碧流河水库及其流域河流浮游植物的群落结构研究

李 媛， 赵 文， 张家卫， 魏 杰， 蔡志龙， 谢在刚， 陈慧黠

(1. 大连海洋大学 水产与生命学院 辽宁省水生生物学重点实验室, 大连 116023;2. 大连市碧流河水库管理局, 大连 116221)

碧流河水库及其流域河流浮游植物的群落结构研究

李 媛1， 赵 文1， 张家卫1， 魏 杰1， 蔡志龙1， 谢在刚2， 陈慧黠1

(1. 大连海洋大学 水产与生命学院 辽宁省水生生物学重点实验室, 大连 116023;2. 大连市碧流河水库管理局, 大连 116221)

摘要为评价碧流河水库污染状况和对未来发展提供指导依据，于2014年8月至2015年5月按季度采样研究碧流河水库及其流域河流理化因子、浮游植物种类组成、密度、生物量及物种多样性，结合典范对应分析(CCA)研究了它们之间的关系。结果表明：共发现浮游植物8门124属310种，其中蓝藻门17属35种，硅藻门26属86种，裸藻门9属20种，绿藻门59属148种，其它分别是甲藻门、金藻门、黄藻门及隐藻门。碧流河流域4个季度优势种种类多，且优势度不高。河流附着藻优势种为硅藻，库区优势种存在季节差异。碧流河浮游植物密度和生物量变化在0.28～1.23×107ind./L和1.41～5.50 mg/L之间，从数量上看，浮游植物密度5月最高，8月次之，之后是10月和1月。多样性指数和均匀度指数较好，群落结构较为稳定。CCA 分析表明TP、TN、DO、亚硝酸氮，氨氮与整个库区浮游植物密度、生物量、叶绿素a含量具有相关性。库区内整体营养状态处于中营养型，并与历史资料进行了比较，表明碧流河近年来水质状况趋于稳定，未有较大变化。

关键词碧流河水库；河流；附着藻；群落结构；典型对应分析

浮游植物是鱼类的天然饵料，亦是湖泊营养物质生产和传输的重要环节[1]，其种群变动和群落结构直接影响生态系统的结构和功能。浮游植物的时空变化特征与环境因子有密切关系，是多个环境因子在时间和空间上综合作用的结果。因此，浮游植物的群落结构特征也是评价水体的重要指标。

碧流河水库位于普兰店、庄河和盖州三市交界的碧流河干流上，是辽南地区以供水、灌溉兼顾防洪、发电、渔业旅游等为一体的大型水库。近年随着水库周围尤其是上游工业、饮食业、医疗业等的发展，对河道水质造成了一定的污染[2, 3]，因此对碧流河水库及其流域水质监测具有重要意义。金英学等[4]针对碧流河水文系列的延长和上游玉石水库的修建论述了碧流河流域的水文特性。何志辉曾经对碧流河水库的水化学、浮游生物和初级生产力进行研究[5]。杜瑜等[6]、赵文等[7]对碧流河水库底栖动物进行调查，从而重新估测渔产力，并对水库水质进行了评价。林成先[8]对碧流河水库生态问题进行了分析并提出了防控对策。张双翼和孙娟[9]运用单指标法、综合污染指数法、模糊数学综合评价法和富营养化评价对碧流河水库水质进行了全面的评价及分析。随着大连国际化城市建设和工农业发展，碧流河水库的水资源保护日趋重要。目前，辽宁正在进行水资源调度，使大伙房水库客水进入碧流河水库，故对碧流河水库及其流域水生态进行调查研究意义重大。本文对碧流河水库及其流域的环境因子及浮游植物进行了研究，以期进行碧流河水库资源环境现状评优及其为评价该水库污染状况和未来发展提供理论依据。

1材料与方法

1.1调查水域及站位设置

2014年8月—2015年5月4个季度共进行水化学和浮游植物采样4次。水库5个断面共16个点，丰水期和枯水期采集蛤蜊河、八家河、碧流河等河流和附着藻共18个点，调查范围及站位设置见图1。

1.2样品采集及处理方法

用玻璃钢采水器采集浮游植物1 L，摇匀后用1.5%鲁哥氏液进行固定，沉淀48 h，去除上清液，收集藻类细胞，定容至30 mL，用浮游植物计数框在光学显微镜(40×10)下进行观察和计数[10, 11]，计算藻类密度和生物量[12]。

