杜少娟，王吉毅，國超旋，Jonathan Miles Adams，任明磊，李 侃，郭亞平，杜宗軍，王建軍**

(1:中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所湖泊與環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210008) (2:山東大學(xué)(威海)海洋學(xué)院，威海 264209) (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) (4:南京大學(xué)地理與海洋科學(xué)學(xué)院，南京 210023) (5:南京大學(xué)宜興環(huán)保研究院，宜興 214200)

在過去幾十年中，化肥和農(nóng)藥的不合理使用導(dǎo)致土壤嚴(yán)重退化、氮磷養(yǎng)分流失，由此造成的農(nóng)業(yè)面源污染問題日益突出[1-3]. 目前，常規(guī)農(nóng)業(yè)仍是主導(dǎo)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)模式，其長期施用的化肥雖可以短時(shí)間顯著提高土壤養(yǎng)分含量，但農(nóng)田殘留的化肥和農(nóng)藥經(jīng)地表徑流及滲漏、淋溶等途徑進(jìn)入水生態(tài)系統(tǒng)，造成地下水、河流和湖泊等水域的嚴(yán)重污染[4-5]. 而有機(jī)農(nóng)業(yè)強(qiáng)調(diào)不施用化肥、化學(xué)農(nóng)藥、飼料添加劑等物質(zhì)，是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和水生態(tài)保護(hù)的環(huán)境友好型農(nóng)業(yè)模式[6]. 據(jù)席運(yùn)官等[7]對有機(jī)與常規(guī)稻田排水污染的比較研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)生產(chǎn)方式可降低排水中氮的排放量，在一定程度上也會(huì)降低排水中的磷素排放量；而陳靜蕊等[8]發(fā)現(xiàn)綠肥紫云英還田配合化肥減施能夠顯著減少總氮流失，但對總磷流失的削減效應(yīng)不明顯. 劉紅江等[9]發(fā)現(xiàn)，隨著有機(jī)肥替代化肥的比例增加，稻田地表徑流水體總氮流失量逐漸下降. 因此，科學(xué)有效管理農(nóng)田氮磷輸入并防止其向水體遷移對控制農(nóng)業(yè)面源污染具有重要意義.

浮游植物是水生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[10]，具有個(gè)體微小、分布廣泛、對水體營養(yǎng)狀態(tài)反應(yīng)敏感等特點(diǎn)，對水生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)具有重要指示意義[11]. 以莫力達(dá)瓦旗某水庫為例，農(nóng)業(yè)面源污染導(dǎo)致該區(qū)域浮游生物和底棲動(dòng)物物種種類較為單一，優(yōu)勢種以耐污種類為主[12]. 沙河水庫氮素主要來源于農(nóng)業(yè)施肥，其藻類生物量與氮營養(yǎng)水平呈顯著正相關(guān)[13]. 另有研究表明，運(yùn)用農(nóng)田生態(tài)攔截溝對巢湖流域污染修復(fù)，盡管具有削減農(nóng)業(yè)氮、磷營養(yǎng)鹽面源污染的作用，但不能有效地降低水體中藍(lán)藻的生物量[14]. 以上研究聚焦于常規(guī)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)造成周邊水體氮、磷的輸入，從而對浮游植物群落產(chǎn)生深刻影響，但是對于比較有機(jī)和常規(guī)農(nóng)業(yè)管理方式下水體浮游植物群落差異的研究仍鮮有報(bào)道.

戴莊村是我國發(fā)展生態(tài)有機(jī)農(nóng)業(yè)的典范. 該地區(qū)由“全國脫貧攻堅(jiān)楷?！薄ⅰ皶r(shí)代楷?！壁w亞夫研究員的帶領(lǐng)和指導(dǎo)下，稻田連續(xù)16年不使用化肥農(nóng)藥，逐漸形成了多元化種植、養(yǎng)殖的有機(jī)農(nóng)業(yè)新模式，這些舉措不僅沒有導(dǎo)致病蟲危害的增加，而且還促進(jìn)了田間生物群落和生態(tài)鏈的修復(fù)，有效地保護(hù)了當(dāng)?shù)剞r(nóng)田生物多樣性. 目前人們對戴莊村稻田動(dòng)物多樣性[15]、有機(jī)水稻土壤肥力評(píng)價(jià)[16]等方面開展過一些研究和報(bào)道，但對區(qū)域內(nèi)池塘浮游植物及環(huán)境因子的變化尚缺乏認(rèn)識(shí). 針對上述問題，本文以稻田池塘為研究對象，調(diào)查了冬夏兩季水環(huán)境因子及浮游植物群落特征，以期回答以下問題：1)有機(jī)和常規(guī)農(nóng)業(yè)管理區(qū)域池塘水環(huán)境因子是否不同；2)兩區(qū)域浮游植物多樣性、群落結(jié)構(gòu)、指示物種是否不同；3)若不同，則探究影響浮游植物群落特征差異的因素. 研究結(jié)果將對今后優(yōu)化施肥體系、控制農(nóng)田面源污染具有一定的理論與指導(dǎo)意義.

