扬州境内湖泊浮游植物群落结构及其与环境因子的关系

扬州境内湖泊浮游植物群落结构及其与环境因子的关系

吴小伟,刘平

(江苏省水文水资源勘测局扬州分局,江苏 扬州225002)

摘要：2013年5月—2014年5月对扬州境内3个湖泊(高邮湖、邵伯湖和宝应湖)的浮游植物群落组成与水环境因子进行监测,运用相关系数法和典范对应分析(CCA)法分析了浮游植物群落结构与环境因子之间的关系。结果表明:3个湖泊的群落组成均主要以硅藻、绿藻为主要优势种群,群落结构的季节变化趋势较为相似;水温、N、P是影响3个湖泊浮游植物数量的主要环境因子;CCA分析结果表明,水温和TN是影响高邮湖浮游植物群落分布的主要环境因子,-N、TP和pH是影响邵伯湖浮游植物群落分布的主要环境因子,-N和TP是影响宝应湖浮游植物群落分布的主要环境因子。

关键词：浮游植物群落;环境因子;相关系数法;典范对应分析;高邮湖;邵伯湖;宝应湖

DOI：10.3880/j.issn.1004-6933.2015.05.009 10.3880/j.issn.1004-6933.2015.05.014 10.3880/j.issn.1004-6933.2015.05.010

作者简介:吴小伟(1980—),男,工程师,主要从事水环境监测和水污染治理工作与研究。E-mail:kimhes2000@vip.qq.com

中图分类号：X173

文献标志码：A

文章编号：1004-6933(2015)05-0047-06

Abstract：The phytoplankton community and water environmental factors in three lakes (Gaoyou Lake,Shaobo Lake and Baoying Lake) in Yangzhou City were monitored since May 2013 till May 2014. The relationship between the variations of phytoplankton and environmental factors was analyzed using the correlation coefficient method and canonical correspondence analysis (CCA).-N and total phosphorus in Baoying Lake.

收稿日期：(2014-07-29编辑：彭桃英)

Phytoplankton community structure and its relationship with

environmental factors in lakes in Yangzhou

WU Xiaowei,LIU Ping

(JiangsuProvinceHydrologyandWaterResourcesInvestigationBureau,Yangzhou225002,China)

Key words： phytoplankton community; environmental factors; correlation coefficient method; canonical correspondence analysis (CCA); Gaoyou Lake; Shaobo Lake; Baoying Lake

浮游植物的种类组成和分布对环境变化具有指示作用,环境条件的变化也能直接或间接地影响浮游植物的群落结构[1]。近几年,国内许多科研人员对不同区域湖泊(太湖、巢湖、白洋淀、上海淀山湖、湖北洪湖、宁夏沙湖等[2-11])中的浮游植物与环境因子的关系开展了研究,取得了颇多成果。但是关于扬州境内湖泊浮游植物的群落结构及其与环境因子变化还鲜有报道。

笔者通过对扬州市境内高邮湖、邵伯湖和宝应湖3个湖泊中浮游植物群落和环境因子的调查和测定,运用相关关系分析和典范对应分析(canonical correspondence analysis,CCA)等统计学方法,探讨浮游植物群落分布与环境因子之间的关系,剖析影响浮游植物群落分布的主要环境因子,为扬州湖泊水质改善及其生态修复提供理论依据。

1材料与方法

1.1调查区概况

高邮湖地处苏皖交界,北与洪泽湖水系相连接,南与长江水系相连通,东临江苏高邮,西接安徽天长,湖区主属江苏省,是江苏省第三大湖,属浅水型湖泊,水域总面积为760.67km2,在扬州市高邮境内水域面积392.82km2。邵伯湖属淮河下游地区入江水道水系,为浅水湖泊,面积146km2,主要承泄淮河来水,是淮水入江的主要通道,以新民滩控制线为界,以上为高邮湖,以下为邵伯湖,行洪期间两湖连为一片,行洪后期利用控制线上的漫水闸控制高邮湖蓄水。宝应湖属淮河流域入江水道水系,为草型浅水湖泊,面积为38.69km2。

