广州市增城区典型水库和湖泊中浮游植物调查及水质关系分析

张 松，贺中华，唐武斌，王耀华，彭志东，肖建光，柳 明

（1.广东联鲲集团有限公司，广东 珠海 519170；2.广州市联鲲生物科技有限公司，广州 511483；3.珠海市鱼来鱼旺生物科技有限公司，广东 珠海 519170）

0 引言

浮游植物作为水生生态中的主要初级生产者，在水生生态系统的物质循环与能源流动过程中承担重要角色，其物种丰度和群落结构与水体环境息息相关，能从侧面反映生态系统的初级生产力水平，进而体现水生态系统的整体品质和稳定性，因而广泛应用于水体生态系统的健康评估[1-3］。

广州市增城地区水库与湖泊水资源丰富，水体面积达276.7 km2，占总面积的17.2%[4］。城市中的水库和湖泊是一种重要的水利工程，承担蓄水、调水、饮用水源的储备、应急供水、种植养殖业用水等多种重要作用，同时还具有一些其他的生态功能[4-5］。随着社会经济的快速发展，水资源的消耗量逐年上升，水资源的管理和保护存在许多问题，水库面临环境污染和生态威胁[6-7］，主要体现在：饮用水源地污染严重，威胁市民饮用水安全；水库富营养化和水质恶化；水库集雨区域内污染源汇集；水库水体病原体滋生，影响渔业可持续发展[8-9］。此外，对水资源的管理不当，人工水库生态系统可能会从河流型异养向湖泊型自养转变[10］。因此，政府越来越重视水库生态环境保护，开展水库水生态现状调查是制定保护水库策略的重要依据。目前，有关增城区水库水资源与浮游植物的调查还不够深入，对多个水库和湖泊的联合调查评估尚浅。为了解增城区水库（湖泊）中浮游植物群落分布特征与水质的关系，本研究于2022年8月，对广州市增城区7 座主要水库和湖泊进行浮游植物种类、群落结构、多样性特征调查，旨在了解增城区典型水库和湖泊水质状况，为合理利用区内水资源提供决策依据。

1 材料与方法

1.1 调查范围与采样点设置

在广州市增城区选择面积较大、人类活动频繁、自然环境稳定的7 座典型水库和湖泊作为调查对象，它们分别为白洞水库、大封门水库、百花林水库、东湖、荔湖、联安水库和增塘水库。各采样点见图1。

图1 广州市增城区典型水库和湖泊中浮游植物资源调查采样点示意图

1.2 采样点的环境参数

采样前记录采样点的地理参数，包括经纬度，海拔及调查范围。在每个采样点的不同区域采集2个样品。并用水质分析仪YSI（Professional plus multiparameter instrument，Xylem Inc.，USA）现场测定调查位点的表层水温度（T）、pH、盐度（S）、溶解性总固体含量（TDS）、溶解氧浓度（cDO）、氧化还原电位（φOR）等水质参数。

1.3 采样与分析方法

浮游植物的样本采集方法参考《渔业生态环境监测规范》（SC/T 9102.3—2007）和《海洋调查规范》（GB 17378.7—2007）。用标准2 L 的采水器采集各水库表层水10 L，均匀混合后取水样1.5 L 装于具盖塑料瓶中，按每100 mL 水样添加1.5 mL 鲁格氏试剂的比例固定样品，摇匀后带回实验室。样品静止24～48 h后，虹吸法去除上层水，将样品体积浓缩到50～100 mL，记录浓缩倍数。样品反复颠倒50 次后用胶头滴管吸取0.1 mL 均匀样品于浮游植物计数框中，在生物光学显微镜下镜检浮游植物种类，并用视野法确定30个视野的浮游植物数量和属名，重复3 次镜检以确保藻类鉴定完全。浮游植物的鉴定参考《中国淡水藻类》《中国淡水生物图谱》《浙江省主要常见淡水藻类图集》《鄱阳湖流域主要藻类图谱》《贵州省重要饮用水源地水库常见淡水藻类图集》。

