白石水库浮游植物的群落结构研究

白石水库浮游植物的群落结构研究

为给白石水库生态环境保护和渔业可持续发展提供科学依据和基础资料，于2013年8月—2014年7月对白石水库的浮游植物群落结构，包括浮游植物的种类组成、优势种、密度、生物量、生物多样性和时空格局进行了周年研究。结果表明：白石水库共发现浮游植物239种，其中绿藻138种，硅藻39种，裸藻26种，蓝藻19种，甲藻8种，金藻、隐藻、黄藻各3种；主要优势种为小席藻Phormidium tenue、啮蚀隐藻Cryptomonas erosa、尖针杆藻Synedra acus；调查期间浮游植物密度为13.44×106cells/L，生物量为11.33 mg/L，优势类群为硅藻、隐藻和蓝藻；浮游植物群落结构有明显的时空分布规律，其中浮游植物密度呈现出夏季＞秋季＞春季＞冬季的变化规律，在空间分布上表现为凌河＞牤牛＞上游＞下游＞中游；根据浮游植物生物量的划分标准，白石水库属于富营养型水体；浮游植物均匀度指数为0.24～0.48，一周年的平均值为0.36，多样性指数为1.73～3.44，一周年的平均值为2.61。研究表明，白石水库目前处于中度污染状态，氮、磷对水库浮游植物的生长具有重要影响。

白石水库；浮游植物；群落结构；时空格局

浮游植物是悬浮在水中的藻类植物的总称，其繁殖速度快、生长周期短［1］，是各种水生动物直接或间接的天然饵料。浮游植物在水库水环境中扮演着十分重要的角色，它是初级生产者和食物链的基础，肩负着维持水库水生态平衡的作用［2］。浮游植物对水体条件变化的响应灵敏，是水质监测的重要生物类群，其种类组成和生物量的季节变动特点，反映了水库环境及生物群落结构受人类活动影响的程度。

白石水库位于辽宁省北票市上园镇附近的大凌河干流上，其主要功能是防洪、灌溉、供水、发电、养鱼等，控制流域面积17 649 km2，总库容16.45亿m3。由于大凌河流域属温带季风性气候，常年干旱少雨，致使主河道萎缩，河岸延伸，河滩面积大增。当地农民受利益驱使，盲目开荒抢种，导致成片的河岸地、河滩、林地等被毁，并被开垦成农田。化肥和农药中氮、磷进入土壤，洪水季节被带入水体，造成水库水质富营养化，危及水生动植物和水质安全。另外，水库上游城市工业、生活废水自然排放，更加重了水体的污染程度。

自白石水库于2000年建成以来，仅刘中等［3］对其水生生物做过调查。近十年来白石水库水生生物资源变化较大，为此，本研究中探讨了白石水库浮游植物的种类组成、密度、生物量、优势种和时空变化等群落结构特征，旨在为该水库生态环境保护和治理及可持续渔业发展提供基础资料和科学依据。

1　材料与方法

1.1调查站位的设置

于2013年8月—2014年7月在辽宁省白石水库每月进行一次采样，共设站位14个，采样站位如图1所示。

1.2方法

从每个站位采集1 L浮游植物样品，若水深不足3 m，采混合样；若水深超过3 m不足10 m，采表层和底层样；若水深超过10 m，采表层、中层和底层样。现场采集15 mL水样用鲁哥氏液固定，带回实验室静置沉淀24 h以上浓缩计数；种类鉴定和计数等参考胡鸿钧等［4］的方法。理化指标包括亚硝酸态氮、硝酸态氮、氨态氮、总氮、活性磷和总磷，具体测定方法参照 《水和废水监测分析方法》［5］进行。

图1　白石水库采样站点示意图Fig.1 Sampling sites in Baishi Reservoir

1.3数据处理

采用Excel 2007软件对数据进行统计分析，采用Canoco for Windows 4.5软件对白石水库营养盐含量与浮游植物密度和生物量进行典型对应分析（CCA）。浮游植物多样性指数采用Shannon-Wiener指数 （H′）和均匀度指数 （J），优势种利用优势度 （Y）进行确定［6］。Shannon-Wiener多样性指数、均匀度指数、优势度计算公式为