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

江蘇句容市天王鎮(zhèn)戴莊村地處江蘇茅山山脈中部，屬于亞熱帶濕潤氣候區(qū)，常年日照總時(shí)數(shù)1850 h，年平均降水量為1106 mm，年均氣溫為15.4℃[15]. 迄今為止已有16年的有機(jī)耕作歷史，該地區(qū)嚴(yán)格遵守有機(jī)農(nóng)業(yè)操作流程，不使用化肥、農(nóng)藥、生長激素等，采用天然綠肥紫云英替代化肥，施醋糟肥田，并用秸稈醋液、生物農(nóng)藥替代化學(xué)農(nóng)藥等措施，直接向稻田土壤輸送外源有機(jī)物，有效改善土壤肥力、增加土壤活性[17]. 同時(shí)，為全面客觀地展示常規(guī)農(nóng)業(yè)對浮游植物造成的影響，選擇戴莊村附近的常規(guī)農(nóng)業(yè)區(qū)袁巷村、斗門村作為對照，此區(qū)域常年施用氮肥等化肥，具有一定代表性(圖1).

本研究于2020年11月末和2021年8月末，分別在有機(jī)(戴莊村)和常規(guī)農(nóng)業(yè)區(qū)域(袁巷村、斗門村)各選取12個(gè)池塘，共獲得冬夏兩季各24個(gè)樣品，考察浮游植物多樣性、群落結(jié)構(gòu)和水環(huán)境因子. 選擇冬夏兩個(gè)季節(jié)采樣的依據(jù)為：冬季農(nóng)業(yè)是全年農(nóng)業(yè)的重要組成部分，是全年耕作制度的起點(diǎn)和基礎(chǔ). 戴莊村稻田冬作是其優(yōu)良農(nóng)作制度之一，在稻田休閑期種植綠肥作物，如紫云英等，可為農(nóng)田補(bǔ)充豐富的有機(jī)物質(zhì)，防止風(fēng)蝕、水蝕和徑流，增加土壤有機(jī)質(zhì)含量[18]. 進(jìn)入夏秋季，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)活躍，汛期增多，農(nóng)田營養(yǎng)鹽流失概率加大，浮游植物產(chǎn)生較強(qiáng)的新陳代謝活動(dòng). 因此，本文選擇冬夏兩季采樣，有利于客觀比較有機(jī)和常規(guī)農(nóng)業(yè)管理方式對浮游植物的不同效應(yīng)，確保數(shù)據(jù)和結(jié)果的有效性和可靠性.

池塘的選擇標(biāo)準(zhǔn)為：(1)池塘以灌溉稻田為主，而非用于魚類養(yǎng)殖等產(chǎn)業(yè)；(2)池塘所在區(qū)域盡可能遠(yuǎn)離人類活動(dòng)密集區(qū)域；(3)池塘周圍多為稻田、農(nóng)田包圍. 為了表述簡潔，后續(xù)文中有機(jī)農(nóng)業(yè)管理的戴莊村區(qū)域簡稱為OFR(organic farming regions)，而常規(guī)農(nóng)業(yè)區(qū)域(袁巷村、斗門村)稱為CFR(conventional farming regions). 采樣點(diǎn)的位置如圖1所示.

