舒衛(wèi)先,張?jiān)剖?韋翠珍

(1.淮河流域水資源保護(hù)局,安徽 蚌埠　233001; 2.南京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院, 江蘇 南京　210023)

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洪澤湖浮游藻類變化動(dòng)態(tài)及影響因素

舒衛(wèi)先1,張?jiān)剖?,韋翠珍1

(1.淮河流域水資源保護(hù)局,安徽 蚌埠233001; 2.南京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院, 江蘇 南京210023)

針對(duì)2011年7月至2013年10月在洪澤湖11個(gè)采樣點(diǎn)20次采樣獲得的湖水表層浮游藻類和水質(zhì)理化指標(biāo)數(shù)據(jù),采用Shannon-Wiener指數(shù)H和優(yōu)勢(shì)度指數(shù)Y進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理,分析洪澤湖浮游藻類時(shí)空分布動(dòng)態(tài)及其影響要素。結(jié)果表明:洪澤湖浮游藻類共有7門60屬144種,主要包括綠藻門66種、硅藻門36種、藍(lán)藻門23種、裸藻門13種。浮游藻類群落具有明顯的時(shí)空異質(zhì)性,物種豐富度夏季最高,秋季中等,冬春季最低;西北部(成子湖區(qū))和河流入湖口(溧河洼)高,湖心和河流出湖口(蔣壩)低;浮游藻類細(xì)胞密度全湖平均值變幅為157萬～604萬個(gè)/L,夏秋高,冬春--低;成子湖區(qū)等靜水區(qū)高,入湖和出湖口低。浮游藻類組成和細(xì)胞密度的時(shí)間動(dòng)態(tài)與溫度、水位及營(yíng)養(yǎng)鹽(TN、TP等)的季節(jié)差異有關(guān),而其空間動(dòng)態(tài)與水動(dòng)力因素和營(yíng)養(yǎng)鹽(NH3-N)的空間差異有關(guān)。建議限制洪澤湖營(yíng)養(yǎng)鹽陸地輸入，合理調(diào)控洪澤湖水動(dòng)力,以遏制洪澤湖藍(lán)藻水華的發(fā)生。關(guān)鍵詞：浮游藻類;空間差異;季節(jié)動(dòng)態(tài);水質(zhì);洪澤湖

洪澤湖(33°06′～33°40′N,118°10′～118°52′E)是我國(guó)第4大淡水湖泊,是南水北調(diào)東線工程的過水通道,主要由江蘇盱眙縣至洪澤縣淮河河段及其北岸的溧河洼、安河洼、成子湖3大湖灣組成。在正常蓄水位13.0 m(蔣壩水位站)時(shí),湖區(qū)水面面積為2 151.9 km2;洪澤湖承泄淮河上中游15.8萬km2的來水,上承支流河道主要在湖西,下泄河道都在湖東[1]。洪澤湖是典型的過水性、大型淺水湖泊,浮游生物、底棲動(dòng)物和魚類等資源豐富,具有很高的生物多樣性保護(hù)價(jià)值[2]。20世紀(jì)80年代以來,隨著流域經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和人口的不斷增加,該湖泊富營(yíng)養(yǎng)化趨勢(shì)日益明顯,水華現(xiàn)象頻繁出現(xiàn),尤其是90 年代初期至中期,水質(zhì)急劇惡化[3]。洪澤湖不斷加劇的水體富營(yíng)養(yǎng)狀況,使水生生物群落和物種多樣性都發(fā)生了很大變化[4],其中浮游藻類的變化尤為明顯[5]。研究洪澤湖浮游藻類群落結(jié)構(gòu)和物種多樣性的時(shí)空變化動(dòng)態(tài),有利于了解洪澤湖生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)狀,為湖泊水生態(tài)恢復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

洪澤湖浮游藻類多樣性研究最早始于20世紀(jì)60年代,后來又有多次的野外調(diào)查和分析[5-6],但這些成果缺乏系統(tǒng)全面的時(shí)空格局研究。首先,以往的研究通常只選擇在生長(zhǎng)季節(jié)(4—9月)調(diào)查取樣,采樣周期較短,取樣持續(xù)時(shí)間也不夠連貫[5]。其次,取樣點(diǎn)分布不夠廣,范圍較為局限,浮游藻類的空間變化特征不清楚[6]。更為重要的是,連續(xù)性的調(diào)查研究時(shí)間大都在2000年以前,而近十幾年洪澤湖水質(zhì)、浮游藻類多樣性和密度都有較大改變[7],因此有必要對(duì)洪澤湖浮游藻類開展新一輪的詳細(xì)監(jiān)測(cè),以進(jìn)一步了解湖泊的生態(tài)現(xiàn)狀?；诖?筆者開展了為期兩年多的詳細(xì)監(jiān)測(cè),分析了浮游藻類群落結(jié)構(gòu)和細(xì)胞密度的時(shí)空動(dòng)態(tài),并結(jié)合水體理化性質(zhì),探討藻類動(dòng)態(tài)與水位和水質(zhì)特征的關(guān)系。研究結(jié)果有助于認(rèn)識(shí)洪澤湖富營(yíng)養(yǎng)化的格局和形成機(jī)制,以期為洪澤湖的開發(fā)利用和生態(tài)保護(hù)提供理論依據(jù)。

1　研究方法

1.1采樣點(diǎn)