其中：Pi是浮游植物总种数中第i种的个体数与该群落观察到的总个体数N的比值，其值变动在零与任何正数之间，群落中当全部个体属于一个物种时，H′=0，全部个体属于不同种时，H′值最大；S为总种数；ni为第i种的个体数；N为所有种类的总个体数；fi为第i种的出现频率；以Y＞0.02的种类为优势种。

2　结果与分析

2.1种类组成与分布

本次调查中，白石水库共发现浮游植物8门87属239种。其中绿藻45属138种，占57.74%；硅藻18属39种，占16.32%；裸藻5属26种，占10.88%；蓝藻9属19种，占7.95%；甲藻5属8种，占3.35%；金藻2属3种，占1.26%；隐藻2 属3种，占1.26%；黄藻1属3种，占1.26%。调查期间，绿藻全年在物种数上占明显优势。表、中、底层浮游植物种类组成无明显差异。夏、秋两季浮游植物出现种类较多。

2.2密度和生物量

白石水库浮游植物密度平均为 13.44×106cells/L。蓝藻门最多，占总量的56.25%；绿藻门次之，占24.14%；隐藻门占10.97%；硅藻门占7.32%；金藻门占0.53%；甲藻门占0.48%；裸藻门占0.20%；黄藻门占0.11% （图2）。

浮游植物生物量平均为11.33 mg/L。以硅藻门最高，占总量的 52.18%；隐藻门次之，占26.03%；蓝藻门占9.86%；绿藻门占8.79%；甲藻门占 1.51%；裸藻门占 1.01%；金藻门占0.50%；黄藻门占0.13%（图3）。

浮游植物密度变化规律为夏季＞秋季＞春季＞冬季；生物量变化规律为夏季＞春季＞秋季＞冬季。浮游植物密度在空间分布上表现为凌河＞牤牛＞上游＞下游＞中游；而生物量在空间分布上无明显差异（图4）。

2.3优势种

根据浮游植物的密度及出现频率，优势度在20%以上为优势种类，在整个调查时间内为优势种的主要有蓝藻门的小席藻Phormidium tenue、隐藻门的啮蚀隐藻Cryptomonas erosa和硅藻门的尖针杆藻Synedra acus（表1），出现频率均为100%。

2.4生物多样性

由表2可知，浮游植物Shannon-Wiener多样性指数年平均为2.61，均匀度指数年平均为0.36。白石水库浮游植物多样性指数表层为2.58、中层为2.46、底层为2.63；四季多样性指数分别为秋季2.97、冬季2.49、春季2.35、夏季2.62；采样点多样性指数分别为凌河2.60、牤牛2.36、上游2.38、中游2.73、下游2.59。白石水库浮游植物均匀度指数表层为0.36、中层为0.34、底层为0.36；四季均匀度指数分别为秋季0.41、冬季0.35、春季0.33、夏季0.36；采样点均匀度指数分别为凌河0.36、牤牛0.33、上游0.33、中游0.38、下游0.36。

多样性指数底层略大于表层，表层略大于中层；而均匀度指数垂直分布无明显差异。多样性指数夏、秋季高于冬、春季，凌河、中游、下游高于牤牛河、上游。均匀度指数秋季略高于夏、冬、春季，中游略高于凌河及下游，凌河、下游略高于牤牛河及上游。

图2　白石水库浮游植物密度的季节变化Fig.2 Seasonal variations in the phytoplankton density in Baishi Reservoir

图3　白石水库浮游植物生物量的季节变化Fig.3 Seasonal variations in the phytoplankton biomass in Baishi Reservoir

图4　白石水库浮游植物密度和生物量的时空变化Fig.4 Spatio-temporal changes in density and biomassof phytoplankton in Baishi Reservoir