1.3测定指标及分析方法

测定的指标有水温、pH值、透明度、水深、COD、叶绿素a、氮磷指标[13]等。浮游植物指标有密度、优势度、多样性指数、综合营养状态指数等[14]。本次研究中，采用多重比较法对物种和生境因子进行相关性分析，采用典范对应分析法(CCA)对物种和生态环境因子进行排序分析。

图1 碧流河水库及河流采样站位

A：碧流河入库口；B：蛤蜊河入库口；C：库区中游；D：八家河入库口；E：坝前；BG1～3：碧流河；BZ1：太平庄河；BZ2；卧龙河；GL1～3：蛤蜊河；八家河为八家河样点

2结果

2.1碧流河流域水质指标

库区内pH值变化范围为6.99～9.09，其中8月最高，1月最低。溶氧在7.17～11.57 mg/L之间变化，其中1月最高，8月最低。化学需氧量(COD)在10月份最高为3.32 mg/L，5月最低。总磷浓度在0.01～0.44 mg/L之间变化，总氮浓度在1.098～2.964 mg/L之间变化，不同季度营养盐浓度差异显著(P<0.01)。整体来看8月营养盐浓度高于其他月份。叶绿素a含量平均值为12.953 mg/L，其中10月最高为22.735 mg/L，1月最低为2.075 mg/L。COD与pH值、温度呈显著相关(P<0.05)，叶绿素a与pH值、温度呈显著相关(P<0.01)。

通过SPSS 20.0对碧流河水库与河流水质指标进行相关性分析，库区与河流的总磷、总氮、COD、pH值显著相关(P<0.01)，Chla存在显著差异(P<0.01)。

2.2浮游植物群落分布和组成

此次调查中，共发现浮游植物8门124属310种(包括变种)，水库绿藻门种类最多，共有52属122种，占库区总种数的51.91%(见图2)，其次硅藻门56种，占比23.83%。河流硅藻门种类最多，为25属59种，占比45.74%，绿藻门次之为46种。附着藻分布与河流基本一致，种属微有差异，主要为硅藻门24属71种，绿藻门35属54种。库区与河流种属具有异同，但就物种数总体来说水库>附着藻>河流。

图2 碧流河水库及河流浮游植物、附着藻各门类物种数

2.3优势种

从表1可知，库区优势种主要是蓝藻、硅藻、绿藻，优势种优势度不明显。其中优势度最大的是5月份的尖针杆藻(0.501)。优势度存在明显的季节变化，8、10月优势度最大的是绿藻门和蓝藻门。1、5月优势度最大的是硅藻门。

河流和附着藻优势种同样集中在蓝藻、硅藻、绿藻，优势度最大的是5月份的附着藻弧形短缝藻(Eunotiaarcus)，其优势度为0.486。5、10月优势度最大的均是硅藻门。

表1 水库及河流浮游植物、附着藻优势种(优势度)

2.4密度和生物量

经调查，如图3，库区浮游植物密度变化范围0.28×107～1.23×107ind./L，生物量变化范围1.41～5.50 mg/L，其中5月份生物量显著高于其他月份(P<0.01)。密度最高值分别是次高值和最低值的1.03和4.39倍，生物量最高值分别是次高值和最低值的2.01和3.9倍，说明浮游植物密度季间变化大。河流密度变化范围0.32～0.34×107ind./L，生物量变化范围2.67～40.88 mg/L。河流附着藻密度变化范围9.11～9.32×109ind./m2，附着藻生物量变化范围6.887～60.189 g/m2。

图3 碧流河库区、河流浮游植物及河流附着藻的密度、生物量

经调查(图4)，河流和附着藻浮游植物密度百分比均以硅藻门最大，绿藻门次之。水库硅藻门和绿藻门所占比例相同，均是最大。不同的季节浮游植物密度存在很大差异，是因为不同季节浮游植物种类存在差异，因此其密度也会存在差异。库区浮游植物密度和温度、pH值、溶氧、总磷、总氮、叶绿素a呈显著相关(P<0.01)。

河流和附着藻浮游植物生物量百分比均以蓝藻门最大，硅藻门次之。水库硅藻门所占比例最大，其次是绿藻门。浮游植物生物量变化与密度变化不太一致，主要是因为浮游植物种类差异造成的。河流和附着藻浮游植物密度均以硅藻门为主，而生物量却以蓝藻门为主，是因为生物量不仅与细胞密度有关，还与细胞个体大小相关。相对于硅藻而言，河流也出现了大型蓝藻如巨颤藻。

