太湖五里湖着生藻类群落结构特征分析

丁 娜，徐东坡，刘 凯，周彦锋*

(1．南京农业大学 无锡渔业学院，江苏 无锡 214081;2．农业部长江下游渔业资源环境科学观测实验站，中国水产科学研究院内陆渔业生态环境和资源重点开放实验室，中国水产科学研究院淡水渔业研究中心，江苏 无锡 214081)

水体富营养化是近半个多世纪以来重大的世界性水环境问题，五里湖是太湖北部紧邻无锡市的一个湖湾，湖区相对封闭，其容积为8．24×106m3，平均水深1．60 m，实际属于浅水型城郊湖泊［1］。20世纪50年代后期以来由于受到围湖造田、渔业养殖、水利工程和城市污水等影响，该湖区现已成为太湖富营养化最严重的水域［2-3］，其生态环境的监测和治理日益得到政府的重视，目前政府已运用生态重建等诸多技术措施治理其富营养化，并取得了初步令人满意的效果［4］。

着生藻类，又称周丛藻类，是一种生活在水体基质上的附着生物［5］。着生藻类位于水生生态系统食物链的底端，分布范围广，并且能够敏感响应水环境状况的变化，尤其是在N、P等无机营养盐浓度方面，因此着生藻类的生物量，生物多样性和群落结构是淡水湖泊富营养化和水质监测的良好指示生物［6］。国内外对着生藻类的研究很多，其热点集中在着生藻类对于不同营养水平的响应和资源调查方面［7-13］。已有研究表明，不同营养水平下着生藻类的种群和数量分布是有差别的，这种特征可作为水体不同营养水平检测的生物指标之一，并开始在一些浅水湖泊中得到应用。但对于城郊湖泊五里湖中着生藻类的群落特征目前鲜见报道。本文对五里湖着生藻类的群落结构特征进行了系统调查，对着生藻类的季节变化趋势，以及其与底质因子间的相互关系进行分析，探讨了太湖五里湖的着生藻类群落结构及其生态意义，进而为五里湖着生藻类的水质生物监测评价应用提供可行性依据，为生态治理五里湖提供一定的科学依据，同时也为寻求五里湖富营养化的发展变化原因和趋势提供一些参考。

1 材料与方法

1．1 采样点的分布

依据五里湖的不同地势、不同底质和着生藻类的生长条件沿湖岸一周选择了以下8个研究位点(图1)。其中2、3、7采样点底质以淤泥为主，石块较少，周丛生物多附着在水草上;1、4、5采样点底质为石块和沙石，周丛生物多附着在石块上，而6和8号采样点底质较为复杂，固着岸边阶上，或岸边泥土之中皆有。

1．2 样品的采集与处理

选取50 cm×3 cm竹片作为人工基质，将竹片削平，同时用型号P240的干磨砂纸打磨光滑。在8个研究位点，每月分别垂直插放32根竹片于沿岸带约50 cm深的水中，每个样点放置4根人工基质。有研究表明:人工基质经过2～4周的培养即可代表天然基质上的着生藻类群落［14］，五里湖着生藻类调查过程中，人工基质回收的时间间隔为20～25 d。在2009年5月—2010年6月，每月下旬，在每个研究位点随机收集培养超过20 d的人工基质3根，用毛刷将整个人工基质上的着生藻类刮至敞口容器中，并用蒸馏水将基质冲洗多次，现场加入鲁哥试剂固定，带回室内静置沉淀24 h后浓缩并定容至50 mL供镜鉴，其中硅藻的预处理参照胡鸿钧［15］的方法，在光学显微镜(×103)下，用视野法对硅藻的永久制片进行计数，每片计数不得少于500个。依据《中国淡水藻类》［15］、《中国淡水生物图谱》［16］和《淡水生物学》［17］进行着生藻类种类的鉴定，并按种计数，最后计算出人工基质上每个采样点的藻密度(ind．/cm2)。

图1 五里湖着生藻类采样站位Fig．1 Sampling stations of periphytic algae in Wuli Lake

水环境指标监测:共5项，包括物理指标透明度(SD)，总氮(TN)、总磷(TP)、高锰酸钾指数(CODMn)、叶绿素a(Chla)等5项化学指标;样品采集和保存依据《水和废水监测分析方法(第四版)》［18］进行，样品测定依据《中华人民共和国地表水环境质量标准》［19］进行。

1．3 数据分析

根据浮游植物的Pielou均匀度指数(J，Pielou)、Mcnaughton优势度指数(Y，Mcnaughton index)和香农-威纳多样性指数(H，Shannon-Wiener index)对太湖五里湖着生藻类的生态学特征进行分析评价。上述各项指数的计算公式如下:

式中，H为多样性指数;J为均匀度指数;Y为优势度指数;ni为站位中i种的个数;N为站位中着生藻类总个数;fi为i种在各站位中出现的频率;S为站位中着生藻类总种数;Pi为站位中i种在站位中出现的频率。

