二圣水库浮游生物群落变化及与环境因子的关系

戴国佳，徐祥荣，张 振，姚家骁

（1.江苏省句容市水利局，江苏 句容 212499；2.句容市赤山湖水利枢纽管理处，江苏 句容 212434；3.江苏省水文水资源勘测局镇江分局，江苏 镇江 212001）

浮游生物是淡水生态系统中重要的生物体，对环境因子的变化有较高的响应度，一般分为浮游植物和浮游动物[1]。浮游植物是水生态系统中具有叶绿素、无根茎组织分化的可以进行自营养生活的一类低等植物，是水生态系统中物质转换、运移的重要参与者和光合作用的主要进行者[2-3]。水生态环境的变化对浮游植物群落结构和生态系统服务功能起到重要的调控作用，浮游植物群落结构变化可以作为评价水生态环境、水体营养化、养分含量变化等指标变化的重要参考值[4-5]。因此，浮游植物被广泛应用于河流、湖泊、水库环境变化的水质指标。浮游动物是水生态系统中的初级消费者和食物链的关键参与者，对水生态系统的物质交换、能量转换及信息传递等方面发挥着重要的作用。浮游动物的群落结构变化与环境因子的变化具有显著的关联性，因此，浮游动物的群落组成常被用作水环境变化的直接体现[6]。

二圣水库位于江苏省句容市东南丘陵区，秦淮南源支流北高河上游，属丘陵水库，水库集水面积103.5 km2，为中型水库。二圣水库承担着句容市饮用水源、旅游休闲、生态改善和湿地保护等功能，对句容市有着非常重要的意义，因此应全面做好二圣水库水体健康状况的监测和分析。本文通过对2020年四个季度的监测数据进行分析，评估二圣水库的水质健康状况和富营养化情况。

1 研究地区与研究方法

1.1 研究区域概况

二圣水库位于江苏省句容市东南丘陵区，秦淮河支流的北河上游，为当地著名的中型水库之一，见图1，分别于2020年2 月、6 月、9 月和11 月进行取样测定。按照《水环境监测规范》（SL 219-2018）要求，采集水面下0.5 m 处水样，现场测定水样的温度、溶解氧含量和pH 值。采集的水样，分为两份，一份用1.5%的撸哥试剂进行固定，另一份不添加撸哥试剂，两份水样均放置在4℃冰盒中保存，送至实验室后进行分析测定。

图1 二圣水库采样点位置

1.2 测定指标及方法

1.2.1 基本理化性状

（1）叶绿素含量：参照《叶绿素的测定分光光度法》（SL88-2012）所述方法；

（2）总氮含量：参照ISO29441-2010 所述方法；

（3）总磷含量：参照ISO15681-2003 所述方法；

（4）透明度：参照《透明度的测定透明度计法、圆盘法》（SL 87-1994）所述方法；

（5）高锰酸盐指数（CODMn）：参照《水质高锰酸盐指数的测定酸性高锰酸钾法》（GB/T 11892-1989）所述方法。

1.2.2 浮游生物测定

将添加撸哥试剂的水样标记为N1，另一份水样标记为N2，用移液枪吸取0.1 mL 水样放在计数框内（20 mm×20 mm），盖上盖玻片，在显微镜下进行浮游植物和浮游动物种类鉴定和数量测定。

1.3 水体营养化指数计算

依据《湖泊（水库）富营养化评价方法及分级技术规定》，利用叶绿色a、总磷、总氮、透明度、高锰酸盐指数计算得出[7]。

1.4 多样性指数计算

Shannon-wiener 指数和均匀度指数均是表征生物多样性的指数。

（1）Shannon-wiener 指数H′计算公式：

式中：S 为藻类种类；Pi 为第i 种藻类占整个藻类个体数的比例。

（2）均匀度指数J 计算公式：

式中：H′为Shannon-wiener 指数；S 为藻类种类。

1.5 数据分析与作图

采用SPSS20.0 进行数据分析，采用Excel2007 进行作图。

2 结果与分析

2.1 浮游植物群落组成

由表可知，二圣水库全年浮游植物总数量为51.50×104～72.50×104个/L，在2 月份时，总密度最小，而9 月份时，其数量达到最大值。经过3 次采样测定，共鉴定出浮游植物6 门33 属50 种，从优势度数据可以看出，二圣水库浮游植物以绿藻门、硅藻门和隐藻门为主，绿藻门和硅藻门浮游植物随着时间的推移，其优势度呈现不断增加的趋势；而隐藻门浮游植物随着时间的推移，其优势度呈现下降的趋势，在2 月份时优势度最大。蓝藻门、金藻门和甲藻门浮游植物群落优势度相对较低，占总浮游植物群落的12%左右。

