浙江紧水滩水库浮游植物群落结构季节变化特征

2013-12-19胡鸿钧晁爱敏谢慰法岑竞仪吕颂辉

生态学报 2013年3期

张华，胡鸿钧，晁爱敏，谢慰法，岑竞仪，吕颂辉，*

(1.暨南大学赤潮与海洋生物学研究中心，广州 510632;2.中国科学院武汉植物园，武汉 430074;3.浙江省环境监测中心，杭州 310015;4.丽水市环境监测中心，丽水 323000)

浮游植物是水生态系统的初级生产者，是水生态系统食物链中最基础最重要的一个环节，其种类和数量的变化直接或间接地影响着其他水生生物的分布和密度，甚至会影响整个生态系统的稳定［1］。浮游植物对水体条件变化的响应灵敏，是水质监测的重要生物类群，其种类组成、数量分布及丰度的季节变化是其群落结构动态的重要特征，也是判断水体富营养化的关键指标之一［2］。不同营养型水体，浮游植物群落结构具有不同特点［3－5］。贫营养型水体中浮游植物生长主要受营养盐限制［6］，中营养型水体是一种过渡类型，相对而言，浮游植物群落结构要复杂得多［7］。浮游植物的组成和数量通常具有明显的季节变化，这种变化主要是由季节性的外在因素所决定，如水温和水体的滞留时间会导致水体中营养盐负荷等的变化，从而影响浮游植物的种类组成和数量［8］。

水库是一类特殊水体，由于地域差异，其浮游植物群落结构变化和水体营养状态存在明显不同［9－11］，同时受人类活动影响，我国一些重要水库富营养化加快［12］，关于水库生态学、水质管理等研究越来越受重视［13］。目前对紧水滩水库流域的研究集中在降水、气候、养殖等方面［14－16］，关于紧水滩水库浮游植物群落结构和季节变化的研究还未见报道，本文旨在研究紧水滩水库浮游植物群落结构和季节变化的生态学特征，并对水库水质进行评价，为富营养化防治提供基础资料和科学依据，对保护其水资源具有重要的现实意义。

1 材料与方法

1.1 采样地点及频率

紧水滩水库是浙江省第二大水系瓯江上游龙泉溪段的梯级水电站水库，位于浙江西南山区的丽水市云和县境内，地理位置在东经 118°41'—120°26'和北纬 27°25'—28°57'之间，水库全长 60 km，集水面积 2762 km2。紧水滩水库流域地处亚热带季风气候区，年平均气温11.5—18.3℃，年均降水量1400—2275 mm。降水主要集中在春、夏两季5月至7月上旬的梅汛期，及7—9月的台风干旱期(受台风影响)［15］。

根据干流及支流的走向，从上游至大坝处共设6个采样点:道太码头(S1)、安仁口(S2)、安仁(S3)、龙云交界(S4)、赤石(S5)和坝前(S6)(图1)。其中，S1在6个站点中水位最低，S1和S3靠近生活区，S4位于干流和支流交汇附近，S6位于水库电站大坝处，水位较高。本次研究于2010年1、3、5、7、9、11月进行6次样品采集。

1.2 样品采集与分析

图1 紧水滩水库采样站位分布图Fig.1 Sampling sites in Jinshuitan Reservoir

按常规浮游生物调查方法［18］进行样品采集与观察，定量样品用5 L采水器在水下0.5 m处采集水样1 L，定性样品用25号浮游生物网在不同方向和深度拖取，定量、定性样品现场加鲁格氏固定液至浓度为1%，经48 h静置沉淀后浓缩至50 mL。用0.1 mL浮游植物计数框在光学显微镜Olympus BX－51下进行浮游藻类定量计数，根据相关文献［19－33］对所有定性、定量样品进行种类鉴定，样品经酸处理制片作硅藻鉴定观察。

1.3 环境因子的测定方法［34］

总氮采用过硫酸钾氧化紫外分光光度法;总磷采用钼锑抗分光光度法;叶绿素a采用分光光度法。

1.4 多样性分析方法

浮游植物分析计算公式［35］如下:

