鄱阳湖出口浮游植物群落与环境因子分析
2021-09-13黄兰贵殷环环张航吴越
黄兰贵 殷环环 张航 吴越
摘要：为研究鄱阳湖出口浮游植物群落与环境因子关系，2017年对湖口断面浮游植物群落组成及环境因子变化进行了调查。藻类群落结构与环境因子RDA分析显示，隐藻属、舟形藻属、直链藻属3种优势种受环境因子影响程度较为相似，主要受总磷、氨氮的负相关影响。研究表明：气温、氨氮、水温、总磷、溶解氧、氯化物为湖口断面藻类分布的主要影响因素;其中，气温、水温等环境因子对蓝藻门影响最大，硅藻门受环境因子影响较小。
关键词：浮游植物群落;环境因子;RDA;藻类;优势种;鄱阳湖
中图法分类号：X824文献标志码：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.08.015
文章编号：1006 - 0081（2021）08 - 0077- 06
1 研究背景
浮游植物[1-2]在地球上的分布很广，从炎热的赤道至常年冰封的极地，无论是江河、湖海、沟渠、塘堰，各种临时性积水，或是潮湿地表、墙壁、树干、岩石;甚至沙漠、积雪上都有其踪迹。浮游植物种群在热带、亚热带、温带地区发生变化，内陆水体浮游植物的组成和数量在1 a内的不同季节有规律地发生变化。水温较低的春季和秋末冬初适合于甲藻和硅藻的生长;夏季以及春末秋初水温高的季节有利于绿藻和蓝藻繁殖。而且，浮游植物是测量水质的指示生物，与浮游植物的蓝绿藻爆发导致的水华丰富程度和群落组成有着密不可分的关系，浮游植物的减少或过度繁殖，预示该片水域水质正趋向恶化。湖泊（水库）浮游植物数量的增加，特别是蓝藻疯长和生长季节的延长就是湖泊（水库）富营养化的一个重要标志。
随着近几十年来江西省工业的快速发展，农药、化肥、工业废水、生活污水排放等使水污染不断加重，已成为影响鄱阳湖生态环境的重要因素。随着社会经济的快速发展，生态环境的承载能力成为制约社会经济可持续发展的重要因素。2017年对鄱阳湖出口处浮游植物组成、多样性指数、环境因子进行了监测，为鄱阳湖生态修复提供了基础数据，同时也为寻求其水质发展变化原因和趋势提供了一定参考。
2 研究区域概况
2.1 河流状况
湖口站位于鄱阳湖[3]水道最末端顺直处，上游有赣、抚、信、修、饶5条江河入汇鄱阳湖，湖面面积为5 100 km2，区间集水面积为2 600 km2，由于上游湖面宽大，因此风浪大，测验较困难。该站测流断面上距鄱阳湖大桥约1 km;下距江湖汇流处1 km，左岸滩地在1964年修建圩堤后逐年培厚加高，堤顶高程 22.08 m，右岸有上、下石钟山分居断面上、下游，两山之間建有防洪堤，堤顶高程 24.30 m。水流出口后约1 km ，与张家洲尾端相遇，洲长约1.5 km，自九江新港镇起分水流为二，因距河口太近，受长江来水严重顶托影响时水流紊乱，每年7，8月产生倒流。
2.2 气候条件
湖口站位于北亚热带湿润性气候区，热量丰富，雨量充沛，四季分明。该区域年平均气温17.4 ℃;最冷月（1月）平均气温4.2 ℃，最热月（7～8月）平均气温28.8 ℃，有记载极端最低温-10.3 ℃、极端最高温40.3 ℃;常年无霜期258.8 d;年平均降水量1 442.5 mm;全年实际日照总时数平均1 983.8 h，日照率为45%。受寒潮和季风影响，湖口灾害性天气主要有春季低温阴雨、春夏季暴雨、夏秋干旱和干热风以及冬季寒潮大风和冻害。其中，以暴雨与长江、鄱阳湖外涝引起的洪涝造成危害最大。据统计，三峡水库建成前，大水（水位年内变幅大于30%）平均8 a一遇，中水（水位变幅10%～30%）平均4 a一遇;历史最高水位22.58 m（1998年8月1日），最低水位5.9 m（1963年2月6日）
