李 娜，周緒申,，孫博聞 ，高學平，崔文彥

(1：天津大學水利工程仿真與安全國家重點實驗室，天津 300072) (2：生態(tài)環(huán)境部海河流域北海海域生態(tài)環(huán)境監(jiān)督管理局生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與科學研究中心，天津 300170)

浮游植物是水環(huán)境中的初級生產(chǎn)者和食物鏈的基礎環(huán)節(jié)，其群落結構包括種類組成、數(shù)量分布、優(yōu)勢種及群落特征等能對水環(huán)境的變化做出最直接的響應，因而常被用作評價湖泊生態(tài)狀態(tài)的重要指標[1]，常見方法有優(yōu)勢種評價法與種類多樣性指數(shù)法. 浮游植物的群落結構受水體中溫度、pH和營養(yǎng)鹽等環(huán)境因子的直接影響[2]. 此外在人類活動、水文條件及營養(yǎng)輸入等因素影響下，各湖泊浮游植物群落結構的時空變化及主導因素各不相同. 嚴廣寒等[3]研究表明西洞庭湖浮游植物多樣性指數(shù)為三口水系<湖區(qū)<四口水系，影響浮游植物分布的關鍵因素是水溫和pH值；錢奎梅等[4]研究表明鄱陽湖浮游植物群落季節(jié)變化顯著，產(chǎn)生影響的主要環(huán)境因子為水位變化、水溫、透明度、電導率、懸浮物濃度和亞硝態(tài)氮濃度. 因此深入研究浮游植物的時空變化特征及影響因素,對于湖泊的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測及管理具有重要意義[4].

目前，分析浮游植物群落與環(huán)境因子間復雜關系的方法有很多，包括典型對應分析(CCA)、冗余分析(RDA)、主成分分析(PCA)、Pearson相關性分析和協(xié)慣量分析等[5-6]. Pearson相關性分析用于衡量兩個變量之間的相關關系，采用Pearson相關性分析法可以同時分析出影響生物群落指標的關鍵因素以及生物群落指標與環(huán)境因子的響應關系.

白洋淀(38°10′～40°00′N，113°40′～116°20′E)位于河北省雄安新區(qū)，水域面積366 km2，為華北平原最大的淡水湖. 白洋淀作為雄安新區(qū)轄區(qū)內最重要的水體功能區(qū)，有利于新區(qū)生態(tài)城市建設，改善新區(qū)城市氣候，為城市提供水資源，對未來新區(qū)城市的建設和發(fā)展具有不可忽視的作用. 近幾十年來由于受氣候變化和人類活動的影響，白洋淀淀區(qū)的生態(tài)環(huán)境發(fā)生了很大的變化，水源明顯減少，污染嚴重，泥沙淤積嚴重，湖泊水域和濕地面積急劇萎縮[7]. 已有資料顯示，白洋淀淀區(qū)水體表現(xiàn)為嚴重的富營養(yǎng)化，水生態(tài)也發(fā)生了改變甚至破壞，具體表現(xiàn)為耐污物種出現(xiàn)和生物多樣性破壞等. 比如最早是馮建社[8]于1996年在白洋淀鑒定出浮游植物8門170種；之后沈會濤等[9]于2006年在白洋淀共觀察到浮游植物8門155種，優(yōu)勢種以藍藻、綠藻和隱藻為主，此時淀區(qū)已表現(xiàn)出一定程度的浮游植物種類減少的趨勢；王瑜等[10]于2009年在白洋淀共檢出浮游植物8門133種，優(yōu)勢種以藍藻和綠藻為主，物種多樣性持續(xù)下降. 近年來，關于白洋淀浮游植物的相關調查研究鮮有報道，但白洋淀淀區(qū)由于雄安新區(qū)的建設以及數(shù)次生態(tài)補水，浮游植物生存的外部條件發(fā)生了一定程度變化，因此對淀區(qū)浮游植物群落指標與水環(huán)境因子的研究顯得尤為重要. 本研究基于2018年5月和8月白洋淀的水文、水質以及浮游植物數(shù)據(jù)，分析浮游植物群落結構和環(huán)境因子的時空分布，通過Pearson相關性分析得到白洋淀浮游植物群落結構與環(huán)境因子相關關系，并對白洋淀淀區(qū)水質及富營養(yǎng)化程度進行評價，以期為白洋淀水資源管理及水生態(tài)保護提供理論基礎.

