翠柳湖浮游植物群落多样性分析*

周维成，李旗强，贺 冰，王诗琴，洪宁波，蒋情情

(湘南学院 化学生物与环境工程学院，湖南 郴州 423000)

浮游植物(phytoplankton)是水生态系统中重要的初级生产者，其群落结构的变化会导致食物链和食物网结构的改变，从而影响淡水生态系统的能量流动和物质循环[1]。由于浮游植物群落结构与其生长水域水质状况密切联系。所以，浮游植物群落结构的变化可以作为水质变化的重要指针，从而在水质监测中起到重要的作用[2]。

校园景观水体已经成为高校人文、生态绿地的重要组成部分[3]。但校园景观水体一般存在水域面积小、水环境容量小、流动性较差、水体自净能力差等问题，常年积累很容易引起水体富营养化等问题[4]。湘南学院翠柳湖作为湘南学院的标志性景观，在塑造校园景观生态、优化校园气候环境等方面均起着重要的作用。因此，本研究对湘南学院翠柳湖的浮游植物群落结构特征进行全面的调查分析，分析其在时间和空间上的变化规律，评价翠柳湖水质的基本状况，从而为校园景观水体建设提供参考和依据。

1 材料和方法

1.1 采样位点和时间

在湖南郴州湘南学院翠柳湖设置采样点(图1)。从2017年3月到2018年2月，对翠柳湖浮游植物进行季度的生物监测，采样时间设在春季(2017年4月)、夏季(2017年7月)、秋季(2017年10月)和冬季(2018年1月)。深入了解其水体中浮游植物的种类、细胞密度和优势种的状况，并研究其随季节变化及不同采样点位的分布状况。

图1 采样点分布图Fig.1 Sampling sites around Cuiliu Lake

1.2 浮游植物采集、计数方法

浮游植物定量样品用1 L采水器采集，加1%鲁哥氏固定液，静置沉淀24 h后，按照藻类的多少，将固定的水样浓缩到合适的体积。取0.1 mL于计数框内在显微镜下计数。假定浮游植物细胞是随机分布，计数误差为±10%。记录浮游植物的种类和个数，最后计算结果用水中藻类细胞数(cells·L-1)表示。浮游植物种类鉴定主要参照胡鸿钧等[5]。细胞密度和生物量计算主要参照陈伟民等[6]。

1.3 数据处理与分析方法

浮游植物的主要生态指数，优势度(Y)、Shannon-Wiener多样性指数(H′)、Peilou均匀度指数(J′)按以下公式计算：

式中：ni为第i种的数量；N为采集样品中的所有种类总个体数；fi为该种在各样品中出现的频率；S为样品中物种总数；Pi为第i种的个体数与样品中的总个体数的比值(ni/N)。

2 结果与讨论

2.1 浮游植物种类组成

经过对翠柳湖4个采样点为期一年的监测(图2)，共鉴定出浮游植物蓝藻门(Cyanophyta)、绿藻门(Chlorophyta)、硅藻门(Bacillariophyta)、隐藻门(Cryptophyta)、甲藻门(Pyrrophyta)和裸藻门(Euglenophyta)6个门类，共计6门43属(图2)。其中绿藻门最多占46.5%，其次是硅藻门占25.6%，隐藻门、甲藻门和裸藻门占比最少，仅为2.3%。

图2 翠柳湖浮游植物的组成Fig.2 Composition of phytoplankton in Cuiliu Lake

2.2 浮游植物种类的季节分布

翠柳湖浮游植物种类的季节分布见表1。浮游植物种类在春、夏、秋、冬四季数量分别为32、24、24和32种，各占全年总数的28.6%、21.4%、21.4%和28.6%。绿藻在春、夏、秋、冬四季节种类最为丰富，分别占同季度浮游植物种类的46.9%、50%、37.5%和40.6%。隐藻与裸藻种类相对较固定，甲藻仅在夏季未发现，在其他三个季节均有分布。

表1 翠柳湖浮游植物种数的季节分布Tab.1 Seasonal variation of phytoplankton composition in Cuiliu Lake

2.3 浮游植物种类的水平分布

翠柳湖四季各采样点的浮游植物种数(图3)，以s1和s2采样点种数最多，为34种，占总数的27%，其次是s4采样点，为30种，占总数的27.8%，s3采样点最少，仅为28种，占总数的22.2%。各采样点浮游植物种类数变化一致，均呈现绿藻门种类数显著高于其他门类，在s2样点绿藻门种类数达最大值16种，占该采样点藻类总种数的47%。隐藻门、甲藻门和裸藻门在各采样点出现频率相对较固定，三者种类数显著低于其他3种藻类。

