上海市鲁迅公园浮游植物群落结构分析及评价

崔丹 李莹 陈体达 黄民生

关键词：浮游植物;密度;生物量;环境因子

0引言

浮游植物是水生态系统的重要组成部分，其作為水生态系统中的初级生产者[1-2]，极大程度上决定了水体的生产力，进而影响水体的状态和功能;同时，浮游植物对环境因素的变化极其敏感，可以对水体中营养元素浓度的波动快速响应[3]，其群落结构的变化可以较为准确地反映水体水质情况和水体富营养化程度[4-7]，在水质监测与评价中具有重要的指示作用[8].

目前，国际上对浮游植物群落的研究主要着重于大尺度、大区域范围[9-10].例如，2019年麻省理工学院的Dutkiewicz等[11]运用基于全球特征的生态系统模型对全球海洋中的浮游植物多样性进行了深入分析;苏黎世联邦理工学院的Righetti等[12]使用生态位模型分析了温度和环境变化对全球海洋浮游植物多样性的影响;Belin等[13]对法国沿海水域浮游植物及其藻毒素进行了研究.国内关于浮游植物群落的研究也主要集中于大型自然水体[14-16]，对城市公园水体的研究则相对较少.本研究以浮游植物为切入点，通过研究鲁迅公园水体浮游植物群落变化来揭示鲁迅公园水生态健康状态，为其水体保护和预警提供参考和依据.

1研究区域与方法

1.1 研究区域

鲁迅公园位于上海市虹口区四川北路甜爱支路280号，占地面积28.63万m2.其前身始建于19世纪末，原本作为公共租界工部局所属四川路（今四川北路）界外靶子场而设，后来划出部分于1905年建为“新靶子场公园”;1922年改称“虹口公园”;1956年秋季，鲁迅逝世20周年时，鲁迅墓从万国公墓迁到虹口公园内;1988年正式改名为“鲁迅公园”.园内的鲁迅纪念馆是中华人民共和国成立后的第一个人物类纪念馆，2009年被国家文物局评定为全国首批一级博物馆.鲁迅公园是上海主要历史文化纪念性公园和中国第一个体育公园[17]，西侧为虹口足球场，公园客流量极大，是虹口区重要的生态资源和游乐观光场所.

公园水体面积约4万m2，东西跨度约350m，南北跨度约600m，形态呈现为不规则的“海马”形.其东北部水域较大，中部及西南侧水域较小，水深0.5～2.2m.东北部大湖和西南侧海战船区域可驾驶电动游船观光及娱乐，西南侧钓鱼池区域可供游人垂钓，鲁迅公园水体具有重要的娱乐及休闲观光功能.公园水体不与外界水体连通，相对独立，污染源主要为公园内路面径流污染以及大气干湿沉降污染.

1.2 研究方法

分别于2019年1月、4月、7月、10月，代表冬、春、夏、秋4个季节对鲁迅公园水体中的浮游植物进行采样调查，公园区位及周边水系如图1所示.共设置10个采样点，根据水体形态特征分为3个区域，采样点分布如图2所示：北侧大湖5个（黄圈区域），中部连通走廊3个（绿圈区域），西南侧水体2个（粉红圈区域）.

1.3 样品采集和保存

使用可伸缩长柄勺在0.5m水深处汲取1L水样，转移至黑色聚乙烯塑料瓶中，并立即加入15mL鲁哥试剂进行固定及染色，回到实验室后将处理过的水样摇匀，倒入1L筒形分液漏斗中，静置沉淀24h，然后用虹吸管抽掉上层清液，浓缩至30～50mL，转移至容量瓶中[18]，加入2mL浓度为40%的甲醛溶液以长期保存.

1.4 浮游植物鉴定及计数

浮游植物采用视野法计数[19-20]，鉴定品种参考《中国藻类志》《中国常见淡水藻类图谱》等书籍.浮游植物密度计算公式为式中：N为浮游植物密度（个/L）;Pn为计数出的浮游植物个数;Cs为计数框面积（mm2），一般为400mm2;Fs为每个视野的面积（mm2）;Fn为计数过的视野数;V为1L水样浓缩后体积（mL）;U为计数框容积（mL）.