1.2 水樣和浮游植物樣品的采集

同步采集水樣和浮游植物樣品，在每個(gè)池塘0.5 m深處采集表層水，取3次水混合后分別裝入2個(gè)50 mL和1個(gè)1 L的無菌塑料瓶中，前者用于測量水體環(huán)境因子，后者用于浮游植物鑒定. 浮游植物樣品在現(xiàn)場采用魯哥式劑固定，在實(shí)驗(yàn)室沉淀48 h后，濃縮至30 mL. 在顯微鏡下進(jìn)行種類鑒定和細(xì)胞計(jì)數(shù)，浮游植物細(xì)胞密度以每升水體中的細(xì)胞數(shù)(cells/L)表示，鑒定方法參照《中國淡水藻類——系統(tǒng)、分類及生態(tài)》[19].

1.3 數(shù)據(jù)處理

本文選取物種豐富度(S)、Shannon-Wiener多樣性(H′)、Pielou均勻度指數(shù)(J)來表征浮游植物alpha-多樣性，其計(jì)算公式分別如下：

S=n

(1)

(2)

(3)

式中，n為總個(gè)體數(shù),Pi為物種i的相對豐度,S為藻類的物種數(shù).

采用非度量多維尺度(NMDS)[20]方法分析兩季節(jié)兩區(qū)域浮游植物群落結(jié)構(gòu)差異. Wilcoxon非參數(shù)檢驗(yàn)[21]以確定有機(jī)和常規(guī)農(nóng)業(yè)區(qū)之間水體環(huán)境因子和多樣性指數(shù)的差異. 利用R語言labdsv包中的indval函數(shù)計(jì)算指示物種[22]，根據(jù)每種浮游植物的相對豐度和組內(nèi)相對發(fā)生頻率，即特異性和保真度的乘積，從而計(jì)算出相應(yīng)分類單元的指示值(indicator value)和顯著性檢驗(yàn)的P值，P<0.05的物種即為指示物種[23]. 采用Pearson相關(guān)性分析浮游植物多樣性和門相對豐度與環(huán)境因子的關(guān)系. 用Mantel檢驗(yàn)[24]評(píng)估環(huán)境距離矩陣與群落相異矩陣的相關(guān)性，用vegan包中的vegdist函數(shù)計(jì)算群落組成的Bray-Curtis相異度，相關(guān)性采用Spearman相關(guān)系數(shù)來衡量，對每個(gè)檢驗(yàn)設(shè)置9999次隨機(jī)置換以獲得相關(guān)性r值的統(tǒng)計(jì)分布，并計(jì)算模型的顯著度[25]. 在R4.0.2[26]中進(jìn)行上述所有統(tǒng)計(jì)分析與繪圖.

圖1 采樣點(diǎn)分布(如現(xiàn)場實(shí)拍所示，有機(jī)農(nóng)業(yè)管理區(qū)域種植了紫云英，常規(guī)農(nóng)業(yè)管理區(qū)域使用了殺蟲劑等化學(xué)藥物)Fig.1 The distribution of sampling sites(The organic farming regions were planted with Chinese milk vetch, while the conventional farming regions used chemicals, such as pesticides)

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)和常規(guī)農(nóng)業(yè)區(qū)水體環(huán)境因子

冬季兩區(qū)域環(huán)境因子未表現(xiàn)出顯著差異. 在夏季，常規(guī)農(nóng)業(yè)區(qū)總磷、磷酸鹽、總有機(jī)碳濃度顯著高于有機(jī)區(qū)域(Wilcoxon檢驗(yàn)，P<0.05，表1)，兩區(qū)域總氮、氨氮、硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮、pH值無顯著差異. 常規(guī)農(nóng)業(yè)區(qū)電導(dǎo)率比有機(jī)農(nóng)業(yè)區(qū)顯著高出57.83 μS/cm；且夏季總磷和磷酸鹽濃度分別達(dá)0.12、0.04 mg/L，呈現(xiàn)較高水平，說明該區(qū)域池塘水體在夏季轉(zhuǎn)變?yōu)楦吡谞顟B(tài).

