于桥水库浮游植物群落特征

郑吴柯，刘宪斌，赵兴贵，陈 曦

天津科技大学海洋科学与工程学院，天津 300457

浮游植物是水库水生生物的主要组成部分之一，在水生生态系统中起着极为重要的作用，是水生生态系统生产过程的最初和基础环节，其组成与多样性的变化将直接影响到生态系统的结构与功能［1］。浮游植物群落结构的动态变化能很好地反映水环境现状及变化。因此，浮游植物是水环境的重要指示生物，可以指示水库营养水平，反过来环境条件也能直接影响浮游植物的群落结构［2］。

于桥水库位于蓟运河左支流州河出口处，控制流域面积2 060 km2，是一个以城市供水为主的水利工程，总库容约15.59×109m3。目前，于桥水库作为天津市惟一饮用水水源地和引滦入津工程的大型调蓄水库，每年向天津市供水约9×109m3，其水质变化特点及其富营养化程度将直接影响着天津市生活用水以及引滦水质的好坏［3-6］。

自20世纪90年代后期以来，于桥水库内藻类大量繁殖，富营养化成为于桥水库的主要水质问题，尤其是每年的7—9月藻类大量繁殖影响了城市供水水质，已成为多方关注的焦点［7-10］。于桥水库水质总体处于中～富营养状态，氮磷含量均超出其水功能规划水质标准要求［11］。目前，关于于桥水库浮游植物的季节性变化规律研究相对较少。该文以2012年春、夏、秋季于桥水库浮游植物调查为基础，通过对其结构组成、细胞密度和多样性指数的变化规律分析，了解于桥水库浮游植物群落特征，为防止水源地水华的大量暴发和富营养化治理提供科学依据。

1 实验部分

1.1 样品的采集与分析

于2012年春季(5月1日)、夏季(7月8日)和秋季(11月1日)在于桥水库共布设5个采样点进行采样(图1)，样品的采集分为定性和定量2种。样品采集48 h后利用显微镜在放大400倍的视野下进行浮游植物种类鉴定及计数。计数采用计数框行格法，浮游植物种类鉴定参照《中国淡水藻类:系统、分类及生态》［12］。

图1 于桥水库浮游植物采样点

1.2 数据处理

根据各采样点所获样品浮游植物的生物密度，分别对样品的香农-韦弗(Shannon-Weaver)多样性指数H'、均匀度(Pielou指数)J、优势度Y、丰富度d等进行统计学评价分析，数据处理软件为Primer 6.0，绘图软件为Origin 8.0。计算公式:

2 结果与讨论

2.1 浮游植物群落组成

3次调查共鉴定出浮游植物7门63属114种，其中绿藻门(Chlorophyta)31属、蓝藻门(Cyanophyta)8属、硅藻门(Diatoms)11属、裸藻门(Euglenophyta)6属、甲藻门(Pyrrophyta)4属、隐藻门(Cryptophyta)2属和黄藻门(Xanthophyta)1属。群落组成以绿藻-硅藻为主，分别为62种和19种，占藻类总数的71.05%，其余各门类占藻类总种数的28.95%。冯洪超等［13］于2008年5月(春)、7月(夏)、9月(秋)对于桥水库10个采样点的浮游植物进行了监测分析，其属类变化与历史资料对比见表1。

表1 于桥水库浮游植物群落变化属

由表1可知，于桥水库浮游植物群落组成以绿藻-硅藻为主，30年间变化不大，但2008年和2012年的属比1976年调查的结果有所减少，这是由于近年来于桥水库周边及上游地区人口和经济迅速发展，造成水质恶化，富营养化加剧［14］，导致于桥水库浮游植物多样性功能有所降低。对比发现，1976年样品中没有发现隐藻门和黄藻门，而2008年和2012年均采集到这2个门类，金藻门由1976年的3属降至2006年的2属，本次采样中没有发现金藻门。这种富营养型藻类(隐藻)的出现和贫营养型藻类(金藻)的消失也反映了近年来于桥水库水质功能逐年下降的事实。

