蛟塘湖浮游植物时空特征及与环境因子之间的关系

柳 莹，张 振，曹 志，张乐源

(1.江苏省水文水资源勘测局镇江分局，江苏 镇江 212000；2.水发规划设计有限公司，江苏 宿迁 223800；3.江苏省水文水资源勘测局南通分局，江苏 南通 226000)

浮游植物作为水体生态系统的初级生产者，是水体物质运移和能量转化的重要介质和动力，对于水生态系统的平衡起到重要的维持作用[1，5，11]。浮游植物的群落结构变化与水体环境多种因子含量密切相关，其中包括水体含氧量、pH值、总氮、总磷、叶绿素a等。浮游植物的密度、优势度、多样性指数、均匀度指数、营养状态指数等指标可以作为判断水体营养化状态的重要指标，即不同营养状态水体含有不同的浮游植物[2，14，15]。因此，浮游植物群落结构变化可以作为判断水体健康与否的关键指标之一，同时也是水体健康保护的生物学评价指标[12]。

蛟塘湖位于江苏省丹阳市境内，是丹阳市唯一列入省级名册的湖泊，蛟塘湖处于香草河流域，属太湖湖西水系，其周长为3.5km，面积达22.5万m2，蓄水量达100万m3，是当地农田灌溉、生活用水等重要水源。作为丹阳市的重要湖泊，其水质状况受到特别关注，近年来，当地政府在湖水净化、污染物进入等方面采取多种措施，以防止水体富营养的发生。但对于蛟塘湖浮游植物群落结构以及与环境因子之间的关系研究相对较欠缺，而浮游植物群落结构特征是掌握蛟塘湖生态系统功能的基础。为更好地掌握蛟塘湖浮游植物群落结构特征及时空分布，本研究对蛟塘湖2020年度浮游植物群落组成、环境因子含量及其相互关系进行调查和研究，对水体营养状态进行评估，以期对蛟塘湖水域生态环境检测提供重要的理论支持。

1 材料与方法

1.1 采样区域与时间

图1 镇江市蛟塘湖采样点位置

1.2 样品采集与分析

(1)浮游植物样品采集：用采水器于水下0.5m处采集1000mL水样，放置在1000mL塑料瓶中，并加入1.5%鲁哥试剂进行固定；带回实验室静置24h后，取0.1mL样品在电子显微镜下进行计数和鉴定[4]。

(2)总磷测定：按照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》规定的方法进行测定；

(3)总氮测定：按照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》规定的方法进行测定；

(4)透明度测定：按照SL 87—1994《透明度的测定 透明度计法、圆盘法》规定的方法进行测定；

(5)高锰酸盐指数测定(CODMn)：按照GB/T 11892—1989《水质 高锰酸盐指数的测定 酸性高锰酸钾法》规定的方法进行测定。

1.3 营养状态指数

依据《湖泊(水库)富营养化评价方法及分级技术规定》，利用叶绿色a、总磷、总氮、透明度、高锰酸盐指数计算得出。

1.4 多样性指数计算[9]

(1)Shannon-wiener指数(H指数)计算公式：

(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。

绿色矿山建设是矿业绿色发展的核心工作，也是转变矿业的发展模式、重塑矿业形象的唯一通道。杭州市绿色矿山建设起步于2006年，经历了试点创建、应建必建和全面建设三个阶段。十多年的探索发展，无论是绿色矿山建成数量，还是绿色矿山建设整体氛围都取得了较好成效，涌现了像建德海螺、富阳宏升等一批具有国内一流开采水平的现代化绿色矿山企业。但对照自然资源部最新绿色矿山建设行业标准，杭州市绿色矿山建设工作中还有不少企业存在着建设标准低、建设质量低、建设要求低的情况，要实现到2020年基本形成绿色矿山格局，仍然是任重而道远。

(2)Pielou均匀度指数(J指数)计算：

J=H/log2S

(2)

式中，H—Shannon-wiener指数，S—藻类种类。

1.5 数据分析

采用SPSS20.0进行数据差异性分析和Pearson相关性分析，采用Excel 2007软件进行作图。

2 结果与分析

2.1 浮游植物组成

不同采样时间段水体浮游植物密度见表1。由表1可知，蛟塘湖浮游植物总密度为108.5×104～149.5×104L-1，且冬春季节浮游植物密度明显低于夏秋季节。通过鉴定，共发现7门40属68种浮游植物，其中，绿藻门的密度最高，金藻门浮游植物在夏季和冬季没有检测出，甲藻门浮游植物只有在秋季时检出。蓝藻门浮游植物密度在夏季时达到最高值41.1×104L-1，春季和冬季则较低。