1.4 数据统计分析

所有水质参数和浮游植物丰度统计均根据采样点2 个区域的结果计算平均值，并统计每个采样点的物种丰度和多样性。采用Person 相关性分析研究各采样点的浮游植物丰度与水质参数的相关性，经SPSS statistics 25软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 采样点的水质参数

各采样点的水质参数见表1。各采样点的水温T在29.7～35.2 ℃之间，其中大封门水库表层水温最低（29.7 ℃），东湖表层水温最高（35.2 ℃），而且大封门水库的溶解氧浓度cDO也最低，仅为4.45 mg·L-1。其他采样点表层水的溶解氧浓度均为正常水平（5.43～8.14 mg·L-1）。另外，大封门水库表层水的溶解性总固体含量TDS（14.3 mg·L-1）和盐度S（1‰）均为最低。各采样点的pH为5.24～5.84，整体偏酸性，东湖的氧化还原电位φOR最低（109 mV），大封门水库的氧化还原电位最高（199 mV），整体氧化性较好。这表明，大封门水库的水体较干净，废物沉积少；东湖水体的溶解性总固体含量最高，营养物质丰富，适合浮游植物的生长，有利于提高水体溶解氧。

表1 广州市增城区7座典型水库和湖泊采样点的水质参数

2.2 浮游植物种类组成

在7座典型水库和湖泊中共鉴定出25种不同属的浮游植物，分属于6个门，包括绿藻门，蓝藻门，硅藻门，裸藻门，甲藻门和隐藻门（表2）。绿藻门种类最多，优势种为小球藻和栅藻，蓝藻门中优势种为鞘丝藻。其主要原因是小球藻和栅藻的繁殖能力强，在适宜的水体中能够快速繁殖，从而占主导地位。东湖的浮游植物丰度值最高、多样性种类最多，浮游植物达到22 种，每升水中浮游植物丰度值超过500 万个。这与水体中溶解氧浓度cDO和溶解性总固体含量TDS较高有直接联系。荔湖和联安水库浮游植物最少，多样性种类最少，其中鞘丝藻和小球藻占主要优势。大封门水库的浮游植物丰度最低，它是7座水库中最干净的水库。增塘、联安、百花林、白洞4 座水库的浮游植物丰度均处于正常水平。本次调查发现的浮游植物全部为本土物种，未发现外来物种。

表2 广州市增城区7座典型水库和湖泊中浮游植物丰度占比单位：%

2.3 浮游植物优势种

物种丰度占比大于2%的物种定义为优势种[11-12］。根据表2中浮游植物丰度占比，对各采样点的优势种进行分析，得到增城区7座典型水库和湖泊中的浮游植物优势种（表3）。增塘水库的优势种为隐藻门的蓝隐藻，蓝藻门的鞘丝藻、螺旋藻、颤藻和念珠藻，绿藻门的小球藻、盘星藻和栅藻，裸藻门的囊裸藻和裸藻，硅藻门的菱形藻。白洞水库的优势种为蓝藻门的鞘丝藻和平裂藻，绿藻门的小球藻、栅藻、集星藻和角星鼓藻，裸藻门的囊裸藻，隐藻门的蓝隐藻和甲藻门的裸甲藻。大封门水库的优势种为绿藻门的小球藻和四球藻，裸藻门的囊裸藻和裸藻，隐藻门的蓝隐藻，甲藻门的薄裸甲藻和角甲藻，蓝藻门的鞘丝藻和颤藻。百花林水库的优势种为硅藻门的直链藻，绿藻门的小球藻和集星藻，隐藻门的蓝隐藻，蓝藻门的鞘丝藻，甲藻门的裸甲藻和角甲藻，裸藻门的囊裸藻。东湖的优势种为绿藻门的栅藻、小球藻和四球藻，蓝藻门的鞘丝藻、色球藻和平裂藻，隐藻门的蓝隐藻。联安水库的优势种为蓝藻门的鞘丝藻，绿藻门的小球藻，甲藻门的薄裸甲藻，裸藻门的囊裸藻和隐藻门的蓝隐藻。荔湖的优势种最少，仅有鞘丝藻，小球藻和囊裸藻3种。所调查的7 座典型水库和湖泊中浮游植物优势种均含有小球藻和鞘丝藻，而色球藻仅在东湖为优势种。水体中浮游植物优势种的存在与水质密切相关，能够反映水体质量。

