白洋淀三大典型水域浮游植物群落及水质评价

金磊，李林钰，周杨，刘存歧

(河北大学 生命科学学院，河北 保定 071002)



白洋淀三大典型水域浮游植物群落及水质评价

金磊，李林钰，周杨，刘存歧

(河北大学 生命科学学院，河北 保定 071002)

2013年4-11月份对白洋淀净水区、养殖区、临村落区等三大典型水域的浮游植物进行了调查，对比分析了群落结构特征，并对水质进行了评价.结果表明：2013年4-11月份白洋淀三大典型水域浮游植物群落的第1优势类群均为绿藻门，净水区和养殖区的浮游植物次优势类群为硅藻门，临村落区的次优势类群为蓝藻门；根据浮游植物生态指标及水质因子评价白洋淀三大典型水域水质状况，表明净水区水体处于中营养化状态；养殖区与临村落区水体处于富营养化状态；净水区的硅藻分布与环境因子关系复杂，绿藻的分布与总磷(TP)、总氮(TN)、pH和溶解氧(DO)等相关性较高，养殖区的硅藻与TP、TN相关，蓝藻的生长受到氮磷营养盐的抑制.临村落区蓝藻的分布与氮磷营养盐相关性较高，硅藻的分布与pH、水温和TP等相关.冗余分析(RDA)表明，三大典型水域浮游植物分布明显受环境因子的影响.

冗余分析(RDA)；水质；浮游植物；群落结构；白洋淀

浮游植物作为水域生态系统的重要组分之一，是水域生态系统的主要初级生产者和食物网结构的基础环节.浮游植物在藻类密度、群落结构和功能等方面会随着水体水质的改变而产生相应的变化，可以指示水体的营养状态[1].

白洋淀作为中国华北地区最大浅水湖泊湿地生态系统，对于维护区域生态安全具有重要作用[2].近年来，白洋淀受人类活动影响较为严重，主要在淀区从事种植和养殖等经济活动，因此白洋淀被分为典型的净水区、养殖区和临村落区等三大水体类型[3].本课题组于2013年4-11月份对白洋淀三大典型水域的浮游植物和环境因子进行了调查，比较了浮游植物的群落结构和种群密度，评价了三大水域的水质状况，使用冗余分析(RDA)方法探讨了浮游植物分布对环境因子的响应，以期为白洋淀生态恢复提供一定的数据支持.

1 材料与方法

1.1 样点设置及水样采集

依据白洋淀水体环境特征，共设置了3个代表性的采样点，分别位于后塘淀(净水区)、鲥鯸淀(养殖区)和小淀(临村落区)的中心区域(图1).3个采样点均位于白洋淀南部，距离较近，并有水体沟通.采样时间为2013年4-11月份，每月中旬采样1次.

采集每个样点水域中央区域表层0.5 m水深的水样3个，混合后取1 000 mL用于环境因子的测定和浮游植物鉴定.浮游植物水样现场加入鲁哥试剂10 mL固定.

1.2 环境因子的测定

水体环境因子主要包括水温、溶解氧(DO)、pH、透明度(SD)、总氮(TN)、总磷(TP)和氨氮(NH4—N)，其中水温、DO、pH和SD现场用便携式测定仪进行测定；TN、TP和NH4—N按照国家地表水环境质量标准方法(GB 3838-2002)测定.

1.3 浮游植物的鉴定与计数

浮游植物种类鉴定计数参照《中国淡水藻类：系统分类及生态》和《淡水浮游生物图谱》[4-5]进行.

1.4 浮游植物多样性分析

采用Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数对三大典型水域的水质进行评价[6].

图1 白洋淀浮游植物调查水域分布Fig.1 Map of phytoplankton sampling sites in Baiyangdian Lake

1.5 浮游植物和环境因子的RDA分析

采用RDA判定浮游植物群落结构与环境因子之间的关系[7-9].

2 结果与讨论

2.1 环境因子

对白洋淀的水质监测情况见表1.从TP、TN和SD来评价三大水域的富营养化程度[10]，分别是：净水区处于中营养化状态；养殖区和临村落区则是富营养化状态.