2.5垂直分布

白石水库浮游植物密度和生物量的垂直变化如图5所示。从图5可见：浮游植物春季密度为底层＞中层＞表层；夏季密度为表层=底层＞中层；秋季密度为中层＞底层＞表层；冬季密度为中层＞底层＞表层。浮游植物春季生物量为底层＞表层＞中层；夏季生物量为表层＞中层＞底层；秋季生物量为表层＞底层＞中层；冬季生物量为中层＞底层＞表层。表层浮游植物密度全年变化为 （4.29～29.84）×106cells/L，中层浮游植物密度全年变化为 （4.48～29.77）×106cells/L，底层浮游植物密度全年变化为 （5.77～29.84）×106cells/L，其中均为夏季最大、春季最小。表层浮游植物生物量全年变化为5.97～14.14 mg/L，其中春季最大、秋季最小；中层浮游植物生物量全年变化为4.33～22.22 mg/L，其中冬季最大、秋季最小；底层浮游植物生物量全年变化为5.38～14.86 mg/L，其中春季最大、秋季最小。

图5　白石水库浮游植物密度和生物量的垂直变化Fig.5 Vertical changes in biomass and density of phytoplankton in Baishi Reservoir

2.6浮游植物密度和生物量与N、P的相关性

白石水库总氮含量平均为1.64 mg/L，总磷含量平均为0.031 mg/L，N/P值为52，最大N/P值高达75。白石水库浮游植物密度和生物量与N、P等营养盐的CCA分析结果如图6所示。由图6可见：白石水库浮游植物密度与亚硝酸态氮含量呈显著正相关 （P=0.020＜0.05），并随硝酸态氮含量的增加而增大，但相关不显著 （P=0.274＞0.05），随磷酸盐、氨态氮、总磷和总氮含量的增加而呈下降趋势；浮游植物生物量随营养盐含量的增加均呈降低趋势，但相关不显著 （P＞0.05）。

表1　白石水库浮游植物优势种和优势度Tab.1 Dominant species and the dominance of phytoplnkton in Baishi Reservoir

表2　浮游植物多样性指数和均匀度指数的变化Tab.2 Changes in diversity index and uniformity index of phytoplankton

3　讨论

3.1白石水库浮游植物群落结构特征

图6　白石水库浮游植物密度、生物量与营养盐关系的CCA分析Fig.6 　CCA of relationship between phytoplankton density and biomass and nutrient concentration in Baishi Reservoir

白石水库是辽西半干旱区的水源水库，建库以来较少进行水生生物资源调查，与刘中等［3］的调查结果比较，本次对白石水库浮游植物群落结构的调查结果种类多，密度和生物量大，浮游植物的种类组成也发生了很大变化，由原来的硅藻—绿藻占优势演变为硅藻—隐藻—蓝藻共同占优势。赵文［6］研究表明，蓝藻喜生于有机物丰富的水体中，隐藻是水肥的标志。说明白石水库的水质有富营养化程度加剧的趋势。与辽宁省内其他几个水源水库（大伙房、汤河、观音阁、桓仁、碧流河、英那河、柴河）［7-14］相比，白石水库浮游植物的密度处于中等水平，但生物量相对较高 （表3）。

浮游植物密度具有夏季＞秋季＞春季＞冬季的变化规律，而浮游植物生物量具有夏季＞春季＞秋季＞冬季的变化规律。浮游植物的季节动态与水温、鱼类组成等有关，而其空间分布与上、中、下游的水流、水质等差异有关，对此尚需进一步研究。浮游植物密度秋季高于春季，而生物量秋季却低于春季，这是因为蓝藻门的小席藻Phormidium tenue成为秋季优势种，小席藻本身为丝状体，其细胞体积相对于其他优势藻种明显偏小。

表3　白石水库与辽宁省内其他水库浮游植物群落结构的比较Tab.3 Comparison of phytoplankton community in Baishi Reservoir with that in other reservoirs in Liaoning Province

通过对白石水库优势种季节演替的调查表明，夏季蓝藻占优势，其原因可能是由于蓝藻的DNA与光合作用系统的热稳定性等形成了高温适应机制［15］，蓝藻最适生长温度为25～35℃［16］，高于其他藻类，同时对高温的耐受能力强于其他藻类。硅藻适于在低水温环境中存活，有些冷水性种类在低水温季节仍能大量繁殖，因而，在春季较冷的月份数量较多。温带地区的水体中，秋末不但水温降低，而且水中营养物质的分解速度也有所下降，导致冬季水中营养物质不断积累，使得一些生长在有机质含量丰富水体中的鞭毛藻类大量繁殖，如隐藻门的啮蚀隐藻。本研究结果与章宗涉等［17］报道的结果一致，这也与北温带湖泊浮游植物季节演替规律［18］相符合。