3 样品采集与处理分析
3.1 浮游植物样品采集及处理
样品采集和处理主要根据SL167-2014《水库渔业资源调查规范》。2017年1～12月每月采集一次，测定水环境因子。
（1）样品采集。定量样品用采水器采集，采样点应采集水样1 000 mL。定性样品采用25号（0.064 mm）浮游生物网在表层按照“∞”缓慢拖拽采集。
（2）样品固定。 样品采用鲁哥氏液固定，用量为水样体积的1.0%～1.5%。如样品需要较长时间保存，则再加入40%甲醛溶液，用量为水样体积的4%。
（3）水样沉淀与制备。摇匀水样，导入固定在架子上的1 000 mL沉淀器中，经过2 h后将沉淀器轻轻旋转一会，再静置24 h，充分沉淀后用虹吸管慢慢吸去上层清液。
3.2 水环境因子样品采集及分析
水环境因子根据SL 219-2013《水环境监测规范》采集并保存，主要测定气温、水温、pH值、电导率、溶解氧、高锰酸盐指数等项目。分析均满足规范要求。水质类别根据GB 3838-2002《地表水环境质量标准》确定。
4 数据分析与处理
4.1 藻类群落结构特征分析
（1）多样性指数分析。Shannon-Weaver指数H：
式中：N为同一样品中的个体总数，ni为第i种的个体数。Shannon-Weaver指数评价[4]：0
（2）优势种分析。优势种是根据物种出现的频率以及个体数量来确定，在浮游植物群落中超过总藻密度的15%均为优势种。一般取藻密度的前3位作为优势种。
4.2 藻类群落结构与环境因子相关性分析
使用Canoco for Windows 5软件[5-6]对物种数据以及环境因子进行相关性分析[7-11]。用species-sample做DCA分析判断，采用RDA线性模型或CCA单峰模型。SD<3应选择RDA分析，3≤SD≤4选择RDA与CCA分析均可。SD>4应选择CCA分析，使物种数据及环境因子数据正态分布。将物种数据以及水环境因子数据（除pH值以外）均进行lg（x+1）转化。
5结果与分析
5.1 湖口站浮游植物结构特征
5.1.1浮游植物门类藻密度变化分析
结合图1和图2分析，2017年全年主要藻类为硅藻门、隐藻门、蓝藻门。
（1）硅藻门在全年所占比例均较高，在8，9月蓝藻大量爆发时也只是稍稍减少，原因可能是适应环境突然变化能力较好、与其他藻类竞争能力较强。
（2）隐藻門在1～7月所占比例较高，在6月所占比例最高，为67.6%，与硅藻门呈竞争状态。8月在蓝藻大量爆发时所占比例下降为3.2%，原因可能是隐藻门适应环境突然变化能力较差。9～12月恢复正常，所占比例较高。
（3）蓝藻门在全年（除8，9月外）占比均较少。在8月份时出现微囊藻属大量爆发，占比76.5%，并出现水华，原因分析可能是水温升高，水体富营养化导致。
（4）在8月发生藻类大量爆发，绿藻门、蓝藻门、硅藻门、隐藻门藻密度均大量增加，其余藻类变化程度不大。其中，蓝藻、硅藻增加程度最大。蓝藻藻密度从0.35×104 cells/L剧增至190.35×104 cells/L，硅藻门藻密度从1.08×104 cells/L增至31.05×104 cells/L。总藻类藻密度从5.33×104 cells/L剧增至235.21×104 cells/L。结合水环境因子监测项目原始数据（表2），分析原因可能是水温、气温升高，环境条件适宜，导致蓝藻大量爆发。
（5）在10月发生长江水倒灌至鄱阳湖特殊水情，导致藻类密度均大幅下降。分析原因可能是长江藻藻密度相比于湖口藻藻密度明显较低，倒灌时湖口藻类分布和藻密度接近长江藻类分布类型。
5.1.2 常见优势种属分析
