锦江水库浮游植物功能群特征及水生态状态评价

漆国佳，张 红，潘 鸿

（遵义医科大学，贵州 遵义563003）

浮游植物依据其相似的形态结构、光照、营养资源等共同适应特征及其主要功能作用可划分为不同的功能群[1]。浮游植物功能群概念自提出以来，受到从事浮游植物及生态学研究学者的广泛关注，主要涉及浮游植物功能群与水文[2-4]、环境因子[5-6]的关系及演替[3,5,7]等方面。另外，Padisák 等[8]基于浮游植物功能群提出了用于对水体生态状态进行评价的生态状态指数(Q)，其后有学者将该指数在生态状态、水体富营养化评价、生态功能评价等方面[9-13]进行了应用。

广东境内水库众多，对其浮游植物的研究也较多，主要涉及基于传统形态分类基础上的浮游植物群落特征、群落演替或季节变化、水体富营养化评价[14-22]等方面。然而基于浮游植物功能群的研究相对较少：例如Xiao 等[2]报道了受季风水文调控下的浮游植物功能群演替特征，认为季风降雨和人工排水造成的水位变动对浮游植物功能群的演替具有显著影响；岳强等[7]对白水礤和苍村水库的浮游植物功能群季节演替开展相关研究，认为营养盐含量不同是造成不同水库浮游植物功能群存在差异的根本原因，降水变化导致水环境变化是造成浮游植物功能群演替不可忽视的因素；王雅文等[23]基于浮游植物功能群将广东10 个水库划分为4 个不同生态类型区，认为浮游植物优势功能群与水质营养状态有良好响应关系；张红等[13]分析了广东长湖水库浮游植物功能群特征并基于生态状态指数评价其水生态状态为中等水平。锦江水库是广东大型水库之一，位于恩平西北部潭江干流上游(112°2′45″～112°10′21″E，22°10′40″～22°17′25″N)，地处亚热带季风气候区，以防洪、灌溉为主，兼具发电、养殖、旅游等功能。水库集水面积362 km2，总库容4.18×108m3，水面面积约17.24 km2（2018 年10 月4 日谷歌地图采用GOOGLE EARTH PRO 软件测量），多年平均降雨量2 470 mm[24]。2010 年，水库所属恩平市降雨量为2 804.3 mm，比上年增加5.1%，比常年增加24.1% ；蓄水量达3.318×108m3，比上年增加2.40×107m3[25]。而2011 年降雨量为1 612.4 mm，比2010 年减少42.5%，比常年减少28.5% ；蓄水量为2.45×108m3,比2010 年减少7.28×107m3[26]。

水库生态监测和管理中，生物数据是其重要支撑材料。其中浮游植物功能群作为可反映特定生境类型，具有形态、生理、生态特征相似，有相同或相近生存策略/生态位的浮游植物集群[13]，在开展水库生态状态监测与管理方面有着重要作用。然而基于锦江水库浮游植物的研究较少且研究深度较浅。如陈伟涛[27]对锦江水库2010 年浮游植物种类组成和优势种进行了简单报道，主要涉及浮游植物丰度组成和优势种属等两方面。对锦江水库基于浮游植物特征功能群及水生态状态评价鲜见报道。为此本文对2010～2011 年采集的浮游植物样品进行分析，探讨水库浮游植物功能群特征，并基于Q 指数对水库水生态状态进行评价，以期丰富锦江水库浮游植物研究的相关数据，并为水库生态状态监测与管理积累相关资料。

2.1 样点设置

锦江水库为狭长的河道型水库，在水库大坝前(S1)和库心(S2)各设置1 个采样点(见图1)。由于水库所处区域70%～85%降水量集中在4～9 月，而10 月至次年3 月降水量仅占15%～30%[28]，故将浮游植物定性及定量样品采集时间设定为7 月和12 月，并于2010 和2011 年分别进行采集。

2.2 样品采集及处理

水面下0.5 m 处以25 号浮游生物网采集浮游植物定性样品，加入固定液（甲醛：丙三醇：水为1:1:8）保存；相同位置以改良北原氏采水器取1L 水样，加入10 ml 鲁戈氏液固定作为定量样品，并在室内静置沉淀48 小时后用虹吸法浓缩并定容至30 ml[29]。

依次取沉淀24 小时后的定性样品底层沉积物和摇匀后的中间层水样制作临时封片，在显微镜（Olympus CX31）下观察浮游植物形态特征，结合文献[30-32]描述对其进行种类鉴定。参照章宗涉等[29]方法，取摇匀后的定量样品0.1 ml 加入20 mm×20 mm 计数框内，先以目镜行格法在高倍镜（×40）下计数，再以全片计数法在低倍镜（×10）下对未计数的大型种类计数；同一样品镜检3～5 次（新检测出种类纳入定性统计）；取其均值计算浮游植物丰度（A, cell/L）。每种藻类显微镜下测量30个细胞（不足30 个细胞则全部测量），取其均值参照不同形态体积公式[29,33]计算其细胞体积常数（Vk，mm3/cell）；因藻类比重接近1 mg/mm3[29]，故各藻类丰度（A）与其细胞体积常数（Vk）乘积之和为浮游植物生物量（B, mg/L）。