浮游植物的种类组成以蓝藻、隐藻、硅藻门占优势，与刘中等［3］报道的有差异。可能是由于调查时间间隔太久，随着时间不断的积累，当地气候、水文条件、水体理化性质等非生物因素，以及鱼类、浮游动物等生物因素的不断改变，造成浮游植物群落结构较2001年复杂；也可能与样点设置多、采样频率高和物种出现概率提高有关。

根据何志辉等［11］对浮游植物生物量的划分标准，白石水库属于富营养型水体，其水质有富营养化加剧的趋势。其原因可能是水库汇水区化肥的使用增加，导致氮、磷元素流入库区的含量增加［18］。一般认为，生物多样性指数能够表征环境条件的优劣［19］。在正常环境下，多样性指数较高，环境受污染时，多样性指数就会降低［20］。按照多样性指数与水体污染程度的关系［21］来判断，调查期间白石水库处于中度污染状态。这可能与库区周围生态环境有关，应该引起足够的重视。

3.2浮游植物与氮、磷营养盐的关系

浮游植物生长需要氮、磷等营养盐，其中以磷和氮最为重要［17］，常成为浮游植物生长的限制营养元素［22］，因此，氮、磷营养元素能调节浮游植物的生长，影响浮游植物的生物量和密度［23-24］。通常磷是淡水水域浮游植物生长的限制因子，氮是海洋浮游植物生长的限制因子。大量研究表明，氮、磷浓度的绝对数量及相对比例与浮游植物增殖有密切关系，当水库总氮和总磷浓度的比值在10～15时，最适宜于浮游植物增殖。白石水库平均N/P值高达75，说明磷已成为水库浮游植物生长速率的限制因子。本研究结果与林桂花等［25］的报道相一致。但通过CCA相关分析，浮游植物密度与亚硝酸盐含量呈显著正相关，这种情况目前还难以解释，尚需进一步研究。

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李沂軒，鞠哲，赵文，班艳丽，郭凯，蔡志龙，张荣坤，戴玉新
（大连海洋大学水产与生命学院，辽宁省水生生物学重点实验室，辽宁大连116023）

Community structure of phytoplankton in Baishi Reservoir

Phytoplankton community structure including species composition，dominant species，density，biomass，biodiversity，and spatial-temporal pattern of phytoplankton was monthly surveyed from August 2013 to July 2014 in order to provide scientific basis for sustainable water conservation and fisheries in Baishi Reservoir.Results showed that 239 phytoplankton species were found，including 138 species in Chlorophyta，39 species in Bacillariophyta，26 species in Euglenophyta，19 species in Cyanophyta，8 species in Pyrrophyta，3 species in Chrysophyta，3 species in Cryptophyta and 3 species in Xanthophyta，with dominant species Phormidium tenue，Cryptomonas erosa，and Synedra acus.There were phytoplankton density of 13.44×106cells/L，and the biomass of 11.33 mg/L，with the dominant species in Bacillariophyta，Cryptophyta and Cyanobacteria.The phytoplankton had significant variation in spatial and temporal distribution in community structure，the order of density variation of phytoplankton as summer＞autumn＞spring＞winter and as Linghe＞Mangniu＞upstream＞downstream＞midstream in spatial profile.According to the criteria of the classification of phytoplankton biomass，Baishi Reservoir is within eutrophic，with evenness index of 0.24-0.48，an average of 0.36，diversity index of 1.73-3.44，an average of 2.61，indicating that the reservoir is moderately polluted due to nitrogen and phosphorus which have a significant impact on the growth of phytoplankton.

Baishi Reservoir；phytoplankton；community structure；spatio-temporal pattern

S932.7

A

10.16535/j.cnki.dlhyxb.2016.04.010

2095-1388（2016）04-0404-06

2015-09-10

辽宁省自然科学基金资助项目 （20072140）；白石水库渔业资源调查及其可持续保水渔业技术研究 （2013-2015）

李沂軒 （1990—），女，硕士研究生。E-mail：596882224@qq.com

赵文 （1963—），男，教授，博士生导师。E-mail：zhaowen@dlou.edu.cn