1 材料與方法

1.1 樣點布設與采樣時間

在白洋淀共設置了8個采樣點，分別是留通、王家寨、光淀張莊、圈頭、采蒲臺、端村、泥李莊和安新橋(圖1). 于2018年非汛期(5月)和汛期(8月)對白洋淀的8個點進行2次采樣.

圖1 白洋淀采樣點分布及分區(qū)示意Fig.1 Distribution and zoning of sampling sites in the Lake Baiyangdian

1.2 樣品采集與處理

環(huán)境因子共11項，包括水溫(WT)、酸堿度(pH)、透明度(SD)、溶解氧(DO)、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)、化學需氧量(COD)、五日生化需氧量(BOD5)、氨氮(NH3-N)、總磷(TP)、總氮(TN)和葉綠素a(Chl.a). 樣品分析方法參照《水和廢水監(jiān)測分析方法》[11].

浮游植物采樣方法參照《水和廢水監(jiān)測分析方法》[11]，浮游植物定性樣品用25#浮游生物網(wǎng)(200目)，在水下0.15 m處作“∞”字型拖曳3 min，收集到的浮游植物裝入100 mL標本瓶中，加3 mL福爾馬林固定帶回分析；浮游植物定量樣品則取1 L水樣于樣品瓶中，加15 mL魯哥氏液固定，帶回實驗室靜置后分析.

浮游植物鏡檢在蔡司Scope A1顯微鏡下進行，定性樣品分類主要依據(jù)形態(tài)學分類方法，種類鑒定參照《中國淡水藻類——系統(tǒng)、分類及生態(tài)》[12]；定性樣品帶回實驗室靜置24 h，然后濃縮至30 mL，用浮游生物計數(shù)框對其進行計數(shù)，根據(jù)濃縮倍數(shù)計算藻細胞豐度.

1.3 數(shù)據(jù)分析

1.3.1 白洋淀環(huán)境因子相關性分析 通過Kolmogorov-Smirnow(K-S)正態(tài)分布檢驗，判斷環(huán)境因子是否符合正態(tài)分布. 結果顯示，水環(huán)境因子均符合正態(tài)分布. 因而利用SPSS 20.0 統(tǒng)計軟件對白洋淀淀區(qū)水環(huán)境因子的時空變化進行t檢驗；通過Pearson相關性分析法對環(huán)境因子進行分析，相關性較強的2個環(huán)境因子只保留其中1個. 根據(jù)篩選出的環(huán)境因子對采樣點進行水質評價，并對8個采樣點進行分區(qū).

1.3.2 白洋淀淀區(qū)浮游植物群落特征指標 采用Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Margalef物種豐富度指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)、物種多樣性閾值、生物豐度和優(yōu)勢度對浮游植物的群落特征進行分析[13-16]，各指數(shù)的計算公式列于表1.

表1 群落特征指數(shù)*

*Pi=ni/N，Pi為第i個物種個體數(shù)量與個體總數(shù)量的比值，ni為第i個物種的個體總數(shù)，N為所有物種的數(shù)量，S為樣品中浮游植物總種數(shù)，fi為樣本個體的出現(xiàn)率，Y>0.02的物種認定為優(yōu)勢種.

1.3.3 白洋淀淀區(qū)浮游植物群落特征與水環(huán)境因子的響應分析 通過Pearson相關性分析方法利用SPSS 20.0 統(tǒng)計軟件進行相關性分析，其中R值表示相關性大小，P值表示兩個變量間的顯著性，一般要求P<0.05有意義，R的絕對值一般在0.7～1.0之間，為強相關，在0.3～0.7之間為弱相關，0.3以下認為沒有相關性. 相關性分析時由于群落多樣性指數(shù)與環(huán)境因子的單位不統(tǒng)一，因此需對群落多樣性指數(shù)與環(huán)境因子數(shù)據(jù)進行標準差標準化處理.