根據(jù)洪澤湖湖盆特點(diǎn),結(jié)合支流位置、植被和水質(zhì)狀況,選定了11個(gè)采樣點(diǎn),采樣點(diǎn)涵蓋成子湖灣、溧河湖灣、淮河湖灣以及湖中心區(qū)等水域,且反映了洪澤湖不同的水動(dòng)力特征(圖1)。其中龍集北、龍集北偏北、成河北和成河?xùn)|位于成子湖區(qū),屬靜水區(qū);溧河洼、臨淮、成河西位于溧河湖灣;高良澗位于二河閘,靠近蘇北灌溉總渠的出湖口;老子山處于淮河湖灣,靠近淮河入河口;蔣壩位于入江水道出湖口區(qū),靠近三河閘;成河中位于洪澤湖中心區(qū)域。

圖1　洪澤湖采樣點(diǎn)分布

1.2樣品采集與處理

分別于2011年7月到2012年6月、2013年3—10月采集洪澤湖11個(gè)采樣點(diǎn)的浮游藻類。其中,浮游藻類定性標(biāo)本用25號(hào)浮游生物網(wǎng)在表層水中撈取,加甲醛溶液(含37%～40%甲醛溶液,用量為水樣體積的4%)固定,帶回室內(nèi)鑒定種類;種類鑒定根據(jù)光學(xué)顯微鏡下形態(tài)學(xué)特征參考相關(guān)文獻(xiàn)和書籍進(jìn)行鑒定[8-9]。對(duì)于定量樣品,用8L的采水器在水深0.5 m處采集水樣,經(jīng)P32(20 μm)號(hào)微型浮游生物網(wǎng)過濾后倒入標(biāo)本瓶中,加魯哥氏液固定(同上),帶回實(shí)驗(yàn)室后直接鏡檢,每個(gè)采樣點(diǎn)重復(fù)5次[10]。浮游藻類計(jì)數(shù)方法為目鏡行格法,用0.1 mL浮游藻類計(jì)數(shù)框在倒置顯微鏡100或400倍下進(jìn)行測(cè)定。每次觀察100個(gè)視野,每個(gè)樣品計(jì)數(shù)2片,取其平均值作為該樣品的最終結(jié)果。另外,在每次采樣檢測(cè)過程中,對(duì)每一種藻隨機(jī)選取10個(gè)以上的個(gè)體,直接計(jì)數(shù)組成個(gè)體的細(xì)胞數(shù)量,將平均值作為該種藻的細(xì)胞數(shù)。

1.3環(huán)境因子測(cè)定

水溫和pH值采用YS1-85水質(zhì)分析儀(美國(guó))現(xiàn)場(chǎng)原位監(jiān)測(cè);TN、NH3-N、TP和COD通過采集表層下 0.5 m 處水樣2.5 L帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)定,樣品測(cè)定重復(fù)3次,測(cè)定方法分別采用堿性過硫酸鉀消解分光光度法(HG 636—2012)、納氏試劑光度法(GB7479—1987《水質(zhì) 銨的測(cè)定 納氏試劑比色法》)、鉬酸銨分光光度法(GB11893—1989《水質(zhì) 總磷的測(cè)定 鉬酸銨分光光度法》)和標(biāo)準(zhǔn)重鉻酸鉀法(GB11914—1989《水質(zhì) 化學(xué)需氧量的測(cè)定 重鉻酸鹽法》)測(cè)定;水體DO采用便攜式DO測(cè)定儀進(jìn)行測(cè)定(Hach HQ40d oxygen probe,美國(guó)哈希公司);水位數(shù)據(jù)來自淮安市水文信息網(wǎng)(http://www.haswj.com,蔣壩水位站數(shù)據(jù))。但2013年度TN含量測(cè)定因?yàn)閮x器問題,未能獲取數(shù)據(jù)。

1.4數(shù)據(jù)分析方法

浮游藻類群落指數(shù)采用Shannon-Wiener指數(shù)H[11]和優(yōu)勢(shì)度指數(shù)Y:

(1)

(2)

式中:s為種數(shù);ni為第i種的個(gè)體數(shù);N為全部樣品中的總個(gè)體數(shù);fi為第i種在各樣品中出現(xiàn)的頻率。

多重比較采用Duncan 檢驗(yàn),顯著度水平為 0.05。因子間相關(guān)分析采用雙變量相關(guān)分析,選擇Pearson 相關(guān)系數(shù)。并用線性回歸的方法探討水溫對(duì)浮游藻類總密度的影響。數(shù)據(jù)處理采用統(tǒng)計(jì)軟件 SPSS19.0。

表1　2011—2013年洪澤湖浮游藻類種類組成　種

2　結(jié)果與分析

2.1環(huán)境參數(shù)

2.1.1水溫與水位

洪澤湖水溫季節(jié)波動(dòng)明顯,夏季水溫高,冬季水溫低,春季和秋季中等。2011—2012年度2月水溫最低(3.51℃),8月最高(29.08℃),2013年度 3月最低(9.14℃),8月最高(31.48℃)。

2011—2012年度,平均水位為12.89 m, 2011年7月較低,8月隨雨季來臨水位開始上升,9月達(dá)到最高值為13.43 m,此后水位逐漸下降至次年6月為止(11.92 m)。2013年度(4—11月),平均水位為12.48 m,3月水位最高達(dá)12.97 m,9月初水位達(dá)到最低值,為11.6 m。