表1 有機(jī)和常規(guī)農(nóng)業(yè)區(qū)域池塘水體環(huán)境因子*

2.2 有機(jī)和常規(guī)農(nóng)業(yè)區(qū)池塘水體浮游植物群落特征

冬季有機(jī)和常規(guī)農(nóng)業(yè)區(qū)池塘浮游植物平均密度分別為(6.52×105±4.06×104)和(9.89×105±4.38×104) cells/L，夏季分別為(6.06×105±3.32×104)和(2.06×106±1.76×105) cells/L，說明常規(guī)農(nóng)業(yè)區(qū)細(xì)胞密度均較有機(jī)農(nóng)業(yè)區(qū)高. 夏季兩區(qū)域各池塘浮游植物物種豐富度、Shannon-Wiener多樣性、Pielou均勻度均較為相似(P>0.05，表2). 冬季常規(guī)農(nóng)業(yè)區(qū)各池塘浮游植物物種豐富度顯著高于有機(jī)農(nóng)業(yè)區(qū)，且該區(qū)域藍(lán)藻門、裸藻門Shannon-Wiener多樣性指數(shù)也顯著高于有機(jī)農(nóng)業(yè)區(qū)水體(P<0.05，表2).

表2 有機(jī)和常規(guī)農(nóng)業(yè)區(qū)域各池塘浮游植物alpha多樣性

圖2 有機(jī)農(nóng)業(yè)區(qū)域(OFR)和常規(guī)農(nóng)業(yè)區(qū)域(CFR)水體浮游植物的群落結(jié)構(gòu)比較：(a)浮游植物門類組成；(b)非度量多維尺度分析結(jié)果(按照季節(jié)和區(qū)域分為4組，其中W表示冬季，S表示夏季)；(c)浮游植物物種組成差異Fig.2 Phytoplankton community structure in organic farming regions (OFR) and conventional farming regions (CFR)：(a) The relative abundance of phytoplankton at the phylum level; (b) Non-metric multidimensional scaling (NMDS) in OFR and CFR in winter (W) and summer (S); (c) Differences of phytoplankton species composition in OFR and CFR

指示種圖3 主要的指示種及其指示值(指示值，P<0.05)Fig.3 The analysis of main indicator species and its indicator value (Indicator value，P<0.05)

有機(jī)農(nóng)業(yè)區(qū)浮游植物由冬季隱藻-綠藻型向夏季藍(lán)藻-綠藻型轉(zhuǎn)變；常規(guī)管理區(qū)浮游植物由冬季隱藻-綠藻型向夏季藍(lán)藻-硅藻型變化，兩區(qū)域均呈現(xiàn)出夏季隱藻門優(yōu)勢地位喪失，藍(lán)藻門優(yōu)勢地位升高的現(xiàn)象. 具體而言，在冬季，有機(jī)農(nóng)業(yè)管理區(qū)水體浮游植物共有7門95種，其中綠藻門、隱藻門、硅藻門相對豐度較高，分別為30.7%、27.5%和26.1%(圖2a). 常規(guī)農(nóng)業(yè)區(qū)水體浮游植物共有7門111種，其中隱藻門、綠藻門、藍(lán)藻門占優(yōu)，分別占29.4%、24.9%、20.9%(圖2a)，其中藍(lán)藻相對豐度為20.9%，較有機(jī)農(nóng)業(yè)區(qū)域水體高出8.1%. 在夏季，有機(jī)和常規(guī)農(nóng)業(yè)區(qū)水體浮游植物分別為7門102種、6門112種，兩區(qū)域藍(lán)藻門均是第一優(yōu)勢門(圖2a)，平裂藻(Merismopedia)、假魚腥藻(Pseudoanabaena)、顫藻(Oscillatoria)、微囊藻(Microcystis)等屬占優(yōu)勢地位. 常規(guī)農(nóng)業(yè)區(qū)裸藻、隱藻和硅藻相對豐度均比有機(jī)農(nóng)業(yè)管理區(qū)高(圖2a). 非度量多維尺度分析發(fā)現(xiàn)，同一季節(jié)兩區(qū)域的群落結(jié)構(gòu)沒有明顯差異，但冬夏兩季群落結(jié)構(gòu)差異明顯，說明季節(jié)更迭強(qiáng)烈影響浮游植物群落結(jié)構(gòu)(圖2b). 韋恩圖(圖2c)結(jié)果顯示，冬季有機(jī)和常規(guī)農(nóng)業(yè)區(qū)浮游植物特有的種類分別為22個(gè)和38個(gè)；夏季有機(jī)農(nóng)業(yè)區(qū)特有的種類有34個(gè)，多屬于硅藻門和綠藻門，如雙尖菱板藻(Hantzschiaamphioxys)、長刺根管藻(Rhizosolenialongiseta)、角狀新月藻(Closteriumceratium)、芒狀叉星鼓藻(Staurodesmusaristiferus)等；而拉式擬浮絲藻(Planktonthricoidesraciborskii)、放射性舟形藻(Navicularadiosa)等44個(gè)種類僅出現(xiàn)在常規(guī)農(nóng)業(yè)區(qū)域水體，說明2種施肥方式造成了浮游植物的種類組成差異.