表3 广州市增城区7座典型水库和湖泊的浮游植物优势种

2.4 浮游植物丰度与水质参数的相关性分析

通过对部分浮游植物丰度与水质参数进行Person 相关性分析，得到小球藻和裸甲藻的丰度与表层水温度T，溶解性总固体含量TDS和盐度S呈显著负相关，而与氧化还原电位φOR呈显著正相关。囊裸藻的丰度与温度呈显著负相关，而与氧化还原电位呈显著正相关（表4）。这表明，水体温度、溶解性总固体含量和盐度升高会降低小球藻和裸甲藻的增殖速度；而水体的氧化还原电位越高，表明水体氧化性越好，更适合浮游植物的生长。其余藻类丰度与水质参数的相关性未达到显著性水平。

表4 广州市增城区7座典型水库和湖泊的浮游植物丰度与水质参数的相关性指数

3 讨论

3.1 浮游植物种类与多样性

通过对广州市增城区7座典型水库和湖泊（即白洞水库、大封门水库、百花林水库、东湖、荔湖、联安水库和增塘水库）的浮游植物丰度和多样性进行调查统计，评估了这7 座典型水库和湖泊中浮游植物种类、群落结构和多样性特征。本次调查共鉴定出25种不同属的浮游植物，分属于6个门，包括绿藻门，蓝藻门，硅藻门，裸藻门，甲藻门和隐藻门。绿藻门种类最多，其中以鞘丝藻，小球藻和栅藻为主，这与众多淡水类湖泊及河流中浮游植物组成类似[2，13］。本调查中，东湖的浮游植物密度最高，栅藻和鞘丝藻的密度分别达215.75×104cells·L-1和130.4×104cells·L-1，各占浮游植物总量的40.28%和24.35%。在山东济南市北大沙河入黄河口的浮游植物调查中，密度最大值为35 977×104cells·L-1，主要为蓝藻门的微小色球藻和铜绿微囊藻[14］。同样，山西晋中市晋商公园的浮游植物种类以蓝藻门和绿藻门为主，占比分别为34.78%和30.34%[15］。浙江金塘岛附近海域5 月的浮游植物优势种为中肋骨条藻、短角弯角藻和三角角藻；而10 月的浮游植物优势种为条纹小环藻和中肋骨条藻[16］。广州白云湖检出的藻类密度为574.8～1 023.75×104cells·L-1，其中硅藻占62.4%～80.5%，绿藻占14.8%～36.8%[17］。这表明，不同季节和不同水源中浮游植物种类各异，但大部分淡水中浮游植物种类主要集中在蓝藻门和绿藻门。这可能与蓝藻门和绿藻门浮游植物的生活习性有关，它们具有多种繁殖方式，且抗逆性强，耐干旱，这为蓝藻门和绿藻门浮游藻类能长期生存在各种淡水中提供了稳定条件。

3.2 浮游植物多样性与水质的关系分析

研究发现，浮游植物丰度和多样性与水质状况密切相关[18-19］。浮游植物群落变化受温度、溶解氧、光照、水深、氮磷营养盐等理化因素与浮游动物、鱼类、贝类滤食等生物因素的影响[20-22］。在调查大连庄河市青堆子湾近岸海域和养殖池塘中的浮游植物发现，由于近岸海域盐度和溶解氧明显高于养殖池塘，致使近岸海域的浮游植物生物量比养殖池塘高683 倍，且多样性也显著高于养殖池塘[23］。在江西鄱阳湖的浮游植物调查中发现，浮游植物动态多样性与长江效应、水温效应和悬浮物具有显著相关性[24］。本次调查中，大封门水库的溶解氧浓度、溶解性总固体含量和盐度在7座水库和湖泊中最低，因此它的浮游植物丰度最低和多样性种类也最少。其原因可能是水体营养成分较低，导致浮游植物繁殖缓慢，有些浮游植物无法生长。这也从侧面反映了大封门水库的生产力低，水质干净。相对封闭的河流或湖泊中流入了大量的氮、磷等植物性营养物质，会引起藻类和其他水生植物大量繁殖，导致水体透明度低、溶解氧浓度下降、水质恶化、水体生态系统和水功能受阻或破坏，这种现象称为水体富营养化[25］。本次调查中，东湖的浮游植物密度最高，但是水体中溶解氧浓度、溶解性总固体含量和氧化还原电位等水质参数仍属正常水平，无富营养化现象；而大封门水库和联安水库由于水体封闭无流动，致使溶解氧浓度和溶解性总固体含量较低，浮游植物增殖缓慢。