2.1.2化學(xué)性質(zhì)

2011—2012年度監(jiān)測(cè)表明,洪澤湖水質(zhì)偏堿性(pH值為7.81～8.43),不同月份不同樣點(diǎn)間變化不明顯。全湖DO質(zhì)量濃度變化為4.0～14.3 mg/L,夏秋低,冬春高;空間上,靜水區(qū)成子湖區(qū)域相對(duì)較低,成河西、老子山、溧河洼及臨淮中等,而河流出湖區(qū)成河中、蔣壩及高良澗區(qū)域最高。7月水體NH3-N質(zhì)量濃度最高,達(dá)0.70 mg/L,其他月份變幅較小;在空間上,靜水水域龍集北偏北監(jiān)測(cè)點(diǎn)最高為0.59 mg/L,河流入湖口老子山、溧河洼兩地適中,分別為0.41 mg/L和0.43 mg/L,而其他監(jiān)測(cè)位點(diǎn)NH3-N質(zhì)量濃度相對(duì)較低(變幅0.16～0.36 mg/L)。TP平均質(zhì)量濃度變化范圍為0.04～0.11 mg/L,4月最低,11月最高;空間上,溧河洼較高為0.22 mg/L,其他監(jiān)測(cè)位點(diǎn)TP質(zhì)量濃度較低,不同位點(diǎn)間差異較小。全湖TN質(zhì)量濃度的變化范圍為0.90～3.37 mg/L,夏秋低(2011年7—10月),冬春高 (2011年11月至2012年1月);空間上,淮河入湖口老子山水域含量最高,蔣壩其次,臨淮、龍集北和成河西最低。

2013年監(jiān)測(cè)結(jié)果與上一年度相似。水體pH值范圍在7.86～8.25間,偏堿性;DO質(zhì)量濃度變化范圍為5.30～11.12 mg/L,3月最高,此后逐漸降低,至8月為最低(6.88 mg/L),不同位點(diǎn)之間DO質(zhì)量濃度差異較小。NH3-N質(zhì)量濃度變化范圍為0.20～0.48 mg/L,9月最高,4月最低;空間上,成子湖區(qū)域相對(duì)較高,范圍在0.31～0.82 mg/L,高良澗、蔣壩、成河中等出湖口區(qū)域NH3-N質(zhì)量濃度較低;TP質(zhì)量濃度變化范圍為0.05～0.12 mg/L,6月最低,10月最高;不同監(jiān)測(cè)位點(diǎn)間空間差異較小。

2.2浮游藻類物種組成

2011—2013年調(diào)查期間,共檢測(cè)到綠藻、硅藻、藍(lán)藻、裸藻、甲藻等浮游藻類,隸屬7門60屬144種(表1),其中,弱細(xì)顫藻(優(yōu)勢(shì)度指數(shù)0.24)、不定微囊藻(優(yōu)勢(shì)度指數(shù)0.17)和水華微囊藻(優(yōu)勢(shì)度指數(shù)0.07)為全湖優(yōu)勢(shì)物種。

2011年7月至2012年6月間,觀測(cè)到的綠藻門種類最多,達(dá)66種,占全部浮游藻類種類的50.4%,是最重要的群落組成者;硅藻門其次(36種),占總數(shù)的27.5%;藍(lán)藻門16種,裸藻門8種,黃藻門3種,甲藻門2種,分別占總數(shù)的12.2%、6.1%、2.3%和1.5%。具體看,顫藻(Oscillatoria)為絕對(duì)優(yōu)勢(shì)屬種,其相對(duì)密度為60.9%,其次依次有:微囊藻(Microcvstis)21.3%、鏈絲藻(Ulothrix)14.4%、魚腥藻(Anabaena)1.2%。

2013年3—10月間,主要為綠藻、硅藻和藍(lán)藻3個(gè)類群。其中綠藻門49種,硅藻門29種,藍(lán)藻門23種,分別占總數(shù)的41.5%、24.6%和19.5%。此外還有少量裸藻和甲藻,其中裸藻門13種,甲藻門3種,分別占總數(shù)的11.0%和2.5%。

浮游藻類群落物種組成,在季節(jié)變化上,表現(xiàn)為夏秋種類多,冬春少。第1個(gè)監(jiān)測(cè)周期內(nèi),除3月外,各月浮游藻類種類中均以綠藻門為主,占浮游藻類總種數(shù)的43.10%～64.71%;硅藻門和藍(lán)藻門次之。第2個(gè)監(jiān)測(cè)周期內(nèi),3—5月綠藻門和硅藻門種類數(shù)基本相同,其次為藍(lán)藻門;6—10月浮游藻類基本都以綠藻門為主,其次為硅藻門和藍(lán)藻門。

在空間上,成子湖區(qū)(含龍集北、龍集北偏北、成河北和成河?xùn)|等采樣點(diǎn))及溧河洼(為入湖口)藻種類較多,而蔣壩、老子山、高良澗(為出湖口)及湖區(qū)中心(成河中)較低(表2),各個(gè)監(jiān)測(cè)位點(diǎn)均以綠藻門的浮游藻類最多。第1個(gè)監(jiān)測(cè)周期內(nèi),成子湖區(qū)藻類較多,種類最少的樣點(diǎn)為成河中和高良澗;各樣點(diǎn)中,綠藻門占浮游藻類總種數(shù)的30.2%～54.1%,硅藻門、藍(lán)藻門次之。第2個(gè)監(jiān)測(cè)年度內(nèi),溧河洼藻種類最多,成子湖水域次之,老子山最少(49種),各樣點(diǎn)中綠藻門占浮游藻類總種數(shù)的38.2%～44.1%;硅藻門和藍(lán)藻門分別占浮游藻類總種數(shù)的2.8%～30.3%和18.8%～30.6%。