指示種分析(圖3)結(jié)果顯示，共有6種藻能夠顯著區(qū)分有機(jī)和常規(guī)農(nóng)業(yè)區(qū)浮游植物群落，其中谷皮菱形藻(Nitzschiapalea)和梅尼小環(huán)藻(Cyclotellameneghiniana)的指示值在有機(jī)農(nóng)業(yè)區(qū)較高，說明這兩種藻在有機(jī)農(nóng)業(yè)區(qū)水體適應(yīng)性較高，有著高發(fā)生頻率和高的相對豐度；而梭形裸藻(Euglenaacus)、針形纖維藻(Ankistrodesmusacicularis)、肘狀針桿藻(Synedraulna)和狹形纖維藻(Ankistrodesmusangustus)的指示值在常規(guī)農(nóng)業(yè)區(qū)較高，為常規(guī)農(nóng)業(yè)區(qū)指示物種.

2.3 有機(jī)和常規(guī)農(nóng)業(yè)區(qū)水體浮游植物群落與環(huán)境因子的相關(guān)性

Pearson相關(guān)性分析表明，兩季節(jié)環(huán)境因子對有機(jī)農(nóng)業(yè)區(qū)浮游植物alpha多樣性均無顯著影響；但在常規(guī)農(nóng)業(yè)區(qū)，冬季磷酸鹽與浮游植物豐富度呈顯著正相關(guān)，總氮和氨氮與物種均勻度呈顯著正相關(guān)；夏季磷酸鹽與浮游植物物種豐富度呈顯著正相關(guān)，pH值與物種均勻度呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05，圖4).

冬季有機(jī)農(nóng)業(yè)區(qū)藍(lán)藻門相對豐度與氨氮濃度呈顯著正相關(guān)，硅藻門相對豐度與總氮、硝態(tài)氮及亞硝態(tài)氮濃度呈顯著正相關(guān)；而常規(guī)農(nóng)業(yè)區(qū)硅藻門和金藻門相對豐度分別與總磷、總有機(jī)碳濃度呈顯著正相關(guān)(P<0.05，圖4a). 夏季有機(jī)農(nóng)業(yè)區(qū)藍(lán)藻門和硅藻門相對豐度分別與pH值呈顯著正、負(fù)相關(guān)；而常規(guī)農(nóng)業(yè)區(qū)域水體甲藻門相對豐度與硝態(tài)氮濃度呈顯著正相關(guān)，裸藻門相對豐度分別與總氮和總磷濃度呈顯著正相關(guān)(P<0.05，圖4b).

圖4 冬(a)、夏(b)兩季有機(jī)和常規(guī)農(nóng)業(yè)區(qū)環(huán)境因子與浮游植物物種豐富度、Shannon-Wiener多樣性、Pielou均勻度及藻類各門類相對豐度的Pearson相關(guān)性(前綴O和C分別表示有機(jī)農(nóng)業(yè)區(qū)域(OFR)和常規(guī)農(nóng)業(yè)區(qū)域(CFR))Fig.4 Pearson’s correlation between environmental factors and species richness, Shannon-Wiener diversity, Pielou’s evenness, and phylum relative abundance in organic farming regions (OFR) and conventional farming regions (CFR) in winter (a) and summer (b)(The prefix O and C denotes OFR and CFR, respectively)

Mantel檢驗(yàn)表明，有機(jī)農(nóng)業(yè)區(qū)群落結(jié)構(gòu)僅在冬季受到總氮和氨氮的顯著影響. 常規(guī)農(nóng)業(yè)區(qū)則在冬夏季受氮磷兩類營養(yǎng)鹽的交替影響，表現(xiàn)為冬季浮游植物群落相異性與總磷濃度呈顯著正相關(guān)，而夏季與總氮和氨氮濃度呈顯著正相關(guān)(P<0.05，Mantel檢驗(yàn)，圖5).

