金山湖浮游植物群落结构时空变化及营养状况评价

张乐源，张 振，柳 莹

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

浮游植物作为湖泊生态系统中的重要组成部分，对水生态起着非常重要的作用，其特点为种类繁多、分布广泛，浮游植物的群落结构特征对水体质量的变化起到至关重要的作用，因此，浮游植物的群落结构变化特征可以对水体污染状况起到指示作用。目前，大量研究也表明，浮游植物数量、群落结构变化等指标被大量应用于水体环境评价。同时，群落结构受水体养分含量、水温、溶解氧、pH值等环境因子影响而呈现出不同的时空变化，有助于了解不同时间段水质健康状。

金山湖属于沿江水系，是镇江市城区最大的水体，也是最重要的水体，位于市区北部，东西长约8km，南北宽约2km，由小金山湖和大金山湖组成。金山湖处于城市主要河流古运河的上游，为古运河提供源水，同时也是运粮河、虹桥港的受纳水体。金山湖不仅对当地环境具有重要的生态服务功能，同时对本地区的水源涵养、水文调节、缓冲环境污染和水质净化等方面起到重要作用。但随着城镇经济水平的逐步上升，人类活动和上游水系物质的输入使得金山湖健康状况受到威胁，因此对该区域实行营养状况评价尤为重要。

因此，本研究结合采样数据分析和现场调研，分析2020年2—11月金山湖浮游植物的群落结构和丰富度变化情况，同时将浮游植物群落结构与水体环境因子含量关系进行比较分析，揭示金山湖水环境质量和浮游植物群落结构的变化特征和相关关系，为金山湖水生态修复和建设提供理论和科技支持。

1 材料与方法

1.1 研究区域及样品采集

根据金山湖的湖区特点，在金山湖内设置了取样点(E 119°24′18.4″；N 32°13′17.5″)，如图1所示。分别于2020年2、6、9和11月进行水样和浮游植物样品的采集。按照SL219—2018《水环境监测规范》要求，采集水面下0.5m处水样，使用Hach现场测定仪测定水样的温度、溶解氧和pH值。水样采集1000mL，一式两份，其中一份现场添加1.5%的鲁哥试剂进行固定，用于后续浮游植物的测定，两份样品均放置在4℃冰盒中保存，并立即带回实验室进行分析测定。

图1 金山湖采样点分布图

1.2 测定指标及方法

1.2.1基本理化性状

(1)叶绿素a：SL88—2012《叶绿素的测定 分光光度法》。

(2)总磷：ISO15681—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》。

(3)总氮：ISO29441—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》。

(4)透明度：SL87—1994《透明度的测定 透明度计法、圆盘法》。

(5)高锰酸盐指数(CODMn)：GB/T11892—1989《水质高锰酸盐指数的测定 酸性高锰酸钾法》。

1.2.1浮游植物测定

将含有鲁哥试剂的水样标记为N1，另一份水样作为N2，分别用移液枪吸取0.1mL水样到计数框(20mm×20mm)，并盖盖玻片，在显微镜下进行种类鉴定和计数。

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》(中国环境监测总站，总站生字[2001]090号)，利用叶绿素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

生物多样性指数采用Shannon-wiener指数和均匀度指数，其计算公式分别如下：

(1)Shannon-wiener指数H′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。

(2)均匀度指数J计算公式：

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软件进行做图。

2 结果与分析

2.1 浮游植物组成

经4次取样，共鉴定出浮游植物6门181种(属)。不同采样时间各门浮游植物的占比情况如图2所示，其中在2月和9月硅藻门和绿藻门占比最大，其总和均超过60%，2月总和达70.5%，9月总和达65.5%；在6月，隐藻门和蓝藻门浮游植物数量上涨较多，占比分别为21.8%和21.0%；在11月，绿藻门、硅藻门和隐藻门所占比例最大，占到总浮游植物的82.1%。

图2 不同时间段藻类群落结构变化

2.2 浮游植物密度

不同时间段金山湖浮游植物总密度和不同门类的密度变化情况见表1。由表1可知，金山湖2—11月浮游植物密度变化为99.5×104～113.0×104个/L。其中，绿藻门密度最大，22.2×104～42.1×104个/L；硅藻门密度次之，密度达20.5×104～37.7×104个/L，整体呈现下降趋势；裸藻门密度最低，3.3×104～5.9×104个/L。以上数据中，绿藻门和硅藻门密度最大值出现在9月，而其余藻类(除裸藻门外)6月份是密度最大。

