赤山湖浮游植物群落结构时空特征及与环境因子关系

张 振，姚家骁，张乐源，柳 莹

(1.江苏省水文水资源勘测局镇江分局， 江苏 镇江 212000；2.江苏省水文水资源勘测局南通分局， 江苏 南通 226000)

1 概述

浮游植物作为淡水生态系统中的初级生产者，对淡水系统的生态环境、水体流动、群落结构和物质交换、循环以及信息的传递等过程发挥着重要的纽带作用。浮游植物的群落结构变化受到水体温度、pH、溶解氧等水文条件的影响而表现出不同的时空变化[1-2]。因此，在不同季节，浮游植物的群落组成、分布及密度等均呈现不同的变化，同时也会对水生态系统造成一定的影响，因此，浮游植物的群落变化可以作为判断水体营养化程度的重要指标之一[3-4]。在对群落结构分析过程中，冗余分析(RDA)因其可以结合多个环境因子，并将结果清晰、明了地展现出来而受到研究人员的青睐[5-6]。

赤山湖国家湿地公园位于镇江市句容市境内，位于秦淮河上游，对秦淮河流域发挥重要作用[7]。作为国家级湿地公园，对其进行环境生态系统监测，既可以有效了解赤山湖水生态环境的变化情况，同时也对当地整体生态系统保护具有深远意义[8]。据文献资料显示，由于许多历史问题对赤山湖水体健康造成一定程度的破坏，近年来，随着当地政府部门的大力保护和生态修复，赤山湖总体情况逐年向好发展，因此，对赤山湖生态功能和生物多样性进行评价对当地水生态系统保护起到重要的意义。本研究对2020年全年每季度赤山湖不同监测点进行采样监测和分析，为赤山湖国家湿地富营养化防治对策提供理论依据。

2 材料与方法

2.1 采样点与采样时间

在赤山湖湿地选取3个监测采样点，具体坐标分别为，监测点1:E119°5′37.5036″，N31°50′21.9228″；监测点2:E119°6′28.6272″；N31°50′1.19″；监测点3:E119°6′51.3936″，N31°50′34.3716″。分别于2020年2、6、9、11月进行采样。

2.2 采样与样品分析

浮游植物测定：采集水下0.5m处水样1L放置在1000mL塑料瓶中，现场用1.5%鲁哥试剂进行固定；带回实验室以后，静置24h，浓缩至30mL，取0.1mL液体用显微镜进行鉴定和计数。

高锰酸钾指数(CODMn)测定：GB/T 11892—1989《水质 高锰酸盐指数的测定 酸性高锰酸钾法》。

叶绿素a测定：SL 88—2012《叶绿素的测定 分光光度法》。

总氮测定(TN)：ISO 29441—2010《水质 紫外分解后总氮的测定——用流动分析法(CFA与FIA)和光谱检测法》。

总磷测定(TP)：ISO 15681—2003《水质 液流分析测定正磷酸盐和总磷含量-第2部分：连续流动分析法》。

透明度测定：SL 87—1994《透明度的测定 透明度计法、圆盘法》。

2.3 数据处理与分析

2.3.1Shannon-wiener指数(H′指数)计算

(1)

式中，S—藻类种类;Pi—第i种藻类占整个藻类个体数的比例。

2.3.2均匀度指数(J指数)计算公式

J=H′/log2S

(2)

式中，H′—Shannon-wiener指数，S—藻类种类。

2.3.3统计分析

采用SPSS20.0进行数据显著性和Pearson相关性分析；采用Canoco 5.0对浮游植物和环境因子之间的关系进行RDA分析；采用Excel2007软件进行作图。

3 结果与分析

3.1 浮游植物的种类组成

不同监测站点浮游植物密度随时间变化情况见表1。由表1可知，赤山湖2020年浮游植物的总密度为72.5×104～115×104个/ L，其中，2月浮游植物密度最低，6月密度最高。通过四次取样分析，共检测到浮游植物6门133属(种)，其中，绿藻门浮游植物的密度最高，为41.02×104～59.88×104个/ L-1；硅藻门和隐藻门浮游植物密度次之；裸藻门浮游植物密度最低；金藻门浮游植物在2月和11月监测中并没有检出。

3.2 浮游植物群落组成

不同浮游植物群落优势度随时间变化情况见表2。由表2可知，绿藻门浮游植物的优势度占比最高，占总浮游植物的48%～58.4%以上；其次是硅藻门浮游植物，其优势度为15%～30%；隐藻门浮游植物优势度达10%～13%；裸藻门浮游植物的优势度最低，为1.5%～4.7%；而金藻门浮游植物在2月和11月采样中并没有检出。