1.3.4 綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)評價 參考湖泊富營養(yǎng)化評價方法及分級標準[17]，根據(jù) Chl.a、TP、TN、SD 和CODMn的測定結果，運用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法對白洋淀生態(tài)系統(tǒng)健康狀況進行評價. 綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)計算公式為:

TLI(∑)=∑Wj·TLI(j)

(1)

式中，TLI(∑)表示綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；TLI(j)代表第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)參數(shù)；Wj為第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的相關權重，詳細計算公式見參考文獻[17]．

參考《中國水資源公報》[18]中湖泊、水庫富營養(yǎng)化評分與分類標準將湖泊營養(yǎng)狀態(tài)分成5級，同一營養(yǎng)狀態(tài)下，指數(shù)值越高，其營養(yǎng)程度越嚴重: 貧營養(yǎng)，TLI(∑)<30；中營養(yǎng)，30≤TLI(∑)≤50；輕度富營養(yǎng)，5070.

2 結果

2.1 白洋淀環(huán)境因子相關性分析

白洋淀水體DO、NH3-N、CODMn、COD、TP和TN在汛期的平均濃度分別為2.57、0.82、6.50、22.40、0.23和1.56 mg/L，非汛期的平均濃度分別為9.91、0.20、6.10、20.20、0.10和1.85 mg/L(表2). 環(huán)境因子在汛期與非汛期存在顯著差異，NH3-N、CODMn、COD和TP濃度在汛期高于非汛期，DO和TN濃度在汛期低于非汛期.t檢驗分析結果(表2)顯示白洋淀環(huán)境因子存在顯著的空間異質性. 在汛期各采樣點水體的DO、CODMn、COD、TN濃度存在極顯著差異(P<0.01)，NH3-N和TP濃度存在顯著差異(P<0.05)；在非汛期各采樣點水體的DO、CODMn、COD、TP和TN濃度存在極顯著差異(P<0.01)，NH3-N濃度存在顯著差異(P<0.05).

汛期白洋淀水體各環(huán)境指標的Pearson分析結果(附錄Ⅰ)顯示， DO濃度僅與SD呈現(xiàn)顯著相關性，由于DO是衡量水體自凈能力的一個較為重要的指標[19]，因此保留. COD與pH、CODMn、BOD5呈現(xiàn)出極顯著相關，其中COD、CODMn和BOD5均可反映水體受污染程度，故本文保留CODMn. TN與NH3-N濃度呈極顯著相關，與WT呈現(xiàn)顯著相關性，與DO濃度等無顯著相關性，故保留. TP濃度僅與SD呈現(xiàn)顯著相關性，因此予以保留. 汛期，共篩選出DO、CODMn、TN、TP濃度4個主要環(huán)境因子.

非汛期白洋淀水體各環(huán)境指標的Pearson分析結果(附錄Ⅱ)顯示，DO濃度與其他環(huán)境因子均無相關性，故保留. CODMn與COD呈現(xiàn)出極顯著相關性，因此本文保留CODMn. Chl.a是浮游植物進行光合作用的主要色素，對浮游植物的生長起到重要作用，與NH3-N和TP濃度均呈顯著正相關，并且NH3-N、TN和TP濃度三者間呈現(xiàn)出極顯著相關性， 因此保留NH3-N和TP濃度. 非汛期，共篩選出DO、CODMn、NH3-N和TP濃度4個主要環(huán)境因子.

