曹文鐘, 孫玉鳳, 楊雙, 蓋延軍, 劉江紅, 范亞文

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大慶庫(kù)里泡浮游植物群落結(jié)構(gòu)及多樣性研究

曹文鐘1,*, 孫玉鳳2, 楊雙3, 蓋延軍1, 劉江紅1, 范亞文3

1. 東北石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院, 大慶 163318 2. 中海油天津化工研究設(shè)計(jì)院, 天津 300131 3. 哈爾濱師范大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院, 哈爾濱 150025

2012年5月—10月, 大慶庫(kù)里泡浮游植物的種類組成、豐度、優(yōu)勢(shì)種及多樣性調(diào)查研究結(jié)果表明, 庫(kù)里泡共鑒定浮游植物380個(gè)分類單位(349種29變種2變型), 隸屬于8門11綱22目41科104屬。庫(kù)里泡浮游植物群落組成主要是綠藻—硅藻型, 浮游植物種類數(shù)隨季節(jié)的變化順序?yàn)? 8月>6月>7月>5月>9月>10月。浮游植物豐度季節(jié)性變化明顯, 變化范圍為5.94×105—119×105ind·L–1。浮游植物優(yōu)勢(shì)種不同季節(jié)間既有交叉又有演替, 優(yōu)勢(shì)種類大多為中營(yíng)養(yǎng)型和中—富營(yíng)養(yǎng)型指示種。多樣性評(píng)價(jià)結(jié)果表明, 浮游動(dòng)物被長(zhǎng)期高強(qiáng)度捕撈后, 庫(kù)里泡的浮游植物群落種類組成比較豐富, 群落結(jié)構(gòu)復(fù)雜且穩(wěn)定性較好, 水體處于β—中污染至輕污染水平。

庫(kù)里泡; 浮游植物; 群落結(jié)構(gòu); 多樣性指數(shù); 豐度; 優(yōu)勢(shì)種

0 前言

庫(kù)里泡是大慶市重要的納污、泄洪湖泊。大慶市的污水通過(guò)安肇新河匯入庫(kù)里泡, 最后排入松花江。安肇新河進(jìn)入松花江的閘口距離下游的哈爾濱四方臺(tái)飲用水水源地僅有128 km。因此, 庫(kù)里泡水質(zhì)的好壞不僅直接影響松花江的水質(zhì), 還對(duì)哈爾濱市飲用水的安全產(chǎn)生重大影響[1–3]。自1998年開(kāi)始, 每年夏季庫(kù)里泡周圍的農(nóng)民大量捕撈“魚蟲(chóng)”——浮游動(dòng)物, 高峰期的捕撈量(干重)在3000 t·a-1以上。2008年以后, 捕獲的浮游動(dòng)物在種類和數(shù)量上都急劇下降。由于水體浮游動(dòng)物急劇減少, 引起浮游植物大量繁殖, 水生食物鏈遭到破壞, 導(dǎo)致庫(kù)里泡水體富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象日益加重。

浮游植物是水生生態(tài)系統(tǒng)中食物鏈的基礎(chǔ)及重要的初級(jí)生產(chǎn)者, 是水中溶解氧的主要提供者, 同時(shí)也是水生生態(tài)系統(tǒng)中能量流動(dòng)、物質(zhì)循環(huán)和信息傳遞的承載者, 其種類多樣性的變化直接影響水生生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能。同時(shí)其種類組成、數(shù)量分布、群落結(jié)構(gòu)及其與水環(huán)境之間的關(guān)系一直都是水生生態(tài)系統(tǒng)中的研究熱點(diǎn), 浮游植物也是生物監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)水質(zhì)及其營(yíng)養(yǎng)狀況的重要指標(biāo)[4–5]。本文對(duì)庫(kù)里泡浮游植物種類組成及其特征進(jìn)行研究, 分析庫(kù)里泡水域浮游植物的群落結(jié)構(gòu)、豐度時(shí)空分布以及優(yōu)勢(shì)種特征, 探討季節(jié)變化與浮游植物群落關(guān)系, 可以為庫(kù)里泡流域水質(zhì)評(píng)價(jià)、水環(huán)境保護(hù)及水污染治理提供基礎(chǔ)資料和生物學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域自然概況