1.2采样点和采样时间

根据各个湖泊特征,设置不同的采样点,见图1。高邮湖设置了4个采样点,分别为界首(G1)、马棚(G2)、水位站(G3)和郭集(G4);邵伯湖设置了4个采样点,分别为送桥(S1)、公道(S2)、陶庄(S3)和六闸(S4);宝应湖设置了3个采样点,分别为刘堡(B1)、华家庄(B2)和退水闸(B3)。采样时间为2013年5月、8月、11月和2014年2月、5月。

图1　湖泊采样点示意图

1.3浮游植物的采集与鉴定

采集水体表层0.5m处1L水样,加鲁哥试剂固定,静置沉淀48h后浓缩至30mL。取0.1mL样品放入浮游植物计数框内镜检,进行分类鉴别,并计算出浮游植物细胞个数[12-15]。

1.4水体理化指标的测定

1.5数据分析

浮游植物数量与环境因子的相关性采用SPSS17.0进行分析;应用CANOCO4.5进行典范对应分析(CCA),将浮游植物数量进行lg(X+1)转换,各环境因子也都进行标准化处理。

多样性分析用香农-威纳(Shannon-Wiener index)多样性指数H′和Pielou均匀度指数J。

(1)

J=H′/log2S

(2)

式中:Pi为站位中第i种浮游植物占站位中总浮游植物的比例;Ni为站位中第i种浮游植物的个数;N为站位中浮游植物总个数;S为站位中浮游植物总种数。

2结果与讨论

2.1浮游植物种类组成

2013年5月至2014年5月,高邮湖共检出浮游植物8门71属153种,邵伯湖共检出浮游植物8门61属136种,宝应湖共检出浮游植物8门66属156种。表1列出了3个湖泊浮游植物种类组成。3个湖泊浮游植物均主要以绿藻、硅藻、蓝藻和裸藻为主,其中绿藻最多,硅藻次之,为湖泊中的主要优势种群。

表1　3个湖泊浮游植物种类组成

高邮湖水体中绿藻主要由小球藻属、四角藻属、纤维藻属、月牙藻属、卵囊藻属、栅藻属和弓形藻属组成,硅藻主要由直链藻属、小环藻属、脆杆藻属、舟形藻属、菱形藻属和肋缝藻属组成,蓝藻主要由鱼腥藻属、伪鱼腥藻属、平裂藻属和颤藻属组成,裸藻主要由鳞孔藻属、扁裸藻属和囊裸藻属组成,隐藻主要由尖尾蓝隐藻和啮蚀隐藻组成,金藻主要由北方金杯藻和分歧椎囊藻组成,黄藻主要由小型黄丝藻组成。

表3　高邮湖浮游植物优势种与水质因子的相关性分析

注:*表示显著相关,P<0.05(双尾检验)。

邵伯湖水体中绿藻主要由小球藻属、四角藻属、纤维藻属、月牙藻属、卵囊藻属、栅藻属和丝藻属组成,硅藻主要由直链藻属、小环藻属、脆杆藻属和肋缝藻属组成,蓝藻主要由颤藻属、伪鱼腥藻属和色球藻属组成,裸藻主要由鳞孔藻属、扁裸藻属和囊裸藻属组成,隐藻主要由尖尾蓝隐藻和啮蚀隐藻组成,金藻主要由北方金杯藻组成,黄藻主要由短圆柱单肠藻和小型黄丝藻组成。