2.2 浮游动物群落组成

表2 所示为不同监测时间水体浮游动物群落变化情况。由表可知，二圣水库浮游动物以原生动物为主，其数量达到11000ind/L～18000ind/L，其中6 月份时，原生动物数量达到最大值，11 月份时数量最低；其次是轮虫数量，枝角类、桡足类和无节幼体数量相对较低。

表2 不同监测时间水体浮游动物群落变化情况

表1 所示为不同监测时间水体浮游植物群落结构变化情况。

表1 不同监测时间水体浮游植物群落变化情况

2.3 浮游生物多样性指数

图2 所示为不同采样时间浮游生物Shannon-wiener 指数和Pielou 指数变化情况。2020年2 月、6 月、9 月和11 月浮游生物的Shannon-wiener 指数分别为3.63、3.86、3.95 和3.9；而浮游生物的Pielou 均匀度指数分比为0.87、0.93、0.93 和0.9，以上数据表明，浮游生物在9 月份时群落结构数量最为丰富。

图2 不同采样时间浮游生物多样性指数

2.4 水体养分含量变化情况

表3 所示为不同监测时间水体养分含量。由表可知，二圣水库pH 介于8.10～8.50；溶解氧含量为7.10 mg/L～11.40 mg/L，且在2 月份时达到最大值；总氮含量为0.50 mg/L～0.63 mg/L，在6 月份时含量最低；水体透明度为0.58 m。

表3 不同监测时间水体养分含量

2.5 水体营养状态指数

图3 所示为不同监测时间水体营养状态指数。由图可知，2020年二圣水库水体营养状态指数为50.4～51.0，其中，6月份数值最大。根据《湖泊（水库）营养状态评价标准及分级方法》，可以得知，二圣水库水体在2020年2 月～11 月期间，均属于轻度富营养化状态。

图3 2020年二圣水库营养状态指数

2.6 相关性分析

表4 所示为浮游生物与各环境因子之间的相关性分析。由表可知，绿藻门浮游植物数量与硅藻门数量呈现极显著正相关关系，与轮虫数量呈现显著正相关关系；隐藻门浮游植物数量与水体pH 值呈现极显著正相关关系；甲藻门浮游植物数量与原生动物数量呈现显著正相关关系。

表4 相关性分析

3 讨论

有研究表明，水体生态系统浮游生物数量与密度随时空变化而呈现明显的变化趋势[8]。刘炜等人对低盐潟湖浮游植物监测分析得知，浮游植物在秋冬交替期群落结构呈现不同趋势，且以硅藻门、绿藻门和蓝藻门浮游植物为优势种群[9]。在本研究中，各浮游植物随时间的推移呈现明显的季节性变化，其中，绿藻门呈现逐渐增加的趋势，而隐藻门呈现不断下降的趋势，硅藻门呈现先增加后降低的趋势。另外，本文中，二圣水库浮游动物以原生动物占绝对优势，其次是轮虫，而大型浮游动物数量较少，李小艳等人对邛海浮游动物群落组成调研中也发现了类似的现象，表明二圣水库中下级营养级捕食压力较大，而原生动物和轮虫的被捕食压力较小[10]。

根据计算得出的水体营养化指数可以得知，二圣水库全年营养指数均超过50，表明该水体已经呈现轻度的富营养状态，且该水体总氮、高锰酸盐指数等指标含量相对较高，应进一步加大管控。

4 结论

二圣水库浮游植物以绿藻门、硅藻门和隐藻门浮游植物为主，浮游动物以原生动物和轮虫为主；浮游生物Shannon-Wiener 多样性指数和Pielou 均匀度指数分别为3.63～3.95 和0.87～0.93；相关性分析表明，pH 值与浮游植物群落结构相关性较大；营养状态指数表明，该水库已处于轻度富营养化状态，应早日采取相关措施，以防富营养化状况加重。