2.5多样性指数和均匀度指数

如图5所示，碧流河库区及河流多样性指数变化范围3.30～3.89。总体来说上游高于中下游，说明上游浮游植物群落结构的复杂程度和稳定性高于下游。可能是因为入库河流带来部分营养盐和有机质导致上游营养盐丰富，浮游植物群落大量繁殖，多样性指数大。河流多样性指数均高于库区，说明河流浮游植物群落结构的复杂程度和稳定性高于库区。按照多样性指数与水体污染程度关系[15]来判断，调查期间碧流河流域处于轻度污染或无污染状态。

图4 碧流河水库库区河流浮游植物、河流附着藻的密度、生物量百分比

A1、B1、C1分别为库区浮游植物、河流浮游植物、河流附着藻的密度百分比；A2、B2、C2分别为库区浮游植物、河流浮游植物、河流附着藻的生物量百分比

库区及河流均匀度指数变化为0.61～0.80。均匀度指数用来评价浮游植物的多样性更为直观、清晰，能够反映各物种个体数目分配的均匀程度。通常以均匀度大于0.3作为浮游植物多样性较好的标准进行综合评价[16]。因此可见库区和河流浮游植物均匀度较好。均匀度指数变化与多样性指数一致。可见碧流河及其流域浮游植物多样性指数和均匀度指数均较好，群落结构稳定。

图5 碧流河水库及河流各断面及河流的多样性指数和均匀度指数

A、B、C、D、E为库区5个断面，BJH为八家河，BLH为碧流河以及支流，GLH为蛤蜊河，BJH附为八家河附着藻，BLH附为碧流河以及支流附着藻，GLH附为蛤蜊河附着藻。

2.6群落结构与环境因子间的CCA分析

1为A点；2为B点；3～5为C左、中、右；6为D点；7～9为E左、中、右。COD：化学需氧量；SD：透明度；DO：溶氧；TN：总氮； TP：总磷；pb：浮游植物生物量；pd：浮游植物密度；chla：叶绿素a含量；PH：浮游植物多样性指数；PJ：浮游植物均匀度指数

由图6可看出，TP、TN、DO、PH、亚硝酸氮，氨氮位于排序轴右上方，与整个库区浮游植物密度、生物量、叶绿素a含量具有相关性，COD、亚硝酸盐位于排序轴右下方，与浮游植物多样性指数、均匀度指数呈正相关。B、D断面的浮游植物密度、生物量、叶绿素a与整个库区比较接近，A、C右与整个库区多样性指数、均匀度指数更为相关，其中C右的均匀度指数与库区整体最为接近。

评价标准：MTSI<1为极贫营养性；1～3为贫营养性；2～5为中营养型；4～7为富营养型；6～10为极富营养型

2.7综合营养状态指数

本研究采用营养状态指数法对碧流河水库富营养化进行综合评价，评价指标包括叶绿素a、总磷、透明度指标3项参数，计算出营养状态指数值(表2)，均属于中营养型水平。此调查结果与谢再刚[2]一致。

3讨论

本次调查显示，碧流河流域4个季度优势种种类多，且优势度不高，表明浮游植物群落结构复杂，同时不同月份优势种之间既有交叉又有演替，优势度最大值达到0.501，河流和附着藻优势种主要集中在硅藻上，库区优势种存在季节差异。多样性指数和均匀度指数较为一致，基本呈现河流大于水库，上游大于下游的情况，总体来说碧流河流域群落结构较为稳定。

将此次试验结果与以往调查作对比，发现与20世纪90年代[5]、2007年[18]、2008[2]年相比，库区pH值、总氮含量呈显著上升，总磷有所下降且近几年持平，高锰酸钾指数较以往有所下降，叶绿素含量没有显著变化。河流附着藻密度与2007年相比极显著的增大，库区浮游植物密度与2007年相比也有显著提升。经分析，出现这些变化可能与水质污染，上游水源地排放污水以及农业活动有关，应加强水质监测，以及河流入库水的水质管控，对周围水源地污染源进行排查。

