江西省鄱阳县典型湖泊浮游植物群落结构变化及分析

肖秋梦，郑志宏*，李 林

（1.东华理工大学水资源与环境工程学院，江西南昌，330013；2.江西师范大学，鄱阳湖湿地与流域研究教育部重点实验室，江西南昌，330022）

0 引 言

浮游植物是水体的初级生产者，它们不仅为鱼类直接和间接提供饵料，还是水体溶氧的主要制造者。浮游植物的种类和数量变化能影响水质的理化性质，其群落结构和多样性指数是评价湖泊水体的重要指标，因此研究湖泊浮游植物群落结构可用于指示湖泊水体的污染状态[1]，如中营养湖泊中蓝藻、绿藻、硅藻和隐藻门都占有一定比例，富营养型湖泊常以绿藻和蓝藻门占优势[2]。因此，了解浮游植物群落结构演替规律，是探究湖泊生态系统结构变化的基础[3]。

近年来，研究者们对中国淡水湖泊浮游植物群落结构做了大量研究，包括浮游植物群落结构特征、物种丰富度与多样性、群落结构演替与环境因子响应关系等。浮游植物群落结构变化是多个水环境理化指标共同作用的结果[4]。叶艳婷等[5]人的研究表明，东湖水体中浮游植物的空间分布主要受硝态氮（NO3-－N） 和氨氮（NH4+－N）的影响。对于洞庭湖这种大型的通江湖泊，浮游植物群落结构不仅受SD、悬浮物及营养盐的影响，而且在很大程度上受水文水动力条件的影响[6]。

位于江西省东北部的鄱阳县，境内有大小湖泊1 067个，这些湖泊是鄱阳县淡水系统的重要组成部分，拥有调节气候、调蓄水量、灌溉、养殖、发电和旅游等多种功能，在改善当地气候和维护周围地区生态平衡等方面起着巨大的作用。杜冰雪等[7]采用TLI（综合营养状态指数）法评价了鄱阳湖水质的富营养化状态，总体上处于轻度-中度富营养。周慜等[8]的研究表明鄱阳湖的子湖-珠湖的浮游植物群落结构受TN、CODMn、TP、WT 等因素的影响。以上研究从不同角度揭示了鄱阳湖及其子湖浮游植物变化，但对于鄱阳县境内湖泊浮游植物长时间尺度上的变化鲜有研究。本文基于2018-2021 年浮游植物群落结构和水质的监测数据，选取自然湖泊道汊湖、城市景观湖东湖、养殖性湖泊上土湖以探究近年来鄱阳县境内湖泊浮游植物群落结构与环境因子之间的关系，为鄱阳县水体污染防治、水域生态环境改善以及保障水生态安全提供依据。

1 材料与方法

1.1 调查区概况

鄱阳县位于江西省东北部[9]，鄱阳湖的东岸，介于东经116°23'45″-117°06'15″，北纬28°46'26″-29°42'03″之间。北与彭泽县和安徽省东至县交界；南同余干县、万年县接壤；东与景德镇市昌江区、浮梁县、乐平市为邻；西北同都昌县山水相连；属典型的中亚热带季风区，四季分明，热量丰富，雨量充沛，年平均日照数达2 098 h，平均气温在16.9℃～17.7℃，年平均降雨量1 300～1 700mm。

道汊湖位于鄱阳县北部，属自然湖泊；东湖坐落在鄱阳县饶州街道办事处境内，位于鄱阳县城东部，为鄱阳县城市景观湖；上土湖位于鄱阳县饶州街道办境内，为养殖性湖泊。三个湖泊采样点经纬度、水域面积如表1 所列，采样点布设如图1。

表1 三个湖泊的监测断面经纬度、面积

图1 采样点分布图

1.2 样品采集与处理

水样采集期2018-2021 年，每年5 月、10 月中旬于监测断面处各采样1 次。

采集方法遵照《地表水和污水检测技术规范》（HJ/T91-2002）[10]。浮游植物的采集包括定性采集和定量采集，依照《水环境检测规范》（SL219-2013）[11]。定性采集采用25 号筛绢制成的浮游生物网在水中拖曳采集。定量采集则采用2 500mL 有机玻璃采水器取上、中、下层水样，经充分混合后，取1 000mL 水样。计数用水样应立即用10mL 鲁哥氏液加以固定（固定剂量为水样的1%）。样品需长期保存，再在水样中加入5mL 左右福尔马林液。计数前充分摇匀，吸取0.1mL 浓缩液，置于浮游植物计数框内，在光学显微镜下采用40×10 倍镜观察计数。参照《内陆水域浮游植物监测技术规程》（SL733-2016）[12]。

