苏州七浦塘流域浮游植物群落特征及其与环境因子分析

陈延松，刘 宁，赵秀侠，张龙江，赵志强，唐晓燕，刘臣炜

（1.合肥师范学院，安徽 合肥230601；2.南京大学，江苏 南京210093；3.安徽省农业科学院，安徽 合肥230031；4.中国环境保护部 南京环境科学研究所，江苏 南京210042）

环境因子与浮游植物群落关系密切，浮游生物的种类组成、数量分布及其统计指标，在一定程度上可反映某水域生态环境的基本特征（Lepistöet al.，2004）。通过揭示影响水生生态系统的主导因子可对制定湖泊或河流流域水生生态管理策略提供科学依据（苏玉等，2011）。典范对应分析（CCA）是一种非线性的分析方法，它在湖泊及河流浮游生物的群落生态学研究中被广泛应用（Hansel－Welch et al.，2003；Dejen et al.，2004；苏玉等，2011；田永强等，2012）。它结合了对应分析与多元回归分析方法（Ter Braak，1986），并可同时结合多种环境因子，从而在同一排序图上能够更加全面地反应浮游植物群落与环境因子的关系，且结果明确直观，是分析生物群落与环境因子间复杂关系的有效工具（石晓丹等，2008）。

苏州七浦塘是苏州阳澄水网中阳澄湖与长江之间的一条重要通江河道，位于苏州市东北部，西起阳澄湖，向东流经常熟、昆山、太仓三市，于太仓七丫口入长江。阳澄湖是苏州地区重要的综合水源，也是昆山市区惟一饮用水源地的补给水源，对当地人民生活、社会工农业和渔业等起着关键作用（翁建中等，2009）。为了实现提高阳澄淀泖区防洪能力、阳澄湖饮用水源地的水质、河网水体流动性及区域水环境容量等目标，苏州市实施了七浦塘整治工程。七浦塘河道所连接的重要水体阳澄湖及长江的水质生态环境、浮游植物群落及其两者之间的关系已有一些文献报道（石晓丹等，2008；翁建中等，2009；徐恒省等，2011），但七浦塘主河道和入江口缓冲带以及阳澄湖的浮游植物群落结构特征空间变化未见报道。本研究试图通过对七浦塘主河道及其连接水体的浮游植物群落结构特征比较，揭示七浦塘流域浮游植物群落在水平格局上的变化规律；结合主成分分析（PCA）与典范对应分析（CCA）探讨浮游植物群落特征与主要环境因子的相关性，为利用浮游植物进行水质监测提供基础数据，为七浦塘整治工程生态与环境影响评价提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 调查区域与样点设置

调查区域西起阳澄湖向东流经常熟、昆山与太仓市入长江，河道全线长为43.84km，自阳澄湖至七浦塘共布设10个样点，样点共包括3类区域，即阳澄湖（F1、F2与F3）、七浦塘主河道（F4、F5、F6与F7）及七浦塘入长江口（F8、F9与F10）。样点分布详见图1。调查时间为2011年9月1－5日。

1.2 样品采集与处理

采样层：阳澄湖及七浦塘河道采样点水深均小于3m，依据淡水生物资源调查技术规范，作中层采样。

样本采集与固定：以25号浮游生物网（孔径64 μm）在中层水体呈“∞”字形捞取3－5分钟，并将滤取的样本放入标本瓶中，加4%的甲醛溶液固定，重复三次，带回实验室镜检鉴定（章宗涉等，1991；周凤霞等，2005；胡鸿钧等，2006）。

1.3 环境因子测定

依据《水和废水监测分析方法（第四版）》（国家环境保护总局，2002）与《中华人民共和国地表水环境质量标准（GB3838－2002）》进行水样采集、保存与测定，水质指标包括水温（WT）、酸碱度（pH）、悬浮物（SS）、溶解氧（DO）、氨氮（NH3－N）、总氮（TN）、总磷（TP）、氮磷比（N／P）、高锰酸盐指数（CODMn）、化学需氧量（COD）及叶绿素a（Chla），共11项指标。

