體理化因子發(fā)生變化，進而影響浮游植物群落結(jié)構特別是密度生物量的變化，并產(chǎn)生生物季節(jié)現(xiàn)象。碧流河浮游植物生物量變化符合這種生物季節(jié)現(xiàn)象[14]：春季浮游植物生物量達到高峰，夏季氣溫升高，生物量有所下降，秋季達到次高峰，冬季生物量最小。

4結(jié)論

1)CCA分析表明：TP、TN、DO、亞硝酸氮，氨氮與整個庫區(qū)浮游植物密度、生物量、葉綠素a含量具有相關性，庫區(qū)內(nèi)整體營養(yǎng)狀態(tài)處于中營養(yǎng)型。

2)2014年8月—2015年5月，共出現(xiàn)浮游植物8門124屬310種，其中綠藻>硅藻>藍藻>裸藻>隱藻>甲藻=金藻>黃藻，物種數(shù)總體來說水庫>附著藻>河流。碧流河流域4個季度優(yōu)勢種種類多，且優(yōu)勢度不高。河流和附著藻優(yōu)勢種主要集中在硅藻上，庫區(qū)優(yōu)勢種存在季節(jié)差異。

3)碧流河浮游植物密度和生物量變化在0.28×107～1.23×107ind./L和1.41～5.50 mg/L之間，從數(shù)量上看，浮游植物密度5月最高，8月次之，之后是10月和1月。多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)較好，群落結(jié)構較為穩(wěn)定。

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Study on the community structure of phytoplankton in Biliuhe reservoir and rivers of river basin

LI Yuan1, ZHAO Wen1, ZHANG Jia-wei1, WEI Jie1, CAI Zhi-long1, XIE Zai-gang2, CHEN Hui-xia1

(1. Key Laboratory of Hydrobiology in Liaoning Province, College of Fisheries and Life Science, Dalian Ocean University, Dalian 116023; 2. China Management Bureau of Biliuhe Reservoir in Dalian City, Dalian 116221, China)

AbstractTo evaluate Biliuhe reservoir pollution condition and provide guidance for the future development, physicochemical factors, abundance, biomass, species composition and biodiversity of phytoplankton were studied in Biliuhe from August 2014 to May 2015， combined with the result of CCA analyses. A total of 310 species, 124 genera 8 phyla were found in the survey area, including 17 genera and 35 species belonging to Cyanophyta, 86 species, and 26 genera belonging to Bacillariophyta, 20 species and 9 genera belong to Euglenophyta, 59 genera and 148 species belonging to Chlorophyta, and others belonging to Pyrrophyta, Chrysopphyta, Xanthophyta and Cryptophyta. The taxon of dominant species was very more, but the dominance degree was very low. The dominant species of rivers and periphytic algae was mainly Bacillariophyta. There were seasonal differences in dominant species of reservoir. The phytoplankton had an abundance ranging from 0.28 and 1.23 107ind./L, and the biomass ranged from 1.41 and 5.50 mg/L. The maximum phytoplankton abundance occurred in May, and the next was in August and October, and the minimum occurred in January. Shannon-Wiener and Pielou indexes were better in general, and phytoplankton community structure was more stable. The results of CCA indicated that TP, TN, DO, NO2-N and NH3-N were related with the concentration of Chla, abundance and biomass of phytoplankton. The water of Biliuhe Reservoir was in moderately eutrophic level. And compared with historical data, it showed that water quality tends to be stable and no obvious changes in recent years.

Key wordsBiliuhe reservoir； rivers； periphytic algae； community structure； canonical correspondence analysis

收稿日期：2015-07-13；修回日期：2015-09-08

基金項目：大連市環(huán)境保護局項目——碧流河水庫生態(tài)安全調(diào)查與評估(2014051)

作者簡介：李 媛，碩士研究生，主要從事水域生態(tài)學研究， E-mail: liyuan695@163.com； 通信作者：趙 文，教授，博士生導師，研究方向為水域生態(tài)學， E-mail: zhaowen@dlou.edu.cn。

中圖分類號Q948.15+8

文獻標識碼A

文章編號2095-1736(2016)03-0070-05

doi∶10.3969/j.issn.2095-1736.2016.03.070