庫(kù)里泡地處黑龍江省大慶市大同區(qū)、肇源縣、肇州縣三地的交界處, 松花江北岸, 是串聯(lián)在安肇新河上的最大湖庫(kù)。南北長(zhǎng)約16 km, 東西最寬處約5 km, 面積約81 km2, 平均水深約1.0 m, 最大庫(kù)容量約9100×104m3; 多年平均降水量444 mm, 年平均日照時(shí)數(shù)2840 h, 年平均有效積溫3000 ℃, 年平均氣溫2.2—4.4 ℃, 11月到次年3月為冰凍期, 結(jié)冰深度約0.86 m, 結(jié)冰期約160 d。

1.2 采樣點(diǎn)設(shè)置

在庫(kù)里泡共設(shè)置4個(gè)采樣區(qū)域(圖1)。分別位于安肇新河庫(kù)里泡入口處(采樣區(qū)I), 北部水面狹窄區(qū)域(采樣區(qū)II), 南部水面開(kāi)闊區(qū)域(采樣區(qū)III), 庫(kù)里泡出口處(采樣區(qū)IV)。

圖1 庫(kù)里泡采樣區(qū)域分布圖

Figure 1 The distribution map of the sampling area in Kulipao Lake

1.3 樣品的采集、處理及鑒定方法

2012年5月—10月, 每月中旬進(jìn)行浮游植物標(biāo)本采集[6], 同時(shí)測(cè)定水體的pH值和水溫。定性樣品使用25#浮游生物網(wǎng)采集, 著生樣品使用剪刀或鑷子從石頭或周圍植物上采集, 現(xiàn)場(chǎng)加入濃度為5%的福爾馬林溶液進(jìn)行固定和保存。定量樣品采用1 L采水器采集并置于樣品瓶中, 按照1000: 15的比例加入魯格氏固定液進(jìn)行固定。定性樣品制作臨時(shí)水裝片, 定量樣品沉淀濃縮到50 mL, 使用0.1 mL浮游生物計(jì)數(shù)框在10× 40倍光學(xué)顯微鏡下進(jìn)行觀察、鑒定和計(jì)數(shù)。鑒定工作參考的主要資料有胡鴻鈞、魏印心等[7], 饒欽止等[8–10]。

1.4 數(shù)據(jù)處理和分析

浮游植物多樣性指數(shù)采用的計(jì)算公式有:

ShannonWiener多樣性指數(shù):(); Pielou均勻度指數(shù):; Margalef指數(shù):

(1); 優(yōu)勢(shì)度：()

式中:為種類數(shù),為同一樣品中的個(gè)體總數(shù),為第種的個(gè)體數(shù),為第種藻類在各點(diǎn)位出現(xiàn)的頻率。

將優(yōu)勢(shì)度指數(shù)> 0.02的浮游植物定為優(yōu)勢(shì)種;值0—1為重污染, 1—3為中污染, > 3為輕或無(wú)污染;值0—1為重污染, 1—3為中污染(其中1—2為α—中污染, 2—3為β-中污染), > 3為清潔。

2 結(jié)果與分析

2.1 浮游植物的種類組成

2012年5月—10月, 對(duì)大慶庫(kù)里泡的浮游植物進(jìn)行了調(diào)查, 共鑒定浮游植物380個(gè)分類單位, 隸屬于8門11綱22目41科104屬。其中綠藻門種類最多, 為53屬161種19變種2變型, 占浮游植物種類總數(shù)的47.9%; 其次硅藻門, 為22屬66種4變種, 占總數(shù)的18.4%; 裸藻門7屬56種2變種, 占總數(shù)的15.3%; 藍(lán)藻門14屬53種2變種, 占總數(shù)的14.5%; 甲藻門2屬5種, 占種類總數(shù)的1.3%; 黃藻門3屬4種, 占總數(shù)的1.1%; 隱藻門1屬3種, 占總數(shù)的0.8%; 金藻門1屬2種占總數(shù)的0.5%。由此可以看出, 庫(kù)里泡浮游植物群落組成的類型主要為綠藻-硅藻型。