表2　洪澤湖浮游藻類群落物種組成空間動(dòng)態(tài)　種

表3　2011—2013年度洪澤湖浮游藻類細(xì)胞密度空間動(dòng)態(tài) 　萬個(gè)/L

2.3浮游藻類細(xì)胞密度

圖2　2011—2013年洪澤湖浮游藻類細(xì)胞密度時(shí)間動(dòng)態(tài)

浮游藻類細(xì)胞密度夏秋多,冬春少(圖2)。第1個(gè)監(jiān)測(cè)周期內(nèi),平均細(xì)胞密度為157萬個(gè)/L,各月間差異很大,其中2011年8月細(xì)胞密度最大,主要由微囊藻和弱細(xì)顫藻的快速生長(zhǎng)繁殖引起;10月后細(xì)胞密度逐漸下降,至第2年春天溫度升高,鏈絲藻開始快速生長(zhǎng)繁殖,引起了2012年6月細(xì)胞密度的迅速增長(zhǎng)。第2個(gè)監(jiān)測(cè)周期內(nèi),浮游藻類細(xì)胞密度平均值約為604萬個(gè)/L,其中, 4月前細(xì)胞密度較低;5月開始增加,6—7月浮游藻類細(xì)胞密度達(dá)到較高水平,其增長(zhǎng)主要由弱細(xì)顫藻的大量繁殖引成,9月出現(xiàn)當(dāng)年峰值(1 090萬個(gè)/L),此時(shí)微囊藻取代弱細(xì)顫藻成為全湖優(yōu)勢(shì)物種。

不同位點(diǎn)間浮游藻類細(xì)胞密度差異非常明顯(表3)，在水流相對(duì)較緩的成子湖區(qū)(包括龍集北、龍集北偏北、成河北和成河?xùn)|)最高,溧河洼、成河西和臨淮次之,而強(qiáng)水動(dòng)力區(qū)(主要為湖泊入湖和出湖口等,包括蔣壩、老子山、高良澗)最低。具體而言,第1個(gè)監(jiān)測(cè)周期內(nèi)龍集北偏北最高,湖心采樣點(diǎn)成河中最低;第2個(gè)周期內(nèi)成河北和成河?xùn)|最高,臨淮、溧河洼、成河西浮游藻類中等,老子山、蔣壩和高良澗最低。

表4　2011—2013年洪澤湖浮游藻類物種多樣性的空間動(dòng)態(tài)

2.4物種多樣性

洪澤湖浮游藻類多樣性指數(shù)存在明顯的時(shí)空動(dòng)態(tài),時(shí)間上表現(xiàn)為秋季多樣性指數(shù)較高,冬春季較低其中,2011—2012年間,整個(gè)湖區(qū)各月浮游藻類多樣性指數(shù)在0.77～1.84之間波動(dòng)(圖3),平均值為1.31,9月最高為1.84,6月最低為0.77,而2013年各月多樣性指數(shù)變化范圍為0.91～2.16,平均值為1.32,同樣為9月最高為2.16,6月最低為0.91。空間上,成子湖區(qū)域多樣性指數(shù)較低(表4),溧河洼水域(成河西、臨淮、溧河洼)較高。

圖3　2011—2013年洪澤湖浮游藻類物種多樣性的時(shí)間動(dòng)態(tài)

2.5細(xì)胞密度與環(huán)境因子關(guān)系

由表5可見,pH值與生物學(xué)指標(biāo)間沒有顯著關(guān)系,藍(lán)藻細(xì)胞密度、其他門類細(xì)胞密度及總細(xì)胞密度與水溫度呈正相關(guān),總細(xì)胞密度與藍(lán)藻細(xì)胞密度變化顯著正相關(guān)。具體而言,第1個(gè)監(jiān)測(cè)周期內(nèi)水溫和藍(lán)藻門及總細(xì)胞密度正相關(guān),DO和藍(lán)藻門細(xì)胞密度及總細(xì)胞密度負(fù)相關(guān);第2個(gè)監(jiān)測(cè)周期內(nèi)NH3-N和硅藻門、綠藻門正相關(guān)。

3　討　論

上述分析結(jié)果表明,洪澤湖在兩個(gè)監(jiān)測(cè)周期中浮游藻類年平均細(xì)胞密度分別達(dá)到157萬個(gè)/L和604萬個(gè)/L,與2008年相比(小于85萬個(gè)/L),2011年細(xì)胞密度增長(zhǎng)近1倍,2013年度也明顯超過湖泊水華閾值(大于100萬個(gè)/L)[17], 說明洪澤湖的部分水域在一定時(shí)間范圍內(nèi)處于水華發(fā)生狀態(tài)。這與洪澤湖含較高的氮、磷結(jié)果是一致的。2011—2013年洪澤湖NH3-N、TN和TP平均質(zhì)量濃度分別為0.29 mg/L、2.19 mg/L和0.08 mg/L,超出了Taheriyoun等[12]提出的湖泊富營(yíng)養(yǎng)化閾值ρ(NH3-N):0.02 mg/L；ρ(TN):0.65～1.2 mg/L；ρ(TP):0.03～ 0.1 mg/L)。N、P是與藻類生長(zhǎng)密切相關(guān)的營(yíng)養(yǎng)元素,過高的N、P含量往往導(dǎo)致水華出現(xiàn)[13]。另外,雖然洪澤湖綠藻、硅藻種類在全年都較多,但藍(lán)藻門