1.3 理化指标测定

SD 采用塞氏盘在野外现场测定。DO、pH 值、WT 采用多参数水质检测仪（EXO2，YSI）测定，其它指标如TP、TN 和氨氮（NH4+-N）以及Chla 均使用紫外-可见分光光度计（ UV-1700，美析）于室内测定，CODMn的测定方法参考《水和废水监测分析方法》（第4 版）[13]。

1.4 数据处理与分析

浮游植物群落相关指数及计算方法如下：

Shannon-Wiener 多样性指数：

Margalef 丰富度指数：

Pielou 均匀度指数：

物种优势度：

式中：N 为样品总个体数；S 为样品分类单元总数；ni为第i 个分类单元个体数；fi为第i 种的出现频率。以Y＞0.02 确定优势种[14]。

浮游植物水质生物学评价相关标准水库综合营养状态指数TLI（∑）：

式中：wj为第j 个参数的营养状态指数的相对权重，而TLIj为第j 个参数的营养状态指数。各种营养指数的计算公式和分类，参考现有文献中的方法[15-16]。湖泊综合营养状态指数评价标准见表2。

表2 湖泊综合营养状态指数评价标准

使用SPSS 26 对2018-2021 年三个湖泊的浮游植物与环境因子进行相关性分析，采用Pearson 系数双侧检验，P＜0.05 为显著相关，P＜0.01 为极显著相关。运用Arcgis10.1 制作研究区域图。

2 调查结果

2.1 浮游植物种类

本次研究共鉴定出浮游植物门类为：蓝藻门、隐藻门、甲藻门、硅藻门、裸藻门、绿藻门、金藻门、黄藻门，共计8 门73 种。其中绿藻门31 种，硅藻门15 种，蓝藻门15 种，裸藻门4 种，甲藻门3 种，黄藻门2 种，隐藻门2 种，金藻门1 种，分别占总数的42%、21%、21%、5%、4%、3%、3%、1%。

2018-2021 年三个湖泊浮游植物种类组成见表3。可以看出，三个湖泊均以硅藻门、蓝藻门、绿藻门占比最大；绿藻门在道汊湖中占比逐年增大，硅藻门在道汊湖中占比呈下降趋势，2018-2020 年蓝藻门、绿藻门在上土湖中占比逐年减小，2021 年有所增大，2018-2020 年硅藻门在上土湖中的占比逐年增大，2021 年有所减小。

表3 2018-2021 年道汊湖、东湖、上土湖浮游植物种类组成 种

依据浮游植物密度，道汊湖优势属有色球藻、微囊藻、平裂藻、鱼腥藻、长孢藻；东湖绿藻门优势属有衣藻、十字藻、盘星藻，蓝藻门优势属有色球藻、微囊藻、长孢藻；上土湖优势属有微囊藻、平裂藻、鱼腥藻、长孢藻。