2.2 浮游植物種類的季節(jié)變化

2012年5月—10月, 庫(kù)里泡浮游植物種類數(shù)的變化順序?yàn)? 8月>6月>7月>5月>9月>10月。8月最多, 共鑒定7門69屬193種, 其中綠藻34屬94種, 裸藻7屬36種, 藍(lán)藻10屬30種, 硅藻15屬28種, 黃藻1屬2種, 甲藻1屬2種, 隱藻1屬1種; 10月最少, 為6門60屬153種, 其中綠藻31屬78種, 硅藻13屬28種, 裸藻6屬24種, 藍(lán)藻8屬19種, 甲藻1屬2種, 隱藻1屬2種。

2.3 浮游植物豐度的分布情況

庫(kù)里泡浮游植物豐度的時(shí)空變化顯著。從時(shí)間分布來(lái)看, 春、夏、秋三季浮游植物細(xì)胞豐度變化范圍為5.94×105—119×105ind·L–1, 最大值出現(xiàn)在8月, 最小值出現(xiàn)在5月, 豐度平均值為22.4×105ind·L–1。月份變化規(guī)律為: 8月(45.9×105ind·L–1)>7月(31.2× 105ind·L–1)>9月(19.5×105ind·L–1)>6月(13.8×105ind·L–1)> 10月(13.3×105ind·L–1)>5月(10.8×105ind·L–1)。

從空間分布來(lái)看，各采樣區(qū)浮游植物豐度變化范圍分別為: 采樣區(qū)I豐度為10.7—39.3×105ind· L–1, 平均值為24.2×105ind·L–1; 采樣區(qū)Ⅱ豐度為5.9× 105—16.8×105ind·L–1, 平均值為11.7×105ind·L–1; 采樣區(qū)Ⅲ豐度為9.8×105—119×105ind·L–1, 平均值為32.2× 105ind·L–1; 采樣區(qū)Ⅳ豐度為6×105—72.1×105ind·L–1, 平均值為23.7×105ind·L–1。

2.4 浮游植物優(yōu)勢(shì)種

調(diào)查期間庫(kù)里泡優(yōu)勢(shì)種類(表1)包括綠藻門、硅藻門、藍(lán)藻門、裸藻門, 共24種, 共同優(yōu)勢(shì)種是梅尼小環(huán)藻(Kützing)和雙對(duì)柵藻（(Turp.) Lagerheim）, 優(yōu)勢(shì)度最高值分別達(dá)到0.158和0.101。

5月優(yōu)勢(shì)種共7種。以四角十字藻(Morren)和湖生卵囊藻(Chodat)為主, 四角十字藻在四個(gè)采樣區(qū)占絕對(duì)優(yōu)勢(shì), 優(yōu)勢(shì)度高達(dá)0.203, 平均豐度為20.70×104ind·L–1; 硅藻門中只有梅尼小環(huán)藻作為優(yōu)勢(shì)種出現(xiàn), 優(yōu)勢(shì)度為0.022, 平均豐度為2.02×104ind·L–1。

6月優(yōu)勢(shì)種共6種。其中四足十字藻((Kirchn.) West & West)和單生卵囊藻(Wittrock)首次成為優(yōu)勢(shì)種, 四角十字藻和梅尼小環(huán)藻在4個(gè)采樣區(qū)均為優(yōu)勢(shì)種, 優(yōu)勢(shì)度為0.183和0.038, 平均豐度為21.63×104ind·L–1和4.50×104ind·L–1。