表1 金山湖浮游植物密度时间变化 单位：×104/L

2.3 浮游植物群落多样性分析

不同时间段浮游植物群落多样性变化结果如图3所示。由图3可知，Shannon-wiener指数变化为4.28～4.56，其中2020年9月份最高，而2月份最低；均匀度指数变化为0.90～0.95，其变化趋势与Shannon-wiener指数类似，2020年9月和11月均匀度最高，2月最低。

图3 不同时间段浮游植物多样性指数变化

2.4 不同时间段水体养分含量

不同采样时间段水体养分含量情况见表2。由表2可知，各时间段，水体pH值变化不大，保持在8.0～8.3；溶解氧含量10.6～3.2mg/L，在2月份含量最高，9月份含量最低；高锰酸盐指数和氨氮含量，均是在9月份呈现最高值，其中水体氨氮含量在2月份低于检测限；总磷含量为0.028～0.091mg/L，在6月份含量呈现最高值；总氮含量则在9月份达到最高，1.12mg/L；氟化物含量为0.15～0.36mg/L；9月份水体透明度最高，达到0.65m。而2月和11月，透明度则最低，均为0.60m。

表2 不同采样时间段水体养分含量

2.5 营养状态指数变化

不同采样时间度段水体营养状态指数情况如图4所示。由图4可知，2、6、9和11月的营养状态指数分别为50.9、50.4、53.6和54.4，其中，9月份指数最高，根据《湖泊(水库)营养状态评价标准及分级方法》，可以得知，金山湖水体在2020年2—11月期间，均属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 浮游植物群落组成与环境因子相关性分析

浮游植物群落结构与环境因子Pearson相关性分析见表3。由表3可知，总磷、总氮、叶绿素a与浮游植物群落结构呈显著性相关关系。其中总磷含量与硅藻门密度呈极显著负相关关系，与裸藻门密度呈现显著性正相关关系；总氮含量与绿藻门密度成显著性正相关关系，与金藻门密度呈极显著负相关关系；叶绿素a含量与金藻门密度呈显著正相关关系。此外，不同浮游植物门之间也存在相关性，蓝藻门密度与隐藻门密度呈显著正相关关系，硅藻门密度和裸藻门密度呈显著负相关关系，金藻门密度和绿藻门密度呈显著负相关关系。

表3 浮游植物群落结构与环境因子Pearson相关性分析

3 讨论

3.1 金山湖浮游植物群落结构及营养化变化

金山湖主要入湖河流运粮河和虹桥港水质达标不稳定，总磷和总氮指标波动性较大，有部分月份为劣V类(镇江市水功能区通报)，加之金山湖作为省级水利风景区，水上旅游项目运行(如水上飞行、水上高尔夫、游艇等)对其水环境安全也存在较大隐患。谢家国等人在2014年对金山湖水体水质监测时得出，当时各监测点水质呈现中营养状态，到2020年金山湖水质逐渐向轻度富营养化水平转变。在本研究中，硅藻门和绿藻门浮游植物为优势种群，研究表明，这些物种均为水体富营养化的指示种群，因此，可以间接说明，金山湖水体呈现富营养化的趋势。

3.2 影响金山湖浮游植物群落结构的环境因子

浮游植物在水体中群落结构的变化直接受到水体环境因子的影响，有研究表明，营养盐是影响群落结构的主要因子，其它因子可以通过影响营养盐的含量间接改变浮游植物的群落结构。管祥洋等人在研究滆湖水华过程中，也得到了类似的结果，即水体总磷含量是导致发生水华的主要影响因子之一。朱明明研究表明，水体总氮是影响浮游植物群落结构的重要因素。通过调查和本次分析结果，可以看出，随着时间的变化，水体中总氮、总磷、叶绿色a等指标的含量变化较大，直接与群落结构的变化呈现显著相关关系，即直接改变水体浮游植物的群落和数量。因此，控制总氮、总磷进入金山湖是解决湖水水质恶化的主要途径。

4 结语

通过分析表明，金山湖共检出6门181种(属)浮游植物，以绿藻门和硅藻门植物为主。浮游植物的总体密度为99.5×104～113.0×104个/L，最大值出现在9月，最小值出现在2月。9月水体Shaanon-Wiener指数和均匀度最高，2月最低。Pearson相关性表明，水体总氮、总磷和叶绿色a含量是影响群落结构的主要因素。

综上所述，金山湖已经处于轻度富营养状态，当地环保部门应该加强污染源头把控，水文部门应做好水样采集和水质监测。