新疆某水库浮游植物群落结构特征

祁峰 陈朋 李红 谢春刚 陈牧霞 马燕武

摘要 [目的]掌握新疆某水库浮游植物群落变化特征。[方法]2016年对新疆某水库10个采样站位的浮游植物及水体主要理化因子进行了3次调查。[结果]共鉴定出浮游植物56种（属），其中优势种（属）10种。种类组成上，由春季的金藻-硅藻型转变成夏季硅藻-绿藻型再到秋季蓝藻-硅藻型。浮游植物总平均生物量为7.32 mg/L，生物量季节变动显著，春季高于夏季，秋季最低。垂直分布方面，春季和夏季浮游植物生物量表层均高于中层和底层，秋季各水层间差异不显著。PCA分析显示库区浮游植物群落结构从春季到秋季的显著梯度变化情况，入库水流与库区浮游植物群落结构差异显著。[结论]研究结果为水环境评价与保护、资源合理利用和生态系统可持续发展提供了参考。

关键词 浮游植物；群落结构；水体；理化因子

中图分类号 Q948.8 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2017）13-0009-04

Community Characteristics of Phytoplankton in a Reservoir of Xinjiang

QI Feng1，2，CHEN Peng1，2，LI Hong1，MA Yan-wu1，2* et al

（1.Institute of Fishery Research of Xinjiang Uygur Autonenous Region，Urumqi，Xinjiang 830000；2.Scientific Observing and Experimental Station of Fishery Resources and Environment in Northwest China，Ministry of Agriculture，Urumqi，Xinjiang 830000）

Abstract [Objective] The aim was to study community characteristics of phytoplankton in a reservoir of Xinjiang.[Method] We carried out three investigations on phytoplankton and physical and chemical factors of 10 sites in a reservoir of Xinjiang in 2016.[Result] It was identified 56 species，10 species out of which once formed dominant populations.The specific composition shifted from chrysophyta and bacillariophyta to bacillariophyta and chlorophyta，to further establish cyanophyta and bacillariophyta.The total mean biomass of phytoplankton was 7.32 mg/L.The biomass changed significantly，and the peak biomass of spring was higher than summer with the lowest in autumn.The biomass of surface was higher than middle layer and bottom layer in spring and summer，and the differences between each layer did not represent obviously.PCA showed significant gradients changes of phytoplankton community from spring to autumn in the area of reservoir and notable differences of phytoplankton community between inflow and reservoir.[Conclusion] The results provide reference for water environment evaluation and protection，reasonable utilization of resources ecosystem sustainable development.

Key words Phytoplankton；Community structure；Water；Physical and chemical factors

浮游植物是水生態系统中重要的初级生产者，浮游植物群落能对环境条件的变化做出复杂而快速的响应，其群落的变化可以被看成是对水质变化的一个很好的指示[1]。同时，作为水域生态系统的生产者，其群落结构的变化还会引起系统中食物网结构的改变，并影响水生态系统的能量流动、物质循环和信息传递[2]，是反映河流、湖泊以及水库环境变化的理想研究对象。

新疆维吾尔自治区地处我国干旱半干旱地区，水库是重要的供水水源。近年随着经济的迅速发展，污水排放量不断增加，部分水库水质日趋下降，而浮游植物作为反映水质状况的重要类群，研究其在水库中的动态变化对了解水质和水库生态系统健康的评估具有重要意义。鉴于此，笔者于2016年通过3次调查研究了新疆某水库浮游植物群落变化及其与水体营养状况的关系，以期为水环境评价与保护、资源合理利用和生态系统可持续发展提供参考。

1 研究区概况与方法

1.1 研究水库概况

水库坐落在新疆天山北缘冲洪积细土平原区上，属大陆高寒干旱地区，冬季时间长，春秋季节不明显，夏季酷热，昼夜温差大。水库是由四面筑坝而成的典型平原水库，坝基为深厚覆盖层软基，提供城市、生态及农业灌溉用水。