2.2 白洋淀區(qū)域劃分

根據(jù)我國《地表水環(huán)境質量標準》以及篩選出的主要環(huán)境因子，用單因子評價法對白洋淀淀區(qū)不同時期不同地點的水質進行分級評價，結果如圖1所示. 按照水質評價結果對8個采樣點進行分區(qū)，留通水質汛期為Ⅴ類，非汛期為Ⅲ類，汛期和非汛期水質評價結果差異較大，且非汛期水質較優(yōu)，故為A區(qū)；光淀張莊、采蒲臺、圈頭和王家寨水質大體為Ⅳ類水，評價結果相近，在所有采樣點中水質處于中等，故為B區(qū)；端村為Ⅴ類水，故為水質較差區(qū)即C區(qū)；安新橋和泥李莊水質最差，達到劣Ⅴ類，故為水質差區(qū)即D區(qū)，分區(qū)示意如圖1所示.

2.3 白洋淀浮游植物的群落結構

2.3.1 白洋淀汛期和非汛期浮游植物的種類組成 白洋淀研究區(qū)域汛期共檢出浮游植物5門38種，其中以綠藻門種類最為豐富，為16種，占藻種總數(shù)的42.1%；其次是硅藻門有11種，占29.0%. 另外，藍藻門7種，占18.4%，裸藻門3種，占7.9%，甲藻門1種，占2.6%(圖2).

非汛期共檢出浮游植物6門43種，其中以綠藻門種類最為豐富，為20種，占藻種總數(shù)的46.5%；其次是硅藻門有12種，占27.9%. 另外，藍藻門6種，占14.0%，裸藻門3種，占7.0%，甲藻門1種，占2.3%，金藻門1種，占2.3%(圖2).

2.3.2 白洋淀浮游植物豐度及優(yōu)勢種 汛期浮游植物的豐度在415.30×105～1018.14×105cells/L之間，非汛期浮游植物豐度在249.62×105～454.21×105cells/L之間，不同時空的浮游植物絕對豐度及相對組成呈現(xiàn)顯著差異(圖3).

優(yōu)勢種群通過汛期和非汛期兩個時期不同地點不同浮游植物所占百分比以及在所有地點的出現(xiàn)率共同分析，即優(yōu)勢度(Y)，認為Y>0.02為優(yōu)勢種. 汛期和非汛期不同地點的浮游植物優(yōu)勢種及優(yōu)勢度詳見表3.

圖2 白洋淀浮游植物物種組成Fig.2 Phytoplankton species composition in the Lake Baiyangdian

經(jīng)統(tǒng)計汛期浮游植物優(yōu)勢種群共有6種，分別為銅綠微囊藻(Microcystisaeruginosa)、微小平裂藻(Merismopediatenuissima)、類顫魚腥藻(Anabaenaosicellariordes)、集星藻(Actinastrumhantzschii)、大螺旋藻(Spirulinamajor)和四尾柵藻(Scenedesmusquadricauda)，其中圈頭最多有4種，銅綠微囊藻在8個研究地點均有出現(xiàn)，微小平裂藻出現(xiàn)了6次；非汛期浮游植物優(yōu)勢種群共有10種，分別為銅綠微囊藻、四角十字藻(Crucigeniaquadrata)、二形柵藻(Scenedesmusdimorphus)、湖生卵囊藻(Oocystislacustris)、小型色球藻(Chroococcusminor)、四尾柵藻、微小平裂藻、小席藻(Phormidumtenus)、尖針桿藻(Synedraacusvar)和小球藻(Chlorellavulgaris)，其中光淀張莊最多有7種，銅綠微囊藻出現(xiàn)8次，四角十字藻出現(xiàn)5次. 汛期與非汛期優(yōu)勢種主要是β-中營養(yǎng)型、α-β-中富營養(yǎng)型、α-富營養(yǎng)型指示種[20].

總體而言，從時間上看，汛期浮游植物豐度除端村外均大于非汛期，汛期優(yōu)勢種以藍藻為主，有少量綠藻；非汛期優(yōu)勢種以藍、綠藻居多，有少量的硅藻. 從空間上看，在汛期D區(qū)浮游植物豐度最大，C區(qū)最小，其中端村豐度最小，安新橋豐度最大；在非汛期C區(qū)浮游植物豐度最大，A區(qū)最小，B、D區(qū)處于中等，其中留通豐度最小，端村的豐度最大. 各區(qū)域優(yōu)勢種情況相似，均以藍、綠藻為主(圖3).