图3 翠柳湖各采样点浮游植物组成Fig.3 Composition of phytoplankton at different sampling sites

2.4 浮游植物丰度的季节变化

图4 翠柳湖浮游植物丰度季节变化Fig.4 Seasonal variation of cell abundance ofphytoplankton in Cuiliu Lake

2.5 浮游植物优势种和多样性指数

本研究以优势指数(Y≥0.02)来确定优势种。全年调查发现优势种有铜绿微囊藻、伪鱼腥藻、线性菱形藻和梅尼小环藻。其中蓝藻门和硅藻门各2种(表2)。不同季节优势种差异较明显，其中蓝藻门的铜绿微囊藻在全年各采样点均作为优势种占绝对优势，硅藻门优势种全年仅在春季未发现。从优势种数量上来看，夏秋两季优势种种类最多，春季优势种种类最少。夏季优势种主要是铜绿微囊藻、伪鱼腥藻和线性菱形藻，而在冬季转变为铜绿微囊藻和梅尼小环藻。孟顺龙等对太湖浮游植物的研究发现优势种的种类及数量对群落结构的稳定性具有重要的影响，优势种种类数越多且优势度越小，则群落的结构越复杂和稳定[8]。因此从优势种来看，翠柳湖各季节浮游植物群落结构在夏季最为稳定和复杂。夏季为铜绿微囊藻、伪鱼腥藻和线性菱形藻，而在冬季转变为铜绿微囊藻和梅尼小环藻。

表2 翠柳湖浮游植物优势种Tab.2 Dominant species of phytoplankton in Cuiliu Lake

通常情况下，H′指数值越大表明该群落结构越复杂，稳定性越大，水质越好。相反，当水体受到一定污染时，敏感物种大量下降，导致多样性指数下降。而J′反映的是各物种个体数目的分配均匀度，J′越大表明各种的个体数越接近，反之则差异性越大。

群落多样性是表征群落稳定性的重要参数，一般采用Shannon-Wiener指数(H′)和Pielou均匀度指数(J′)。不同季节翠柳湖浮游植物多样性指数不同(表3)。本次翠柳湖调查发现全年H′在2.35～3.84之间，J′在0.29～0.81之间。表明季节对该湖的群落结构以及物种的分布格局存在显著的影响。其中夏季H′最高达2.95，冬季达最低值2.43，J′和H′的变化情况一致，同样在夏季达到最大值0.51，冬季达到最小值0.4。从不同季节H′的变化趋势可以看出翠柳湖浮游植物多样性呈现夏季>春季>秋季>冬季的趋势。这可能是由于温度影响浮游植物的生长和繁殖，水温下降至最适温度以下时，浮游植物的生长减慢。张华等在对紧水滩水库调查研究时同样发现H′和J′在夏秋季节要高于冬春季节[9]。

从不同采样点变化特征可以看出，s4采样点在夏季H′和J′同时达到最大值，分别为3.84、0.81。s2采样点在冬季的H′和J′达最小值，分别为2.35、0.29。同时发现翠柳湖浮游植物多样性呈现s4>s3>s1>s2的趋势。根据H′的阐述，当H′在3以上时为清洁区，2～3为轻度污染，1～2为中度污染，<1为重污染，均匀度指数J′值0～0.3为重污染，0.3～0.5为中污染，0.5～0.8为轻污染或无污染。从本研究的监测结果来看s4位点全年H′平均为3.6，表明s4采样点水质较好，这是由于s4采样点是翠柳湖的进水口，水源来源于地下水井。s2采样点因为距离水源口最远，湖水交换不及时导致水质出现轻度污染。

表3 浮游植物多样性指数的季节变化Tab.3 Seasonal variation of phytoplankton diversityindex in Cuiliu Lake

3 结论

研究发现该湖浮游植物共计6门51属84种，其中绿藻门最多，为21属31种，占36.9%；蓝藻门16属29种，占34.5%；二者占总的种类数的70%以上。硅藻13种，占15.5%，隐藻门、甲藻门和裸藻门占比最少，仅为2.3%。浮游植物种类在全年分布春、冬两季数量为最多。各采样点的浮游植物丰度在季节变化上均呈先上升、后下降趋势，均在夏季最强，最高可达6.67×107cells·L-1。夏季优势种主要是铜绿微囊藻、伪鱼腥藻和线性菱形藻，而在冬季转变为铜绿微囊藻和梅尼小环藻。全年Shannon-Wiener指数在2.35～3.84之间，Pielou均匀度指数在0.29～0.81之间。翠柳湖浮游植物多样性随季节变化较明显，呈夏季>春季>秋季>冬季的趋势，空间分布上呈现s4>s3>s1>s2的特征。结果表明，翠柳湖浮游植物多样性较好，分布格局存在一定差异性，水质总体为中度污染。