1.2 研究方法

1.2.1 樣品布设。于2016年5、8和11月对水库进行调查采样，库区共布设9个采样站位，入库水流设1个采样站位。库尾设置2个采样站位（W1和W2），库中设置4个监测站位（Z1、Z2、Z3和Z4），库首设置3个采样站位（S1、S2和S3）。视水深情况，水深3 m以下站位浮游植物样品采集水体表层水样，水深3 m以上分表层、中层和底层取样。各站位理化因子样品取水体表层。水库5月为丰水期，8月为平水期，11月为枯水期。入库水流采集到5和8月，11月入库水流非常少，此期采集的样品主要是积存在渠道内的水样。

1.2.2 理化因子样品的采集和测定。现场采集浮游生物样品的同时利用Hydrolab DS5数字化水质分析仪测定水温和叶绿素a，透明度用赛氏盘测定，其余水体理化参数采集水样后实验室测定。化学需氧量（CODMn）、总氮、总磷按照《水和废水检测分析方法（第四版）》（国家环境保护总局水和废水检测分析方法编委会，2002）进行测定[3]。

1.2.3 浮游植物样品采集与观察。

定性、定量标本按照章宗涉等[4]的淡水浮游生物研究方法进行采集、计数和现存量的计算，浮游植物种类鉴定主要参照胡鸿钧等[5]的方法。除按上述方法进行定量外，还结合该水体的特点，用低倍镜（10×20）数全片（0.1 mL）的方法对绿裸藻、光甲藻、角甲藻、多甲藻和个体较大的硅藻等进行计数，避免了视野计数带来的误差。

1.2.4 数据分析。

优势度（Y）[6]用来评价该湖的优势种，对于某一区域的优势度，计算公式：

式中，ni为第i种的数量；N为浮游植物总个体数；fi为该种在各站出现的频率。

综合营养状态指数公式[7]：

式中，TLI（）表示综合营养状态指数；TLI（j）代表第j种参数的营养状态指数；Wj为第j种参数的营养状态指数的相关权重。

应用PAWS Statistics 19.0软件进行方差分析。应用R软件进行主成分分析（PCA），根据Legendre等[8]的方法对物种数据进行Hellinger转化后再用于分析。

2 结果与分析

2.1 水库营养状况

5、8和11月，库区综合营养指数（TLI）平均值分别为25.98、29.63和32.50，方差分析显示5和8月TLI差异不显著，11月TLI与5和8月TLI差异均显著。表明5和8月水体营养水平变化不大，秋季有明显升高，即5和8月水体呈贫营养型，11月呈中营养型。入库水流5和8月TLI分别为45.99和40.72，呈中营养型。

2.2 浮游植物种类组成及优势种类

由表1可知，10站位共鉴出浮游植物56种（属），其中绿藻门最多19种（属），其次是硅藻门18种（属），分别占总种（属）数的33.9%和321%。其余依次为蓝藻门9种（属）、甲藻门4种（属）、金藻门3种（属）、隐藻门3种、裸藻门2种（属），分别占总种（属）数的16.0%、7.1%、5.3%、5.3%和3.5%。3次采样调查形成优势种类（Y>0.02）的种类均为淡水习见种类（表2），共10种（属），其中针杆藻在各次调查中均为优势种类，金藻在5和8月形成优势类群，蓝藻和绿藻在8和11月形成优势类群。

2.3 浮游植物生物量及变动

调查期间浮游植物总平均生物量为7.32 mg/L（变幅为1.24～28.71 mg/L），5月库区平均生物量为10.33 mg/L，8月为6.93 mg/L，11月为2.32 mg/L。方差分析表明，各月浮游植物生物量差异均显著或极显著，表明库区浮游植物生物量变化显著，5月高于8月，11月浮游植物生物量最低（图1）。

