云龙湖浮游植物群落结构特征研究及水体生物学评价

杨 靖 李 朝

(徐州市环境监测中心站， 徐州 221000)

云龙湖浮游植物群落结构特征研究及水体生物学评价

杨 靖 李 朝

(徐州市环境监测中心站， 徐州 221000)

为了解人类活动对云龙湖水生态环境的影响,近年来按上、下半年(每年4月和9月)对湖面分4个区域进行了水体浮游植物和理化因子的监测,2012—2014年间，云龙湖共采集到的浮游植物共计7大门类102个分类单元，计算出综合营养状态指数范围在51.5～56.2之间波动，浮游植物的年平均密度为2.47×106cells./L，变化范围(1.69～3.45)×106cells./L，浮游植物香农多样性指数(H′)、均匀度指数(J)年均值分别为2.32和0.79，统计分析云龙湖各区域浮游植物群落结构特征，以蓝藻、绿藻和硅藻门的物种为主，在密度上蓝藻和硅藻占据绝对优势，多样性指数和均匀性指数为下半年高于上半年，优势种主要为蓝、绿藻门的席藻、蓝纤维藻、小球藻和栅藻，硅藻门的针杆藻、脆杆藻和直链藻等，这说明云龙湖水质处于轻污染至中污染水平，综合营养状况处在轻度富营养化水平。

浮游植物结构特征；生物学评价；云龙湖

本文首先利用近年来常规理化监测数据计算出云龙湖的富营养化指数，分析了“十二五”期间云龙湖富营养化变化趋势,以及造成这种变化的主要外部因素，然后深入生态系统内部，发现浮游植物藻类对水体营养化的响应十分显著和敏感，研究也发现，水生生物尤其是浮游生物与水生态环境间有着密切的关联性,水生生物的种类结构及其在群落中所占的比例还有优势种群的密度等均能在一定程度上反映水体的质量状况，近年来,将浮游植物的群落结构特征和水体理化特征相结合, 对水体质量进行评价已被广泛应用[1-4]，所以本文进一步分析了浮游植物各物种之间的结构组成及优势种情况，试图通过类比，了解造成云龙湖水体现状的内在因素，最后通过综合分析判断云龙湖水生态系统的现实状况，为合理开发利用，保护云龙湖自然生态提供决策建议。

1 材料与实验

1.1 采样点设置

云龙湖位于徐州市区西南部，属于云龙湖风景名胜区的核心景区(包括云龙湖及其周边地带和云龙山、西凤山等山坡林地，面积约为13.7km2)，经过近年的综合整治后目前水域面积约7.5 km2，云龙湖是在1958年疏浚基础上开挖形成的浅水型人工湖，其平均深度仅有2m，最深处也仅有4m左右。由于湖水较浅，不利于大型水生动、植物的生长繁衍，故而云龙湖水生生态系统的结构不够稳定，生物多样性水平较低，整个生态系统相对脆弱，在受到人类活动等因素干扰后，云龙湖水质不稳定和富营养化问题时有发生，是限制云龙湖生态系统健康发展的突出问题,更是制约徐州市打造“一城青山半城湖”建设生态宜居城市的重要因素。

根据云龙湖的地理位置和形状特征, 在云龙湖东湖设置监测点位2个,分别位于1#(东湖东北)和2#(东湖中心)，在西湖设置监测点位2个分别位于3#(西湖中心)和4#(西湖西南)。相关监测评价数据来源于徐州市环境监测中心站2012-2014年间对云龙湖4个监测点位所进行的监测分析。云龙湖采样点分布情况见图1。

图1 云龙湖采样点分布图

1.2 样品采集、处理与分析

2012-2014年按上、下半年分别于4月和9月对4个点位进行监测采样分析。浮游植物的定性、定量采样按照《水和废水监测分析方法》(第四版增补版)的基本方法进行：定性采集用25号浮游生物网进行,定量标本则取表层、1/2 倍、1倍、2倍、3倍透明度水样混合后取1 000 mL，用15‰的鲁戈氏液固定,然后送实验室静置沉淀24小时,浓缩到30 mL, 在显微镜下进行镜检和计数[4]。镜检出浮游植物的种类组成、密度[5-6]。表层水温使用便携式多参数水质测定仪现场测定, 溶解氧用便携式溶氧仪进行现场测定, 透明度(SD)用塞氏盘测定。同时采集水样回实验室分析总磷(TP) 、总氮(TN) 、高锰酸盐指数( CODMn)、叶绿素a(chl-a)，计算综合营养状态指数(TSI)[5-7]。