宝应湖水体中绿藻主要由小球藻属、四角藻属、月牙藻属、卵囊藻属、栅藻属和十字藻属组成,硅藻主要由直链藻属、小环藻属、脆杆藻属、舟形藻属、曲壳藻属和肋缝藻属组成,蓝藻主要由色球藻属、平裂藻属和颤藻属组成,裸藻主要由鳞孔藻属和扁裸藻属组成,隐藻主要由尖尾蓝隐藻、卵形隐藻、反曲隐藻和啮蚀隐藻组成,甲藻主要由带多甲藻组成,金藻主要由北方金杯藻和分歧椎囊藻组成。

季节变化上来看,3个湖泊总种数量均在8月最多,2月降至最低。其中,绿藻种类变化显著,2月份绿藻最少,尤其是宝应湖绿藻减少显著;蓝藻在8月份均显著增加,随后逐渐减少,2月份至最低;硅藻和裸藻随季节变化不大;其他藻类种类及变幅均较小。每个湖泊中不同采样点的变化趋势一致,种类数量均于2月份降至最低。

2.2浮游植物数量及生物量

2013年5月至2014年5月,3个湖泊浮游植物数量及生物量变化见表2。从表2可以看出,浮游植物细胞数量和生物量在夏季均明显增加,其他季节变化相对平缓。

从细胞数量上来看,硅藻门和绿藻门数量相当,而且全年均占有相对高的比例,为优势种群;其次为蓝藻门,仅在夏季上升为优势种群;隐藻门在冬季数量增多,变为优势种群。从生物量上来看,一年中硅藻门为绝对优势种群,占比较高;其次为绿藻门和蓝藻门。

经计算,高邮湖水体中细胞丰度较高的优势种有小环藻、卷曲纤维藻、尖尾蓝隐藻、湖泊伪鱼腥藻;

表2　2013年5月—2014年5月3个湖泊

生物量较多的优势种有颗粒直链藻、岛直链藻、尖针杆藻。邵伯湖水体中细胞丰度较多的优势种有小球藻、尖尾蓝隐藻、卷曲纤维藻、菱形肋缝藻;生物量较多的优势种有小环藻、尖尾蓝隐藻、巨颤藻。宝应湖水体中细胞丰度较多的优势种有尖尾蓝隐藻、小球藻、小形色球藻、栅藻;生物量较多的优势种有双头针杆藻、反曲隐藻、尖尾蓝隐藻。

2.3浮游植物群落的多样性分析

2013年5月—2014年5月,3个湖泊浮游植物的香农-威纳多样性指数和Pielou均匀度指数变化情况见图2。由图2可见,3个湖泊浮游植物多样性和均匀度较好,年度变化趋势平缓,多样性指数均大于3.0,均匀度指数均大于0.7,表明群落种类组成的稳定程度及其数量分布均匀程度较高。

图2　多样性和均匀度的季节变化

2.4浮游植物与水质因子相关性分析

表4　邵伯湖浮游植物优势种与水质因子的相关性分析

注:*表示显著相关,P<0.05;**表示极显著相关,P<0.01(双尾检验)。

表5　宝应湖浮游植物优势种与水质因子的相关性分析

注:*表示显著相关,P<0.05(双尾检验) 。

分析高邮湖浮游植物优势种与水质因子的相关性,结果表明,高邮湖浮游植物群落总数量与水温呈显著正相关;优势种卷曲纤维藻数量与pH呈显著正相关;湖泊伪鱼腥藻数量与水温呈显著正相关;尖尾蓝隐藻数量与氮磷营养盐正相关;硅藻门的3种优势藻与环境因子的相关关系不显著。

综上可以看出,3个湖泊优势种中的几种硅藻与环境因子相关性不大,蓝藻与温度T正相关,隐藻及绿藻中的小球藻和栅藻主要与氮磷等营养盐有一定的正相关性。

2.5浮游植物主要属(种)数量和环境因子的CCA排序分析

根据浮游植物出现的频度和相对密度,高邮湖、邵伯湖和宝应湖分别选取了21种(属)、19种(属)和20种(属)浮游植物用于CCA分析,浮游植物的代码见表6。

表6　CCA分析中浮游植物种类代码

图3~5分别反映了高邮湖、邵伯湖和宝应湖浮游植物群落与环境因子间的关系,从排序图上明显反映出浮游植物对环境条件的不同适应特点。3个排序图中环境因子轴与物种排序轴之间的相关系数分别为0.995和0.942、0.940和0.918、0.993和0.989;两个物种排序轴近似垂直;两个环境排序轴间的相关系数都为0,说明排序轴与环境因子间线性结合的程度较好地反映了物种与环境之间的关系,排序结果是可靠的[17]。