7月優(yōu)勢(shì)種共7種。其中四角十字藻依然為優(yōu)勢(shì)種, 其優(yōu)勢(shì)度為0.30, 平均豐度為12.42%, 明顯低于5、6月份; 梅尼小環(huán)藻為7月絕對(duì)優(yōu)勢(shì)種, 優(yōu)勢(shì)度為0.158, 平均豐度為37.77×104ind·L–1。

8月優(yōu)勢(shì)種共8種。其中梅尼小環(huán)藻在4個(gè)采樣區(qū)占絕對(duì)優(yōu)勢(shì), 優(yōu)勢(shì)度為0.139, 平均豐度為44.06×104ind·L–1; 螺旋魚腥藻首次成為優(yōu)勢(shì)種, 優(yōu)勢(shì)度為0.106, 平均豐度為126.25×104ind·L–1。

9月優(yōu)勢(shì)種共9種。其中梅尼小環(huán)藻、阿氏擬魚腥藻(Aptekarj)和尖布紋藻在四個(gè)采樣區(qū)為絕對(duì)優(yōu)勢(shì)種, 優(yōu)勢(shì)度分別為0.118、0.088、0.073, 平均豐度為21.02×104ind·L–1、56.08× 104ind·L–1、20.21×104ind·L–1。

10月優(yōu)勢(shì)種共7種。其中狹形纖維藻(Bernard)和顆粒顫藻(Gardn)首次成為優(yōu)勢(shì)種, 優(yōu)勢(shì)度分別為0.086和0.065, 平均豐度分別為14.17×104ind·L–1和10.75×104ind·L–1; 梅尼小環(huán)藻在四個(gè)采樣區(qū)占絕對(duì)優(yōu)勢(shì), 優(yōu)勢(shì)度為0.051, 平均豐度為9.72×104ind·L–1。

表1 庫(kù)里泡浮游植物優(yōu)勢(shì)種

注: β-ps: 超富營(yíng)養(yǎng); α-ms: 富營(yíng)養(yǎng)型; β-α-ms: 中-富營(yíng)養(yǎng)型; β-ms: 中營(yíng)養(yǎng)型。

2.5 庫(kù)里泡浮游植物群落多樣性指數(shù)

庫(kù)里泡浮游植物群落多樣性指數(shù)月份變化明顯(表2)。全年多樣性、豐富度、均勻度指數(shù)較高, 多樣性()7月最高為3.862, 5月最低為2.434, 全年平均值為3.165。Margalef指數(shù)()7月最高為7.726, 10月最低為3.232, 全年平均值為4.989。均勻度指數(shù)()10月最高為0.866, 8月最低為0.594, 全年平均值為0.743。

表2 庫(kù)里泡浮游植物群落生態(tài)指數(shù)變化趨勢(shì)

注:: Shannon-Wiener多樣性指數(shù);: Pielou均勻度指數(shù);: Margalef指數(shù)。

3 討論

浮游植物是水生生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分, 對(duì)水體營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)的變化反應(yīng)靈敏, 且浮游植物種類組成、數(shù)量變化與水體富營(yíng)養(yǎng)化程度密切相關(guān)[11]。因此, 群落結(jié)構(gòu)的組成是水質(zhì)污染和營(yíng)養(yǎng)水平狀況的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)[12]。2012年5月—10月, 庫(kù)里泡水域浮游植物中綠藻門(占47.9%)和硅藻門(占18.4%), 二者種類數(shù)合計(jì)占總數(shù)的66.3%, 可判斷其群落結(jié)構(gòu)組成為綠藻-硅藻型。一般情況下, 浮游植物群落結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)綠藻–硅藻型為水體營(yíng)養(yǎng)化程度較高的表征, 亦有研究發(fā)現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化水域常以綠藻和硅藻占優(yōu)勢(shì)[13]。據(jù)此可推斷, 庫(kù)里泡水體營(yíng)養(yǎng)程度相對(duì)較高。