图1 七浦塘浮游植物监测点位图

1.4 数据处理与分析

依据胡鸿钧等（2006）研究方法，用计数框行格法计数水样中浮游植物的个数，计算浮游植物密度（ind·L－1）。

物种多样性、丰富度及均匀度按下述方法进行：

物种多样性的计算采用Shannon－Weaver指数（H）（1963），其计算公式为：

物种丰富度指数（D）采用 Margalef（1968）的计算公式：

物种均匀度指数（J）采用Pielou（1966）的计算公式：

式中：N为某站点浮游动物总个体数；S为浮游植物种类总数；ni＝第i种的个体数量；Pi为第i种的个体数与样品中的总个数的比值（ni／N）；fi＝某种生物的出现频率（%）。

基于Microsoft Office Excel 2007及SPSS 13.0for Windows软件，对该流域内三类采样区域间浮游植物群落特征与环境因子进行差异显著性分析。采用Canoco for Windows 4.5软件对物种数据和环境数据进行典范对应分析（CCA），物种数据根据浮游植物丰度指标入选矩阵（Flores et al.，1998），环境数据根据主成分分析（PCA）结果入选矩阵，两类矩阵数据均经过lg（x＋1）转换，排序结果用物种－环境因子关系的双序图表示（Ng et al.，2003）。

2 结果与分析

2.1 浮游植物群落种类组成

调查水域共检出浮游植物57属113种，其中绿藻门的种类最多，有29属58种，占51.33%；硅藻门次之，有10属20种，占17.70%；裸藻门5属17种，占15.04%；蓝藻门9属12种，占10.62%；甲藻门3属4种，占3.54%，隐藻门1属2种，占1.77%。

从图2可以看出，点位F1、F9浮游植物种类较少，为29种；点位F2、F10与F7浮游植物种类较为丰富，分别为51种、50种和49种。其他各监测位点浮游植物种类数在32－46种之间。各监测点位浮游植物种类组成均表现为以绿藻种类多，硅藻、蓝藻及裸藻类次之，甲藻及隐藻类较少或未见。从总体来看，阳澄湖内与七浦塘入江口的浮游植物平均种类数几为相等，为40种，但七浦塘河道浮游植物平均种类数为43种，略高于阳澄湖内及七浦塘入江口。方差分析表明，三个区域在浮游植物组成上不存在显著性差异（F＝2.20，p＝0.19）。单因素方差分析（ANOVA）表明，除悬浮物外，其他10项环境因子指标值在三类区域（阳澄湖、七浦塘主河道及七浦塘入江口）间均存在显著性差异，见表1。

图2 七浦塘不同监测点位浮游植物种类组成

表1 七浦塘流域环境因子变量比较（平均数±标准误）

图3 七浦塘不同区域浮游植物密度不同字母表示差异显著（p＜0.05）

2.2 浮游植物丰度

调查水域内，浮游植物丰度水平分布呈现不均匀性，浮游植物的丰度范围为6.64～83.86×105ind·L－1。浮游植物数量密集区出现在F3、F1与F6点位，分别达到83.86×105ind·L－1、69.00×105ind·L－1与57.06×105ind·L－1；F8与F9点位浮游植物丰度最低，分别为16.64×105ind·L－1和18.49×105ind·L－1。总体而言，阳澄湖内浮游植物丰度较高，平均达66.97×105ind·L－1，七浦塘主河道次之，平均为48.93×105ind·L－1，七浦塘入江口最低，平均为24.07×105ind·L－1。方差分析表明，该流域三类区域之间，阳澄湖点位浮游植物平均丰度与七浦塘入江口浮游植物平均丰度存在显著差异（F＝3.83，p＝0.03），见图3。