圖5 冬季(a)和夏季(b)浮游植物群落結(jié)構(gòu)變化與環(huán)境因子的Mantel檢驗(yàn)Fig.5 Mantel test between phytoplankton community dissimilarity and environmental factors in winter (a) and summer(b)

3 討論

本研究分別觀測了冬夏季有機(jī)與常規(guī)農(nóng)業(yè)區(qū)浮游植物多樣性，發(fā)現(xiàn)冬季常規(guī)農(nóng)業(yè)區(qū)浮游植物物種豐富度、藍(lán)藻及裸藻門Shannon-Wiener多樣性指數(shù)均顯著高于有機(jī)農(nóng)業(yè)區(qū)域，而夏季2個(gè)池塘alpha多樣性未表現(xiàn)出顯著的區(qū)域差異. 夏季池塘藍(lán)藻暴發(fā)，藍(lán)藻占據(jù)其他藻類的生態(tài)位，通過種間競爭抑制其他藻類[27]，形成絕對單一的優(yōu)勢種，使水體浮游植物物種多樣性和均勻度降低[28-29]，從而削弱了不同農(nóng)業(yè)管理對浮游植物多樣性的影響. 本研究還發(fā)現(xiàn)常規(guī)農(nóng)業(yè)管理顯著提高了藍(lán)藻、裸藻多樣性，這可能是由于化肥、農(nóng)藥過渡施用，導(dǎo)致淋溶進(jìn)水體的氮磷營養(yǎng)物質(zhì)增多，創(chuàng)造了利于藍(lán)藻、裸藻類群生長的水體環(huán)境. 雖然有機(jī)農(nóng)業(yè)管理的積極效應(yīng)已經(jīng)被廣泛報(bào)道[30-33]，但農(nóng)業(yè)系統(tǒng)對生物多樣性的影響是復(fù)雜的，且尚存在爭議[34-35]. 比如，有研究發(fā)現(xiàn)有機(jī)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的土壤細(xì)菌數(shù)量明顯高于常規(guī)農(nóng)業(yè)，而物種豐富度和辛普森多樣性指數(shù)卻無明顯差異[36]. 有學(xué)者評(píng)估魚塘浮游生物對有機(jī)肥料和無機(jī)肥料添加的反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)無機(jī)肥料池塘的葉綠素a、葉黃素、巖藻黃素明顯高于有機(jī)肥池塘，但藻類種群在組間沒有差異[37]. 因此，仍需開展更多關(guān)于有機(jī)和常規(guī)農(nóng)業(yè)對生物多樣性的比較研究，通過多時(shí)間多空間尺度的季節(jié)性群落動(dòng)態(tài)特征的深入調(diào)查和監(jiān)測，全面地揭示浮游植物多樣性對不同施肥管理的響應(yīng).

本次調(diào)查中，兩區(qū)域浮游植物群落整體上均呈現(xiàn)出冬季隱藻向夏季藍(lán)藻變化的趨勢. 這主要是由于以嚙蝕隱藻(CryptomonserosaEhr)和卵形隱藻(Cryptomonsovata)為代表的隱藻門適應(yīng)于冬季低溫、低光照條件，從而成為該季節(jié)的優(yōu)勢種類. 而夏季降雨增多，營養(yǎng)物質(zhì)淋溶進(jìn)入水體，有機(jī)和常規(guī)農(nóng)業(yè)水體的總磷濃度整體升高，分別達(dá)0.08和0.12 mg/L，較高水平的磷濃度和高溫促進(jìn)藍(lán)藻生長，藍(lán)藻固然成為夏季優(yōu)勢門類[38]. 所觀察到的藍(lán)藻主要以顫藻、細(xì)小平裂藻(Merismopediatenuissima)、假魚腥藻、微小色球藻(Chroococcusminutus)、藍(lán)纖維藻(Dactylococcopsis)等所組成. 根據(jù)Reynolds和Padisák等對富營養(yǎng)化淺水湖泊浮游植物功能群的研究，夏季優(yōu)勢藍(lán)藻種類通常來自顫藻目；平裂藻屬在貧到中營養(yǎng)、分層、上層水體環(huán)境下適宜其生長繁殖；假魚腥藻易在均勻渾濁水體、較高營養(yǎng)鹽、受光限制的暗環(huán)境條件下獲得優(yōu)勢[39-40]. 此外，裸藻通常發(fā)生于從農(nóng)田或污水中獲得有機(jī)質(zhì)的池塘或臨時(shí)形成的水體[41]，農(nóng)藥化肥的過度使用，是裸藻水華暴發(fā)的物質(zhì)基礎(chǔ). 本研究發(fā)現(xiàn)兩季節(jié)常規(guī)農(nóng)業(yè)水體裸藻門相對豐度均較有機(jī)農(nóng)業(yè)區(qū)高，其中以囊裸藻(Trachelomonas)和扁裸藻(Phacus)占優(yōu)勢，該2種藻常出現(xiàn)于中或富營養(yǎng)及有機(jī)物污染的水體[40]，因此該常規(guī)農(nóng)業(yè)區(qū)化肥的使用可能提供了裸藻藻華發(fā)生的潛在環(huán)境條件.