2017年对湖口站进行了浮游植物调查，共鉴定出藻类6门36属。其中，硅藻门12属，甲藻门2属，蓝藻门8属，裸藻门3属，绿藻门10属，隐藻门1属。结合表3、图3、图4分析，全年常见优势种为隐藻属、舟形藻属、直链藻属，而微囊藻属在8，9月突然大量增加成为绝对优势种。
（1）隐藻属全年优势种出现次数为9次，优势种时所占比例19.8%～67.5%，藻类藻密度从0.04万cells/L增至16.3万cells/L，藻密度变化程度较为明显。藻密度变化趋势基本从1～9月呈逐渐增加，在9月时达到最大藻密度16.3万cells/L，9，11月基本保持一致而后藻密度逐渐减小。
（2）舟形藻属优势种次数为5次，优势种时所占比例15.2%～31.9%，藻类藻密度从0.06万cells/L增至24.3万cells/L。1～7月藻密度变化程度基本不大，在8月藻类大量爆发时剧增达到最大藻密度24.3万cells/L，9～12月藻密度逐渐减小。
（3）直链藻优势种次数为6次。优势种时所占比例15.7%～33.5%。藻类藻密度范围由0.03万cells/L增至1.63万 cells/L，全年变化幅度不大，1～4月藻密度呈上升趋势，5～7月呈下降趋势，在8～12月呈下降趋势。最大藻密度出现在4月。
（4）微囊藻属优势种次数2次，优势种时所占比例34.6%、76.5%。藻类藻密度由26.3万 cells/L增至180万cells/L，在8，9月大量爆发，其余时间藻密度较少。
5.1.3 物种多样性分析
Shannon-Weaver指数范围为1.46～3.19，表明按照Shannon-Weaver指数评价，水体大部分时间为轻度污染，全年只有2，6，8月为中度污染，水体整体较好。
5.1.4 藻类群落结构与环境因子相关性分析
先用Species-Sample做DCA分析判断，SD=1.1<3，因此选择采用RDA模型分析。分析结果见图5。从20项水质参数中挑选出对藻类群类结构影响程度较大的10项参数（表4）。根据水环境因子对群落变异的解释度排序，理化因子对群落结果影响程度气温>氨氮>水温>总磷>溶解氧>氯化物>氟化物>总氮>五日生化需氧量>总硬度。
（1）蓝藻门、绿藻门、隐藻门。环境因子气温、水温与其呈强烈的正相关，总磷、氨氮、溶解氧、氯化物与其成强烈的负相关。表明蓝藻门、绿藻门、隐藻门主要受气温、水温、总磷、氨氮、溶解氧、氯化物等影响。
（2）硅藻门。受环境影响较小，主要与总磷、氨氮、氟化物、成较强负相关性、与五日生化需氧量成正相关。
（3）甲藻门。主要与氯化物成负相关性。
（4）隐藻、舟形藻、直链藻3种优势种，受环境因子影响程度较为相似，主要受总磷、氨氮负相关影响。
（5）蓝藻门、绿藻门、隐藻门为受环境因子影响较大的3种门类。原因分析：①2017年湖口站气温变化大致范围为：8.8 ℃～35.0 ℃，水温变化范围：11.0 ℃～31.7℃。气温、水温与藻类数量呈强烈的正相关，随着温度慢慢升高，阳光照射条件越来越好，环境越来适宜藻类繁殖。②总磷、氨氮与藻类数量成强烈的负相关，平常湖口环境氮磷浓度为浮游植物的适宜浓度，但是超过一定浓度后反而会抑制浮游藻类繁殖。③溶解氧与藻类数量成强烈的负相关，浮游植物增加，繁殖、生长过程中耗氧导致水中溶解氧浓度降低。④氯化物与藻类数量成强烈的负相关，排入湖口生活污水中含次氯酸，会影响藻类繁殖。
本研究表明，气温、氨氮、水温、总磷、溶解氧、氯化物为湖口断面藻类分布的主要影响因素。其中，气温、水温等环境因子对蓝藻门影响最大，硅藻门受环境因子影响较小。
5.2 水环境因子变化特征