表5　洪澤湖浮游藻類細(xì)胞密度和多樣性與水體物化特征關(guān)系的半矩陣

注:*表示P<0.05; **表示P<0.01;***表示P<0.001。

細(xì)胞密度與全年總細(xì)胞密度相關(guān)性最高,說明藍(lán)藻在全年浮游藻類細(xì)胞密度中具有較大貢獻(xiàn)。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn),顫藻和微囊藻是洪澤湖的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)物種,兩者占總密度的80%以上。顫藻和微囊藻是淺水湖泊中兩種最典型的藍(lán)藻[13]。比如在太湖,微囊藻和顫藻水華都有發(fā)生,其中微囊藻全年發(fā)生,而顫藻一般在夏秋兩季暴發(fā)[14]?？梢?洪澤湖富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)與多數(shù)淺水湖泊一致,水華的優(yōu)勢(shì)物種都是藍(lán)藻[15-16]。雖然如此,與滇池(細(xì)胞密度為520萬～12億個(gè)/L[17];ρ(N)=2.0 mg/L,ρ(P)=0.21 mg/L[18])和太湖五里湖 (細(xì)胞密度386萬～558萬個(gè)/L[19];ρ(N)=7.2g/L和ρ(P)=0.15 mg/L[20]) 相比,洪澤湖的藻細(xì)胞密度和營(yíng)養(yǎng)鹽濃度相對(duì)較低。但是,如果不及早重視洪澤湖的生態(tài)恢復(fù)和治理,其富營(yíng)養(yǎng)化趨勢(shì)將難以得到遏制。

洪澤湖浮游藻類物種組成和細(xì)胞密度存在明顯的季節(jié)變化,這與溫度的季節(jié)性差異有關(guān)。溫度是藻類生長(zhǎng)的重要限制因素,藻類在低溫季節(jié)難以生長(zhǎng)。洪澤湖湖區(qū)屬北亞熱帶季風(fēng)氣候,季節(jié)變化十分明顯。因此,在水溫較高的夏季6—8月,2011—2013年藻細(xì)胞密度超過水華閾值的1.4～20.3倍;而在水溫較低的3—5月,細(xì)胞密度不足水華閾值的1/3。相關(guān)分析表明,水溫和全湖各月細(xì)胞密度之間存在很好的線性正相關(guān)關(guān)系,說明水溫是導(dǎo)致洪澤湖細(xì)胞密度季節(jié)變化的重要環(huán)境因素。水溫的變化同樣會(huì)改變浮游藻類的群落組成。與其他浮游藻類相比,藍(lán)藻生長(zhǎng)需要更高的溫度(其最適生長(zhǎng)溫度為25～35℃[5])。在較高溫度下藍(lán)藻相比其他藻類更易取得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)[21]。一方面,高溫條件下藍(lán)藻分泌的次生代謝物(藻毒素)含量的增加抑制了浮游動(dòng)物和其他浮游藻類的生長(zhǎng)[10];另一方面,藍(lán)藻的快速生長(zhǎng),造成水體透明度下降,遮蔽光線而進(jìn)一步抑制其他水生植物的生長(zhǎng)(如沉水植物等),甚至導(dǎo)致其他水生植物死亡,死亡釋放的養(yǎng)分又提供了藍(lán)藻生長(zhǎng)所需要的養(yǎng)分。因此,夏秋季節(jié)水溫高時(shí),藍(lán)藻相對(duì)密度最高,隨著冬季和春季水溫降低,藍(lán)藻競(jìng)爭(zhēng)抑制作用減弱,其他藻類(主要為綠藻和硅藻)的相對(duì)密度得到提高。

除了溫度,水位可能也是細(xì)胞密度季節(jié)變化的重要調(diào)節(jié)因子。水位變化說明水體容積發(fā)生了變化,從而直接通過“濃縮”或“稀釋”作用影響藻密度。例如,2012年6月、2013年7月和9月細(xì)胞密度驟然提升,可能與這個(gè)幾個(gè)月出湖流量增加、水位下降有關(guān)。此外,N、P等養(yǎng)分濃度的波動(dòng)也引起藻類細(xì)胞密度變化。P含量相對(duì)較高的夏季和秋季藍(lán)藻細(xì)胞密度及總浮游藻類細(xì)胞密度相對(duì)較高,隨著冬季和春季P濃度降低,藍(lán)藻生長(zhǎng)受到限制,綠藻逐漸取得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),相對(duì)密度不斷增加?？梢?洪澤湖浮游藻類的季節(jié)變化可能是溫度、水位和養(yǎng)分等要素共同作用的結(jié)果。