图3　高邮湖浮游植物主要属(种)与环境因子的双轴排序

图4　邵伯湖浮游植物主要属(种)与 环境因子的双轴排序

图5　宝应湖浮游植物主要属(种)与环境因子的双轴排序

2.6浮游植物与环境因子相关性的原因探讨

扬州境内3个湖泊的浮游植物群落组成均主要以绿藻、硅藻、蓝藻为主,群落结构的季节变化规律较为相似,温度高时种类和数量均增加,硅藻和绿藻在全年不同时期均占优势,而蓝藻受温度影响较大,夏季骤增,冬季骤减。这种季节变化上的相似性可能是因为3个湖泊均为浅水型湖泊,水温的变化影响着水体物理化学和生物活动,从而影响水体上下层的交换、营养盐的生化循环和分布。夏季水温高,物质循环加快,营养盐含量增大,浮游植物生物量增大,出现浮游植物密度高峰。硅藻和绿藻对水温和光照有很好的适应能力,在不同季节均能获得优势地位;而蓝藻适温较高,水温上升,蓝藻大幅度增加,水温下降,蓝藻亦大幅度减少;其他藻类数量相对较少,与水温关系不明显。

影响扬州境内湖泊浮游植物群落结构的环境因子主要有水温、pH及N、P等,不同湖泊的主要影响因子略有差异。3个湖泊虽同为浅水型湖泊,但亦有不同,高邮湖大而浅,且湖面常起风浪,物质循环较快。宝应湖相对小而深,属草型湖泊,水体透明度较高,相对较封闭。邵伯湖小而浅,水体相对较浑,湖内养殖较少。有文献[4]报道,pH值与藻类初级生产力呈显著正相关,杨丽标等[18]研究表明,藻类种群分布与水体pH值的相关性可能是由于不同环境条件下藻类种群的生长繁殖变化导致水体pH值变化所致。高邮湖和宝应湖由于大面积养殖导致氮磷营养盐成为水环境主要的变化因子,氮、磷等营养元素能调节浮游植物的生长,在一定浓度范围内氮、磷对浮游植物的生长有促进作用,过低的氮、磷质量浓度会限制浮游植物的数量[19],过高的氮、磷质量浓度不仅会导致富营养化,还会导致浮游植物种类组成发生变化[20]。养殖差异导致湖泊的氮磷质量浓度和氮磷比不同,是导致其对3个湖泊群落结构影响程度不同的一个主要因素。

3结 论

a. 高邮湖共鉴定浮游植物8门71属153种,细胞丰度变化范围为5.00×106～6.7×106cells/L,生物量较高的优势种有颗粒直链藻、岛直链藻、尖针杆藻;邵伯湖共鉴定浮游植物8门61属136种,细胞丰度变化范围为4.95×106～6.03×106cells/L,生物量较高的优势种有小环藻、尖尾蓝隐藻、巨颤藻;宝应湖共鉴定浮游植物8门66属156种,细胞丰度变化范围为5.00×106～6.7×106cells/L,生物量较高的优势种有双头针杆藻、反曲隐藻、尖尾蓝隐藻。

d. 3个湖泊均为长江中下游浅水型湖泊,群落结构的季节变化规律较为相似。3个湖泊的水深、养殖结构及规模相差较大,养殖差异导致氮磷比不同,这些因素是造成不同湖泊群落结构影响因子不同的重要原因。

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