徐 明，許靜波，徐劍斌，趙家偉，李一平，唐春燕

(1.江蘇省泰州引江河管理處，江蘇 泰州 225321；2.河海大學(xué)環(huán)境學(xué)院，江蘇 南京 210098)

浮游植物的群落結(jié)構(gòu)與周邊水質(zhì)狀況密切相關(guān)，同時其生物量的動態(tài)變化又能靈敏地反映水環(huán)境的變化規(guī)律[1]，隨營養(yǎng)水平和鹽度等環(huán)境條件不同，在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和種群組成上存在較大差異，由此對水環(huán)境變化具有重要的指示作用[2]。

近年來，關(guān)于浮游植物群落結(jié)構(gòu)及其時空分布已有較多研究進(jìn)展，重點(diǎn)包括了群落結(jié)構(gòu)特征、群落演替規(guī)律以及與水環(huán)境因子的響應(yīng)關(guān)系等[3]，如劉川等[4]通過冗余分析得出水溫、電導(dǎo)率、pH值、CODMn、氨氮和總磷是影響青龍湖浮游植物群落結(jié)構(gòu)的主要環(huán)境因子。馬迎群等[5]對嘉興南湖的7條主干河流和主要出入湖口共16個樣點(diǎn)的浮游植物進(jìn)行分析，表明浮游植物的區(qū)域分布差異明顯。張春梅等[6]對南水北調(diào)中線干渠11個樣點(diǎn)進(jìn)行采樣調(diào)查，通過多元線性回歸分析顯示水溫和營養(yǎng)鹽是影響群落結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵因素。

里下河腹地位于長江、淮河兩大水系交匯地帶，主要由射陽湖、大縱湖等41個零星分散的湖蕩及眾多的圩區(qū)組成。由于里下河腹地地面高程較低，河網(wǎng)湖蕩密布，隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展面臨嚴(yán)重的面源污染和濕地功能退化等問題[7]。本文選取里下河腹地最大湖泊—射陽湖，開展為期兩年的浮游植物及水質(zhì)因子的逐月監(jiān)測，系統(tǒng)分析射陽湖浮游植物群落結(jié)構(gòu)、優(yōu)勢種群、豐度、物種多樣性和均勻度的時空特征，利用相關(guān)性分析法探究浮游植物與水質(zhì)因子之間的相關(guān)度，評價湖泊污染程度和富營養(yǎng)程度，以期為射陽湖以及里下河腹地的水資源合理開發(fā)與生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

射陽湖位于江蘇省揚(yáng)州市寶應(yīng)縣、淮安市淮安區(qū)及鹽城市建湖縣、阜寧縣交界處，南北寬約28 km，東西長約20 km，湖泊保護(hù)范圍面積為127.384 km2，是里下河腹部地區(qū)湖泊群中保護(hù)面積最大的湖泊。射陽湖是一寬淺蝶形洼地，周邊高程為3～5 m，中部地區(qū)高程為1.5～3 m[8]，在研究期間(2016年9月至2017年8月)平均水深1.79 m，夏季豐水期水深為1.95 m。射陽湖周邊地區(qū)河網(wǎng)密集，縱橫交錯，是蘇北著名的水網(wǎng)圩區(qū)，具有調(diào)蓄洪水、漁業(yè)養(yǎng)殖、供水和旅游等綜合功能。

1 采樣與分析方法

1.1 采樣點(diǎn)布設(shè)及樣品采集處理

本研究在射陽湖共布設(shè)5個具有代表性的調(diào)查站點(diǎn)(圖1，用#1～#5表示)。于2015年10月至2017年8月每月一次進(jìn)行采樣，監(jiān)測指標(biāo)為水質(zhì)指標(biāo)(水溫、透明度、濁度、電導(dǎo)率、pH、DO、NH3-N、CODMn、TP、TN和Chl-a)和浮游植物種類、生物量。