圖3 白洋淀浮游植物豐度的時空分布(甲藻門在該區(qū)域數(shù)量極少，較難定量測量，但在汛期的安新橋以及非汛期的泥李莊、光淀張莊、采蒲臺等地均有出現(xiàn))Fig.3 Spatial and temporal distribution of phytoplankton density in the Lake Baiyangdian

2.3.3 白洋淀浮游植物群落特征指數(shù)及水質評價 白洋淀浮游植物Shannon-Wiener多樣性指數(shù)汛期在0.584～1.514之間，均值為1.115，非汛期在0.709～1.828之間，均值為1.258(圖4). 根據(jù) Shannon-Wiener多樣性指數(shù)評價等級[21]：0～1為重污型；1～3為中污型；>3為清潔-寡污型. 因此，白洋淀淀區(qū)均處于中污染狀態(tài).

表3 白洋淀不同地點浮游植物優(yōu)勢種及優(yōu)勢度

*括號外為優(yōu)勢種，括號內為優(yōu)勢度.

白洋淀浮游植物Pielou均勻度指數(shù)汛期在0.228～0.631之間，均值為0.450，非汛期在0.395～0.645之間，均值為0.522(圖4). 按照 Pielou 均勻度指數(shù)評價等級[21]：0～0.3為重污型；0.3～0.5為中污型；0.5～0.8為清潔-寡污型；0.8～1.0為清潔型. 因此，白洋淀淀區(qū)在汛期處于中污染狀態(tài)下，在非汛期處于清潔-寡污狀態(tài)下.

白洋淀浮游植物物種多樣性閾值汛期在0.133～0.956之間，均值為0.527，非汛期在0.358～1.097之間，均值為0.666(圖4).

白洋淀浮游植物Margalef物種豐富度指數(shù)汛期在1.229～1.782之間，均值為1.518，非汛期在1.874～2.959 之間，均值為2.236(圖4). 按照Margalef物種豐富度指數(shù)評價等級[21]：0～1為重污染型；1～2為中污染型；2～3為輕污染型；>3為清潔型. 因此，白洋淀淀區(qū)在汛期處于中污染狀態(tài)下，在非汛期處于輕污染狀態(tài)下.

總體而言，汛期浮游植物群落特征指數(shù)均值均小于非汛期，汛期處于中污染狀態(tài)下，非汛期處于輕污染狀態(tài)下. 從空間上看，汛期A區(qū)即留通的物種多樣性和均勻度最低，B區(qū)最高，其中圈頭的物種多樣性和均勻度最高，C、D區(qū)處于中等；非汛期B區(qū)物種多樣性和均勻度最高，其余區(qū)域相似.

圖4 汛期(a)和非汛期(b)白洋淀浮游植物群落特征指數(shù)Fig.4 Index of phytoplankton community characteristics in the Lake Baiyangdian in flood season (a) and non-flood season (b)

2.4 白洋淀浮游植物群落特征與水環(huán)境因子的響應關系

Pearson相關性分析結果(表4)表明，汛期浮游植物群落Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)、物種多樣性閾值與TP濃度均呈顯著負相關(P<0.05)，Margalef物種豐富度與DO濃度呈顯著負相關(P<0.05)；非汛期浮游植物群落Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)、物種多樣性閾值均與CODMn、TP濃度呈顯著正相關(P<0.05)，Margalef物種豐富度與TP濃度呈顯著負相關(P<0.05).

表4 白洋淀浮游植物群落指標與環(huán)境因子的相關性

*在 0.05 水平(雙側)上顯著相關，** 在 0.01 水平(雙側)上顯著相關.