洪澤湖浮游藻類物種組成和細(xì)胞密度在空間上的差異也很明顯。浮游藻類物種數(shù)量在不同區(qū)域明顯不同,對(duì)比分析發(fā)現(xiàn),湖區(qū)西部(如臨淮、成河西,以及溧河洼)離入湖口區(qū)域較近的樣點(diǎn)浮游藻類物種較多,主要是受入湖水流帶來的上游河流的浮游藻類物種的影響,而在出湖口一側(cè)(如蔣壩等)的東部湖區(qū)浮游藻類種類較少,原因可能跟出湖區(qū)水流速度較快不利于藻類的生長(zhǎng)繁殖有關(guān)[22]。浮游藻類種類組成在區(qū)域上差異較小,均以綠藻為主,藍(lán)藻、硅藻次之。

同樣,細(xì)胞密度的空間差異也跟水動(dòng)力要素有關(guān)。浮游藻類細(xì)胞密度最高的監(jiān)測(cè)位點(diǎn)在成子湖水域,其中2011—2012年龍集北偏北夏季和秋季藻細(xì)胞密度分別超過湖泊水華閾值13.5和8.8倍,2013年成河北、成河?xùn)|、龍集北偏北均超過湖泊水華閾值10倍以上;而細(xì)胞密度較低的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位是成河中和老子山,其藻類細(xì)胞密度水平通常低于水華閾值,甚至處于貧營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)(閾值小于30萬個(gè)/L)[9]。老子山處在淮河的入湖口,蔣壩處在三河區(qū)出湖口,高良澗位于二河閘,靠近蘇北灌溉總渠的出湖口,這些位點(diǎn)過水性都很強(qiáng)。因此,不同采樣點(diǎn)藻細(xì)胞密度的差異可能與洪澤湖獨(dú)特的水動(dòng)力特征有關(guān),即過水性越強(qiáng)、水流速度越大,越不容易發(fā)生水華[22]。此外,從整體上看,洪澤湖為一個(gè)典型的過水性湖泊,年換水在10次以上,正因?yàn)槠鋸搅髁看?流速較快,降低了藍(lán)藻細(xì)胞密度的增加速度,所以相比滇池和太湖五里湖等過水性相對(duì)較弱的富營(yíng)養(yǎng)化湖泊,其藻類細(xì)胞密度要低。

水體營(yíng)養(yǎng)鹽濃度也是影響浮游藻類細(xì)胞密度時(shí)空分布的重要因素。雖然整合數(shù)據(jù)的分析表明,營(yíng)養(yǎng)鹽濃度與植物細(xì)胞密度沒有顯著相關(guān)關(guān)系,而且TN與總細(xì)胞密度呈顯著負(fù)相關(guān)。這可能與養(yǎng)分和水溫等其他要素的相互作用有關(guān)。洪澤湖處在溫帶地區(qū),夏秋季節(jié)溫度高,藻類分裂快,細(xì)胞密度高,但同時(shí)因?yàn)橄那锛竟?jié)降水量較大、進(jìn)出湖泊的河流凈流量大,營(yíng)養(yǎng)鹽濃度反而降低。相反,冬春季節(jié)溫度低,不適宜藻類生長(zhǎng),細(xì)胞密度低,但冬春降水量小、水位低,水體營(yíng)養(yǎng)鹽濃度高。類似負(fù)相關(guān)的結(jié)果在杭州西湖等其他水體中也有報(bào)道[23]。但是營(yíng)養(yǎng)鹽濃度仍可能是影響藻類細(xì)胞密度分布的重要因素。例如,在成子湖等浮游藻類細(xì)胞密度最高的區(qū)域,NH3-N質(zhì)量濃度都相對(duì)較高(0.42 mg/L),而在細(xì)胞密度相對(duì)較低的成河中、高良澗、蔣壩、老子山等監(jiān)測(cè)點(diǎn)NH3-N質(zhì)量濃度較低(0.22 mg/L)。NH3-N作為浮游藻類生長(zhǎng)可直接利用的營(yíng)養(yǎng)鹽,其空間差異可能是導(dǎo)致浮游藻類細(xì)胞密度空間現(xiàn)狀的重要因素。

4　結(jié)　語

調(diào)查結(jié)果顯示,洪澤湖夏秋季節(jié)局部水域有明顯的富營(yíng)養(yǎng)化特征,在水動(dòng)力較弱的成子湖區(qū)域藍(lán)藻水華現(xiàn)象尤為明顯。洪澤湖藍(lán)藻水華的發(fā)生是營(yíng)養(yǎng)鹽、水溫和水動(dòng)力特征共同作用的結(jié)果。夏秋季節(jié)的炎熱高溫、豐富的營(yíng)養(yǎng)鹽含量以及較低的水流速度導(dǎo)致了成子湖等區(qū)域藍(lán)藻水華的大量爆發(fā)。需要指出的是,本次定量實(shí)驗(yàn)采用的是網(wǎng)篩過濾法,雖然該方法可能會(huì)低估水體當(dāng)中小于20 μm 的浮游藻類的細(xì)胞密度,但即使如此,洪澤湖浮游藻類群落組成和細(xì)胞密度仍然存在明顯的時(shí)空動(dòng)態(tài),表現(xiàn)出富營(yíng)養(yǎng)化加劇的趨勢(shì),因此,洪澤湖富營(yíng)養(yǎng)化問題更應(yīng)該引起人們的重視。

南水北調(diào)東線工程通水后,水位抬高,水動(dòng)力條件改變,可能會(huì)影響洪澤湖，特別是成子湖灣區(qū)域,浮游藻類時(shí)空格局的變化,因此需要開展持續(xù)的觀測(cè)研究。進(jìn)一步加大洪澤湖入湖河流污染治理和湖區(qū)退耕還湖力度,逐步減少污染物輸入,從而降低洪澤湖營(yíng)養(yǎng)鹽含量,是遏制洪澤湖富營(yíng)養(yǎng)化加劇的根本措施。

[ 1 ] 《中國(guó)河湖大典》編纂委員會(huì).中國(guó)河湖大典 淮河卷[M].北京:中國(guó)水利水電出版社,2010.