圖1 研究區(qū)域及監(jiān)測點(diǎn)位布置

(1)浮游植物的采集與鑒定

浮游植物定量樣品用采水器在水體表層0.5 m處采集1 L水樣，加入15 mL魯哥試劑以固定，靜置24 h后濃縮至25～35 mL。用0.1 mL浮游植物計數(shù)框在10×40倍光學(xué)顯微鏡下進(jìn)行鏡檢，根據(jù)文獻(xiàn)進(jìn)行分類鑒別，并計算浮游植物細(xì)胞數(shù)量[9]。

(2)水質(zhì)因子測定

水質(zhì)因子的取樣測定與浮游植物樣品的采集同步進(jìn)行，水質(zhì)樣品的采集和分析依據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838—2002)中的規(guī)定。

1.2 數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析

(1)浮游植物生態(tài)學(xué)特征指數(shù)計算方法

采用浮游植物群落的優(yōu)勢度指數(shù)(Y)、藻類豐度(D)、多樣性指數(shù)(H，Shannon-Wiener index)和均勻度指數(shù)(J，Pielou)對射陽湖水體的浮游植物生態(tài)學(xué)特征進(jìn)行評價[10]。

浮游植物優(yōu)勢種依據(jù)其優(yōu)勢度值(Y)確定：

(1)

式中：ni為第i種的個體總數(shù)；N為所有浮游植物總個數(shù)；fi為第i種藻類在各站點(diǎn)出現(xiàn)的頻率；Y>0.02的種類為優(yōu)勢種。

多樣性指數(shù)(H)確定：

(2)

H與水質(zhì)的關(guān)系為：H>3，輕污染或無污染；1

均勻度指數(shù)(J)確定：

(3)

式中：S為站點(diǎn)中浮游植物總種數(shù)；J與水質(zhì)的關(guān)系為：J>0.5，輕污染或無污染；0.3

根據(jù)藻類豐度(D)評價湖泊富營養(yǎng)化狀態(tài)：D≤10×106cell/L，貧營養(yǎng)狀態(tài)；10×106

(2)綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法

綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)計算公式為

(4)

式中：TLI(∑)為綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；Wj為第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的相關(guān)權(quán)重；TLI(j)為代表第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)。選用Chl-a、透明度、TP、TN和CODMn5項參數(shù)，根據(jù)《湖泊(水庫)富營養(yǎng)化評價方法及分級技術(shù)規(guī)定》計算TLI。

以Chl-a作為基準(zhǔn)參數(shù)，則第j種參數(shù)的歸一化的相關(guān)權(quán)重計算公式為

(5)

式中：rij為第j種參數(shù)與基準(zhǔn)參數(shù)Chl-a的相關(guān)系數(shù)；m為評價參數(shù)的個數(shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征及優(yōu)勢種分析

射陽湖在調(diào)查期間共記錄浮游植物8門，103種(屬)，其中綠藻門的種類最多，有41種；其次硅藻、藍(lán)藻和裸藻種類分別為30、17和9種；黃藻、甲藻、金藻和隱藻均小于5種(圖2)。

圖2 射陽湖浮游植物種類組成

以優(yōu)勢度Y>0.02為標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)計分析表明，浮游植物的主要優(yōu)勢種為隱藻門的嚙噬隱藻(Crypomonaserosa)，裸藻門的扁裸藻(Phacussp)，綠藻門的小球藻(Chlorellasp.)、蛋白核小球藻(Chlorellapyrenoidosa)、卵囊藻(Oocystissp.)、螺旋弓形藻(Schroederiaspiralis)、四尾柵藻(Scenedeamusquadricauda)和角星鼓藻(Starurastrumsp.)等。

射陽湖浮游植物種類組成具有明顯的時空變化特征。夏季(25種)和秋季(24種)浮游植物種類多于春季(19種)和冬季(15種)，其中4#樣點(diǎn)浮游植物的年平均種類最多為25種，而3#樣點(diǎn)浮游植物的種類最少為17種。