表1 白洋淀水体环境因子的变化Tab.1 Variations of environmental factors in the Baiyangdian Lake

2.2 浮游植物群落结构

2.2.1 浮游植物的组成及密度

调查期间，三大典型水域浮游植物种类组成如图2所示，净水区共鉴定出浮游植物6门69种(属)，养殖区共鉴定出浮游植物6门56种(属)，二者均以绿藻门为主,其次为硅藻门.临村落区共鉴定出浮游植物6门57种(属)，其中绿藻门最多，蓝藻门次之.从群落组成上看，三大典型水域的优势类群均为绿藻门，净水区和养殖区的次优势类群为硅藻门，临村落区的次优势类群为蓝藻门.

a.净水区；b.养殖区；c.临村落区.图2 白洋淀三大典型水域浮游植物群落组成Fig.2 Composition of phytoplankton community in the three typical waters of Baiyangdian Lake

2013年白洋淀净水区、养殖区和临村落区浮游植物细胞密度平均分别为99.91×104、1 250.32×104和5 433.24×104/L.临村落区的浮游植物细胞密度要远高于净水区和养殖区，且蓝藻门所占比例高达70.17%；净水区浮游植物细胞密度为硅藻门优势较大；养殖区浮游植物细胞密度为蓝藻门、绿藻门和硅藻门优势较大(图3).根据细胞密度分析[11]，净水区水体处于中营养化状态，养殖区和临村落区水体处于富营养化状态.

图3 白洋淀三大典型水域浮游植物细胞密度Fig.3 Phytoplankton cell density in the three typical waters of Baiyangdian Lake

2.2.2 浮游植物的多样性

浮游植物的多样性可以反映水体水质的好坏.水质越好，浮游植物的多样性越高，当水体受到污染时，浮游植物中的一些敏感种会消失，浮游植物多样性降低，水质下降[12].

由图4、5可以看出白洋淀三大典型水域的浮游植物Shannon-Wiener多样性指数的变化在1～3，水体处于中度污染，净水区的Shannon-Wiener多样性相对较高且较为稳定，养殖区和临村落区则出现了较大的波动.从浮游植物的Pielou均匀度指数来看，净水区在0.8左右波动，水体为轻污染或无污染；养殖区和临村落区波动较大，介于0.3～0.8，水体为轻或中污染.

图4 白洋淀三大典型水域浮游植物Shannon-Wiener多样性指数Fig.4 Shannon-Wiener index of phytoplankton in the three typical waters of Baiyangdian Lake

图5 白洋淀三大典型水域浮游植物的Pielou均匀度指数Fig.5 Pielou evenness index of phytoplankton in the three typical waters of Baiyangdian Lake

2.3 浮游植物与环境因子的RDA

根据白洋淀三大典型水域浮游植物出现的相对频度和相对密度，选取35种用于RDA分析，其中净水区12种，养殖区13种，临村落区10种,代码见表2,分析结果排序见图6.使用环境因子进行分析，第1、第2排序轴的相关系数都为0，分析结果可信[13].

表2 RDA分析中浮游藻类代码Tab.2 Codes of phytoplankton species for RDA

净水区RDA分析结果中，第1轴与DO呈最大正相关(r=0.733 9)，与温度呈最大负相关(r=-0.719 3).第2轴与NH4—N呈最大正相关(r=0.462 3)，与TN呈最大负相关(r=-0.743 0).从浮游植物空间分布看，绿藻分布于第三、四象限，与DO、TN、TP、pH、SD和水温的相关性较大.硅藻在4个象限中分布较为分散，与环境因子的关系较为复杂.

养殖区RDA分析结果中，第1轴与TN呈最大正相关(r=0.756 1)，与SD呈最大负相关(r=-0.210 6).第2轴与DO呈最大正相关(r=0.366 8)，与pH呈最大负相关(r=-0.763 6).从浮游植物空间分布来看，大多数绿藻分布于第四象限，与TP、TN、pH、水温和DO有较高的相关性.蓝藻主要分布在第三象限，主要受到透明度的影响，与TN、TP、NH4—N呈负相关.硅藻主要分布在第一、三象限，与TP、TN等相关.