庫(kù)里泡四個(gè)采樣區(qū)域的平均豐度為23.0× 105ind·L–1。庫(kù)里泡入口(采樣區(qū)Ⅰ)和出口(采樣區(qū)Ⅳ)兩個(gè)區(qū)域浮游植物的豐度接近均值, 這兩個(gè)區(qū)域捕撈浮游動(dòng)物的人員較少; 采樣區(qū)Ⅱ平均豐度為11.7×105ind·L–1, 該區(qū)域位于庫(kù)里泡最窄處, 水流速度較快, 水體透明度在21 cm左右, 大于其它三個(gè)采樣區(qū)域的透明度(15—17cm), 附近有大面積的蘆葦?shù)韧λ参锶郝浞植? 該區(qū)域的水質(zhì)在庫(kù)里泡是最好的, 區(qū)域內(nèi)浮游植物平均豐度值最低; 采樣區(qū)Ⅲ平均豐度為32.2×105ind·L–1, 該區(qū)域水面寬闊, 水流速度低, 水動(dòng)力條件對(duì)浮游植物生長(zhǎng)有一定的影響, 低流速有利于浮游植物的生長(zhǎng)[14], 同時(shí)附近居民大量捕撈浮游動(dòng)物, 食物鏈上層捕食者減少, 使浮游植物大量繁殖, 導(dǎo)致庫(kù)里泡浮游植物豐度在該區(qū)域最高。

浮游植物能綜合反映環(huán)境污染對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響, 在同一氣候環(huán)境下不同水體由于營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)、水文條件等因素, 其優(yōu)勢(shì)種類有一定差異[15], 而在不同月份間優(yōu)勢(shì)種類既存在交叉又具有一定的演替特征。研究發(fā)現(xiàn), 庫(kù)里泡4個(gè)采樣區(qū)共有優(yōu)勢(shì)種為梅尼小環(huán)藻, 月平均優(yōu)勢(shì)度梅尼小環(huán)藻最高, 為0.088; 四角十字藻月平均優(yōu)勢(shì)度次之, 為0.069。根據(jù)污染指示種判斷湖泊營(yíng)養(yǎng)型, 庫(kù)里泡的優(yōu)勢(shì)種大多為中營(yíng)養(yǎng)型(β-ms)和中—富營(yíng)養(yǎng)型(α-β-ms), 絕對(duì)優(yōu)勢(shì)種梅尼小環(huán)藻為典型中—富營(yíng)養(yǎng)型(α-β-ms)污染指示種, 四角十字藻為中—富營(yíng)養(yǎng)型(α-β-ms); 同時(shí)優(yōu)勢(shì)種中也出現(xiàn)了超富營(yíng)養(yǎng)型(β-ps)的極大節(jié)旋藻, 說(shuō)明庫(kù)里泡水質(zhì)污染類型基本處于中營(yíng)養(yǎng)型與和中富營(yíng)養(yǎng)型之間。調(diào)查期間, 庫(kù)里泡人為活動(dòng)頻繁, 大量捕撈浮游動(dòng)物, 對(duì)水質(zhì)產(chǎn)生較大影響。

浮游植物對(duì)水體營(yíng)養(yǎng)化水平能迅速做出反應(yīng)[16], 且對(duì)生存環(huán)境的變化有連續(xù)性和相對(duì)穩(wěn)定性, 應(yīng)用浮游植物的生物多樣性指數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)河流、湖泊和濕地等水環(huán)境變化也是有效的方法之一[17], 且?guī)追N多樣性指數(shù)相互結(jié)合使用, 才能更好地解釋浮游植物群落結(jié)構(gòu)多樣性及其環(huán)境的復(fù)雜性。Shannon- Wiener多樣性指數(shù)通常反映群落結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度, 多樣性指數(shù)越高, 其群落結(jié)構(gòu)越復(fù)雜, 水質(zhì)越好; 多樣性指數(shù)減小, 群落結(jié)構(gòu)趨于簡(jiǎn)單, 穩(wěn)定性變差, 水質(zhì)下降[18]。H'值變化表明調(diào)查期間庫(kù)里泡水體處于β-中污染至輕污染之間; Margalef指數(shù)顯示水體處于β-中污染至寡污狀態(tài); Pielou均勻度指數(shù)均較高, 差異性不大, 表明浮游植物個(gè)體分配較均勻, 群落結(jié)構(gòu)比較完整, 群落內(nèi)物種分布數(shù)量較均勻。從上述指數(shù)綜合分析可知, 庫(kù)里泡水域浮游植物群落組成比較豐富, 穩(wěn)定性較好, 水體處于β-中污染至輕污染狀態(tài)。