2.2 浮游植物豐度變化分析

2015年9月至2017年8月調(diào)查期間射陽湖各采樣點(diǎn)浮游植物的豐度波動范圍為0.91×106～7.26×106cells/L，平均豐度為3.34×106cells/L，說明射陽湖整體處于貧—中營養(yǎng)狀態(tài)(圖3)。浮游植物季節(jié)性波動趨勢明顯，每年7—8月份，浮游植物平均豐度呈現(xiàn)出最大值，隨后略有下降，到11—12月份波動上升；1—2月由于冬季氣溫較低，浮游植物的生長繁殖受到抑制，豐度明顯低于其他月份；隨后隨著氣溫回升，浮游植物豐度緩慢上升，比如2016和2017年7月浮游植物豐度比當(dāng)年1月份分別增加了5.13和3.80倍，由此可見溫度是影響浮游植物豐度的重要因素。

圖3 2015年9月至2017年8月各采樣點(diǎn)浮游植物豐度變化

從浮游植物豐度的空間變化上看，2#樣點(diǎn)浮游植物的豐度年平均值最高(5.33 cells/L)，其次為5#樣點(diǎn)(3.74 cells/L)，3#樣點(diǎn)豐度年平均值最低(1.69 cells/L)，年變化范圍分別為0.17×106～15.99×106cells/L、1.84×106～6.71×106cells/L和0.15×106～5.58×106cells/L。射陽湖各采樣點(diǎn)浮游植物豐度的季節(jié)變化基本一致，最高值除了5#點(diǎn)位出現(xiàn)在春季(5—6月)以外，其他點(diǎn)位均出現(xiàn)在夏季(6—8月)，最低值一般出現(xiàn)在1—2月份。浮游植物的夏季高峰主要是受藍(lán)藻門的湖泊偽魚腥藻、兩棲顫藻、平裂藻、束縛色球藻、微囊藻、席藻、細(xì)小平裂藻等影響。

2.3 浮游植物多樣性及均勻度季節(jié)性變化

射陽湖浮游植物多樣性指數(shù)年平均值約2.60，從而可以判斷屬于中度污染水體。從浮游植物的均勻度來看，各樣點(diǎn)的年平均值為0.84，指示該湖泊為輕度污染水體。

各采樣點(diǎn)浮游植物的多樣性指數(shù)存在較明顯的季節(jié)性變化(圖4)。5#樣點(diǎn)浮游植物的多樣性指數(shù)年均值最高為3.08，處于輕污染狀態(tài)，3#樣點(diǎn)多樣性指數(shù)年均值最低為2.04，處于中污染狀態(tài)。由于3#樣點(diǎn)位于村鎮(zhèn)河道入射陽湖交匯處附近，受農(nóng)業(yè)和生活污水影響較大，污染程度較重，所以3#樣點(diǎn)的浮游植物多樣性相對較低。各采樣點(diǎn)多樣性指數(shù)平均值在冬季(2.41)和夏季(2.43)較低，污染程度較為嚴(yán)重，春季(2.76)和秋季(2.82)則相對較好。1#、2#、3#、4#和5#樣點(diǎn)的均勻度指均大于0.5(圖5)，其中3#、4#、5#樣點(diǎn)浮游植物均勻度均為秋季最高，春季最低，1#樣點(diǎn)和2#樣點(diǎn)均勻度最高值分別出現(xiàn)在夏季(0.92)和春季(0.86)，最低值分別出現(xiàn)在冬季(0.63)和秋季(0.74)?？傮w來說，射陽湖5個采樣點(diǎn)的均勻性和多樣性指數(shù)表明水體處于輕～中度污染狀態(tài)，說明射陽湖浮游植物的物種多樣性比較豐富，其中5#樣點(diǎn)多樣性指數(shù)最高，4#采樣點(diǎn)的均勻度最高。