式中，Pi=Ni/N，为第i种个体数量在总个体数量中的比例;Ni为第i种在样品中的个体数量;N为样品中所有种个体总数;S为总种类数。

1.5 统计分析及作图方法

采用SPSS 17.0中的Pearson相关性分析;采用Origin 8.0软件作图。

1.6 水质评价方法

采用综合营养状态指数法［36］TSI(∑)，其公式为:，式中TSI(∑ )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;TSI(j)为第j种参数的营养状态指数;m为评价参数的个数。

2 结果与分析

2.1 浮游植物种类组成

在6次采样监测中，共鉴定出浮游植物284种，隶属于7门105属。各门种数及其所占比例见表1，种类名录见表2。紧水滩水库浮游植物主要是绿藻、硅藻和蓝藻，同时还有少量甲藻、金藻、隐藻和裸藻。绿藻门角星鼓藻属(Staurastrum)种类最多，共17种，其次是栅藻属(Scenedesmus)16种，硅藻门最多的是舟形藻属(Navicula)11种。

表1 紧水滩水库浮游植物种类组成Table 1 Phytoplakton composition in Jinshuitan Reservoir

表2 紧水滩浮游植物名录Table 2 Phytoplakton species in Jinshuitan Reservoir

续表

2.2 浮游植物群落结构特征

调查期间浮游植物种类数量存在季节性差异(P=0＜0.01，F=19.39＞F0.05=2.26)，不同站点在同一季节的群落结构具相似性，主要由绿藻、硅藻和蓝藻组成，绿藻占比例较高(图2)，1月和3月各站点绿藻都达20%左右，1月S6绿藻高达50%。除5月和7月个别站点外，5、7、9、11月其它站点绿藻比例在50%—70%。春季蓝藻较硅藻多，1、3月大部分站点蓝藻占比例在25%左右，在1月S2和3月S4、S5蓝藻比例达40%以上。秋、冬季硅藻较蓝藻多，除个别站点，7、9、11月硅藻比例都在20%—30%。出现少量甲藻、金藻、隐藻和裸藻，5、7月未发现金藻，其它季节金藻比例非常低，裸藻仅出现在极少站点。

2.3 浮游植物种类数季节变化

紧水滩水库浮游植物种类数随时间变化较大，差异明显，具有一定的季节特征(图3)。1、3和5月种类数较少，3月最低，总共62种，5月上升为83种，7月形成小高峰，7月为全年种类最多，共121种，其次是9月，共120种，11月种类减少，共117种。

2.4 浮游植物细胞丰度的变化

紧水滩水库浮游植物细胞丰度在调查期间季节变化明显，细胞丰度高峰区在春季，秋、冬季节较低，见表3。浮游植物细胞丰度在调查周年内变化范围是1.04×105—3.70×106个/L，全年细胞丰度平均值为9.62×105个/L。全年出现两个细胞丰度高峰，最高值出现在1月，细胞丰度为3.70×106个/L，平均为2.09×106个/L，其次是11月，细胞丰度平均为1.43×106个/L。细胞丰度低值出现在9月，平均为2.67×105个/L。从站点来看，最高值出现在S1，细胞丰度平均为1.36 ×106个/L，其次是S3，细胞丰度平均为1.31 ×106个/L，最低值出现在S6，细胞丰度平均为5.16 ×105个/L，上游浮游植物细胞平均丰度明显大于下游的，即:S1＞S3＞S4＞S5＞S2＞S6。

表3 紧水滩水库浮游植物细胞丰度季节变化/(×104个/L)Table 3 Seasonal changes of Phytoplankton cell abundance Jinshuitan Reservoir

