射阳湖浮游植物群落特征及其与环境因子相关性

徐 明，许静波，徐剑斌，赵家伟，李一平，唐春燕

(1.江苏省泰州引江河管理处，江苏 泰州 225321；2.河海大学环境学院，江苏 南京 210098)

浮游植物的群落结构与周边水质状况密切相关，同时其生物量的动态变化又能灵敏地反映水环境的变化规律[1]，随营养水平和盐度等环境条件不同，在形态、结构和种群组成上存在较大差异，由此对水环境变化具有重要的指示作用[2]。

近年来，关于浮游植物群落结构及其时空分布已有较多研究进展，重点包括了群落结构特征、群落演替规律以及与水环境因子的响应关系等[3]，如刘川等[4]通过冗余分析得出水温、电导率、pH值、CODMn、氨氮和总磷是影响青龙湖浮游植物群落结构的主要环境因子。马迎群等[5]对嘉兴南湖的7条主干河流和主要出入湖口共16个样点的浮游植物进行分析，表明浮游植物的区域分布差异明显。张春梅等[6]对南水北调中线干渠11个样点进行采样调查，通过多元线性回归分析显示水温和营养盐是影响群落结构的关键因素。

里下河腹地位于长江、淮河两大水系交汇地带，主要由射阳湖、大纵湖等41个零星分散的湖荡及众多的圩区组成。由于里下河腹地地面高程较低，河网湖荡密布，随着社会经济的发展面临严重的面源污染和湿地功能退化等问题[7]。本文选取里下河腹地最大湖泊—射阳湖，开展为期两年的浮游植物及水质因子的逐月监测，系统分析射阳湖浮游植物群落结构、优势种群、丰度、物种多样性和均匀度的时空特征，利用相关性分析法探究浮游植物与水质因子之间的相关度，评价湖泊污染程度和富营养程度，以期为射阳湖以及里下河腹地的水资源合理开发与生态系统保护提供科学依据。

射阳湖位于江苏省扬州市宝应县、淮安市淮安区及盐城市建湖县、阜宁县交界处，南北宽约28 km，东西长约20 km，湖泊保护范围面积为127.384 km2，是里下河腹部地区湖泊群中保护面积最大的湖泊。射阳湖是一宽浅蝶形洼地，周边高程为3～5 m，中部地区高程为1.5～3 m[8]，在研究期间(2016年9月至2017年8月)平均水深1.79 m，夏季丰水期水深为1.95 m。射阳湖周边地区河网密集，纵横交错，是苏北著名的水网圩区，具有调蓄洪水、渔业养殖、供水和旅游等综合功能。

1 采样与分析方法

1.1 采样点布设及样品采集处理

本研究在射阳湖共布设5个具有代表性的调查站点(图1，用#1～#5表示)。于2015年10月至2017年8月每月一次进行采样，监测指标为水质指标(水温、透明度、浊度、电导率、pH、DO、NH3-N、CODMn、TP、TN和Chl-a)和浮游植物种类、生物量。

图1 研究区域及监测点位布置

(1)浮游植物的采集与鉴定

浮游植物定量样品用采水器在水体表层0.5 m处采集1 L水样，加入15 mL鲁哥试剂以固定，静置24 h后浓缩至25～35 mL。用0.1 mL浮游植物计数框在10×40倍光学显微镜下进行镜检，根据文献进行分类鉴别，并计算浮游植物细胞数量[9]。

(2)水质因子测定

水质因子的取样测定与浮游植物样品的采集同步进行，水质样品的采集和分析依据《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)中的规定。

1.2 数据处理和统计分析

(1)浮游植物生态学特征指数计算方法

采用浮游植物群落的优势度指数(Y)、藻类丰度(D)、多样性指数(H，Shannon-Wiener index)和均匀度指数(J，Pielou)对射阳湖水体的浮游植物生态学特征进行评价[10]。

浮游植物优势种依据其优势度值(Y)确定：

(1)

式中：ni为第i种的个体总数；N为所有浮游植物总个数；fi为第i种藻类在各站点出现的频率；Y>0.02的种类为优势种。

多样性指数(H)确定：

(2)

H与水质的关系为：H>3，轻污染或无污染；1

均匀度指数(J)确定：

(3)