碧流河水库生物量与20世纪90年代相比[5]，生物量有所下降。可能是由于近年来受人类活动影响增大，以及受到“西水东调”来水和库容量减少的影响，也可能是河川型水库浮游植物都存在着大量沉淀和流失的问题，导致生物量有所变化。同时浮游动物、鱼类等下行效应的作用，也会对浮游植物生物量产生影响。水库以硅藻和绿藻占优势，这与何志辉等研究结果一致[5]。可能是因为硅藻是比较原始的种类，而绿藻适应性强，无论是有机质丰富水体还是清洁水体都能大量生长[17]。河流和附着藻浮游植物密度均以硅藻门为主，而生物量却以蓝藻门为主，是因为生物量不仅与细胞密度有关，还与细胞个体大小相关。相对于硅藻而言，河流也出现了大型蓝藻如巨颤藻。附着藻硅藻门物种数占46.25%，虽较之前刘扬等[18]调查有所下降，但硅藻门所占比例仍是最大。

不同的季节气候变化也会导致水体理化因子发生变化，进而影响浮游植物群落结构特别是密度生物量的变化，并产生生物季节现象。碧流河浮游植物生物量变化符合这种生物季节现象[14]：春季浮游植物生物量达到高峰，夏季气温升高，生物量有所下降，秋季达到次高峰，冬季生物量最小。

4结论

1)CCA分析表明：TP、TN、DO、亚硝酸氮，氨氮与整个库区浮游植物密度、生物量、叶绿素a含量具有相关性，库区内整体营养状态处于中营养型。

2)2014年8月—2015年5月，共出现浮游植物8门124属310种，其中绿藻>硅藻>蓝藻>裸藻>隐藻>甲藻=金藻>黄藻，物种数总体来说水库>附着藻>河流。碧流河流域4个季度优势种种类多，且优势度不高。河流和附着藻优势种主要集中在硅藻上，库区优势种存在季节差异。

3)碧流河浮游植物密度和生物量变化在0.28×107～1.23×107ind./L和1.41～5.50 mg/L之间，从数量上看，浮游植物密度5月最高，8月次之，之后是10月和1月。多样性指数和均匀度指数较好，群落结构较为稳定。

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Study on the community structure of phytoplankton in Biliuhe reservoir and rivers of river basin

LI Yuan1, ZHAO Wen1, ZHANG Jia-wei1, WEI Jie1, CAI Zhi-long1, XIE Zai-gang2, CHEN Hui-xia1

(1. Key Laboratory of Hydrobiology in Liaoning Province, College of Fisheries and Life Science, Dalian Ocean University, Dalian 116023; 2. China Management Bureau of Biliuhe Reservoir in Dalian City, Dalian 116221, China)

AbstractTo evaluate Biliuhe reservoir pollution condition and provide guidance for the future development, physicochemical factors, abundance, biomass, species composition and biodiversity of phytoplankton were studied in Biliuhe from August 2014 to May 2015， combined with the result of CCA analyses. A total of 310 species, 124 genera 8 phyla were found in the survey area, including 17 genera and 35 species belonging to Cyanophyta, 86 species, and 26 genera belonging to Bacillariophyta, 20 species and 9 genera belong to Euglenophyta, 59 genera and 148 species belonging to Chlorophyta, and others belonging to Pyrrophyta, Chrysopphyta, Xanthophyta and Cryptophyta. The taxon of dominant species was very more, but the dominance degree was very low. The dominant species of rivers and periphytic algae was mainly Bacillariophyta. There were seasonal differences in dominant species of reservoir. The phytoplankton had an abundance ranging from 0.28 and 1.23 107ind./L, and the biomass ranged from 1.41 and 5.50 mg/L. The maximum phytoplankton abundance occurred in May, and the next was in August and October, and the minimum occurred in January. Shannon-Wiener and Pielou indexes were better in general, and phytoplankton community structure was more stable. The results of CCA indicated that TP, TN, DO, NO2-N and NH3-N were related with the concentration of Chla, abundance and biomass of phytoplankton. The water of Biliuhe Reservoir was in moderately eutrophic level. And compared with historical data, it showed that water quality tends to be stable and no obvious changes in recent years.

Key wordsBiliuhe reservoir； rivers； periphytic algae； community structure； canonical correspondence analysis

收稿日期：2015-07-13；修回日期：2015-09-08

基金项目：大连市环境保护局项目——碧流河水库生态安全调查与评估(2014051)

作者简介：李 媛，硕士研究生，主要从事水域生态学研究， E-mail: liyuan695@163.com； 通信作者：赵 文，教授，博士生导师，研究方向为水域生态学， E-mail: zhaowen@dlou.edu.cn。

中图分类号Q948.15+8

文献标识码A

文章编号2095-1736(2016)03-0070-05

doi∶10.3969/j.issn.2095-1736.2016.03.070