图2 浮游植物群落结构组成Fig.2 Phytoplankton community composition in Jinshuitan Reservoir

2.5 浮游植物优势种的组成特征

紧水滩水库浮游植物优势种类在各调查期间变化较大，优势种细胞丰度及其在总细胞丰度中所占比例差异较大(表4)。绿藻、硅藻和蓝藻是主要组成种类，优势种也主要由这三类组成，从细胞丰度及其所占比例来看，硅藻和部分蓝藻比绿藻具更大的优势。颗粒直链藻极狭变种为1、3月优势种，其1月的细胞丰度达71.08×104个/L，是调查期间细胞丰度最高的种类，所占比例也达到33.99%，在3月的细胞丰度达10.02×104个/L，所占比例为8.54%。颗粒直链藻弯曲变种为1、11月优势种，细胞丰度分别达49.45×104个/L和18.29×104个/L，所占比例分别为23.65%和12.75%。值得注意的是，3月出现的螺旋长孢藻细胞丰度达到54.27×104个/L，占该月细胞总数的46.28%。布纹微囊藻在3月细胞数量所占比例达到19.83%，但其只在1、3、5月出现。其它蓝藻如密胞欧氏藻和微小隐杆藻虽是3、5月的优势种，但细胞丰度都较低，所占比例也只有7%左右。优势种中绿藻虽种类多，但细胞丰度和所占比例都很低。

2.6 浮游植物群落结构多样性

调查期间多样性指数 H'变化范围为1.76—4.64，平均值3.09，丰富度指数 D 变化范围为0.48—2.80，平均值为 1.62，均匀度指数 J变化范围为 0.51—1.26，平均值为0.91，见表5。多样性指数H'、丰富度指数D、均匀度指数J最高值分别出现在7、11、5月，多样性指数H'、丰富度指数D最低值都出现在3月，均匀度指数J最低值出现在11月。从平均值来看，该水库整体多样性指数H'为:7月＞9月＞11月＞5月＞1月＞3月;丰富度指数D为:11月＞7月＞9月＞＞1月＞5月＞3月;均匀度指数J为:7月＞9月＞5月＞3月＞1月＞11月，整体多样性夏、秋季节要高于冬、春季节。各站点多样性指数H'和均匀度指数J变化趋势相似，1、3月较低，5月开始上升，7、9月达到高峰，11月下降。丰富度指数D变化也类似，7、9、11月要明显高于1、3、5月的，11月达到最高。

图3 紧水滩浮游植物种数季节变化Fig.3 Seasonal changes of species numbers of different sites

表4 紧水滩水库浮游植物优势种细胞丰度及其所占比例Table 4 Composition of dominant species and their cell abundance and percentage of phytoplankton in Jinshuitan Reservoir in each study season

表5 紧水滩水库浮游植物多样性季节变化Table 5 Seasonal changes of phytoplankton Diversity in Jinshuitan Reservoir

2.7 浮游植物与环境因子之间的关系

环境因子见表6。Pearson相关性分析表明紧水滩水库浮游植物细胞丰度与总磷、叶绿素呈显著正相关(r=0.292、0.143 ，P ＜ 0.01)，与水温、总氮、透明度呈显著负相关(r= －0.605、－0.384、－0.18，P ＜ 0.01);浮游植物的种数与水温、总氮、总磷呈显著负相关(r= －0.187、－0.3、－0.466，P＜ 0.01)。结果表明水温和营养盐是紧水滩水库浮游植物群落结构变化的主要影响因子。

