广东长湖水库浮游植物功能群特征及其生态状态评价

张红 漆国佳 潘鸿

摘 要：为丰富广东水库浮游植物功能群和水库管理的研究数据，基于2010—2011年期间采集的浮游植物样品，分析了长湖水库浮游植物功能群特征，并对水库的生态状态进行了评价。结果表明，在2010—2011年长湖水库丰水期（7月）及枯水期（12月）采集的样品中，初步检出浮游植物77种（含变型和变种），分属18个功能群。2010年和2011年浮游植物的平均丰度分别为2.44×107cell/L、2.39×106cell/L;丰、枯水期分别为6.76×106cell/L和2.01×107cell/L。平均生物量为7.38mm3/L;其中，2010年和2011年分别为13.87mm3/L、0.88mm3/L;丰、枯水期分别为1.87mm3/L和12.88mm3/L。丰水期优势功能群为J、L0、S1，枯水期优势功能群为P。2010—2011年期间的长湖水库生态状态指数值（Q）均在2～3，长湖水库的生态状态为中等水平。

关键词：浮游生物;功能群;生态状态;长湖水库

中图分类号 Q145.2 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2020）05-0131-05

Characteristics of Phytoplankton Functional Groups and Evaluation of Ecological Status in Changhu Reservoir， Guangdong Province

Zhang Hong et al.

（School of Public Health， Zunyi Medical University， Zunyi 563003， China）

Abstract：In order to enrich the research data of phytoplankton functional groups （FGs） and reservoir management in Guangdong province， the characteristics of FGs in Changhu reservoir were analyzed based on the data from 2010 to 2011， and the ecological status of the reservoir was evaluated. 77 species （including variants and varieties） were identified from the samples collected during the wet period （July） and dry period （December） of the Changhu reservoir from 2010 to 2011， which were divided into 18 FGs. In 2010 and 2011， the average abundance of phytoplankton was 2.44 × 107 cell/L and 2.39× 106 cell/L， and the average biomass was 13.87mm3/L and 0.88mm3/L， respectively. In wet period and dry period， the average abundance of phytoplankton was 6.76 × 106 cell/L and 2.11× 107 cell/L， and the average biomass was 1.87mm3/L and 12.88mm3/L， respectively. The dominant FGs was J， L0 and S1 in wet period， and P in dry period. From 2010 to 2011， the Q value was between 2 to 3 in Changhu reservoir， indicating that the ecological state of Changhu reservoir was at a medium level.

Key words：Phytoplankton;Functional groups;Ecological state;Changhu reseroir

浮游植物是水生生物資源的重要组成部分，作为初级生产者其在维持水生生态系统稳定性和完整性等方面起着重要作用[1]。浮游植物对环境变化的响应迅速[2，3]，基于传统形态分类的群落特征指标（优势种、丰度、生物量以及多样性指数等）常被用于判断环境状态[3，4]。然而，这些指标并未考虑到浮游植物的生态学功能，在反映水体环境状态时仍存在较大的局限性[3，5]。Reynolds[6]在1980年发现环境条件相似水体中的浮游植物群落具有相似性，并将浮游植物划分为14个不同的集群（association）。在此基础上，Reynolds等[7]于2002年提出了浮游植物功能群（functional group）的概念。后续的浮游植物生态学者对浮游植物功能群概念进行了补充和完善，提出浮游植物功能群为可以反映特定的生境类型的，具有形态、生理、生态特征相似、有相同或相近的生存策略/生态位的浮游植物所构成的集群[3，7-8]。因此，Padisák等[9]基于浮游植物功能群提出了用于度量水体生态状态的好坏的生态状态指数（Q），该指数被学者接受和采纳，并应用于水库[10，12-13]和湖泊[9，11，14]等水体的生态状态[9-10，13-14]或富营养水平[11-12]评价。

广东省共有大型水库31座，尽管已有学者对其中的近20座水库的浮游植物开展了相关研究[15]，但是关于这些大型水库中涉及浮游植物功能群的研究仍相对较少。Xiao等[16]对流溪河水库的浮游植物功能群演替开展了相关研究;Pan等[17]和王雅文等[18]对分别对其中10座大型水库基础形态功能群和环境因子的关系以及基于浮游植物功能群的水库生态分区进行了探讨。长湖水库为广东省大型水库之一，对其浮游植物的研究相对较少，尤其是浮游植物功能群及生态状态评价的研究鲜见报道。为此，本研究将2010—2011年丰水期（7月）和枯水期（12月）采集的浮游植物样品进行分析，探讨水库中浮游植物功能群特征，并基于生态状态指数对水库进行生态状态评价，以期为长湖水库的浮游植物生态研究、水库生态状态的监测和管理提供相关数据。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况 长湖水库位于广东省英德县东南部的北江支流嗡江下游，地理位置为北纬24°06′24″～24°13′08″，东经113°27′50″～113°37′50″之间。水库集雨面积4831km2，最大库容为1.55×108m3，正常蓄水位62.0m;大坝至库尾全长约23.5km，水深约7.2～37m，水面面积约11km2[19]。水库位于南亚热带和中亚热带的过渡地带，属亚热带湿润性季风气候;多年平均气温在20.1～22.1℃，年均日照时数1739.7h，年均降雨量1835.8mm，年均无霜期319d[20]。