2.2 浮游植物细胞密度

2.2.1 浮游植物细胞密度季节变化

于桥水库春、夏、秋季浮游植物细胞密度均值分别为144.87×104、3 291.89×104、733.48×104个/L(图2)，具有明显的季节变化规律，表现为春季密度较低，夏季急剧增长，秋季又有所回落，夏季显著高于春季和秋季。这是由于夏季是藻类的生长繁殖期，随着温度的不断升高，光照作用增强，水体环境越来越适合浮游植物的增长，促进了浮游植物数量的增加［15］。杨虹等［16-17］研究也表明，淀山湖和密云水库夏季浮游植物细胞密度均高于其他季节。

图2 2012年春、夏、秋季于桥水库浮游植物细胞密度变化

由图2可以看出，于桥水库浮游植物密度没有明显的空间分布规律。其中，5#采样点浮游植物密度在春季和秋季均高于其他采样点，这是由于该采样点处于淋河和果河的交汇处，是于桥水库的进水口，上游水体中携带的大量氮磷等营养物质汇集于此，易引起水体富营养化。随着水体进入水库，大量的营养物质通过物理、化学和生物作用被稀释分解，水质相对变好，说明于桥水库具有一定的自净能力。皱红菊等［18］研究也表明，鹤地水库在入水口处汇集了上游的大量营养物质，导致其生物密度从入水口至大坝区依次降低。夏季，入库河流中的营养物质被大量的降水稀释，而水体在于桥水库中的水力停留时间又相对较长，会增加其中的营养物质浓度，所以，此时5#采样点的生物密度会低于其他采样点。

2.2.2 浮游植物细胞密度组成及优势种变化

2012年春季于桥水库浮游植物细胞密度以硅藻和绿藻为主，分别占总细胞密度的49.8%和34.4%(表 2)，隐藻和蓝藻分别占 8.5%和6.9%。夏季，蓝藻大量繁殖成为绝对优势种，占总细胞密度的82.2%，硅藻、绿藻和隐藻分别降至0.4%、16.7%和0.3%。秋季，蓝藻的密度百分比有所降低，但仍占总细胞密度的63.2%，而硅藻、绿藻和隐藻分别升至11.9%、22.3%和2.5%。黄藻、甲藻和裸藻均低于总密度的1%，且黄藻仅在夏季出现。

表2 于桥水库浮游植物细胞密度组成变化 104个/L

Sommer［19］等通过对大量浮游生物和理化因子的分析，提出了著名的PEG(Plankton Ecology Group)模型。PEG模型中浮游植物生长的规律:从冬、春季的隐藻和硅藻转变为夏季的绿藻，到夏末秋初则为蓝藻占优势;随着秋季的到来，硅藻的重要性再次提升，这一模型主要反映中营养水平深水湖泊的情况。于桥水库作为华北地区浅水型水库，其藻类变化与PEG模型基本一致，但是，蓝藻生长持续时间长，生物密度大，体现了于桥水库在夏、秋季较高的营养状态。

浮游植物优势种和种类组成能较好地反映水体的营养状态［20］。2012年于桥水库浮游植物优势种及优势度变化见表3。

表3 于桥水库浮游植物优势种及优势度变化

一般认为，优势种种类越多且优势度越小，说明水体的群落结构越复杂、稳定［21］。优势种与水体营养状态的对应关系:金藻门的大量出现往往表明水体为贫营养，硅藻门代表水体为中营养，硅藻和绿藻代表中富营养水体，蓝藻和绿藻说明水体为富营养型［22］，进一步的研究表明，蓝藻是耐污性比较强的种类，它的优势度越高说明富营养化程度越严重［23-25］，此次调查发现，于桥水库2012年春季第一优势种为硅藻门的尖针杆藻(Synedra acus)，优势度为0.38，其他优势种的优势度偏低且比较均匀，夏季第一优势种为蓝藻门的束丝藻属(Aphanizomenon)，优势度达到了0.54，显著高于其他优势种，秋季第一优势种为蓝藻门的柔软腔球藻(Coelosphaerium kuetzingianum)，其优势度仅为0.29，硅藻门的梅尼小环藻优势度达到了0.12，综合以上分析，春季于桥水库营养水平为中营养，夏季达到了富营养化水平，秋季为中富营养水体。