3 討論

3.1 白洋淀浮游植物群落結構分析

浮游植物群落結構受水體營養(yǎng)鹽濃度、水動力學特征、浮游動物覓食壓力、水文動態(tài)的直接作用，除此之外，時間與地理空間變化的影響也不容忽視[2]. 從時間來看，2018年白洋淀汛期共觀察到浮游植物5門38種，非汛期共觀察到6門43種. 在非汛期浮游植物的種類及門類高于汛期，非汛期出現(xiàn)了汛期未出現(xiàn)的金藻門，且群落組成也存在較大差異. 白洋淀浮游植物豐度與優(yōu)勢種在汛期與非汛期也表現(xiàn)出明顯不同. 白洋淀汛期各采樣點浮游植物群落組成以藍藻門及少量的綠藻門占優(yōu)勢，其中主要優(yōu)勢種為藍藻門的銅綠微囊藻和微小平裂藻，二者相對豐度之和為85.8%，非汛期各采樣點浮游植物群落組成以藍、綠藻門及少量的硅藻門占優(yōu)勢，其中主要優(yōu)勢種為藍藻門的銅綠微囊藻和綠藻門的四角十字藻，二者的相對豐度之和為74.7%，汛期優(yōu)勢種相對豐度更高. 從絕對數(shù)量上說，汛期主要優(yōu)勢種豐度大于非汛期. 可見汛期與非汛期的浮游植物群落結構存在著一定的差異，造成這些差異的原因可能與兩個時期的環(huán)境差異有關:首先，水溫是影響浮游植物生長、發(fā)育、群落組成和豐度變化等重要的環(huán)境因子[22]，在10～30℃條件下硅藻均有出現(xiàn)，綠藻在18～30℃下均能生長良好，藍藻能在40℃的高水溫下生長[23]. 白洋淀非汛期和汛期的平均水溫分別為21.3和30.2℃，隨著水溫升高，浮游植物由非汛期的藍、綠藻門為主向汛期的藍藻門為主轉變，汛期浮游植物豐度大于非汛期，優(yōu)勢種相對豐度更高. 此外，水溫增加會使DO濃度降低并促進沉積物中氮、磷等營養(yǎng)物質釋放，導致浮游植物群落結構變化. 其次，水位波動可以調節(jié)浮游植物群落結構，汛期比非汛期水位波動頻繁，可能會抑制某些浮游植物的生長[4]，導致汛期浮游植物種類少于非汛期. 最后，水量對浮游植物有重要影響. 汛期水量增加，會沖刷土壤中的營養(yǎng)鹽或者造成沉積物中的營養(yǎng)物質再懸浮，從而導致營養(yǎng)鹽濃度升高影響浮游植物群落結構的變化.

從空間來看，4個區(qū)域浮游植物的群落結構與水質關聯(lián)性較強. D區(qū)域為入淀河流匯入口，接受來自府河、萍河等排放的城市尾水和安新縣的工業(yè)及生活尾水, 水體富營養(yǎng)化程度高，汛期、非汛期均為劣Ⅴ類. C區(qū)域端村為曾為淀區(qū)養(yǎng)魚區(qū)，由于水體停留時間長，長期積累的營養(yǎng)物質導致端村水質較差，汛期和非汛期均為Ⅴ類水. 以上兩個區(qū)域水質均較差，浮游植物群落結構也比較相似，多樣性和均勻度數(shù)值相近. A區(qū)汛期水質為Ⅴ類水，物種多樣性和均勻度在所有采樣點中最差，非汛期水質為Ⅲ類水，水質較汛期變好，物種多樣性指數(shù)和均勻度也有所提高，兩個時期的差異可能是由于汛期入淀河流攜帶營養(yǎng)物質過多引起的. B區(qū)處于淀區(qū)中心，旅游業(yè)發(fā)達，受人類活動影響較大，水質總體處于Ⅳ類水，但水質優(yōu)于C區(qū)和D區(qū)，物種多樣性和均勻度也相應較高. 可見水質是影響浮游植物的群落結構的重要因素，上游水系是白洋淀水域的主要污染來源之一.

