小兴凯湖5月份浮游植物群落及其与环境因子的典范对应1)

于洪贤 张力文 马成学 姜 明 袁宇翔

(东北林业大学，哈尔滨，150040) (中国科学院湿地生态与环境重点实验室(中国科学院东北地理与农业生态研究所))

责任编辑:程 红。

小兴凯湖地处大兴凯湖北边，是中国内湖。小兴凯湖与大兴凯湖被一条长90 km 的天然沙坝隔开，沙坝最宽处约1 km;海拔69 m。小兴凯湖北面连接穆棱河，南与大兴凯湖相通［1－3］。随着经济发展，近年来对兴凯湖的开发力度也随之增大，伴随着旅游业的开发，人口也逐渐增多，生活污水和农田退水的大量排放，导致水体局部发生富营养化污染，引发小兴凯湖水生生物种类发生变化，湿地生态系统也被破坏［4－5］。近年来对小兴凯湖的研究非常少，大多数研究都集中在大兴凯湖上，而小兴凯湖与大兴凯湖有密切的联系，小兴凯湖浮游植物变化将会对大湖产生一定影响［6］，2013年5月份小兴凯湖上的东北泡子漂满死鱼。在这种隐患下，笔者于2013年5月在小兴凯湖设12 个样点，采集浮游植物样品及水体样品进行调查研究，并运用CCA 分析浮游植物群落与各环境因子间的相关联系，为小兴凯湖的进一步治理、保护与恢复提供科学依据和基础资料。

1 材料与方法

1.1 样点设定与采集

依据小兴凯湖的生态状况和地理特征，在5月份调查时共设置12 个采样点，分别是1#承紫河、2#857 农场25 队、3#西地河、4#第二新开口、5#东新开口5 km、6#兴凯湖农场31 队、7#二闸、8#一闸、9#湖心、10#白鱼滩、11#新开流、12#管委会(图1)。

浮游植物定量样品:由于小兴凯湖水较浅，只在湖水的表层(距水面0.5 m)采取水样1 L，加入鲁哥氏溶液带回实验室进行24 h 固定，固定后浓缩至30 mL，取0.1 mL 置于浮游植物计数框内，在40 倍的显微镜下选取200 个视野进行计数、分析和鉴定［7］。在采取浮游植物样品的同时也进行水化学样品的采集，使用YSI － 6600 水质监测仪现场测定水温(WT)、酸碱值(pH)、电导率(COND)、叶绿素a(chla))、浊度(NTU)，用塞奇氏盘测定透明度(SD)等，具体测定方法参照《水和废水监测分析方法》［8－9］。

图1 小兴凯湖浮游植物采样点分布示意图

1.2 数据处理

采用Shannon － Wiener 指数(H')、Pielou 均匀度指数(J')及优势度(y)［10－11］描述小兴凯湖浮游植物群落结构及多样性特征。

②Pielou 均匀度指数J' =H'/log2S。

③优势度y=(ni/N)·fi。式中:ni为单个藻的个数;N 为一个样点所有藻的个数;S 为采集样品中的种类总数;fi为第i 种在各样点出现的频率。y ＞0.02 时定为优势种。

运用Canoco for windows 4.5 软件对浮游植物的丰度值和相关环境因子进行CCA 分析处理，物种的丰度值要进行lg(x + 1)处理使之趋于正态分布［12－13］。本研究筛选物种5月出现频度≥30%，丰度占全月丰度的0.1%以上。

2 结果与分析

2.1 浮游植物的种类组成

经镜检，小兴凯湖5月份浮游植物共6 门49 种及变种，其中绿藻门种数最多，为19 种，约占总数的39%;硅藻门次之，18 种，占总数的37%;蓝藻门6种，占总数的12%;金藻门3 种，占总数的6%;隐藻门2 种，占总数的4%;裸藻门1 种，占总数的2%。

2.2 浮游植物的丰度与生物量

由表1可见，浮游植物丰度为(76.8～937.2)×104ind·L－1，最高值出现在7#采样点，为937.2 ×104ind·L－1，最低值出现在3#采样点，为76.8 ×104ind·L－1。其样点的丰度排序为7#＞8#＞9#＞5#＞1#＞11#＞4#＞6#＞12#＞2#＞10#＞3#。生物量为0.66～7.62 mg·L－1，最大值出现在7#采样点，为7.62 mg·L－1，最小值出现在3#采样点，为0.66 mg·L－1。小兴凯湖5月份浮游植物丰度与生物量的变化趋势相同，峰值都出现在7#样点，最低值都出现在3#样点。

表1 小兴凯湖5月份不同样点浮游植物丰度和生物量

2.3 浮游植物多样性

5月份小兴凯湖浮游植物由于采样点的不同出现了一定程度的差别，为了避免单一多样性指数分析的不确定性，采用浮游植物多样性分析常用中的Shannon－wiener 指数(H')、和Pielou(J')指数［14］进行分析。Shannon－wiener 指数为2.40～3.56，其中7#采样点明显高于其他样点，而1#采样点最低。根据评价标准:0～1 为重污染，＞1～3 为中污染，＞3 为轻污染或无污染判别，7#采样点为无污染或轻度污染，1#采样点为中度污染;Pielou 均匀度指数为0.50～0.85，其中6#采样点为最高点，而1#采样点仍为最低。依据评价标准:0～0.3 重污染，＞0.3～0.5 中污染，＞0.5～0.8为轻污染或无污染评价，6#采样点为无污染或轻污染，1#采样点为中度污染(表2)。