1.3 数据分析方法

1.3.1 优势种及优势度

由式( 1) 来确定:

y=fipi

(1)

式中: y为优势度，fi为i种的空间出现频率，pi为i种数量占总个体数的比例，y>0．02 时，i种定为优势种。同时统计i 种成为优势种的空间频率，即优势频率(φ)。

1.3.2 多样性指数

采用Shannon-Wiener多样性指数(H′)及Pielou均匀度指数(J) 来描述物种多样性，见式(2)。

(2)

式中：S为总分类单元数，N为总个体数，ni为i种个体数。

1.3.3 综合营养状态指数

云龙湖水质及综合营养状况采用综合营养状态指数进行计算和评价，计算模型参照《湖泊(水库)富营养化评价方法及分类技术规定》(中国环境监测总站，总站生字[2001]090号)的相关要求进行。

2 结果与分析

2.1 云龙湖水质及综合营养状况及原因分析

近3年云龙湖各监测垂线综合营养状况指数见图2。

图2 云龙湖综合营养指数

由图2的相关数据看出：2012-2014年间各监测点位云龙湖综合营养状态指数TLI(∑)位于51.5～56.2之间。根据湖泊(水库)营养状态分级标准：50

云龙湖综合营养状态指数分布，呈现东湖东北和西湖西南略高于东湖中心和西湖中心的特点，分析原因：云龙湖东湖水体功能定位是景观用水，东湖东北沿岸区域建设有露天人工沙滩和游泳场、游船码头等旅游设施，水质受游泳和旅游业影响较为明显，这也是水体富营养化程度东湖东北较东湖中心略高的主要原因；云龙湖西湖前些年主要用于鱼类的围网养殖，近年来随着规划调整，人工养殖规模在逐年减少，直至完全退出，目前仅西湖西南区域还有少量养殖捕捞和垂钓，这对水体水质会有一定不利影响，而西湖中心已建设为徐州市水上活动中心训练场地，主要在夏季用于水上项目的训练，对水质影响较小。

云龙湖水体富营养化水平在近3年呈现逐年下降的特征，经过实地勘察和调研了解到，云龙湖正在争创5A级风景名胜区，对湖区水体功能和配套设施进行了提升改造，主要措施为：逐年减少直至完全退出湖区养殖业，仅保留个别休闲垂钓中心，且严格与主湖区隔离；加强对云龙湖上游水体的环境保护，提升上游来水的水质，包括实行水质提升工程、区域截污工程和垃圾分类处理等；进一步规范整改云龙湖沿岸旅游业和餐饮业，不符合要求的一律关停，确保没有污染物排入湖区，通过以上措施，将人类活动对水体的影响降到最低，这也是云龙湖水体富营养化水平在近3年逐年下降的主要原因。

2.2 浮游植物结构组成及评价

通过近3年生物多样性调查,云龙湖共采集到浮游植物7大门类102个分类单元, 其中,绿藻门所占比例最多,共观察到50个属种,占浮游植物群落种类数的比例达49.1%, 其次为蓝藻门,检出22个种属, 占浮游植物群落总数的21.6%；其它依次为硅藻门15个，裸藻门9个，金藻门3个，甲藻门2个，隐藻门1个, 分别占采集到浮游植物群落总数的14.7%、8.8%、2.9%、2.0%和1.0%。从空间分布上看，各区域采集鉴定到的浮游植物分类单元数最多的为东湖东北,达到86个,最少的为西湖西南,仅有51个，东湖中心和西湖中心差别不大，分别为75和72个。从时间分布来看，上半年鉴定出的分类单元较少,而下半年物种相对丰富[8-10]。

根据采集样品的显微镜检结果，共发现了浮游植物优势种群(优势度≥0.02)19种(属), 其中蓝藻7种(属),分别为铜绿微囊藻(Microcystisaeruginosa)、蓝纤维藻某种(Dactylococcopsissp.)、优美平裂藻(Merismopediaelegans)、细小平裂藻(Merismopediaminima)、弯形尖头藻(Raphidiopsiscurvata)、螺旋藻某种(Spirulinasp.)、席藻某种(Phomidiumsp.)；绿藻门5种(属), 分别为纤维藻某种(Ankistrodesmussp.)、小球藻(Chlorellavulgaris)、四尾栅藻(Scenedesmusquadricauda)、尖细栅藻(Scenedesmusacuminatus)、二形栅藻(Scenedesmusdimorphus)；硅藻门5种(属),分别为针杆藻某种(Synedrasp.)、脆杆藻某种(Fragilariasp.)、直链藻某种(Melosirasp.)、舟形藻(Navicula.)、小环藻某种(Cyclotellasp.)；裸藻门2种，分别为尖尾裸藻(Euglenaoxyuris)、具尾裸藻(Euglenacaudata)。