[ 2 ] 楊士建.洪澤湖濕地資源保護(hù)與可持續(xù)利用研究[J].重慶環(huán)境科學(xué),2003,25(2):15-17.(YANG Shijian.Study on protection and sustainable use of wetland around Hongze Lake[J].Chongqing Environmental Sciences,2003,25(2):15-17.(in Chinese))

[ 3 ] 李波,濮培民.淮河流域及洪澤湖水質(zhì)的演變趨勢(shì)分析[J].長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境,2003,12(1):68-73.(LI Bo,PU Peimin.Study on the evolution tendency of water quality in Huai River Basin and Hongze Lake[J].Resources and Environment in the Yangtze Basin,2003,12(1):68-73.(in Chinese))

[ 4 ] 葛緒廣,王國(guó)祥.洪澤湖面臨的生態(tài)環(huán)境問題及其成因[J].人民長(zhǎng)江,2008,39(1):28-30.(GE Xuguang,WANG Guoxiang.Eco-environmental problems in Hongze lake and their causes of formation[J].Yangtze River,2008,39(1):28-30.(in Chinese))

[ 5 ] 王兆群,張寧紅,張?jiān)?洪澤湖藻類與環(huán)境因子逐步回歸統(tǒng)計(jì)和藍(lán)藻水華初步預(yù)測(cè)[J].中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè),2012,28(4):17-20.(WANG Zhaoqun,ZHANG Ninghong,ZHANG Yong.Prediction of blue-green algae bloom using stepwise multiple regression between algae & related environmental factors in Hongze Lake[J].Environmental Monitoring in China,2012,28(4):17-20.(in Chinese))

[ 6 ] 陳翔,禹繼華,劉杰,等.洪澤湖藍(lán)藻暴發(fā)的氣象條件分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2010,38(15):8141-8142,8177.(CHEN Xiang,YU Jihua,LIU Jie,et al.Analysis on the meteorological condition of blue-green algae fast growth in Hongze Lake[J].Journal of Anhui Agricultural Science,2010,38(15):8141-8142,8177.(in Chinese))

[ 7 ] 王兆群,張寧紅,張?jiān)?等.洪澤湖水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)[J].環(huán)境監(jiān)控與預(yù)警,2010,2(6):31-35.(WANG Zhaoqun,ZHANG Ninghong,ZHANG Yong,et al.Eutrophication assessment of water quality in Hongze Lake[J].Environmental Monitoring and Forewarning,2010,2(6):31-35.(in Chinese))

[ 8 ] 周鳳霞,陳劍虹.淡水微型生物圖譜[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005.

[ 9 ] DAVIS T W,BERRY D L,BOYER D L,et al.The effects of temperature and nutrients on the growth and dynamics of toxic andnon-toxic strains of Microcystis during cyanobacteria blooms[J].Harmful Algae,2009,8:715-725.

[10] 張婷,李林,宋立榮.熊河水庫(kù)浮游藻類群落結(jié)構(gòu)的周年變化[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2009,29(6):2971-2979.(ZHANG Ting,LI Lin,SONG Lirong.Annual dynamics of phytoplankton abundance and community structure in the Xionghe Reservoir[J].Acta Ecologica Sinica,2009,29(6):2971-2979.(in Chinese))

[11] SHANNON C E,WIENER W.The mathematical theory of communication[M].Urbana:University Illinois Press,1963.

[12] TAHERIYOUN M,KARAMOUZ M,BAGHVAND A.Development of an entropy-based fuzzy eutrophication index for reservoir water quality evaluation[J].Iranian Journal of Environmental Health Science & Engineering,2010(7):1-14.

[13] CHU Z S,JIN X C,IWAMI N,et al.Eutrophication of Shallow Lakes with Special Reference to Lake Taihu,China[M].Berlin:Springer,2007.

[14] 張軍毅,朱冰川.太湖五里湖藍(lán)藻水華種類及其演替規(guī)律研究[C]//中國(guó)環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì).2012中國(guó)環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集(第2卷).北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)出版,2012:621-625.