2.2 浮游植物丰度和生物量

2018-2021 年道汊湖、东湖、上土湖浮游植物最高丰度均出现在2019 年春季，道汊湖、东湖最低丰度均出现在2018 年春季，上土湖最低丰度出现在2020 年春季（见图2）。2018-2019 年道汊湖浮游藻类最高丰度均是蓝藻，2020-2021 年春季浮游植物最高丰度是蓝藻和绿藻，秋季浮游植物最高丰度是硅藻；2018年春季东湖浮游藻类最高丰度是隐藻，秋季是绿藻，2019-2020 年春季东湖浮游植物最高丰度是绿藻，秋季是蓝藻，2021 年春季和秋季东湖浮游植物最高丰度都是蓝藻；2018-2020 年春季和秋季上土湖浮游藻类最高丰度均是蓝藻，2021 年春季东湖浮游植物最高丰度是绿藻和蓝藻，秋季是蓝藻和硅藻。2018-2021 年道汊湖和东湖浮游植物生物量总量最大值出现在2021 年秋季，东湖浮游植物生物量总量最大值出现在2018 年秋季，道汊湖浮游植物生物量最小值出现在2018 年春季，东湖浮游植物生物量最小值出现在2019 年秋季，上土湖浮游植物生物量最小值出现在2020 年春季（见图3）。2018 年春季-2020 年春季道汊湖浮游藻类最高丰度由硅藻到绿藻，2020 年秋季-2021 年秋季浮游植物最高丰度再由硅藻到绿藻，2018-2021 年东湖浮游藻类最高丰度由甲藻到绿藻到蓝藻再到绿藻、硅藻，2018-2021 年上土湖浮游藻类最高丰度由硅藻到绿藻、蓝藻再到硅藻、绿藻。

图2 道汊湖、东湖、上土湖不同年份浮游植物各类群丰度占比和生物量总量及占比

图3 道汊湖、东湖、上土湖不同年份浮游植物多样性指数、丰富度指数和均匀度指数

2.3 群落多样性

根据水质状况评价指标及标准，2018-2021 年，道汊湖D 变化范围为0.47～2.35（见图3）；东湖D 变化范围为0.24～1.60；上土湖D 变化范围为0.64～2.11，三个湖泊的水质状况总体处于重度-中度污染。2018-2021年，道汊湖H 变化范围为1.76～3.06，多样性最大值出现在2020 年春季，总体处于中-轻度污染，东湖H 变化范围为0.8～2.03，水质总体处于中度污染；上土湖H 变化范围为1.72～3.58，水质总体处于中-轻度污染。三个湖泊的多样性指数评价结果存在明显差异，且同年道汊湖、上土湖的水质状况春季优于秋季；东湖的水质状况为秋季优于春季。

2.4 水体理化指标

从图4 可知，2018-2021 年东湖、上土湖TP 均超标，东湖每年平均分别超标0.88 倍、3.7 倍、5.0 倍、4.7 倍，上土湖每年平均分别超标0.62 倍、1.3 倍、1.3 倍、0.7倍；2018-2021 年三个湖泊TN 变化范围分别为0.81～1.21mg/L、1.46～2.15mg/L、0.75～1.59mg/L，每年春季、秋季变化不大，2018-2021 年东湖CODMn年际波动较大，变化范围为3.3～10.8mg/L，道汊湖、上土湖CODMn年际变化不大；三个湖泊DO 在2018 年春秋季变化较大，上土湖Chla 含量年际变化较大。2018-2021 年道汊湖的富营养化状态从中度向轻度富营养转变；东湖的富营养化状态从轻度向中度富营养转变；上土湖总体处于中度富营养。

图4 2018-2021 年各湖泊水体理化指标变化趋势

2.5 浮游植物群落与环境因子的关系

根据理化因子指标，分别将道汊湖、上土湖的浮游植物的密度、生物量、DO、H、J 与WT、SD、光照强度、pH、TN、TP、NH4+-N、DO、Chla、CODMn等理化因子参数进行Pearson 相关性分析，结果见表4、5、6；由表可知，道汊湖浮游植物密度与DO 呈极显著负相关（P＜0.01），相关系数为-0.938，D 与WT、CODMn呈显著正相关（P＜0.05），相关系数分别为0.751、0.782，J 与透明度呈显著正相关（P＜0.05），相关系数为0.715；东湖的浮游植物密度与TP 和CODMn呈显著正相关（P＜0.05），相关系数分别为0.742、0.719，D 与透明度呈显著负相关（P＜0.05），H 与TN 呈显著正相关；上土湖的浮游植物密度与温度呈显著正相关，D 与透明度呈显著正相关（P＜0.05），与DO 呈显著负相关。分析可知，影响道汊湖最主要的环境因子是WT、SD、DO、CODMn；影响东湖最主要的环境因子是SD、TN、TP、CODMn；影响上土湖的主要环境因子是WT、SD、光照强度、DO、Chla。