3.2 白洋淀浮游植物群落與環(huán)境因子的關系

浮游植物群落結構在不同水體具有不同的特征，其演替規(guī)律是眾多環(huán)境因子在時間和空間上相互影響的結果[24]. 影響水體中浮游植物群落結構的環(huán)境因子很多，國內學者陸續(xù)開展關于白洋淀浮游植物與環(huán)境因子的相關性研究：沈會濤等[9]在2006年通過對白洋淀浮游植物數(shù)據(jù)和環(huán)境因子數(shù)據(jù)進行典范相關分析，發(fā)現(xiàn)pH和TP濃度是影響浮游植物分布的關鍵因素；李亞蒙等[25]通過典型對應分析方法得出2008年TP濃度和pH是影響白洋淀硅藻種群分布的關鍵因素；王瑜等[10]在2009年對白洋淀浮游植物細胞豐度與環(huán)境因子進行Pearson相關性分析，得出DO、Chl.a和TP濃度是關鍵因素；金磊等[26]在2013年根據(jù)白洋淀典型水域的浮游植物出現(xiàn)的相對頻度和相對豐度進行冗余分析，發(fā)現(xiàn)TP、TN、pH和DO濃度是影響浮游植物分布的關鍵因素. 本研究通過Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)、物種多樣性閾值和Margalef物種豐富度4個浮游植物群落特征指數(shù)與主要環(huán)境因子進行Pearson相關性分析，發(fā)現(xiàn)白洋淀汛期與非汛期的關鍵因素存在差異，影響汛期浮游植物群落特征的關鍵因素為TP和DO濃度，影響非汛期浮游植物群落特征的關鍵因素為CODMn和TP濃度. 不同研究所選取的浮游植物指標以及分析方法的不同可能導致研究結果的不同，但可以發(fā)現(xiàn)TP濃度均為影響浮游植物的關鍵因素. 磷是浮游植物群落發(fā)展的關鍵因子，磷的供給促進了浮游植物的生長. 有實驗結果表明，在磷濃度較高時綠藻占優(yōu)勢，隨著磷濃度降低，硅藻逐漸占優(yōu)勢[27]. 汛期TP濃度高于非汛期，促進了綠藻的生長，不利于硅藻的發(fā)展，從而導致汛期浮游植物物種多樣性、均勻度與豐富度降低. 由前述可知，非汛期Chl.a濃度與TP濃度呈現(xiàn)出顯著正相關，Chl.a是浮游植物生長狀況的直接體現(xiàn)指標，因此非汛期TP濃度對浮游植物的生長起到促進作用，這與上述結論相符. 汛期水溫較高有利于浮游植物生物量增加，其繁殖、生長過程中的耗氧則導致水中DO濃度降低，因此浮游植物對DO的競爭使DO成為影響浮游植物群落結構的關鍵因素. CODMn是反映水體受到有機污染物和還原性無機物污染程度的綜合指標，與浮游植物的生長呈顯著正相關關系[28]，非汛期CODMn低于汛期，成為浮游植物生長的限制因素. 因此可以通過控制有機污染物和磷的排放改善白洋淀的水質.

3.3 白洋淀水質評價

根據(jù)Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)和Margalef物種豐富度指數(shù)進行評價，白洋淀汛期水質處于中污染狀態(tài)，非汛期處于輕污染狀態(tài). 根據(jù)優(yōu)勢種評價法，白洋淀淀區(qū)汛期與非汛期優(yōu)勢種均以指示水體富營養(yǎng)狀態(tài)的綠藻和藍藻為主. 根據(jù)Reynolds浮游植物功能類群的劃分[29]：銅綠微囊藻屬于M，適合的生境為低緯度的小型富營養(yǎng)湖；微小平裂藻和小型色球藻屬于Lo，該類群具有廣適性；類顫魚腥藻屬于H1，適合的生境為富營養(yǎng)分層淺水湖泊；大螺旋藻屬于S2，適合的生境為淺渾濁混合層；集星藻、四尾柵藻、四角十字藻和二形柵藻屬于J，適合的生境為混合的高富營養(yǎng)的淺水水體；小席藻屬于S1，適合的生境為透明度較低的混合水體；湖生卵囊藻和小球藻屬于F，適合的生境為中富營養(yǎng)型湖泊；尖針桿藻屬于D，適合的生境為較渾濁的淺水水體. 這些優(yōu)勢類群的廣泛分布也說明了白洋淀水體的富營養(yǎng)化程度較高，水體較渾濁，透明度較低. 但單一的浮游植物評價方法不夠全面，故結合綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)(TLI(Σ))進行評價. 白洋淀大部分檢測點TLI(Σ)值均在50分以上，平均值為52，處于中度富營養(yǎng)化水平. 綜合幾種評價方法，可以看出白洋淀水體處于富營養(yǎng)化狀態(tài).