将鉴定的浮游植物种类与文献[1]～[7]、[9]～ [13]、[34]～[38]种类比较，相同种类纳入对应的功能群（同一物种分属不同功能群时，以水体生境特征与锦江水库类似研究文献划分的功能群为准）；极少数种类在文献资料[1]、[6]～[8]、[14]～[17]、 [34]～[38]中未划分功能群，以锦江水库生境特征为基准，结合藻类形态特征，参照文献[1]和[34]中的方法划分为相应功能群。

Padisák 等研究[8]指出，不同水体浮游植物功 能群F 因子确定需基于现有资料和专家经验。 因此相同功能群F 因子在不同研究中（文献[10]、 [11]、[13]、[37]、[38]）的赋值存在较大差异。本研 究以Padisák 等[13]研究中第四类水体类型的功能群和长湖水库[13]的F 因子赋值为基准，结合锦江水库浮游植物功能群藻类种类组成特征进行修正。

2.3 优势功能群及生态状态指数(Q)

3.1 浮游植物种类及功能群

经室内初步鉴定，共检出浮游植物50 种（含变型和变种），分属7 门10 纲15 目28 科40 属(见表1) ；可划分17 个功能群，并依据研究方法对各功能群的F 因子进行赋值和修正(见表2)。

3.2 功能群丰度及生物量构成

2010～2011 年浮游植物平均丰度为2.79×107cell/L ；2010 年远高于2011 年，分别为5.52×107cell/L 和6.77×105cell/L。最大相对丰度大于5% 的 功 能 群 为B、F、J、K、L0、M、P、S1、X1 等，其 中B、J、L0、M 功 能 群 最 大 相 对 丰度大于25%( 见图2 左)，属优势功能群；各功能群中相对丰度最高的物种分别是梅尼小环藻(Cyclotella meneghiniana Kützing)、 四 尾 栅 藻(Scenedesmus quadricauda (Turp.) Brébisson)、细小平裂藻(Merismopedia minima G. Beck)、居氏腔球藻(Coelosphaerium kützingianum Näg.)、铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa Kützing)。

表1 锦江水库浮游植物种类组成

表2 锦江水库浮游植物功能群代表属

2010～2011 年浮游植物平均生物量为7.11 mm3/L；2010 年远高于2011 年，分别为13.86 mm3/L和0.35 mm3/L。最大相对生物量大于5%的功能群为A、B、F、J、K、L0、P、S1、X1 和W2 等，其中B、J、和P 功能群最大相对生物量大于25%(见图2 右)，属优势功能群；各功能群中相对生物量最高的物种分别是梅尼小环藻(C. meneghiniana)、四尾栅藻(S. quadricauda)和颗粒直链藻极狭变种 (Melosira granulata var. angustissima O. Müller)。

（5）以展示为基础的自我表现活动。需要是幼儿心理发展的内在动力，而自我表现是幼儿成长的基本需要之一。每个幼儿都有实现自我价值和得到他人肯定的需要，经历活动的内容为幼儿的发展而存在，与幼儿的需要紧密联系，因此，园所可以开展形式多样的自我表现活动，使幼儿在参与活动的过程中，充分发挥智能优势，培养兴趣爱好，满足个体发展需要，促进幼儿富有个性地发展。如小班“才艺宝宝比赛”，中大班“讲故事比赛”“踢毽子比赛”等，形式多样的展示活动使幼儿获得了成功的体验，培养了幼儿的自信与勇气。

2010～2011 年，锦江水库浮游植物功能群中L0，P，J，B 功能群的DR值大于20%，为优势功能群，其变化呈现出P+L0→J →B →L0的演替趋势(见图3)。

图2 浮游植物功能群丰度(左)及生物量(右)构成比

图3 浮游植物功能群DR值变化趋势

3.3 生态状态指数及评价

锦江水库2010～2011 年的生态状态指数（Q）值在2.50～3.09，均值为2.79；其中12月略高于7月，依据Q 值评价锦江水库的生态状态为中等～良好，整体属于中等水平（见表3）。

表3 锦江水库Q值及生态状态

4.1 浮游植物功能群组成

锦江水库2010～2011 年检出浮游植物50 种（含变型和变种），分属于A，B，D，E，F，J，K，L0，M，MP，P，S1，SN，W2，X1，X2 和Y 17 个功能群。其中，最大相对丰度和最大相对生物量均大于25%的功能群为B 和J 功能群，而L0、M功能群仅最大相对丰度大于25%，P 功能群仅最大相对生物量大于25%。最大相对丰度的功能群和最大相对生物量的功能群并不完全一致，这可能是构成不同功能群的藻类个体差异较大所致。构成M 功能群的浮游植物单一，为铜绿微囊藻(M. aeruginosa.)，而该种类细胞为球形，且直径较小（测量值约为4.5μm），尽管其丰度较高，但生物量却不高，因此计算的优势度值（DR）＜20%，故未能成为优势功能群。而L0，P，J，B 功能群不仅相对丰度较高，其构成藻类种类个体通常较大，故计算的优势度值（DR）＞20%，成为锦江水库中的优势功能群。