库区浮游植物生物量的水平分布见图2。5月入库渠道浮游植物生物量为3.54 mg/L，库区浮游植物生物量变幅在8.20～20.07 mg/L，高于入库渠道浮游植物生物量。8月，入库渠道浮游植物生物量为28.72 mg/L，库区生物量变幅在4.32～11.04 mg/L。11月，各采样站位浮游植物生物量变化不大，变幅在1.24～3.76 mg/L。

库区浮游植物生物量的垂直分布如图3所示。方差分析表明：5和8月表层与中层和底层浮游植物生物量差异均显著或极显著，中层和底层差异不显著；11月，各水层浮游植水层间差异不大。

2.4 种类组成主成分分析

浮游植物主成分分析双序图前两轴能够解释总方差的比例是69.69%（图4），能够较好地表达大部分的数据结构信息。 双序图样方之间的距离近似于多维空间内的欧式距离，体现了样方间的离散程度。平均贡献圆的半径代表变量的向量长度对排序的平均贡献率，因此，如果某个变量的箭头长度长于圆的半径，代表它对这个排序空间的贡献大于所有变量的平均贡献。图中除M9和O9外（5和8月入库渠道样方），各月采样样方可以分别归为一组，显示了样方从左到右的变化梯度。5月，入库渠道（M9）星杆藻（as）贡献率最大，库区各站位浮游植物群落差异不大，长锥囊藻（di）优势地位明显，纤维藻（an）虽然不占优势但较其他样方数量上有一定分布；8月针杆藻（sy）、小球藻（ch）和棕鞭金藻（oc）贡献率最大，入库渠道与8月其他样方差异较大，脆杆藻（fr）对其有最高的贡献率；11月各样方距离较接近，离散程度低，各样方浮游植物群落结构较为近似，席藻（ps）和伪鱼腥藻（ph）其次，四角藻（te）贡献率较大。

3 结论与讨论

3.1 浮游植物种类组成及变动

5月入库水（M9）优势种为美丽星杆藻（as），占该样方总丰度的94.2%，其他类群较少，长锥囊藻和针杆藻未发现。库尾（W2）优势种类主要为长锥囊藻、美丽星杆藻和针杆藻，各占总丰度的68.0%、9.8%和9.2%。其他库区各站位浮游植物種类组成上较接近，均以长锥囊藻和针杆藻为优势种，星杆藻为非优势种，占总丰度的比例变幅为0～6.7%。8月入库水流优势种类为一种脆杆藻（fr），占该样方总丰度的97.7%，小球藻占总丰度的2.0%，长锥囊藻和针杆藻未发现。库区内各站位优势种类主要是针杆藻，其次是小球藻，再次为长锥囊藻。11月进入枯水期，入库渠道水流小，此期采集的样品主要是积存在渠道内的水样，各站位浮游植物在种类组成上差异不大。PCA分析也显示了浮游植物群落结构5、8、11月的梯度变化情况：库区每个月份的样方可归为一组，组间呈现一定的离散性，表明群落结构发生演替，种类组成发生演替（di-sy-ph），入库水流（M9和O9）与库区浮游植物群落结构显著不同。水库的建立和运行导致水库与河流生态系统结构和动力学过程发生明显的分离，水位的增加导致水库水量的增加，入库水流速度下降，水力学滞留时间延长，原有的河道生物群落发生了根本的变化[9]。