表4 道汊湖浮游植物与环境因子的Pearson 相关性分析

表5 东湖浮游植物与环境因子的Pearson 相关性分析

表6 上土湖浮游植物与环境因子的Pearson 相关性分析

3 讨论

3.1 浮游植物群落结构特征

2018-2021 年道汊湖浮游植物群落演替过程为：硅藻-蓝藻型—蓝藻-绿藻—蓝藻-硅藻型；东湖浮游植物群落演替过程为：隐藻-绿藻型—绿藻-蓝藻型—蓝藻型；上土湖浮游植物群落演替过程为：硅藻-蓝藻型—蓝藻型—蓝藻-硅藻型。与国内众多富营养化河湖等研究结果相似[17]，说明道汊湖、东湖、上土湖浮游植物群落组成特征在国内河湖生态系统中比较常见。道汊湖是自然湖泊，人为影响相对较少；东湖是城镇景观湖，是周边居民生活污水汇集区，水体淤泥及污染物堆积深厚，湖泊水体封闭，流动性差，水体交换能力与自我净化能力较弱，导致氮磷等营养物质聚集，致使水体TN含量4 年来呈上升趋势（如图4），以致喜污染水体的蓝藻在生长中具有竞争优势，逐渐发展为东湖的优势浮游植物门类；上土湖是养殖性湖泊，其藻类群落结构比较稳定，说明养殖鱼类对藻类的生长具有一定的调控作用。

3.2 浮游植物群落结构与环境因子的关系

影响浮游植物生长的因素有很多，有研究表明，WT、TN、TP、DO、CODMn等都能对浮游植物产生影响[8]，除此之外，流域土地利用情况、湖泊形态等对浮游植物群落组成也有一定的影响[18]，水动力、浮游动物等能够直接影响浮游植物群落结构[19]。此次研究鄱阳县三个湖泊功能不同，影响其浮游植物的主要环境因子也有所不同，由于近几年温度异常现象的出现，2018-2021 年同月的温度相差较大，而温度能够直接影响浮游植物的光合作用，对浮游植物的影响也较大。道汊湖属自然湖泊，人类活动对其影响相对较小，TP 含量未超标，也未达到影响浮游植物生长的阈值，因而成为限制浮游植物生物量的因子。东湖是城镇景观湖，是周边居民生活区，且水体流动性较差，存在雨污合流制排水管，导致氮磷等营养物质聚集，致使氮磷含量超标。上土湖为养殖型湖泊，外源饵料的投喂等会增加水体氮磷含量，本次研究中，东湖、上土湖TN、TP 与生物量等并没有呈现相关性，说明当湖泊氮磷含量过于丰富，不构成限制浮游植物生长的因子。

4 结论

（1）2018-2021 年春、秋季鄱阳县三个湖泊共鉴定出浮游植物8 门73 种；三个湖泊浮游植物群落结构均以硅藻门、蓝藻门、绿藻门占比最大。

（2）研究期间道汊湖浮游植物群落组成由2018 年的硅藻和蓝藻为主，转变到2019 年的蓝藻为主再到2020-2021 年的蓝藻和硅藻为主的浮游植物群落结构；东湖浮游植物群落组成由2018 年的隐藻和绿藻为主，转变到2019-2020 年绿藻和蓝藻为主再到2021 年以蓝藻为主的浮游植物群落结构；上土湖浮游植物群落组成由2018 年的硅藻和蓝藻为主，转变到2019-2020年蓝藻为主再到2021 年以蓝藻和硅藻为主的浮游植物群落结构。

（3）2018-2021 年春季，道汊湖浮游植物生物量总体呈上升趋势，东湖浮游植物生物量在2018 年春季达到峰值后，呈下降趋势，上土湖浮游植物生物量2018年春季到2020 年春季呈上升后下降趋势，2020-2021年呈现春季下降秋季上升趋势。这也预示着受人类活动影响相对较小的自然湖泊道汊湖浮游植物生物量在未来几年可能还会增加。

（4）经过Pearson 相关性分析可知，影响道汊湖浮游植物群落结构变化的主要环境因子是WT、SD、DO、CODMn；影响东湖浮游植物群落结构变化的主要的环境因子是SD、TN、TP、CODMn；影响上土湖浮游植物群落结构变化的主要环境因子是WT、SD、光照强度、DO、Chla。