指示物種通常是指對某一地區(qū)的環(huán)境特征具有某種指示特性的物種，根據(jù)該物種的生存狀況來判斷環(huán)境污染狀況[42]. 與上述定性描述不同，本文通過IndVal分析計(jì)算各物種的指示值確定了不同區(qū)域的指示物種，其特點(diǎn)在于通過指示值的計(jì)算更符合統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，并綜合每個(gè)物種在兩種生境下的發(fā)生率和相對豐度，兼顧生境間高豐度物種和低豐度物種，在此基礎(chǔ)上比較相應(yīng)的指示值，以凸顯同一物種在適應(yīng)兩種生境的差異，從而找到衡量兩區(qū)域群落差異的具體物種[43-45]. 本研究發(fā)現(xiàn)有機(jī)農(nóng)業(yè)區(qū)谷皮菱形藻、梅尼小環(huán)藻的指示值顯著高于常規(guī)農(nóng)業(yè)區(qū)，顯示出高的相對豐度和高發(fā)生率，是該區(qū)域優(yōu)勢種類. 這2種藻是我國淡水生境廣布種，通常高氮有利于維持此類藻的持續(xù)生長[46]，提示有機(jī)農(nóng)業(yè)水體可能有較高的氮濃度. 常規(guī)農(nóng)業(yè)區(qū)梭形裸藻、針形纖維藻、肘狀針桿藻、狹形纖維藻的指示值均顯著高于有機(jī)農(nóng)業(yè)區(qū)，說明其在常規(guī)農(nóng)業(yè)區(qū)占有優(yōu)勢地位，但這4種藻為富營養(yǎng)型種類，對高氮磷環(huán)境有較強(qiáng)適應(yīng)性[40]，提示該區(qū)域水體可能有較高的氮磷濃度. 綜合浮游植物指示作用及氮磷營養(yǎng)鹽指標(biāo)，常規(guī)農(nóng)業(yè)區(qū)水體的外源營養(yǎng)鹽輸入可能更強(qiáng)，內(nèi)源釋放潛力大，從而加劇水體富營養(yǎng)化進(jìn)程.