式中：S为站点中浮游植物总种数；J与水质的关系为：J>0.5，轻污染或无污染；0.3

根据藻类丰度(D)评价湖泊富营养化状态：D≤10×106cell/L，贫营养状态；10×106

(2)综合营养状态指数法

综合营养状态指数计算公式为

(4)

式中：TLI(∑)为综合营养状态指数；Wj为第j种参数的营养状态指数的相关权重；TLI(j)为代表第j种参数的营养状态指数。选用Chl-a、透明度、TP、TN和CODMn5项参数，根据《湖泊(水库)富营养化评价方法及分级技术规定》计算TLI。

以Chl-a作为基准参数，则第j种参数的归一化的相关权重计算公式为

(5)

式中：rij为第j种参数与基准参数Chl-a的相关系数；m为评价参数的个数。

2 结果与讨论

2.1 浮游植物群落结构特征及优势种分析

射阳湖在调查期间共记录浮游植物8门，103种(属)，其中绿藻门的种类最多，有41种；其次硅藻、蓝藻和裸藻种类分别为30、17和9种；黄藻、甲藻、金藻和隐藻均小于5种(图2)。

图2 射阳湖浮游植物种类组成

以优势度Y>0.02为标准，统计分析表明，浮游植物的主要优势种为隐藻门的啮噬隐藻(Crypomonaserosa)，裸藻门的扁裸藻(Phacussp)，绿藻门的小球藻(Chlorellasp.)、蛋白核小球藻(Chlorellapyrenoidosa)、卵囊藻(Oocystissp.)、螺旋弓形藻(Schroederiaspiralis)、四尾栅藻(Scenedeamusquadricauda)和角星鼓藻(Starurastrumsp.)等。

射阳湖浮游植物种类组成具有明显的时空变化特征。夏季(25种)和秋季(24种)浮游植物种类多于春季(19种)和冬季(15种)，其中4#样点浮游植物的年平均种类最多为25种，而3#样点浮游植物的种类最少为17种。

2.2 浮游植物丰度变化分析

2015年9月至2017年8月调查期间射阳湖各采样点浮游植物的丰度波动范围为0.91×106～7.26×106cells/L，平均丰度为3.34×106cells/L，说明射阳湖整体处于贫—中营养状态(图3)。浮游植物季节性波动趋势明显，每年7—8月份，浮游植物平均丰度呈现出最大值，随后略有下降，到11—12月份波动上升；1—2月由于冬季气温较低，浮游植物的生长繁殖受到抑制，丰度明显低于其他月份；随后随着气温回升，浮游植物丰度缓慢上升，比如2016和2017年7月浮游植物丰度比当年1月份分别增加了5.13和3.80倍，由此可见温度是影响浮游植物丰度的重要因素。

图3 2015年9月至2017年8月各采样点浮游植物丰度变化

从浮游植物丰度的空间变化上看，2#样点浮游植物的丰度年平均值最高(5.33 cells/L)，其次为5#样点(3.74 cells/L)，3#样点丰度年平均值最低(1.69 cells/L)，年变化范围分别为0.17×106～15.99×106cells/L、1.84×106～6.71×106cells/L和0.15×106～5.58×106cells/L。射阳湖各采样点浮游植物丰度的季节变化基本一致，最高值除了5#点位出现在春季(5—6月)以外，其他点位均出现在夏季(6—8月)，最低值一般出现在1—2月份。浮游植物的夏季高峰主要是受蓝藻门的湖泊伪鱼腥藻、两栖颤藻、平裂藻、束缚色球藻、微囊藻、席藻、细小平裂藻等影响。