表6 紧水滩水库环境因子Table 6 Environmental factors in Jinshuitan Reservoir

2.8 紧水滩水库水质评价

按常用的TSI综合营养状态指数划分标准，并结合湖泊营养类型评价的藻类生物学指标，评价紧水滩水库水质，结果见表7。

TSI(∑)＜30为贫营养，30≤TSI(∑)≤50为中营养，TSI(∑)＞50为富营养。评价结果表明，紧水滩水库水质为中营养到中－富营养水平。

3 讨论

3.1 浮游植物群落结构

紧水滩水库浮游植物群落结构季节变化明显，主要由绿藻、蓝藻和硅藻组成，但春季蓝藻较硅藻多，秋、冬季硅藻较蓝藻多，S1、S4及S6藻类的多样性相对较高。紧水滩浮游植物种类组成与抚仙湖的相似［37］，抚仙湖浮游植物种类数绿藻＞蓝藻＞硅藻，但与中营养型的鹤地水库不同，鹤地水库浮游植物主要有蓝藻和硅藻，其蓝藻生物量与水温的相关性极显著，水温通过影响蓝藻生物量的季节变化而影响鹤地水库浮游植物生物量的季节变化［7］，在适宜于蓝藻生长的环境中，蓝藻在数量上以绝对的优势超过绿藻，成为水体中明显的优势类群。紧水滩水库部分站点或季节蓝藻细胞丰度非常高，如螺旋长孢藻达到5.78×105个/L，此时蓝藻对生物量的贡献大于绿藻和硅藻。紧水滩水库浮游植物细胞丰度整体上上游大于下游，但上游S2细胞丰度较低，这与鹤地水库的情况相似［7］。

枯水期水温低、光照弱，水体不分层，小环藻，颗粒直链藻，模糊直链藻，根管藻在丰度和生物量上均占优势。这些硅藻比重较大，在水流紊乱的环境易成为优势种，且具有很强的捕获光能力，对外界光照强度的改变能迅速反应，有很强的光合作用能力［38］。紧水滩水库11月、1月的优势种类主要是直链藻属，11月温度在21℃左右，且N/P较接近16，适宜硅藻生长。一般认为，绿藻为中营养型水体优势种，蓝藻为富营养型水体优势种［39］，紧水滩水库3、7、9月优势种主要是绿藻和蓝藻，这些种类也指示了该水库中营养、中－富营养的水质特点。

3.2 浮游植物群落结构变化的影响因子

水温是浮游植物的分布结构重要的影响因子，有些蓝藻和绿藻则仅在夏天水温较高时出现［40］，Cairns研究发现20℃左右时硅藻为主，30℃绿藻为主，40℃蓝藻为主［41］。调查期间紧水滩水库7月和9月水温最高，平均为27.5℃和30.9℃，7月和9月种类数最多且主要种类为绿藻、蓝藻。水温超过藻类生长的最适温度会引起藻类迅速死亡［42］，7月和9月藻类细胞丰度却较低，可能水温已经超过大多数藻类生长的最适温度。轻度干扰易导致多样性高峰［43］，7月、9月温度的提高可能是对藻类轻度干扰，导致其均匀度高，优势度低，多样性高。

水体中营养盐特别是N、P是藻类生长最主要的元素［44］，约以16∶1的原子数比被吸收［45］，N/P比值变化会影响浮游植物群落结构的改变，N/P比失衡对硅藻的影响特别明显［46］。紧水滩水库5月、7月、9月、11月N/P比均值分别为13、25、43和18.7，高N/P比说明水体已高度磷限制，7、9、11月藻类组成及数量变化受N/P比影响较大。水体中N、P转化方式和效率不同，P转化比N要慢，P还与内源性释放有关，短期内不会有大的变化，但紧水滩水库N、P变化受降水影响，库区降雨主要在5—7月，调查期间5月降水较多，水体中N、P都较高，特别是P，大量泥沙随降水入库，水体透明度非常低，藻类生长慢，细胞丰度和种类都较低。

3.3 紧水滩水库的水质评价

TSI(Σ)及优势种、多样性指标显示调查期间紧水滩水库水质为中营养到中－富营养，这可能与上游入库水体营养状况、采样点附近居民生活污水排放、库区周围植被破坏有关。历史数据显示2003年紧水滩水域水质状况较好，列入地表水GB3838—2002标准的所测项目都达到Ⅱ类水标准，其中硝酸盐、亚硝酸盐达Ⅰ类水标准，因此对其水质继续监测和防治进一步污染是必要的。

致谢:感谢浙江省环境监测中心、丽水市环境监测站协助本研究的采样工作及提供理化监测数据。

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