3.3 浮游植物Shannon-Wiener指数

浮游植物群落Shannon-Wiener指数(H′指数)随时间变化情况如图1所示。其中，各监测站点浮游植物H′指数介于4.20～4.57。四次采样检测中，6月浮游植物的H′指数最高，表明从2—6月过程中，赤山湖水体浮游植物种群数量有所增加，而到了9月和11月时，群落结构数量则有所下降。

3.4 浮游植物Pielou均匀度指数

不同监测站点浮游植物Pielou指数(J指数)变化情况如图2所示。由图2可知，在2月和11月时，浮游植物的种群均匀度最高，而6月和9月浮游植物均匀度有所下降；在9月时，2号站点浮游植物均匀度最高。

3.5 各监测点环境因子含量

不同监测站点的环境因子含量随时间的变化情况见表3。由表3可以看出，水体pH值的变化相对较小，介于7.9～8.3；溶解氧含量在11月时达到最高值，为9.6mg/L；高锰酸钾指数在6月时达到最高值；总磷含量在2月时最高，随后逐渐降低；总氮含量在9月份时最高；各环境因子中，除pH值外，其含量均随时间变化而明显改变，因此，可用于浮游植物与环境因子之间的RDA分析。

表1 浮游植物不同种群密度随时间变化 单位：104个/L

表2 浮游植物不同群落结构随时间变化 单位：%

表3 各监测站点环境因子含量随时间变化

图1 浮游植物群落Shannon-Wiener指数

图2 浮游植物群落Pielou均匀度指数

3.6 营养状态指数

水体营养状态指数随时间变化情况如图3所示。由图3可以看出，全年水体营养状态指数介于44.9～54.4，其中，在2月和9月时，3个监测站点的营养状态指数均高于50，根据SL 395—2007《地下水资源质量评价技术规程》，此时表明水体已经处于轻度富营养化状态。而6月和11月时，营养状态指数小于50，则水体处于中营养状态。

3.7 浮游植物与环境因子之间的关联性

浮游植物与各环境因子的RDA分析如图4所示。从图4中可以发现，浮游植物与各环境因子绿藻门和隐藻门主要发生在春季，且在2月份时，浮游植物群落与pH和溶解氧含量呈正相关关系；6月份时，浮游植物群落结构与溶解氧含量呈正相关关系；9月份时，叶绿素和透明度与浮游植物群落的构成呈现正相关关系。从全年数据可以看出，浮游植物群落变化受各营养盐含量和pH值的影响。

图3 不同时间段水体营养状态指数

4 讨论

赤山湖浮游植物以绿藻和硅藻为主；而蓝藻在夏季时呈现爆发状态，冬春季节则明显降低；金藻也存在类似现象，即夏秋季节出现，而冬春季节密度明显降低，表明赤山湖水体浮游植物存在明显的季节变化。Sommer等人[9]在研究浮游植物群落结构季节变化过程中同样的到类似的结果，即夏季以绿藻为主，秋冬季节蓝藻、硅藻等浮游植物密度有所增加。朱明明等人[10]在调查珠海国家湿地公园浮游植物群落中发现，绿藻门浮游植物密度最大，且季节性变化较明显。这主要是因为，夏秋季节水体温度回升，喜高温和耐污染的绿藻易成为优势种群，而抑制其它类型浮游植物的生长[11]。在本研究中，Shannon-Wiener多样性指数可以看出，在夏秋季节，浮游植物多样性要高于冬春季节，这主要是因为温度是影响浮游植物群落结构变化的重要因素，夏秋季节水体温度较高，有利于浮游植物群落的增多。而Pielou均匀度指数表明，在夏秋季节，浮游植物群落结构的均匀度明显低于冬春季节，说明赤山湖国家湿地公园在冬春季节具有更均匀的物种数目存在。

图4 浮游植物群落与环境因子RDA分析

浮游植物群落结构受到多种环境因子的影响。戴明等人[12]研究表明，浮游植物群落结构受水温、化学需氧量、溶解氧、pH等因素的影响。同时，浮游动物、鱼类、人类活动等因素也可以影响浮游植物的数量。赤山湖为国家湿地公园，位于江南地区，水温相对较高，受人类活动影响较大，利于浮游植物的生长[13]。通过RDA分析，可以看出，夏秋季节，在外界环境因素相似情况下，水体溶解氧、叶绿素a和透明度与浮游植物群落结构呈正相关关系。马剑敏等人[14]的研究表明，溶解氧对群落结构影响较大，其中，金藻数量与溶解氧呈极显著正相关关系。管祥洋等人[15]研究表明，藻类与叶绿素a含量呈现正相关关系。

5 结语

赤山湖水域共采集到6门133属(种)，其中，绿藻门浮游植物的密度最高。RDA分析也表明浮游植物群落结构存在明显的时空差异，浮游植物群落结构与环境因子之间存在明显的相关性，营养状态指标结果表明，赤山湖水体已经处于轻度富营养化状态，有关单位应跟进观察并做好防控准备。