圖4 射陽湖浮游植物群落多樣性指數(shù)時空變化

圖5 射陽湖浮游植物群落均勻度指數(shù)時空變化

2.4 浮游植物與環(huán)境因子的關(guān)系

選用Chl-a、透明度、TP、TN和CODMn5項指標(biāo)，根據(jù)綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法計算射陽湖營養(yǎng)狀態(tài)，結(jié)果表明，2015年9月至2017年8月期間，綜合營養(yǎng)指數(shù)(ΣTLI)值范圍為52.52～57.39，整體屬于輕度富營養(yǎng)化狀態(tài)，與上文浮游植物生物學(xué)評價指標(biāo)結(jié)果基本一致。由此可見，射陽湖的水生態(tài)環(huán)境的管理及治理工作仍需進(jìn)一步加強(qiáng)。

射陽湖水質(zhì)指標(biāo)(水溫、透明度、pH、DO、NH3-N、CODMn、TP、TN和Chl-a)與浮游植物群落指數(shù)間的Pearson相關(guān)關(guān)系見表1。結(jié)果表明，水溫、透明度、DO和CODMn與浮游植物豐度在0.01級別顯著相關(guān)，pH和Chl-a與浮游植物多樣性在0.05級別顯著相關(guān)。與已有研究中影響長江中下游典型湖泊中藻類結(jié)構(gòu)的重要環(huán)境因子為溫度、透明度、水位、營養(yǎng)鹽和pH的結(jié)論基本一致[12]。主要是由于浮游植物細(xì)胞的代謝過程大多為受酶活性的影響的酶促反應(yīng)，而溫度對酶活性有極大影響，不同藻類在溫度適應(yīng)性上存在差異，這導(dǎo)致優(yōu)勢物種隨溫度的變化而變化[13]。水體透明度通過影響浮游植物的光合作用和氮磷循環(huán)從而影響浮游植物群落結(jié)構(gòu)，光照強(qiáng)度提供了部分浮游植物生長代謝所需的能量，而總懸浮固體濃度的變化影響浮游植物對氮和磷的吸收[14]。

表1 射陽湖水質(zhì)指標(biāo)與浮游植物群落指數(shù)之間Pearson相關(guān)性分析

同為里下河腹地典型湖泊的大縱湖的浮游植物群落參數(shù)與水溫、透明度、濁度和總氮顯著相關(guān)[15]。與部分長江中游和下游湖泊不同，武山湖影響浮游植物豐度和生物量的主要營養(yǎng)元素是磷[16]，駱馬湖影響浮游植物群落年際變化的環(huán)境因子總氮和氟離子濃度[17]，而射陽湖浮游植物結(jié)構(gòu)特征與總氮和總磷相關(guān)性均不高，與CODMn相關(guān)性較高，原因是夏季降雨攜帶的固體顆粒物質(zhì)與周圍田地農(nóng)藥殘留有機(jī)物隨地表徑流被帶入射陽湖，從而與浮游植物豐度有較高相關(guān)性。

3 結(jié) 論

(1)2015—2017年期間在射陽湖5個采樣點(diǎn)，共鑒定到浮游植物8門，103種，以綠藻、硅藻、藍(lán)藻為主，分別為41、30和17種。射陽湖浮游植物種類

組成具有明顯的季節(jié)性變化特征，夏季和秋季種類明顯多于春季和冬季。

(2)射陽湖各采樣點(diǎn)浮游植物的豐度波動范圍為0.91×106～7.26×106cells/L，平均豐度為3.34×106cells/L，表明射陽湖處于貧—中營養(yǎng)狀態(tài)。豐度時空變化趨勢明顯，夏季豐度明顯上升，冬季回落，湖中心處樣點(diǎn)浮游植物豐度明顯高于湖邊樣點(diǎn)。

(3)射陽湖浮游植物物種多樣性指數(shù)和均勻度年均值分別為2.60和0.84，表明射陽湖處于輕—中度污染狀態(tài)；綜合營養(yǎng)指數(shù)法顯示射陽湖處于輕度富營養(yǎng)化狀態(tài)。

(4)水溫、透明度、DO和CODMn是影響射陽湖浮游植物群落豐度的主要水質(zhì)指標(biāo)，pH和Chl-a是影響射陽湖浮游植物群落多樣性的主要水質(zhì)指標(biāo)。