2 结果与分析

2．1 五里湖水质指标

2009年5月—2010年6月，五里湖5项逐月水环境指标的年均值范围分别是:SD为18．50～53．50 cm，TN 为 1．38～2．54 mg/L，TP 为 0．08～0．18 mg/L，CODMn为 3．85～6．15 mg/L，Chla 为 0．005～0．046 mg/m3。与陈开宁［4］2004年1月—2005年12月对五里湖水质调查结果相比，五里湖TP和TN等污染物质量浓度明显下降。采用修正卡尔森营养状态指数(TSIM)来评价湖区的营养化类型，修正卡尔森营养状态指数法采用0～100的一系列数字对湖泊营养状态分级，TSI指数在37以下为贫营养，38～53 为中营养，54 以上为富营养［20］。调查结果显示五里湖 TSI变化范围为 53．16～55．68，均值为 54．42，表明着生藻类采样点水域水质处于富营养状态。

2．2 着生藻类结构组成

2009年5月—2010年6月，通过对五里湖进行12次调查采样，着生藻类共鉴定出绿藻(Chlorophyta)、硅藻(Bacillariophyta)、蓝藻(Cyanophyta)、裸藻(Euglenophyta)、隐藻(Cryptophyta)5 门 34 属 43种(包括变种)。其中硅藻种数最多，12属24种，占着生藻类总种数的55．81%;其次为绿藻17属16种，占着生藻类总种数的37．21%;蓝藻3属3种，占着生藻类总种数的6．98%;隐藻1属2种，占着生藻类总种数的4．65%;祼藻1属1种，占着生藻类总种数的2．33%(表1)。调查结果表明五里湖着生藻类的种类组成以硅藻门和绿藻门为主，这与袁信芳［8］对太湖着生藻类群落结构的调查结果一致。

五里湖人工基质上着生藻类种属的季节分布情况见表2。由表2可知，五里湖人工基质上着生藻类的分布随季节变化表现出明显的规律性，水温较低的冬季，着生藻类种类数最低为18属25种，而水温较高的夏季，着生藻类的种类数和细胞数均达到最大，为23属34种，着生藻类种类数的变化与水温呈正相关性，这与杨红军等［18］的研究结果相吻合。五里湖人工基质上着生藻类种类数的季节分布规律具体表现为夏季种类最多，秋季节次之，冬季的种类数最少。

2．3 优势种

以优势度指数Y＞0．02定位优势种［19］，2009年5月—2010年6月，五里湖着生藻类优势种共发现4门20种，分别为硅藻门的双头舟形藻、美丽舟形藻、瞳孔舟形藻、胡斯特桥弯藻、缢缩异极藻、微细异极藻、细布纹藻、双头针杆藻、肘状针杆藻、尖布纹藻、细小桥弯藻和线形菱形藻;绿藻门的小球藻、脆弱刚毛藻、尾丝藻、优美胶毛藻，四尾栅藻和实球藻;蓝藻门的小颤藻和隐藻门的卵形隐藻，其中硅藻门的种类为全年优势种。五里湖人工基质上着生藻类在春季以脆弱刚毛藻、颗粒直链变异藻和针杆藻为主要优势种，夏季着生藻类群落以美丽舟形藻、瞳孔舟形藻和尖布纹藻为主要优势种类，秋季群落均以脆弱刚毛藻、优美胶毛藻和尾丝藻占绝对优势，而冬季着生藻类群落以舟形藻和针杆藻为绝对优势钟。

表1 2009—2010年五里湖着生藻类种类组成Tab．1 Composition of periphytic algae species in W uli Lake

表2 五里湖着生藻类门属种季节分布Tab．2 Annual change of periphytic algae species composition in W uli Lake

2．4 着生藻类数量分布特征

2009年5 月—2010 年6 月，五里湖人工基质上着生藻类密度的变化范围为(0．88～2．73)×104ind．/cm2，平均值为1．95×104ind．/cm2(图2)，最高数量出现在8月份，最低数量出现在12月份。结果显示五里湖人工基质上着生藻类密度的分布随季节变化表现出明显的规律性，由大到小依次为夏季、秋季、春季、冬季。其中春季着生藻类数量为 5．31×104ind．/cm2，夏季7．53×104ind．/cm2，秋季7．23×104ind．/cm2，冬季3．35×104ind．/cm2。

五里湖人工基质上着生藻类的分布在底质不同的空间上表现出一定的差异性，底质以淤泥为主的2、3、7号采样点着生藻类年平均数量为3．90×104ind．/cm2，底质以沙石为主的1、4、5号采样点着生藻类年平均数量为1．82×104ind．/cm2，而6和8号采样点底质介于二者之间，底质较为复杂，其着生藻类年平均数量为 2．09×104ind．/cm2。