本研究通过相关性分析发现，小球藻和裸甲藻的丰度与表层水温度T，溶解性总固体含量TDS和盐度S呈显著负相关；而与氧化还原电位φOR呈显著正相关。囊裸藻的丰度与温度呈显著负相关；而与氧化还原电位呈显著正相关。小球藻主要生长在表层水，是淡水水体中常见的有益藻类，对养殖尾水处理、养殖水体调控起重要作用，且对水质变化极其敏感[26］。有研究表明，小球藻生长的最适温度为25～35 ℃[27］，这与本研究结果相似。小球藻在各水库中均为优势种，但温度升高会降低小球藻的增殖速度，因此东湖、荔湖、联安水库和增塘水库的小球藻丰度低于白洞水库、百花林水库和大封门水库。赵开拓等[28］在探讨盐度升高对小球藻生理影响的实验中发现，当盐度达到3 g·L-1时，普通小球藻的细胞分裂增殖受到抑制，叶绿素合成缓慢，其生理结构和抗氧化能力受到破坏。简言之，表层水的盐度对其生长具有较强的约束性，因此东湖和增塘水库的小球藻丰度较低。TDS为水体中可溶性固体含量，TDS增大表明水体中盐度升高，从而降低浮游植物的增长速度。φOR反映水体中所有物质的宏观氧化还原性，φOR越高代表水体氧化性越强，φOR越低代表还原性越强。在溶解氧充足的情况下，需氧菌参与反应，促进水体和底泥中的有机物分解，并进一步提高硝化反应速率，从而保证池塘水质底质良好[28］。这对小球藻、裸甲藻和囊裸藻等藻类的生长具有积极作用。因此，广州市增城区水体浮游植物的丰度与水质关系密切，定期关注水库水质和浮游植物的动态变化，对水生生态系统的监控与合理利用水资源具有重要意义。

3.3 初级生产力分析

水体初级生产力是指水体中生产者通过光合作用利用太阳能以无机物为原料生产有机物的能力[29］。浮游植物初级生产力的变化主要受温度、光照强度、透明度、水体深度及营养盐浓度等环境因子的影响，具有显著的相关性[8］。所有浮游植物中均含有叶绿素a，它是初级生产力的重要指标，常被作为判断水质好坏的重要指标之一[30］。相应地，水体中的浮游植物越多，叶绿素a 就越多，也就意味着该生态系统中水体的初级生产力越高[31］。本调查中，东湖和荔湖的藻类丰度均高于其他5 座水库，也就是说，东湖和荔湖的水体初级生产力高于其他5座水库。其原因可能是东湖和荔湖的水为非流动水，生态系统稳定，适合浮游植物生长；而水库有水的间歇性储存与排放，进水储存会引来一些外来物种，排水又会将大量优势种排出，生态系统不稳定。另外，东湖和荔湖靠近人类活动区域，生态系统结构比水库复杂，因此需要更高的初级生产力来推动能量流动和物质循环。这表明，营养结构、水文过程和在空间上具有异质性形成了湖泊浮游植物的分布格局[32］。水体浮游植物与环境之间存在复杂的相互作用，水质会直接影响湖泊生态系统中各组分关系，尤其影响生态系统中食物链或食物网及其之间的关系，从而导致水库或湖泊初级生态系统的改变。因此，水体中浮游植物调查与水库（湖泊）初级生产力评估非常必要，且未来需持续进行。