2.2.3 浮游植物细胞密度历史变化

于桥水库引滦通水前期，水体质量较好，为贫-中营养状态，达到国家地表水环境标准Ⅱ-Ⅲ级，自1990年后进入富营养状态，其水质恶化和富营养化发展速度迅速［26］。浮游植物细胞密度和营养盐的历史变化见表4，其中1986—1988年数据由天津市引滦工程于桥水库管理处提供，1998年数据是程君敏［27］对于桥水库浮游植物和营养盐连续12个月监测的结果。

表4 于桥水库浮游植物细胞密度及营养盐变化

由表4可知，2012年于桥水库浮游植物细胞密度比1986—1988和1998年调查结果分别增加了近14倍和4倍，TN、TP评价结果显示，1986—1988年为Ⅱ～Ⅲ类水质，1998年为Ⅳ～Ⅴ类水质，而2012年TN浓度超出Ⅴ类水质的限值，这可能是2012年夏季采样处于蓝藻水华的高峰期造成的，但总体来说，30年来于桥水库水质发生了巨大的变化，富营养化水平显著增加，这与秦铮［28］等的研究结果一致。

2.3 浮游植物多样性指数

物种多样性能表征生物群落和生态系统的结构，该文选取香农-韦弗(Shannon-Weaver)多样性指数H'、均匀度J、优势度Y和丰富度d对于桥水库水质进行评价。丰富度是表示群落中种类丰富程度的指数，一般而言，丰富度越高，水体环境越好;均匀度反应种间个体数的分布情况，J值小说明种间个体的分布不均匀。多样性指数H'是判断湖泊水库营养状况最常用的指标［29］。通常认为，当0＜H'＜1时，水体为富营养;当1＜H'＜3时，水体为中营养;而当H'＞3时，水体为贫营养。

于桥水库春、夏、秋季浮游植物群落多样性指数见图3。多样性指数H'在春、夏、秋季均值分别为3.22、2.51和3.17，夏季低于春季和秋季，但没有显著性差异，春季和秋季最低值均出现在5#采样点。均匀度指数季节变化规律为秋、春季(0.65)高于夏季(0.48)，说明于桥水库春、秋季种间个体分布较均匀，而夏季则均匀性较差。由于多样性指数H'是反应均匀度和丰富度的综合指标［30］，从而可以判断秋季丰富度较低是引起其多样性指数H'低于夏季的主要原因。

图3 于桥水库浮游植物多样性指数

于桥水库春、秋季香农-韦弗多样性指数H'均大于3，为贫营养水体，夏季H'值为2.51，水体呈中营养化，富营养化程度加深，这是由于夏季水温较高，喜高温的蓝藻大量繁殖，导致水体污染加重。张婷等［31］的研究也表明，熊河水库夏季香农-韦弗多样性指数H'低于其他季节，与本文的结论一致。

3 结论

1)3次调查共鉴定出绿藻、蓝藻、硅藻、裸藻、甲藻、隐藻、黄藻7门114种。其中，春季共鉴定出6门62种，群落组成以绿藻-硅藻为主;夏季7门85种，群落组成以绿藻-硅藻为主;秋季浮游植物6门50种，群落组成以绿藻-蓝藻为主。

2)于桥水库浮游植物密度有明显的季节变化规律。春季浮游植物细胞密度为71.18×104～328.00×104个/L，平均密度为144.87×104个/L;夏季浮游植物细胞密度为1 876.14×104～4 636.64×104个/L，平均密度为3 291.89 ×104个/L，分别为春季和秋季浮游植物密度平均值的22.7倍和4.49倍;秋季浮游植物细胞密度为456.10×104～1 380.50×104个/L，平均密度为733.48×104个/L。

3)于桥水库春、夏、秋季浮游植物香农-韦弗多样性指数 H'平均值分别为3.22、2.51、3.17。2012年于桥水库春季、秋季为贫营养水体，夏季为中营养水体，且有暴发水华的危险，应引起足够的重视。

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