[15] 秦伯強(qiáng).太湖水環(huán)境面臨的主要問題、研究動(dòng)態(tài)與初步進(jìn)展[J].湖泊科學(xué),1998,10(4):1-9.(QIN Boqiang.A review and prospect about the aquatic environment studies in Taihu Lake[J].Journal of Lake Sciences,1998,10 (4):1-9.(in Chinese))

[16] 秦伯強(qiáng).長(zhǎng)江中下游淺水湖泊富營(yíng)養(yǎng)化發(fā)生機(jī)制與控制途徑初探[J].湖泊科學(xué),2002,14(3):193-202.(QIN Boqiang.Approaches to mechanisms and control of eutrophication of shallow lakes in the Middle and Lower Reaches of the Yangze River[J].Journal of Lake Sciences,2002,14(3):193-202:1-9.(in Chinese))

[17] 李原,張梅,王若南.滇池的水華藍(lán)藻的時(shí)空變化[J].云南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2005,27(3):272-276.(LI Yuan,ZHANG Mei,WANG Ruonan.The temporal and spation variation of the cyanobacteria which caused the water bloom in the Dianchi Lake,Kunming,China[J].Journal of Yunnan University(Natural Sciences),2005,27 (3):272-276.(in Chinese))

[18] 張治中.滇池氮與富營(yíng)養(yǎng)化研究[J].環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊,2007,26(6):34-36.(ZHANG Zhizhong.Study on nitrogen and eutrophication of Dianchi Lake[J].Environmental Science Survey,2007,26(6):34-36.(in Chinese))

[19] 孟順龍,陳家長(zhǎng),范立民,等.2007年太湖五里湖浮游藻類生態(tài)學(xué)特征[J].湖泊科學(xué),2009,21(6):845-854.(MENG Shunlong,CHEN Jiazhang,FAN Limin,et al.Eco-characteristics of phytoplankton in Lake Wuli,Lake Taihu in 2007[J].Journal of Lake Sciences,2009,21(6):845-854.(in Chinese))

[20] 宋曉蘭,劉正文,潘宏凱,等.太湖梅梁灣與五里湖浮游藻類群落的比較[J].湖泊科學(xué),2007,19(6):643-651.(SONG Xiaolan,LIU Zhengwen,PANG Hongkai,et al.Phytoplankton community structure in Meiliang Bay and Lake Wuli of Lake Taihu[J].Journal of Lake Sciences,2007,19(6):643-651.(in Chinese))

[21] NALEWAJKO C,MURPHY T P.Effects of temperature,and availability of nitrogen and phosphorus on the abundance of anabaena and microcystis in Lake Biwa,Japan:an experimental approach[J].Limnology,2001(2):45-48.

[22] 林秋奇,胡韌,韓博平.流溪河水庫(kù)水動(dòng)力學(xué)對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽和浮游藻類分布的影響[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2003,23(11):2278-2284.(LIN Qiuqi,HU Ren,HAN Boping.Effect of hydrodynamics on nutrient and phytoplankton distribution in Liuxihe Reservoir[J].Acta Ecologica Sinica,2003,23(11):2278-2284.(in Chinese))

[23] 毛成責(zé),余雪芳,邵曉陽.杭州西湖總氮、總磷周年變化與水體富營(yíng)養(yǎng)化研究[J].水生態(tài)學(xué)雜志,2010,3(4):1-6.(MAO Chengze,YU Xuefang,SHAO Xiaoyang.Study on the annual variations of TN and TP and the eutrophication in Hangzhou West Lake[J].Journal of Hydroecology,2010,3(4):1-6.(in Chinese))

Seasonal dynamics of and factors in phytoplankton in Hongze Lake

SHU Weixian1, ZHANG Yunshu2, WEI Cuizhen1

(1.HuaiheRiverBasinWaterResourcesProtectionBureau,Bengbu233001,China;2.SchoolofLifeSciences,NanjingUniversity,Nanjing210023,China)

In order to explore the temporal-spatial pattern of phytoplankton distribution in Hongze Lake and associated factors, we sampled surface water 20 times at 11 sites across the lake from July 2011 to October 2013, and obtained physical and chemical indices of phytoplankton and water quality. We processed the data using the Shannon-Wiener indexHand dominance indexY. Then, we found 144 phytoplankton species belonging to 60 genera, and seven phyla (including 66 species of green algae, 36 species of diatoms, 23 species of cyanobacteria, and 13 species of euglena). The phytoplankton distribution presented an obvious spatial-temporal variability. The species richness was at a high level in the summer, at an intermediate level in the autumn, and at low levels in the winter and spring; it exhibited large values in the northwestern part (Chengzi Lake area) and the inflow area of the lake (site Lihewa), and small values in the central area and the outflow area of the lake. The average cell density of phytoplankton ranged from 1.57×106to 6.04×106cells/L. The cell density was higher in the summer and autumn, and lower in the winter and spring; it exhibited large values in the Chengzi Lake area and small values at the inflow and outflow areas of the lake. Data analysis shows that the temporal dynamics of the species composition and cell density were significantly associated with the seasonal variations of water temperature, water level, and nutrients (mainly total nitrogen and total phosphorus), while the spatial dynamics of the species composition and cell density were correlated with the spatial variations of hydrodynamic factors and nutrients (particularly ammonia nitrogen). We suggest restricting nutrient input and modulating the hydrological dynamics of Hongze Lake, in order to prevent algal blooms in the lake.

phytoplankton; spatial disparity; seasonal dynamics; water quality; Hongze Lake

10.3880/j.issn.1004-6933.2016.05.022

淮河流域重要河湖健康評(píng)估試點(diǎn)項(xiàng)目( 1261320320004)

舒衛(wèi)先(1973—)，男，高級(jí)工程師，博士，主要從事水生態(tài)保護(hù)與修復(fù)管理工作。E-mail:weixians@163.com

X173

A

1004-6933(2016)05-0115-08

2015-11-29編輯：徐娟)