1.2 样点设置与采样时间 理想化水库可分为河流区、过渡区和湖泊区等3种生态区域，不同采样时期水动力学特征变化会导致不同生态特征区域范围存在较大的变化[1]。参照陆国琦等[19]的研究数据，将水库死水位时河道中线水深>15m，10～15m和<10m的水库范围分别界定为湖泊区、过渡区和河流区。为使不同时期采样的数据具有可比性，选择长湖水库湖泊区（水体可能存在分层、流速缓慢、泥沙含量低、透明度高的区域）设置采样点，样点在水库大坝和库心分别设置1个。浮游植物定性及定量样品于2010年和2011年的丰水期（7月）和枯水期（12月）分别进行采集。

1.3 样品采集及处理 长湖水库浮游植物定性和定量样品的采集、处理、鉴定及计数等方法与潘鸿等[1]一致。浮游植物功能群参照文献[7-9，21-25]和水库特征进行划分;参照[9-10，26-28]等文献和典型生境特征对各功能群的生态状态因子（F）进行赋值。

1.4 优势功能群及生态状态指数 浮游植物优势功能群以DR>20%判定：DR=（Ra+Rb）/2，式中Ra和Rb分别为各功能群的相对丰度和相对生物量。生态状态指数（Q）计算公式及水库生态状态评价标准参照Padisák等文献[9]。

2 结果与分析

2.1 浮游植物种类及其所属功能群 经室内初步鉴定，共检出浮游植物77种，分属7门10纲16目24科50属（表1）;按功能群可划分为18个（表2）。

2.2 功能群组成特征 长湖水库浮游植物的丰度均值为1.34×107cell/L;其中，丰水期和枯水期分别为6.76×106cell/L和2.01×107cell/L;2010年和2011年分别为2.44×107cell/L、2.39×106cell/L。水库浮游植物的生物量均值为7.38mm3/L;其中，丰水期和枯水期分别为1.87mm3/L和12.88mm3/L;2010年和2011年分别为13.87mm3/L、0.88mm3/L。浮游植物功能群丰度组成中，仅B、J、K、L0、P、S1、X1和X2等8个功能群最大相对丰度可在5%以上，尤其是J、K、L0、P和S1功能群的最大相对丰度超过25%。而功能群生物量组成中，B、D、F、J、L0、N、P、W1、X1和X2等10个功能群最大相对生物量可在5%以上，尤其是L0、P和W2功能群的最大相对生物量超过25%。其中，2010年7月S1功能群、2010年12月P功能群、2011年7月J和L0功能群和2011年12月P功能群的DR值分别为22.44%、24.61%、25.98%、37.39%和37.70%，表明以上功能群为长湖水库浮游植物的优势功能群。而S1、P、J和L0功能群的代表性物种（DR最高）分别为狭细贾丝藻[Jaaginema angustissimum （W.et G.S.West） Anag.et Kom]，颗粒直链藻极狭变种（Melosira granulata var.angustissima O.Müller），双对栅藻[Scenedesmus bijuga （Turp.） Lagerheim]和居氏腔球藻（Coelosphaerium kützingianum N?g）。

2.3 生態状态指数及评价 2010—2011年期间，生态指数（Q）值在2.52～2.95，均值为2.73。其中，12月的值略高于7月（表3），依据Q值评价长湖水库的生态状态为中等水平。

3 讨论

长湖水库2010—2011年期间共检出浮游植物77种，分属B、D、E、F、J、K、L0、M、MP、N、P、S1、SN、W1、W2、X1、X2和Y等18个功能群;而与其地理位置相当的流溪河（直线距离约50km）在2008—2009年检出的28个浮游植物功能群[16]相比，长湖水库的浮游植物功能群相对较少。其原因可能与采样频次和方法有关，因为浮游植物在不同时期和不同水层深度存在较大的差异，采样越频繁、采样深度越多则检出的浮游植物种类也较多，所属功能群也会越多。