2.3 浮游植物群落结构特征

浮游植物群落的各种参数变化可以在一定程度上反映出水域环境变化的状况，也可以作为环境质量评价的依据。由表2可见，调查水域浮游植物多样性指数（H）范围为1.48～3.32，丰富度指数（D）为1.67～4.60，均匀度指数（J）为0.45～0.81。优势度分析显示，各监测点位的优势种存在一定差异性。其中，F6与F7点位丰富度指数（D）、多样性指数（H）和均匀度指数（J）均较高，主要优势种为Micractiniumbornhemiensis、Actinastrumfluviatile及Planktonsphaeriagelatinosa等绿藻门大型藻；七浦塘入江口F10点位多样性指数（H）偏低，均匀度指数（J）也较低，物种分布不均匀，优势种为Microcystisaeruginsa和Coelosphaerium kützingianum，阳澄湖内点位也出现了以蓝藻门C.kützingianum与Oscillatoriafraca等种类以及硅藻门Melosiraspp.等占优势的多细胞、细胞直径小的类群，使得这两个区域内浮游植物总体密度呈现较高状态，但这两个区域的叶绿素a总体含量水平却都低于河道点位，见表1。

表2 七浦塘不同监测点位浮游植物群落结构指数

2.4 浮游植物与主要环境因子的关系

根据浮游植物出现频率和相对丰度，选取了17种优势浮游植物用于CCA分析，借于SPSS 13.0 for Windows因子分析，对测定的11项环境因子指标进行主成分分析（PCA），选取特征值 ＞1的第一主成分、第二主成分及第三主成分为主成分因子，其累积方差贡献率为91.4%，并筛选出因子载荷率绝对值大于0.75的水温（WT）、悬浮物（SS）、溶解氧（DO）、氨氮（NH3－N）、总氮（TN）、总磷（TP）、高锰酸盐指数（CODMn）及化学需氧量（COD）等8个主要水环境因子用于CCA分析。CCA分析结果显示，第一与第二排序轴的特征值分别为0.519和0.361，物种－环境与之的相关系数分别为0.998和0.999。物种变异积累百分数分别为24.9% 和42.3%；物种－环境变异积累百分数分别为29.4%和49.8%。Monte Carlo检验表明，水温（WT）、氨氮（NH3－N）、总氮（TN）、总磷（TP）及高锰酸盐指数（CODMn）是影响苏州七浦塘浮游植物群落的主要环境因子。

3 讨论

苏州七浦塘流域浮游植物群落群落结构存在显著的空间差异性。夏秋之交，各监测点位浮游植物种类组成总体表现为以绿藻种类多，硅藻、蓝藻及裸藻类次之，甲藻及隐藻类较少或未见的种类组成特征。浮游植物的数量分布与优势种及其优势度分析表明，在阳澄湖区、七浦塘主河道及七浦塘入江口区浮游植物群落结构存在显著差异，平均细胞数量分别达到66.97×105ind·L－1、48.93×105ind·L－1及24.07×105ind·L－1；在阳澄湖区及七浦塘入江口区表现出了以蓝藻类占明显优势的群落特征，而在七浦塘主河道则表现出以大型绿藻类为主要优势种的浮游植物群落。

Plankton Ecology Group（PEG）模式描述了淡水中浮游植物群落季节律动规律（Sommer et al.，1986），即：浮游植物群落演替大概是从冬季的隐藻和硅藻转变为夏季的绿藻，夏末则以蓝藻占优势。本研究结果表明，该流域浮游植物群落优势种表现出水平格局上一定程度的分化，但是从整体看，各点位浮游植物群落的种类组成及优势种分布规律在时间上还是表现出与PEG模式基本相符合的夏秋之交的浮游植物群落阶段特征。然而，造成七浦塘流域不同区域浮游植物群落结构分化的原因很可能与该流域不同区域的水体理化特性、人为干扰、浮游动物等诸多环境要素密切相关。