將白洋淀2005年以來的浮游植物調查資料進行對比(表5)，其中2005-2006年[30]和2009年[10]調查資料均為白洋淀汛期與非汛期的平均數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)2018年浮游植物豐度大幅度上升，分別是2006年和2009年的10.3倍和2.6倍. 由于本次采樣時間處于藻類的生長繁殖期，溫度升高以及水體營養(yǎng)鹽的增加均可促進浮游植物的生長；但浮游植物門類減少，且指示水質清潔的黃藻門未檢測到，說明白洋淀水質惡化，富營養(yǎng)化程度加深；此外，指示水體富營養(yǎng)化的隱藻門也未檢測到，物種數(shù)顯著減少，與2009年相比減少了0.6倍，表明浮游植物的物種多樣性降低，Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)和Margalef物種豐富度等指標的顯著下降也證實了這一點. 因此從浮游植物群落結構的角度來看，相比2009年，白洋淀水體富營養(yǎng)化有逐年加重的趨勢. 這可能是由于白洋淀近年來降水量減少、泥沙淤積、河湖連通性被破壞，導致水體停留時間較長、交換緩慢，此外圍淀造田、圍淀養(yǎng)魚、尾水排放等均導致水體有機質不斷累積，淀區(qū)富營養(yǎng)化持續(xù)加深.

表5 白洋淀浮游植物群落結構變化*

*表中2005-2006年數(shù)據(jù)來自文獻[30]，2009年數(shù)據(jù)來自文獻[10].

4 結論

1)白洋淀研究區(qū)域汛期共檢出浮游植物5門38種，非汛期共檢出浮游植物6門43種，均以綠藻門種類最為豐富. 汛期浮游植物優(yōu)勢種群共有6種，分別為藍藻門的銅綠微囊藻、微小平裂藻、類顫魚腥藻、大螺旋藻以及綠藻門的集星藻、四尾柵藻；非汛期浮游植物優(yōu)勢種群共有10種，分別為藍藻門的銅綠微囊藻、小色球藻、微小平裂藻、小席藻，綠藻門的四角十字藻、二形柵藻、湖生卵囊藻、四尾柵藻、小球藻以及硅藻門的尖針桿藻. 白洋淀汛期浮游植物的豐度在415.30×105～1018.14×105cells/L之間，非汛期浮游植物豐度在249.62×105～454.21×105cells/L之間.

2)汛期Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)、物種多樣性閾值和Margalef物種豐富度均值分別為1.115、0.450、0.527和1.518，非汛期分別為1.258、0.522、0.666和2.236. 浮游植物多樣性的時間規(guī)律為汛期<非汛期.

3)浮游植物群落特征與水質關聯(lián)性較強，水質較好區(qū)域(如淀區(qū)中心)物種多樣性指數(shù)和均勻度均較高，反正在水質較差區(qū)域(如府河、孝義河等匯入口)物種多樣性指數(shù)和均勻度較低.

4)影響汛期浮游植物群落特征的關鍵因素為TP和DO濃度，影響非汛期浮游植物群落特征的關鍵因素為CODMn和TP濃度，因此不同時期需對不同環(huán)境因子予以關注，以保證淀區(qū)浮游植物多樣性及水生態(tài)健康.

5) 白洋淀水質整體處于富營養(yǎng)化狀態(tài)，并且富營養(yǎng)化程度持續(xù)加深，因此需采取措施保護水質，防治水污染，控制污染物排放總量.

5 附錄

附錄Ⅰ～Ⅱ見電子版(DOI: 10.18307/2020.0317).