锥囊藻几乎从未出现在高浓度磷的天然水体中，Lehman[10]研究表明，在自然界中，其他藻类在高浓度磷条件下比锥囊藻生长更快速，进而对其产生抑制，只有当硅藻形成春季水华或其他浮游植物的生长使磷含量降低至能抑制其自身生长时，锥囊藻才会有效生长，而并非是磷对其产生抑制，因为在高浓度磷培养条件下锥囊藻生长良好。5月库区除Z4站位监测出总磷含量为0.05 mg/L以外，其他站位均在监测限值（0.01 mg/L）以下。因此，虽然入库渠道带入大量的硅藻（流量为15～20 m3/s），但在如此低的磷含量条件下锥囊藻反而占据主要优势地位。蓝藻极易在夏末和秋初形成水华，其原因可能有：①当自遮蔽最大时，蓝藻具有更强的光捕获能力；②当营养限制最严重时，它们具有对氮和磷更高的亲和力；③它们可以通过伪空泡调节其在水体中的位置，以实现对水域丰富的营养和（或）光照的充分利用[11]。由此可见，春季的浮游植物群落由生长迅速的r选择物种（锥囊藻）与适应低光照条件的硅藻组成，逐渐被生长缓慢的k选择物种（能控制浮力的大型群体或丝状蓝藻）所替代。这种转变可能预示着有机负荷的加剧和水质的恶化。

3.2 浮游植物现存量及变动

季节变动上，水库浮游植物生物量夏季最高（9.65 mg/L），其次是春季（8.95 mg/L），秋季（2.27 mg/L）较低。春季进入水体的太阳能迅速上升，首先从浅水区真光层比例逐渐增加，最终光照到达更深的混合区，加之水温的快速上升，从而使藻类的光合作用和生长速率上升。5月正值丰水期，利用来自流域盆地输入的营养盐或秋冬季节（因垂直混合）在水柱中再循环的营养盐，刺激了这一段时期浮游植物的迅速生长从而形成春季水华。一般认为在温带地区，年降水量少，浮游植物的群落动态多与光照、水温有关，而低纬度的热带及亚热带的水体，浮游植物种类组成更多地受水文特征的影响[12-15]。如地理位置相近的新疆阿苇滩水库[16]、福海水库[17]和吉木乃红山水库[18]、新疆塘巴湖水库[19]和新疆阿勒泰二牧水库[20]，浮游植物现存量变动与水温呈正相关，即夏季高温季节（平水期）浮游植物现存量高于春季（丰水期）。该研究中水库浮游植物呈现相反状况，春季（丰水期）浮游植物现存量大于夏季（平水期）。这一变动特征可能与营养（资源）和牧食等状况有关。夏季深水区极易形成水体分层，营养盐（氮、磷和硅）从底质和深水层进入真光层的能力相应减弱。此外，随着入库水量季节性减水，流域营养盐的输入可能也会减少。因此，与春季相比，夏季营养元素的输入和利用降低。这可能是水库浮游植物群落动态与新疆其他地区水库产生差异的重要原因，其他几座水库丰水期入库水源主要为雪山融水，营养盐含量和浮游植物现存量较低，同时大量的蓄水和高水容量稀释了藻细胞密度，而该研究中入库水流营养含量高（入库水体营养盐是库区的总磷32.5倍、总氮1.8倍、活性硅7.4倍），浮游植物生物量大。牧食的影响可能也是导致夏季生物量较低的原因之一，因为夏季较高的水温和充足的食物来源使得植食性浮游动物和鱼类生长速率大大提高，牧食速率也因此提高，最终导致食用藻类数量的减少。

参考文献

[1] SABATER S，ARTIGAS J，DURN C，et al.Longitudinal development of chlorophyll and phytoplankton assemblages in a regulated large river （the Ebro River）[J].Science of the total environment，2008，404（1）：196-206.

[2] REYNOLDS C S.The ecology of phytoplankton[M].Cambridge，UK：Cambridge University Press，2006.

[3] 国家环境保护总局水和废水检测分析方法编委会.水和废水检测分析方法[M].4版.北京：中国环境科学出版社，2002：38-47.

[4] 章宗涉，黄祥飞.淡水浮游生物研究方法[M].北京：科学出版社，1991：88-186.

[5] 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，2006：27-600.

[6] AKSNES D L，WASSMANN P.Modeling the significance of zooplankton grazing for export production[J].Limnology and oceanography，1993，38（5）：978-985.