图2 五里湖着生藻类数量周年变化Fig．2 Annual change of abundance of phytoplankton in Wuli Lake

2．5 五里湖着生藻类香农-威纳多样性指数及Pielou均匀度

从着生藻类香农－威纳多样性指数分析结果(表3)可以看出，2009年5月—2010年6月五里湖人工基质上着生藻类香农-威纳多样性指数变化范围为2．12～2．94，平均值为2．50，表明五里湖人工基质上着生藻类分配的均匀程度较高，群落稳定性好。其中7月的香农－威纳多样性指数最大，1月香农－威纳多样性指数最小。从季节变化上看，夏季的着生藻类香农-威纳多样性指数较高，春季和冬季着生藻类的香农-威纳多样性指数相对较低;着生藻类Pielou均匀度指数变化在0．76～0．88，平均为0．85;其中7月的Pielou均匀度指数最大，1月Pielou均匀度指数最小。且调查期间着生藻类Pielou均匀度指数均大于0．7，说明五里湖着生藻类均匀度较好。从季节变化上看均匀度与多样性指数呈现同样变化规律。

表3 五里湖着生藻类多样性指数和均匀度指数Tab．3 Diversity indexes and uniform ity index of periphytic algae in W uli Lake

3 讨论

五里湖着生藻类群落组成为5门43种，硅藻种类占总种数的55．81%，而五里湖浮游植物群落组成共7门64种，绿藻种数具有绝对优势，着生藻类种类组成上与浮游植物差异较为明显;同时浮游植物数量的峰值出现在春季［20］，浮游植物数量的全年变化趋势与着生藻类同样存在差异。这可能与着生藻类的生长特性有关，同时着生藻类与浮游植物之间是否存在关联有待进一步研究。五里湖人工基质上着生藻类的种类数、密度、多样性指数均在夏季达到全年最高水平，而冬季则最少，说明着生藻类种类数的变化与水温具有一定的关联性，同时夏季着生藻类种类最为丰富，每个物种占总种数的比例较为均匀，故在夏季其多样性指数和均匀度指数较高;其群落结构组成与凌旌瑾［21］、Debenay［22］和袁信芳［8］对不同地区着生藻类的研究结论相似的，说明不同地区着生藻类的组成大体上基本相似。

五里湖着生藻类群落结构特征和生物量在不同底质空间上有明显的差异，其原因一方面是五里湖着生藻类研究位点的水体环境因底质不同而存在差异，而着生藻类群落在时间和空间上受到各种环境因素如光照、水流、水化学以及捕食压力的共同作用。袁信芳等［8］研究表明太湖着生藻类的数量分布为藻型湖泊＞过渡型＞草型，也证明着生藻类群落一定程度上受到水体环境的影响;另一方面五里湖水位较浅，底质为沙石水域的微生境较淤泥底质水域更容易受到外界干扰，导致该水域着生藻类数量丰富度较差。有研究［10］表明湖泊边缘或浅水部分底部通常是粗糙的，由大小不同的岩石或沙石组成，而因波浪或其他因素的影响，湖泊浅水地带由岩石或沙石组成的微生境发生变化要大一些，而变化的微生境对着生藻类群落的分布和数量影响很大。

较为稳定的群落具有较高的多样性和均匀度［20］，优势种种数及其数量对群落结构的稳定性同样具有重要影响，优势种种类数越多且优势度越小，则群落结构越复杂、稳定［23］。五里湖着生藻类优势种种类数目占其种类总数的46．51%，且优势度不高，而着生藻类群落多样性平均值为2．50，均匀度平均值为0．85。表明五里湖着生藻类群落结构比较复杂，稳定，生物多样性较好。

物种多样性是衡量一定区域内生物资源丰富程度的一个客观指标，当许多浮游植物种类的信息结合到一起成为某种指数时，能够更有效地运用于水环境评价［24］，Shannon-Wiener多样性指数H＞3时，表示水环境清洁;当3＞H＞2时，表示水环境轻度污染;当2＞H≥1时，表示水环境中度污染;当1＞H≥0时，表示水环境重度污染［25］。调查结果表明2009年5月—2010年6月五里湖8个采样点的水质表现为轻度污染，与宋晓兰［26］等的研究结果相比，五里湖水质发生了一定的变化。表征水体富营养化的舟形藻属、脆杆藻属和异极藻属［27］全年在各个站点中均有发现，同时舟形藻属的种类是五里湖着生藻类群落结构的优势种，春秋季节富营养化指示藻类-刚毛藻属为主要优势种。从着生藻类指示来看，所调查的五里湖处于不同程度的富营养化状态，该结果与多样性指数评价结果相矛盾，其原因一方面是由于生物监测更多的是一种定性描述，难以进行定量分析［28］，另一方面同一种藻类在不同地域可能指示不同的污染状况［29］。因此着生藻类群落调查过程中，不能单一的利用多样性指数和藻类指示进行水环境质量评价，生物监测应与理化监测相结合，以提高监测结果的准确性和可靠性。

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