在浮游植物群落研究中，常采用Mcnaughton优势度指数（Yi）值来确定优势种[15]，然而，基于功能群计算Yi值时，公式中的fi几乎为100%，因而Yi值实际与相对丰度（ni/N）相同。由于藻类植物不同种类的个体差异较大，单纯以相对丰度确定优势功能群具有一定局限性，因此，Xiao等[16]基于采用了以相对生物量作为优势功能群判断的方法。为此，本研究综合以上2种方法采用功能群相对丰度和相对生物量之和的均值（DR）判定优势功能群。结果显示：2010—2011年期间，长湖水库浮游植物优势功能群为J、P、L0和S1等4种。其中，枯水期（12月）较为稳定，均为以颗粒直链藻极狭变种（M. granulata var. angustissima）为代表种类的P功能群占优势;可能是由于枯水期降水较少，水库的水文条件较为稳定，同时枯水期光照和温度相对较低，有利于P功能群藻类生长;另外，枯水期降水较少还可能导致汇入水库的来水对硅元素含量的稀释作用较小，使得水库中硅元素含量相对丰水期而言更高，从而更有利于需要硅元素且适应较低温度和光照的硅藻大量生长，因此，该功能群中的代表性物种为颗粒直链藻极狭变种。然而，丰水期（7月）的长湖水库浮游植物优势功能群在不同年际之间差异极大，2010年为单优势的S1（代表种类为狭细贾丝藻）功能群，而2011年为混合优势的J（代表种类为双对栅藻）和L0（代表居氏腔球藻）功能群，这可能与2次丰水期采样前的降水情况有关，因为不同的降水量导致汇入水库的水量对水库水文扰动强度、带入水库的营养盐等因素均有可能不同，进而导致其优势功能群存在差异。但是本研究未对2次采样前后的降水、水文以及水中营养盐等数据和资料进行测定和对比，因此该推测有待后续研究证实。

[17]Pan H and Yang Y.Phytoplankton assemblages in ten reservoirs of Guangdong：relationship between morphologically based functional groups and environmental factors[J].Banladesh Journal of Botany，2017，46（3）：1161-1170.

[18]王雅文，杨扬，潘鸿，等.基于浮游植物功能类群的广东省大型水库生态分区初探[J].湖泊科学，2014，26（01）：147-153.

[19]陆国琦，谭惠忠，王传华，等.长湖水库泥沙淤积研究[J].热带地理，1987，7（4）：346-356.

[20]谢笑，陈刚，余伟清，等.英德统计年鉴-2018[EB/OL].[2019-04-09]http：//www.yingde.gov.cn/yingde/sjkf/201904/a19f61656 dfc438b95610c3a832d64d1/files/a92747a46de6447c8114eaaafab5e041.pdf

[21]Souza M B G，Barros C F A，Barbosa F，et al.Role of atelomixis in replacement of phytoplankton assemblages in Dom Helvecio lake，South-East Brazil[J]. Hydrobiologia，2008，607：211-224.

[22]Borics G，Várbíró G，Grigorszky I，et al.A new evaluation technique of potamo-plankton for the assessment of the ecological status of rivers[J]. Archiv für Hydrobiologie，2007，161：465-486.

[23]Callieri C，Caravati E，Morabito G，et al.The unicellular freshwater cyanobacterium Synechococcus and mixotrophic flagellates：Evidence for a functional association in an oligotrophic，subalpine lake[J]. Freshwater Biology，2006，51：2143-2153.

[24]Padisák J，Borics G，Fehér G，et al.Deep layer cyanoprokaryota maxima are constitutional features of lakes：Examples from temperate and tropical regions[J]. Archiv für Hydrobiologie，2003，58：175-199.

[25]Fonseca B M，de M Bicudo C E.Phytoplankton seasonal and vertical variations in a tropical shallow reservoir with abundant macrophytes （Ninféias Pond，Brazil）.Hydrobiologia，2011，665：229-245.

[26]Becker V，Huszar V L M，Crossetti L O.Responses of phytoplankton functional groups to the mixing regime in a deep subtropical reservoir.Hydrobiologia，2009，628：137-151.

[27]Becker V，Caputo L，Ordó?ez J，et al.Driving factors of the phytoplankton functional groups in a deep Mediterranean reservoir.Water Research，2010，44：3345-3354.

[28]Wang L，Cai Q，Tan L，et al.Phytoplankton development and ecological status during a cyanobacterial bloom in a tributary bay of the Three Gorges Reservoir，China.Science of The Total Environment，2011，409：3820-3828.

（責编：张宏民）