浮游植物功能群数量通常与采样频次和方法有关[13]，同时水库的水环境特征、水文条件等也会影响浮游植物功能群的种类[3,5]。锦江水库浮游植物功能群与长湖水库（直线距离约250 km）检出的18 个功能群有16 个相同[13]；而与流溪河水库（直线距离约235 km）检出的28 个功能群[3]差异较大。锦江水库浮游植物功能群数量少于流溪河水库，可能是采样频次和方法、水库水环境特征、采样时不同水文条件所致；而与长湖水库功能群种类相似度较高可能是采样频次和方法相同、采样时间基本一致、水库形态特征相似（均为狭长的河道型水库）所致。

4.2 优势功能群及其演替

张红等[13]认为P 功能群的颗粒直链藻极狭变种 (M. granulata var. angustissima)在枯水期易形成优势种是因为枯水期降水少、水文条件相对稳定、较低的光照和温度、水中硅元素受到降水稀释作用减弱等条件更适宜其生长所致。然而，锦江水库2010～2011 年的枯水期（12 月）并未形成优势，可能是P 功能群代表种类的生长受到J 和L0功能群代表种类生长时的光和营养竞争抑制作用影响。因为Zhu 等[6]研究表明，J 功能群与水柱稳定性、氮、磷等因素正相关；L0功能群生长与水位呈负相关，而与水柱稳定性呈正相关。锦江水库2010 年丰水期（7 月）降雨量显著高于2011 年[25,26]，降雨通过地表径流携带大量氮、磷等营养盐汇入水库，使得2010 年枯水期（12 月）水库中充足的营养盐促进J 功能群代表物种的生长，从而抑制了P功能群物种的生长；2011 年降雨量显著低于2010年（锦江水库上游清湾站点2010 年监测降雨量为3 533.5 mm，远高于区域内2 804.3 mm 的年均降雨量；而2011 年降雨量比2010 年减少42.5%）[25,26]，降雨减少导致水库水位降低，水体稳定性较高，有利于L0功能群的代表性物种生长，从而抑制了P 功能群物种的生长。但Zhu 等[6]研究也表明，L0功能群生长与水温、浊度、溶解氧、pH 等因素呈正相关；而锦江水库2010 年丰水期降雨量显著高于2011 年[25,26]，大量降雨通过地表径流汇入水库导致水库泥沙含量（浊度上升）、溶解氧等增加，加之7 月温度较高，更有利于L0功能群的代表性物种。所以，2010年丰水期L0功能群也能形成优势。但是，本研究未测量水库的环境特征参数，故P功能群在2010 年丰水期（7 月）形成优势的原因尚待进一步研究。另外，B 功能群仅在2011 年丰水期（7 月）形成优势，而在2010 年丰水期未形成优势，Zhu 等[6]研究表明B 功能群生长与pH 正相关，其成因有待后续研究。

另外，锦江水库和长湖水库直线距离约250 km， 尽管其浮游植物功能群组成相似度较高，但优势功能群及其演替趋势差异较明显：锦江水库优势功能群变化呈现P+L0→J →B →L0的演替趋势，而长潭水库则呈现S1 →P →J+L0→P 的演替趋势[13]，这可能提示两个水库的水环境特征、采样时水文条件存在差异。本研究未对其进行检测，故有待后续研究证实。

4.3 水库的水生态状态

锦江水库2010～2011 年的生态状态指数(Q)值在2.50～3.09，其依据生态状态指数评价标准判定生态状态为中等～良好，整体属于中等水平。该评价结果与张文涛[39]、陈文乐[40]和陈伟涛[27]相同时间段采用TN、TP、Chl-a、CODMn/ CODCr、SD 等指标以及TSI 指数评价的水库富营养化状态基本一致。这似乎表明采用Q 指数对水库生态状态评价具有较高的可行性。

锦江水库优势功能群中的B 功能群典型生境为中营养水体，L0功能群为广谱类群，P 功能群喜好富营养化水体[23]。因此，该水库生态类型分区属于第二类～第三类，其中2010 年接近第三类生态分区，2011 年接近第二类生态分区。第三类生态分区的水库属于中～富营养化水平，第二类生态分区的水库属于中营养水平[23]；这表明锦江水库生态状态有逐渐改善的趋势，这可能是2010 年前后加强了水质监测，逐步落实了水资源保护的相关措施[24]所致。

尽管锦江水库2010～2011 年生态状态属中等～良好，但出现了较高丰度和生物量的铜绿微囊藻。该藻属淡水中常见的水华蓝藻种类，受温度、光照强度、氮磷营养盐及某些微量元素的影响可能产生藻毒素[41]，进而对水库水生态系统和饮用水安全造成威胁。为此从保护水库水生态系统、维护水库生态安全、促使水库可持续发展利用角度出发，该水库在监测和管理方面要重点关注藻类种类和数量（丰度和生物量）的变化趋势，尤其是产毒蓝藻（如铜绿微囊藻），同时还要关注水温、光照、氮磷营养盐等环境因素的变化趋势。