2.4 优势种

根据y ＞0.02 为优势种的标准来确定优势种。小兴凯湖5月份优势种以硅藻门和绿藻门为主，包括硅藻门的短线脆杆藻(Fragilaria brevistriata)、钝脆杆藻(Fragilaria capucina)、尖针杆藻(Synedra acus)、肘状针杆藻(Synedra ulna)和梅尼小环藻(Cyclotella meneghiniana);绿藻门的卵形衣藻(Chlamydomonas ovalis)、球衣藻(Chlamydomonas globosa)和狭形纤维藻(Ankistrodesmus angustus)(表3)。

表2 小兴凯湖5月份浮游植物多样性水平分布

表3 小兴凯湖5月份浮游植物优势种组成

2.5 浮游植物典范对应分析

用CCA 对小兴凯湖5月份所筛选出的23 种浮游植物与12 种环境因子的关系进行分析(月出现频度≥30%)，结果显示总磷、总氮和总有机碳对浮游植物分布的影响最大，而氯离子、硝酸根离子、透明度和pH 值也对浮游植物分布产生显著影响(图2)。

3 讨论

3.1 浮游植物多样性分析及水质评价

本研究采用Shannon －wiener 指数和Pielou 均匀度指数来评价小兴凯湖5月份浮游植物的多样性特征。结果表明:小兴凯湖5月份Shannon －wiener指数为2.40～3.56;Pielou 均匀度指数为0.50～0.85，7#＞6#＞8#＞5#＞9#＞12#＞4#＞11#＞3#＞2#＞10#＞1#。水质评价结果显示，小兴凯湖水质状况均处于贫污－中污之间。其中1#采样点承紫河多样性指数最低，水质最差，这是由于1#采样点是农田退水的主要排放口，农业污染对水质产生显著影响。同时2#、3#、4#采样点也是农田退水排放口，多样性指数也较低;而10#、11#、12#采样点位于人类活动较密集的地带，生活污水的排放和人类活动的干扰明显增加，因此多样性指数也较低;9#采样点是湖心处，人为干扰较少，多样性指数有所提高;5#、6#采样点的上游是湿地核心区，湿地植被丰富，对水体产生较好的净化作用，因此水质较好，呈无污染或轻污染状态;7#、8#采样点距离较远，人为污染相对较小，水质也相对较好。可见，小兴凯湖受农田退水与人类活动影响十分显著。

图2 小兴凯湖主要浮游植物与环境因子之间的CCA 排序

3.2 环境因子对浮游植物的影响

CCA 排序图能很好地解释物种与环境的内在联系，由CCA 双轴图可见，影响5月份小兴凯湖浮游植物的主要环境因子为总磷、总氮、总有机碳、硝酸根离子、氯离子、酸碱值、浊度和透明度。

在湖泊中，总氮和总磷是影响浮游植物生长的关键营养盐。Glibert 也说过水体中的营养盐会直接影响浮游植物光合作用的活性［15－16］，如图2所示，多数硅藻都与其呈正相关状态，其中作为优势种的钝脆杆藻与其相关性最为显著。说明总磷、总氮高的情况下，钝脆杆藻生长较快，其它硅藻虽与总氮、总磷的正相关性不明显，但由于优势种钝脆杆藻作为中污的指示种，可以推断出，总磷、总氮是小兴凯湖呈中污状态的主要驱动力。李冰［17］的研究也说明，对于藻类植物的增殖来说，氮和磷是主要的限制性营养元素。除了营养盐之外，透明度与浊度也是限制浮游植物生长的主要环境因子，5月份小兴凯湖水体含沙量较高，农田退水和生活污水中含有大量悬浮颗粒，使水体浊度增加，导致NTU 与蓝藻、金藻和隠藻呈负相关，限制藻类的正常生长。

4 结论

2013年5月份小兴凯湖浮游植物共检测出6门49 种及变种，包括绿藻门、硅藻门、蓝藻门、金藻门、隐藻门和裸藻门，其优势藻种都位于硅藻门和绿藻门。CCA 排列结果表明，总磷、总氮和总有机碳是影响小兴凯湖5月份浮游植物分布的重要环境因子;硝酸根离子、氯离子、酸碱值、浊度和透明度也对浮游植物分布有一定影响。浮游植物丰度和生物量在7#采样点为最大值，1#采样点最低。Shannon －wiener 指数、Pielou 均匀度指数的评价结果一致，1#采样点污染最为严重，5#、6#、7#、8#和9#采样点为无污染或轻度污染，其余样点全部处于中度污染。农田退水和生活污水的排放是小兴凯湖污染的主要驱动力。

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