在整个采样周期内测定水环境因子原始数据见表2，2017年湖口表层水环境因子变化范围见表5。数据变化规律见图6。监测结果表明，湖口水质全年处于Ⅲ-Ⅳ类水。2017年湖口主要水环境污染因子为总氮、总磷，可能是因为采样周边受人为活动影响较大，因此必须严格控制生活污水的排放。其余参数均在Ⅰ-Ⅱ类，表明湖口水环境因子整体较好，在未进入汛期前1～5月水质变化整体较为平稳。而进入汛期后6～9月大部分水质参数明显变好，分析原因可能是湖口流量明显增大，而排入湖中污染物没有明显增加，污染物被稀释使得检出浓度变低。10月水质突然变差，分析原因可能是在湖口处发生长江水倒灌进入鄱阳湖所致。而长江水与鄱阳湖水质相比较差。11～12月整体水质变化整体较为平稳。为了改善湖口水质，必须重点关注湖口总氮、总磷两个参数的变化，严格控制生活污水的排放。
6 结 论
（1）监测结果表明湖口水质全年处于Ⅲ-Ⅳ类水，湖口2017年主要污染水环境因子为总氮、总磷，其余参数均在Ⅰ～Ⅱ类，整体较好。
（2）2017年对湖口断面进行了浮游植物的调查，共鉴定出藻类6门36属。其中，硅藻门12属，甲藻门2属、蓝藻门8属、裸藻门3属、绿藻门10属、隐藻门1属。全年常见优势种为隐藻属、舟形藻属、直链藻属。其中，隐藻属、舟形藻属、直链藻属3种为优势种，受环境因子影响程度较为相似，主要受总磷、氨氮负相关影响。
（3）气温、氨氮、水温、总磷、溶解氧、氯化物为湖口断面藻类分布的主要影响因素。蓝藻门受环境因子影响最大，硅藻门受环境因子影响较小。
（4）对于蓝藻门、绿藻门、隐藻门，环境因子气温、水温与其呈强烈的正相关关系，总磷、氨氮、溶解氧、氯化物与其成强烈的负相关关系。这表明，蓝藻门、绿藻门、隐藻门主要受气温、水温、总磷、氨氮、溶解氧、氯化物等环境因子影响。
参考文献：
[1] 曹慧敏，姚莉. 湖泊浮游生物群落多样性研究进展综述[J]. 广东化工，2020，47（9）：127-128.
[2] 龚川，贡丹丹，刘德富，等. 不同光照强度下香溪河浮游植物演替过程研究[J]. 环境科学研究，2020，33（5）：121-122.
[3] 鄱阳湖研究编委会. 鄱阳湖研究[M]. 上海：上海科学技术出版社，1988.
[4] 庄道阔. 镜泊湖流域浮游植物群落和功能类群特征及水质评价[D]. 保定：河北大学，2015.
[5] 赖江山. 生态学多元数据排序分析软件Canoco5介绍[J]. 生物多样性，2013，21（6）：765-768.
[6] FRANK S. GILLIAM，N. ELIZABETH SAUNDERS. Making more sense of the order： a review of Canoco for Windows 4.5， PC-ORD Version 4 and SYN-TAX 2000[J]. Journal of Vegetation Science，2003，14（2）：297.
[7] 陈立婧，吴淑贤，彭自然，等. 2008年苏州阳澄湖浮游藻类群落结构与环境因子的CCA分析[J]. 生物学杂志，2012，29（6）：65-69.
[8] 汪星，郑丙辉，刘录三，等. 洞庭湖典型断面藻类组成及其与环境因子典范对应分析[J]. 农业环境科学学报，2012，31（5）：995-1002.
[9] 杨丽标，韩小勇，孙璞，等. 巢湖藻类组成与环境因子典范对应分析[J]. 农业环境科学学报，2011，30（5）：952-958.
[10] 金芳芳. 池蝶蚌養殖池塘季节性浮游植物群落与环境因子的CCA分析[D]. 南昌：南昌大学，2012.
[11] 肖智顺，林聪，杨双，等. 大庆新华湖藻类植物群落结构与环境因子的相关性[J]. 植物学报，2016，51（3）：353-362.
（编辑：李 晗）