临村落区RDA分析结果中，第1轴与NH4—N呈最大正相关(r=0.543 8)，与pH呈最大负相关(r=-0.474 8)，第2轴与水温呈最大正相关(r=0.684 5)，与DO呈最大负相关(r=-0.662 8).从浮游植物空间分布来看，绿藻都分布在第三象限，与pH、DO相关性较大，而与TP、NH4—N和TN等营养盐呈现了较强的负相关.硅藻分布在第二象限，与pH、水温和TP相关性较强.蓝藻主要分布于第一、二象限，其分布受DO和SD的限制较大，其中耐污种伪鱼腥藻和微囊藻(C3和C8)与TP、TN、NH4—N和水温呈现了较强的相关性，其他蓝藻则与pH、水温等呈现了较强的相关性.

a.净水区；b.养殖区；c.临村落区.图6 白洋淀三大典型水域浮游植物与环境变量的排序Fig.6 Ordination of phytoplankton species and environmental variables in the three typical waters of Baiyangdian Lake

沈会涛等[14]对白洋淀水域浮游植物和环境因子进行了典型对应分析(CCA)，结果显示水体pH及TP是影响该区域物种分布的主要环境因子.田志富[15]对白洋淀水域浮游植物和环境因子进行了RDA分析，结果表明水温和氮磷营养盐是影响浮游植物分布的主要环境因子，水体中的氮磷营养盐和SD是影响绿藻和蓝藻分布的主要环境因子.本次研究同样发现，在净水区和养殖区，氮磷营养盐对浮游植物的分布有较大影响，水体的TP、TN、pH和DO等对绿藻的分布有影响，养殖区蓝藻的生长受氮磷营养盐的限制，在临村落区，高浓度氮磷营养盐抑制绿藻生长，促进蓝藻生长，并且蓝藻中的耐污种伪鱼腥藻和微囊藻与氮磷营养盐呈现较强相关性.伪鱼腥藻和微囊藻在临村落区浮游藻类密度上占据了绝对优势(优势度分别为0.38和0.36)，两者都属于有毒的水华藻种[16-17]，一定程度上会影响当地生态安全.临村落区的蓝藻与水体的DO和SD呈现了较强负相关，可以通过增加水体DO和SD在一定程度上抑制蓝藻生长.硅藻对水环境的变化极敏感[18]，水体的温度以及磷、氮含量都对硅藻的分布有重要影响[19-20],磷酸盐和氨氮对硅藻数量有重要影响[21].在污染较轻的丰水期，硅藻与环境因子的关系较为复杂，但在污染较重的枯水期，硅藻则与TP、pH和DO等相关[22].本次研究结果显示，净水区的硅藻与环境因子的关系也较为复杂，养殖区的硅藻与TP、TN相关，临村落区硅藻的分布与pH、水温和TP等相关.白洋淀不同水域的硅藻受到了不同的环境因子的影响，说明硅藻对环境因子的响应可能与水体的污染状况有一定的关联.

3 结论

1)2013年对白洋淀三大典型水域浮游植物群落结构调查，净水区共鉴定出浮游植物6门69种(属)；养殖区共鉴定出浮游植物6门56种(属)；临村落区共鉴定出浮游植物6门57种(属).群落组成上，三大典型水域的优势类群均为绿藻门，净水区和养殖区的次优势类群为硅藻门，临村落区的次优势类群为蓝藻门.

2)从浮游植物生态指标及环境因子评价白洋淀三大典型水域水质状况分别是：净水区水体处于中营养化状态；养殖区与临村落区水体处于富营养化状态.

3)RDA分析的结果表明，白洋淀三大典型水域浮游植物分布受环境因子的影响明显.净水区的硅藻分布与环境因子关系复杂，绿藻的分布与TP、TN、pH和DO等相关性较高，养殖区的硅藻分布与TP、TN相关，蓝藻的生长受到氮磷营养盐的抑制.临村落区的蓝藻的分布与氮磷营养盐相关性较高，硅藻的分布与pH、TP和温度等相关.

4)净水区水体氮磷等营养盐较低，浮游植物多样性较高，水质稳定.养殖区应控制氮磷等营养盐的输入，防止蓝藻大量繁殖形成水华.临村落区应防范蓝藻水华形成的毒害作用，减少有机质的输入，并进行进一步的生态修复.

[1] ANDRZEJ S W,MALGORZATA G,TADEUSZ P.The relationship between the spatial distribution of fish,zooplankton and other environmental parameters in the Solina reservoir,Poland[J].Aquatic Living Resources,2000,13(5):373-377.DOI:10.1016/s0990-7440(00)01085-8.

[2] 冯建社.白洋淀浮游植物与水质评价[J].江苏环境科技,1999(2):27-29. FENG J S.Phytoplankton and water quality evaluation[J].Jiangsu Environment Science and Technology,1999(2):27-29.