在了解近几年云龙湖浮游植物整体分布和发现的优势种情况的基础上，利用2014年的监测分析数据，对浮游植物的结构组成进行了进一步分析，其物种和空间分布情况见图3。

图2 云龙湖浮游植物生物量时空分布图

利用2014年的监测数据计算浮游植物密度和相关指数(表1)，结果如下：从个体密度角度，上半年云龙湖浮游植物密度各监测点位在1.69×106～1.83×106cells/L之间，下半年在2.91×106～3.45×106cells/L之间，下半年平均密度3.17×106ind./L，上半年1.77×106ind./L；多样性指数波动范围上半年为2.65～2.97，下半年为1.67～2.11；均匀度指数波动范围上半年为0.56～0.69，下半年为0.90～0.99，可见，从时间分布上看，总体密度、多样性指数及均匀性指数整体上均呈现下半年高于上半年的特征，从空间分布上看，西湖西南和东湖东北点位的浮游植物个体密度明显高于西湖中心和东湖中心，而多样性指数及均匀性指数是东湖中心和西湖西南相对较高。

表1 云龙湖浮游植物多样性指数与均匀度指数表

分析以上群落结构和指数计算数据，可知云龙湖各区域浮游植物种群类别均以蓝藻、绿藻和硅藻门的物种为主，在密度上蓝藻和硅藻占据绝对优势，多样性指数和均匀性指数为下半年高于上半年，这符合藻类生长的规律，经过夏季的繁殖后密度和种类均有较大幅度提高，尤其是蓝藻门藻类数量增加相当明显，结合这一特点我们可以在夏季到来之前采取措施，严密监视浮游植物相关参数，以及pH、水温、总磷等藻类生长需要的敏感性指标[8-9]，设立污染阈值，建立预警体系,在必要时采取一定人为干预措施，例如投放特定食草鱼类，人工调水和对部分区域进行水草打捞等，破坏利于藻类爆发的基础条件，从内部因素着手，减少藻类大爆发的几率，这对降低云龙湖水体富营养化水平、提升水质有很大帮助。

3 结论

根据近几年监测结果，云龙湖浮游植物优势种群主要分布在蓝藻、绿藻和硅藻门，近3年，综合营养状态指数TLI(∑)位于51.5～56.2之间，根据湖泊(水库)营养状态分级标准：50

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Characteristics of phytoplankton structure and physicochemical assessment of Yunlong Lake

Yang Jing, Li Zhao

(Xuzhou Environmental Monitoring Center, Xuzhou 221000, China)

In order to understand the impact of human activities on the ecological environment of Yunlong Lake, in recent years, phytoplankton and physicochemical factors monitoring has been carrying out twice a year (April and September for each year) in four regions divided in the lake. Results from a calculation based on phytoplankton samples collected from the period of 2012-2014, covering totally 7 phytoplankton categories and 102 classification units, show that comprehensive nutrition state index in Yunlong Lake fluctuates within a range from 51.5 to 56.2, the annual average density of phytoplankton is 2.47×106cells./L (with an variation range from 1.69×106to 3.45×106cells./L), while Shannon phytoplankton diversity index (H’) and evenness index (J) annual average values are 2.32 and 0.79 respectively. Results from a statistical analysis on the characteristics of phytoplankton community structure show that species from Cyanophyta, Chlorophyta and Bacillariophyta are dominating species in Yunlong Lake, while blue green algae and diatom are dominating species in terms of density. Diversity index and evenness index show higher in first half of the year than that of the second half of the year. Dominating species are phormidium, dactylococcopsis sp, chlorella vulgaris sp and scenedesmus sp from Cyanophyta and Chlorophyta，synedra sp，fragilaria sp and melosira sp from Bacillariophyta, indicating that the water quality of Yunlong Lake lies in between slight and medium pollution level, while comprehensive nutrition falls in mild eutrophication level.

characteristics of phytoplankton structure; physicochemical assessment; Yunlong Lake

2016-06-23;2016-11-23修回

杨靖,男, 1982年生，江苏淮安人,学士,工程师,研究方向：生物监测分析和环境遥感理论应用。E-mail: cumtyj@163.com

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