有研究表明，水体的富营养化程度与水体的理化因子及生物因子等各种环境要素密切相关（张乃群等，2006）。不同营养状态水域中分布的浮游藻类种类存在较大差异，常将浮游藻类的优势种作为综合分析某水体营养状态的一个指标（Coste et al.，1991；Prygiel，1991；赵臻彦等，2005），因为浮游藻类能快速对环境的变化做出反应，并且通过它们监测水质简单方便，因此其检测水质的的应用范围较广（Nwankwo et al.，1992）。翁建中等人通过对阳澄湖湖体2002至2007年浮游植物的优势种组成与数量分析认为，该水体处于轻度富营养化状态，并存在逐年加剧的趋势（翁建中等，2009）。本研究结果显示，从浮游植物种类组成来看，各监测点位均以绿藻类占优势；从优势种及其优势度分析结果来看，阳澄湖区与七浦塘入江口区以蓝藻类占优势表现明显。说明近年来苏州七浦塘流域在夏秋之交时，呈现出以蓝藻及绿藻类浮游植物占优势的浮游植物群落，已发展为富营养型水体（赵臻彦等，2005）。

湖泊及河流等水体的浮游植物群落结构及其动态演替规律是受多个环境因子在时间和空间序列上共同作用的结果（Reynolds，1998）。由该水体浮游植物优势种与主要环境因子CCA分析得出的双轴排序图4可以看出，在第一排序轴上，浮球藻P.gelatinosa与总氮（TN）、氨氮（NH3－N）具有较高的正相关性；四尾栅藻S.quadricauda与总磷（TP）及氨氮（NH3－N）具有较高的正相关性；固氮鱼腥藻A.azotica与水温（WT）具有较好的正相关性。断裂颤藻O.fraca、近旋颤藻O.subcontorta及华丽四星藻T.elegans与高锰酸盐指数具有较高的正相关性。在第二排序轴上，断裂颤藻O.fraca、近旋颤藻O.subcontorta及华丽四星藻T.elegans与高锰酸盐指数（CODMn）具有较好的正相关性；而居氏腔球藻C.kützingianum、铜绿微囊藻M.aeruginsa、点形平列藻M.punctana及细小平裂藻M.minima与悬浮物（SS）存在正相关性。另外，位于物种－环境双序图中心位置且具有较高丰度的变异直链藻M.varians、颗粒直链藻M.granulata、颗粒直链藻极狭变种M.granulatavar.angustissima及啮噬隐藻C.erosa则可看作是对多变环境的广适种（石晓丹等，2008），有研究表明，较高的水温有利于绿藻和蓝藻的生长（Nalewajko，2001）。蓝藻生长最适温度为25－35℃，在较高的水体温度下，容易发展成为优势种（Konopka et al.，1978；Robarts et al.，1987）。绿藻常对高锰酸盐指数及氮磷富营养状态水体具有较高的耐受限度，也易演替为优势种。所以，在夏秋交替季节，从阳澄湖经七浦塘主河道至入江口范围内，由于水体温度与富营养状态及其配置的空间异质性，导致七浦塘流域水体在不同区域出现了以不同蓝绿藻组合为主要优势种组的浮游植物群落。石晓丹等人对苏州平原河网区57个浅水湖泊的浮游植物群落结构及其与环境因子的典范对应分析认为，pH、水温（WT）、高锰酸盐指数 （CODMn）、氨氮 （NH3－N）、硝 态 氮 （NO3－－N）、总磷（TP）和总氮（TN）是影响苏州平原河网区浅水湖泊浮游植物群落分布的主要环境因子（石晓丹等，2008）。本研究结果显示，水体温度（WT）、总氮（TN）、氨氮（NH3－N）、总磷（TP）及高锰酸盐指数（CODMn）等环境因子是七浦塘流域夏秋之交浮游植物群落的主要限制因子，也是造成该流域浮游植物群落结构水平分化的主要环境要素。

图4 七浦塘浮游植物优势种与环境因子之间CCA排序图

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