[3] 梁淑轩,秦哲,张振冉，等.从白洋淀内源污染调查探析其环境保护对策[J].中国环境管理,2014,6(1):10-14.DOI:10.3969/j.issn.1674-6252.2014.01.003. LIANG S X,QIN Z,ZHANG Z R,et al.Discussion on the policies of environmental protection on the basis of investigation of internal pollution loadings in Lake Baiyangdian[J].Environmental Conformity Assessment,2014,6(1):10-14.DOI:10.3969/j.issn.1674-6252.2014.01.003.

[4] 胡鸿钧,魏印心.中国淡水藻类:系统分类及生态[M].北京:科学出版社,2006. HU H J,WEI Y X.The freshwater algae of china:systematics,taxonomy and ecology[M].Beijing:Science Press,2006.

[5] 韩茂森.淡水浮游生物图谱[M].北京:农业出版社,1980. HAN M S.Fresh water plankton map[M].Beijing:Agricultural Press,1980.

[6] 周谐,郑坚,黄书铭,等.三峡库区重庆段浮游藻类调查及水质评价[J].中国环境监测,2006,22(4):70-73.DOI：10.3969/j.issn.1002-6002.2006.04.021. ZHOU X,ZHENG J,HUANG S M,et al.Investigation and evaluation of pelagic algae and water quality about the three gorges reservoir of chongqing[J].Environmental Monitoring in China,2006,22(4):70-73.DOI:10.3969/j.issn.1002-6002.2006.04.021.

[7] MUYLAERT K,SABBE K,VYVERMAN W.Spatial and temporal dynamics of phytoplankton communities in a freshwater tidal estuary (Schelde,Belgium) [J].Estuarine,Coastal and Shelf Science,2000,50(5):673-687.DOI:10.1006/ecss.2000.0590.

[8] LOPES M R M,BICUDO C E M,FERRAGUT M C.Short term spatial and temporal variation of phytoplankton in a shallow tropical oligotrophic reservoir,southeast Brazil[J].Aquatic Biodiversity,2005,542:235-247.DOI:10.1007/1-4020-4111-x_23.

[10] 金相灿,屠清瑛.湖泊富营养化调查规范[M].北京:中国环境科学出版社,1990. JIN X C,TU Q Y.Specification for eutrophication investigation of lakes[M].Beijing:China Environmental Science Press,1990.

[11] 王亚尼,周序协,张桂蓉,等.大茶湖浮游藻类调查与水质初步评价[J].华中农业大学学报,2013,32(3):118-123.DOI:10.3969/j.issn.1000-2421.2013.03.022. WANG Y N,ZHOU X X,ZHANG G R,et al.Investigation of phytoplankton and preliminary evaluation of water quality in Dacha Lake[J].Journal of Huazhong Agricultural University,2013,32(3):118-123.DOI:10.3969/j.issn.1000-2421.2013.03.022.

[12] 况其君,马沛明,胡征宇,等.湖泊富营养化的藻类生物学评价与治理研究进展[J].安全与环境学报,2005,5(2):88-91.DOI:10.3969/j.issn.1009-6094.2005.02.024. KUANG Q J,MA P M,HU Z Y,et al.Study on the evaluation and treatment of lake eutrophication by means of algae biology[J].Journal of Safety and Environment,2005,5(2):88-91.DOI:10.3969/j.issn.1009-6094.2005.02.024.

[13] 郝占庆,郭水良,叶吉.长白山北坡木本植物分布与环境关系的典范对应分析[J].植物生态学报,2003,27(6):733-742. HAO Z Q,GUO S L,YE J.Canonical correspondence analysis on relationship of woody plants with their environments on the northern slope of Changbai mountain[J].Chinese Journal of Plant Ecology,2003,27(6):733-742.

[14] 沈会涛,刘存歧.白洋淀浮游植物群落及其与环境因子的典范对应分析[J].湖泊科学,2008,20(1):773-779. SHEN H T,LIU C Q.Canonical correspondence analysis of phytoplankton community and its environmental factors in the Lake Baiyangdian[J].Journal of Lake Sciences,2008,20(1):773-779.

[15] 田志富.基于RDA的白洋淀浮游植物群落结构动态特征分析[D].保定:河北大学,2012. TIAN Z F.Structure and dynamics of phytoplankton community based on the redundancy analysis(RDA)[D].Baoding:Hebei University,2012.

[16] 赵洋甬,胡建林,潘双叶.中国环境科学学会学术年会论文集[C].北京:中国环境科学出版社,2013:1912-1915. ZHAO Y Y,HU J L,PAN S Y.Proceedings of the annual meeting of china environmental science society[C].Beijing:China Environmental Science Press,2013:1912-1915.