2.3 浮游植物多样性及均匀度季节性变化

射阳湖浮游植物多样性指数年平均值约2.60，从而可以判断属于中度污染水体。从浮游植物的均匀度来看，各样点的年平均值为0.84，指示该湖泊为轻度污染水体。

各采样点浮游植物的多样性指数存在较明显的季节性变化(图4)。5#样点浮游植物的多样性指数年均值最高为3.08，处于轻污染状态，3#样点多样性指数年均值最低为2.04，处于中污染状态。由于3#样点位于村镇河道入射阳湖交汇处附近，受农业和生活污水影响较大，污染程度较重，所以3#样点的浮游植物多样性相对较低。各采样点多样性指数平均值在冬季(2.41)和夏季(2.43)较低，污染程度较为严重，春季(2.76)和秋季(2.82)则相对较好。1#、2#、3#、4#和5#样点的均匀度指均大于0.5(图5)，其中3#、4#、5#样点浮游植物均匀度均为秋季最高，春季最低，1#样点和2#样点均匀度最高值分别出现在夏季(0.92)和春季(0.86)，最低值分别出现在冬季(0.63)和秋季(0.74)。总体来说，射阳湖5个采样点的均匀性和多样性指数表明水体处于轻～中度污染状态，说明射阳湖浮游植物的物种多样性比较丰富，其中5#样点多样性指数最高，4#采样点的均匀度最高。

图4 射阳湖浮游植物群落多样性指数时空变化

图5 射阳湖浮游植物群落均匀度指数时空变化

2.4 浮游植物与环境因子的关系

选用Chl-a、透明度、TP、TN和CODMn5项指标，根据综合营养状态指数法计算射阳湖营养状态，结果表明，2015年9月至2017年8月期间，综合营养指数(ΣTLI)值范围为52.52～57.39，整体属于轻度富营养化状态，与上文浮游植物生物学评价指标结果基本一致。由此可见，射阳湖的水生态环境的管理及治理工作仍需进一步加强。

射阳湖水质指标(水温、透明度、pH、DO、NH3-N、CODMn、TP、TN和Chl-a)与浮游植物群落指数间的Pearson相关关系见表1。结果表明，水温、透明度、DO和CODMn与浮游植物丰度在0.01级别显著相关，pH和Chl-a与浮游植物多样性在0.05级别显著相关。与已有研究中影响长江中下游典型湖泊中藻类结构的重要环境因子为温度、透明度、水位、营养盐和pH的结论基本一致[12]。主要是由于浮游植物细胞的代谢过程大多为受酶活性的影响的酶促反应，而温度对酶活性有极大影响，不同藻类在温度适应性上存在差异，这导致优势物种随温度的变化而变化[13]。水体透明度通过影响浮游植物的光合作用和氮磷循环从而影响浮游植物群落结构，光照强度提供了部分浮游植物生长代谢所需的能量，而总悬浮固体浓度的变化影响浮游植物对氮和磷的吸收[14]。

表1 射阳湖水质指标与浮游植物群落指数之间Pearson相关性分析

同为里下河腹地典型湖泊的大纵湖的浮游植物群落参数与水温、透明度、浊度和总氮显著相关[15]。与部分长江中游和下游湖泊不同，武山湖影响浮游植物丰度和生物量的主要营养元素是磷[16]，骆马湖影响浮游植物群落年际变化的环境因子总氮和氟离子浓度[17]，而射阳湖浮游植物结构特征与总氮和总磷相关性均不高，与CODMn相关性较高，原因是夏季降雨携带的固体颗粒物质与周围田地农药残留有机物随地表径流被带入射阳湖，从而与浮游植物丰度有较高相关性。

3 结 论

(1)2015—2017年期间在射阳湖5个采样点，共鉴定到浮游植物8门，103种，以绿藻、硅藻、蓝藻为主，分别为41、30和17种。射阳湖浮游植物种类

组成具有明显的季节性变化特征，夏季和秋季种类明显多于春季和冬季。

(2)射阳湖各采样点浮游植物的丰度波动范围为0.91×106～7.26×106cells/L，平均丰度为3.34×106cells/L，表明射阳湖处于贫—中营养状态。丰度时空变化趋势明显，夏季丰度明显上升，冬季回落，湖中心处样点浮游植物丰度明显高于湖边样点。

(3)射阳湖浮游植物物种多样性指数和均匀度年均值分别为2.60和0.84，表明射阳湖处于轻—中度污染状态；综合营养指数法显示射阳湖处于轻度富营养化状态。

(4)水温、透明度、DO和CODMn是影响射阳湖浮游植物群落丰度的主要水质指标，pH和Chl-a是影响射阳湖浮游植物群落多样性的主要水质指标。