浮游植物群落分布特征與水體環(huán)境因子及其自身生存策略密切相關(guān)[47]. 就浮游植物多樣性而言，本研究發(fā)現(xiàn)有機(jī)農(nóng)業(yè)區(qū)多樣性與環(huán)境因子的相關(guān)性不顯著，而在常規(guī)農(nóng)業(yè)區(qū)多樣性則與營養(yǎng)鹽具有顯著關(guān)聯(lián). 這表現(xiàn)為，常規(guī)農(nóng)業(yè)區(qū)兩季節(jié)物種豐富度與磷酸鹽濃度均呈顯著正相關(guān)，這可能是由于常規(guī)農(nóng)業(yè)區(qū)常年氮肥施用，加劇面源污染，淋溶進(jìn)水體的氮元素增多[48]，磷元素成為限制性元素，從而成為浮游生物多樣性的重要影響因素. 其次，常規(guī)農(nóng)業(yè)區(qū)Pielou均勻度在冬季與總氮、氨氮濃度呈顯著正相關(guān)，而夏季卻與pH值呈顯著負(fù)相關(guān)，這歸因于夏季水體藍(lán)藻暴發(fā)，光合作用消耗大量的二氧化碳，使水體中的pH值升高，從而影響浮游植物物種種類分布[49]. 就浮游植物群落結(jié)構(gòu)而言，Mantel檢驗(yàn)表明有機(jī)農(nóng)業(yè)區(qū)群落結(jié)構(gòu)僅在冬季受到營養(yǎng)鹽總氮和氨氮濃度的顯著影響；而常規(guī)農(nóng)業(yè)區(qū)在冬夏季受氮磷兩類營養(yǎng)鹽的交替影響，即冬季浮游植物群落相異性與總磷濃度呈顯著正相關(guān)，而夏季與總氮和氨氮濃度呈顯著正相關(guān). 這一現(xiàn)象可能與冬夏季營養(yǎng)鹽限制有關(guān)，根據(jù)Redfield定律[50]，當(dāng)?shù)妆却笥?6∶1時(shí)，表現(xiàn)為磷限制，反之，為氮限制. 冬季常規(guī)農(nóng)業(yè)區(qū)氮磷比達(dá)26.3，屬于磷限制，浮游植物群落結(jié)構(gòu)受磷影響較大；夏季氮磷比明顯降低，為10.4，磷外源輸入及內(nèi)源釋放導(dǎo)致磷增加，此時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)榈拗疲∮沃参锶郝浣Y(jié)構(gòu)受氮影響較大. 綜上所述，浮游植物對氮磷等營養(yǎng)元素的響應(yīng)十分敏感，因此在控制農(nóng)業(yè)面源污染時(shí)，應(yīng)該受到更多的關(guān)注.

最后，根據(jù)本文研究結(jié)果，針對農(nóng)田氮磷流失和管理，作以下建議：

1)利用浮游植物對農(nóng)業(yè)水體進(jìn)行環(huán)境評(píng)價(jià)，可與其他水質(zhì)評(píng)價(jià)方法互相印證和補(bǔ)充，有助于布局建設(shè)農(nóng)業(yè)面源污染重點(diǎn)監(jiān)測體系，為防控農(nóng)田氮磷流失提供理論基礎(chǔ).

2)需要進(jìn)一步揭示施肥方式氮磷流失的動(dòng)態(tài)特征及變化機(jī)理，長期定位研究不同施肥管理對水生態(tài)系統(tǒng)的影響.

3)進(jìn)一步優(yōu)化施肥方式，科學(xué)設(shè)置施肥時(shí)間、次數(shù)和施肥量等，以有效減少養(yǎng)分損失、提高肥料利用率.

4 結(jié)論

冬季水體環(huán)境因子區(qū)域差異不明顯，但夏季常規(guī)農(nóng)業(yè)區(qū)總磷、磷酸鹽、電導(dǎo)率顯著高于有機(jī)農(nóng)業(yè)區(qū)，水體轉(zhuǎn)變?yōu)楦吡谞顟B(tài). 常規(guī)農(nóng)業(yè)區(qū)的藍(lán)藻、裸藻相對豐度及多樣性均處于較高水平，表明該區(qū)域營養(yǎng)鹽和有機(jī)物濃度較高. 該推論進(jìn)一步被指示物種分析所證實(shí)，即常規(guī)農(nóng)業(yè)區(qū)的梭形裸藻等富營養(yǎng)型藻類的指示值顯著高于有機(jī)農(nóng)業(yè)區(qū). 此外，氮磷營養(yǎng)鹽僅顯著影響常規(guī)農(nóng)業(yè)區(qū)浮游植物alpha多樣性，但不顯著影響有機(jī)農(nóng)業(yè)區(qū). 氮磷元素也是影響兩個(gè)區(qū)域浮游植物豐度及群落結(jié)構(gòu)變化的主要因素. 綜上，根據(jù)指示物種及氮磷營養(yǎng)鹽等綜合分析，本文結(jié)果表明常規(guī)農(nóng)業(yè)區(qū)水體富營養(yǎng)化程度較有機(jī)農(nóng)業(yè)區(qū)嚴(yán)重，應(yīng)予以重視.

致謝：感謝江蘇句容市戴莊村村委會(huì)、句容市天王鎮(zhèn)戴莊有機(jī)農(nóng)業(yè)專業(yè)合作社趙亞夫研究員在采樣和研究過程中提供的支持與幫助，感謝李紀(jì)文、韓磊等在樣品采集和環(huán)境數(shù)據(jù)獲取中提供的幫助.