近年來(lái), 由于大規(guī)模捕撈浮游動(dòng)物, 導(dǎo)致庫(kù)里泡的浮游植物大量繁殖, 引起水生生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生變化, 使水生生態(tài)系統(tǒng)失去平衡; 同時(shí), 隨著大慶市人口的增加, 工業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大, 庫(kù)里泡每年接納的污水量一直在增加, 水體污染日益嚴(yán)重。因此, 應(yīng)及時(shí)采取措施改善和保護(hù)庫(kù)里泡的生態(tài)環(huán)境, 以防止其進(jìn)一步富營(yíng)養(yǎng)化, 從而給生態(tài)環(huán)境帶來(lái)更大的危害。

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Study on the community structure and diversity of phytoplankton in Kulipao Lake of Daqing

CAO Wenzhong1,*, SUN Yufeng2, YANG Shuang3, GAI Yanjun1, LIU Jianghong1, FAN Yawen3

1. College of chemistry and chemical engineering, Northeast Petroleum University, Daqing 163318, China 2. Tianjin Research & Design Institute of Chemical Industry, CNOOC, Tianjin 300131, China 3.College of Life Science and Technology, Harbin Normal University, Harbin 150025, China

The species composition, abundance, dominant species and diversity of phytoplankton in Kulipao Lake of Daqing were investigated from May to October 2012. The results showed that there were 380 taxa for phytoplankton in Kulipao Lake which included 349 kinds, 29 varieties and 2 variants. And the phytoplankton belonged to 8 phyla, 11 classes, 22 orders, 41 families, 104 genera. The phytoplankton community of Kulipao Lake was mainly composed of Chlorophyta-Bacillariophyta and the change order of the number of phytoplankton species with the seasons was August>June>July>May>September>October. The abundance of phytoplankton varied seasonally, and the range was from 5.94×105to 119×105ind·L–1. The dominant species of phytoplankton were alternate and successional in different seasons. Moreover, the dominant species were mainly mesotrophic and medium-eutrophic indicator species. Diversity evaluation results showed that after zooplankton was harvested intensively for a long time, the species composition of the phytoplankton in Kulipao Lake was relatively rich and the community structure of the phytoplankton in Kulipao Lake was relatively complex and had good stability. The water quality of Kulipao Lake was in the β-medium to the light pollution level.

Kulipao Lake; phytoplankton; community structure; diversity index; abundance; dominant species

10.14108/j.cnki.1008-8873.2019.02.027

Q178.1

A

1008-8873(2019)02-206-08

2016-06-20;

2017-07-02

黑龍江省教育廳面上項(xiàng)目, 大慶庫(kù)里泡浮游生物多樣性與水質(zhì)關(guān)系研究(12541082)

曹文鐘(1965—), 男, 黑龍江大慶人, 碩士, 副教授, 主要從事環(huán)境監(jiān)測(cè)及環(huán)境評(píng)價(jià)方面研究, E-mail: caowenzhong06@163.com

曹文鐘, 孫玉鳳, 楊雙, 等. 大慶庫(kù)里泡浮游植物群落結(jié)構(gòu)及多樣性研究[J]. 生態(tài)科學(xué), 2019, 38(2): 206-211.

CAO Wenzhong, SUN Yufeng, YANG Shuang, et al. Study on the community structure and diversity of phytoplankton in Kulipao Lake of Daqing[J]. Ecological Science, 2019, 38(2): 206-211.