[17] 张维昊,徐小清,丘昌强.水环境中微囊藻毒素研究进展[J].环境科学研究,2001,14(2):57-61.DOI:10.3321/j.issn:1001-6929.2001.02.017. ZHANG W H,XU X Q,QIU C Q.Advance in study on microcystins in aquatic environment[J].Research of Environmental Sciences,2001，14(2):57-61.DOI:10.3321/j.issn:1001-6929.2001.02.017.

[18] BRENT J B,COCQUYT C,CATH E.Benthic diatoms as indicators of eutrophication in tropical streams[J].Hydrobiologia,2006,573(1):75-87.DOI:10.1007/s10750-006-0262-5.

[19] GROVER J P.Phosphorus-dependent growth kinetics of 11 species of freshwater algae[J].Limnology and Oceanography,1989,34(2):341-348.DOI:10.4319/lo.1989.34.2.0341.

[20] 潘晓洁,朱爱民,郑志伟,等.汉江中下游春季浮游植物群落结构特征及其影响因素[J].生态学杂志,2014,33(1):33-40.PAN X J,ZHU A M,ZHENG Z W,et al.Structural characteristics and influencing factors of phytoplankton community in the middle and lower reaches of Hanjiang River during spring season[J].Chinese Journal of Ecology,2014,33(1):33-40.

[21] 刘霞,陆晓华,陈宇炜.太湖浮游硅藻时空演化与环境因子的关系[J].环境科学学报,2012,32(4):821-827. LIU X,LU X H,CHEN Y W.Longterm evolution of planktonic diatoms and their relationships with environmental factors in Lake Taihu[J].Acta Scientiae Circumstantiae,2012,32(4):821-827.

[22] 王爱爱,冯佳,谢树莲.汾河中下游浮游藻类群落特征及水质分析[J].环境科学,2014,35(3):915-923.DOI:10.13227/j.hjkx.2014.03.015. WANG A A,FENG J,XIE S L.Phytoplankton community structure and assessment of water quality in the middle and lower reaches of Fenhe River[J].Environmental Science,2014,35(3):915-923.DOI:10.13227/j.hjkx.2014.03.015.

(责任编辑：赵藏赏)

Phytoplankton community and water quality analysis of three typical waters in Baiyangdian Lake

JIN Lei,LI Linyu,ZHOU Yang,LIU Cunqi
(College of Life Sciences,Hebei University,Baoding 071002,China)

In three typical waters——the purfication waters,the aquaculture waters，and the Pro village waters,in Baiyangdian Lake,from April to November in 2013，the phytoplankton was investigated,the community structure characteristics were compared and the water quality was evaluated,using phytoplankton ecological index and water quality factors to evaluate the water quality .The results showed:the first dominant group was Chlorophyta in the three typical waters in Baiyangdian Lake,the second dominant group was Bacillariophyta in both the purfication waters and the aquaculture waters, but was Cyanophyta in the Pro village waters;the purfication waters was in the mesotrophic position,the aquaculture waters was in the eutrophic position,the Pro village waters was in the eutrophic position.In the purfication waters,the relationship between Bacillariophyta distribution and environmental factors was complex,the distribution of Chlorophyta was correlated with total phosphorus,total nitrogen,pH and dissolved oxygen.In the aquaculture waters,the distribution of Bacillariophyta was related to total phosphorus and total nitrogen,the growth of Cyanobacteria was inhibited by nitrogen and phosphorus.In the Pro village waters,the distribution of Cyanobacteria had a high correlation with nitrogen and phosphorus,the distribution of Bacillariophyta was related to pH,temperature and total phosphorus.As a result of redundancy analysis(RDA),phytoplankton distribution was significantly affected by environmental factors in the three typical waters in Baiyangdian Lake.

redundancy analysis;water quality;phytoplankton;structure of community;Baiyangdian Lake

2016-11-27

国家水体污染控制与治理科技重大专项子课题(2009ZX07209-008-02)

金磊(1990—)，男，河北张家口人，河北大学在读硕士研究生.E-mail:1657343034@qq.com

刘存歧(1967—)，男，河北昌黎人，河北大学教授，主要从事水域生态学研究. E-mail:liucunqi@sina.com

10.3969/j.issn.1000-1565.2017.03.017

Q145

A

1000-1565(2017)03-0329-08