表1 不同时间段浮游植物密度 单位：×104 L-1

2.2 浮游植物优势度

不同采样时间浮游植物不同门类的优势度如图2所示。由图2可知，春季绿藻门浮游植物的优势度最高，达到53.3%，隐藻门和硅藻门浮游植物优势度次之，分别为17.8%和17.1%；夏季同样以绿藻门浮游植物优势度最高，达49.6%，蓝藻门浮游植物次之，为27.5%；秋季绿藻门浮游植物优势度达46.2%，硅藻门和隐藻门优势度次之，分别为23.1%和15.4%；冬季以绿藻门优势度最高，优势度为44.4%，其次为硅藻门，其优势度为28.6%。

图2 不同采样时间不同门类浮游植物优势度

2.3 生物多样性指数

不同浮游植物群落结构多样性指数分析如图3所示。由图3可知，随着时间的延续，浮游植物群落结构H指数呈现先增加后降低的趋势，2月份浮游植物群落结构H指数最低，为3.89，而9月份H指数最高，达4.70；J指数随时间变化趋势与H指数类似，均匀度最高值出现在9月份和11月份，均达到1.0，最低值出现在2月份，为0.84。

图3 浮游植物群落结构多样性指数

2.4 水体环境因子含量

不同时间段环境因子含量变化情况见表2。由表2可知，水体pH值全年变化不大，为8.1左右；溶解氧含量在2月份是达到最高值，且随着时间的变化，水体溶解氧含量变化较大；水体高锰酸钾指数随时间的延长，呈现出逐渐升高的趋势，11月份高锰酸钾指数达到7.5mg/L；总磷含量随时间的推移呈现出逐渐增加的趋势，11月份达到最高至，其含量为0.158mg/L；总氮含量则呈现逐渐降低的趋势。

表2 不同时间段环境因子含量

2.5 营养状态指数

不同时间段水体营养状态指数变化情况如图4所示。由图4可知，9月份，水体营养状态指数最高，2月份次之，6月份最低。但蛟塘湖全年营养状态指数均高于50，根据《湖泊(水库)营养状态评价标准及分级方法》规定，表明蛟塘湖已处于轻度富营养化状态。

图4 不同时间段水体营养状态指数

2.6 浮游植物与环境因子相关性分析

不同门类浮游植物与环境因子相关性分析见表3。由表3可知，蓝藻门浮游植物密度与水体pH值呈现显著负相关关系(p<0.05)，与溶解氧含量呈负相关关系，但没有达到显著性差异。绿藻门浮游植物与水体总氮含量呈现显著负相关关系(p<0.05)。

表3 不同门类浮游植物与环境因子相关性分析

3 讨论

研究表明，不同湖泊生态系统因水体类型和时空差异而产生不同的浮游植物群落特征[8]。本次调查中，蛟塘湖浮游植物以绿藻门和硅藻门为主，其优势度超过总浮游植物的58.8%，并且随着时间的推移，各门类浮游植物密度和优势度均呈现较大的差异。刘晓曦等人在对抚仙湖调查时也发现，其浮游植物群落结构随时间的变化成相差较大[6]。朱明明等人的研究表明，冬季以硅藻门和绿藻门为优势种群，而夏季蓝藻门则占绝对优势[16]。

浮游植物对水质环境的变化较为敏感，这也导致其群落结构呈现一定的时空特征，根据群落结构多样性可以判断水质营养状态的评价。本研究对水体浮游植物的Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数进行计算，结果表明秋季浮游植物多样性指数最高，且均匀度也达到最高水平，说明9月是浮游植物活性最强的时段。这主要是因为，除季节的影响外，水体温度也是影响浮游植物群落特征的重要因素[3]。2月、6月和11月水体温度低于9月，因此，9月时较耐高温性的浮游植物会迅速繁殖，数量急剧增多。

浮游植物群落结构变化受到水体环境因子的影响较大。其中，有研究表明，浮游植物空间结构与水体溶解氧、pH值、总氮、总磷等含量密切相关[10]。在本研究中，通过浮游植物与环境因子相关性分析可以得出，浮游植物群落结构与水体pH值呈显著负相关关系，而与总氮含量呈现显著正相关关系。俞焰等人在对千岛湖浮游植物群落研究中，也得到了类似的结果，即浮游植物群落结构与水体pH值呈现显著负相关关系[13]。另外，在水体一定的氮磷比值内，水体浮游植物群落数量也会随着总氮、总磷的含量增加而增加，表现出浮游植物的增长速度与总氮含量呈现显著正相关关系[7]。

综上所述，蛟塘湖水质整体处于轻度富营养化状态，作为当地灌溉和饮用的重要水源，当地管理部门应加大对湖水污染物排放控制力度，调整生态系统结构，抑制浮游植物生长，改善水质。

4 结论

蛟塘湖水域共采集到7门40属68种浮游植物，主要由绿藻门、硅藻门和隐藻门组成。浮游植物优势度和群落结构呈现明显的时空差异，整体表现为夏秋季高于春冬季节；群落结构多样性这均匀度指数在9月份时达到最高；pH值和总氮含量是影响蛟塘湖浮游植物群落结构变化的主要因素。