1.5 数据处理

图表采用ArcGIS10.6和Origin2019绘制，去趋势分析（DetrendedCorrespondenceAnalysis，DCA）和冗余分析（RedundancyAnalysis，RDA）采用CanocoforWindows4.5软件进行，详见表1.

2结果与分析

2.1 浮游植物物种组成

鲁迅公园水体于2019年冬、春、夏、秋四季监测到浮游植物8大门类，分别为蓝藻门（Cyanophyta）、绿藻门（Chlorophyta）、硅藻门（Diatoms）、甲藻门（Dinophyta）、黄藻门（Xanthophyta）、金藻门（Chrysophyta）、裸藻门（Euglena）和隐藻门（Cryptophyta），共83属，其中蓝藻门13属，绿藻门32属，硅藻门22属，甲藻门5属，黄藻门3属、金藻门2属、裸藻门5属，隐藻门1属，主要藻属及污染指示种类如表2所示[22].

2.2 浮游植物群落细胞密度时空变化

由图3可知，4个季节里蓝藻、绿藻和硅藻是鲁迅公园水体中主要的浮游植物群类，这3门藻类密度在春季的占比稍低，为92%，其他季节均超过了95%.在冬季，蓝藻占比18%，绿藻32%（其中小环藻占比9.75%），硅藻占比44%（其中小环藻占比19.55%，针杆藻占比11.26%）.在春季，蓝藻占比为12%，变化不大;绿藻占比大幅上升，达到了68%（其中栅藻占比25.18%）;而硅藻占比大幅下降，仅为12%.在夏季，蓝藻和硅藻占比均有所上升，分别达到了28%和30%，绿藻下降为37%.在秋季，蓝藻占比大幅上升至62%（其中平裂藻和微囊藻占比23.71%和14.14%），绿藻和硅藻占比17%和18%.

鲁迅公园水体浮游植物群落密度随季节变化明显，变化范围极大，详见图4.冬季S9号点密度仅0.34×106ind/L，最大值出现在秋季S6号点，密度高达59.33×106ind/L.浮游植物的细胞密度整体上呈现从冬季到秋季逐季增长的趋势，冬季各点位平均密度仅为2.4×106ind/L，而春季则达到了9.62×106ind/L，增幅超过4倍，原因可能是冬季过于寒冷抑制了藻类的生长和繁殖，随着气温上升和光照强度的增加，藻类的生长得到了极大的促进[23]，进入夏季，浮游植物密度继续升高至15.9×106ind/L，秋季浮游植物密度达到峰值，为28.7×106ind/L，8月里盛夏的高温和强烈的光照应是直接原因[24].鲁迅公园浮游植物的细胞年平均密度为14.01×106ind/L，高于顾村公园、桂林公园和世纪公园，低于黄兴公园，浮游植物的细胞密度变化与上海市其他公园水体相比存在较大差异，桂林公园、和平公园、世纪公园的浮游植物细胞密度峰值都出现在夏季，密度变化趋势基本为冬季至夏季升高，秋季降低[25].

2.3 浮游植物生物量时空变化

由图5可知，鲁迅公园水体浮游植物生物量变化幅度较大，整体呈现逐季節上升的趋势.与浮游植物密度变化大致类似，冬季、春季、夏季和秋季的平均生物量分别0.62、2.56、4.24和6.8mg/L.可以看出，冬季和春季的绿藻生物量占比很大，多数点位都超过了50%，而蓝藻和硅藻的占比则很小，直到夏季硅藻和蓝藻的生物量才大幅上升，平均值达到0.88mg/L和1.26mg/L，合计占比超过总生物量的一半，秋季的蓝藻生物量再次大幅升高，各点位均值超过3.55mg/L，其中S4、S6号点的蓝藻生物量高达7.31mg/L和8.24mg/L，S4号点的总生物量达12.83mg/L，超过了其他所有点位，为秋季最高值.

2.4 浮游植物优势属

由表3可知，鲁迅公园水体中浮游植物全年优势门类为蓝藻门、硅藻门和绿藻门.蓝藻门内全年主要优势属为伪鱼腥藻和平裂藻，其中，平裂藻在4个季节内均为优势属.硅藻门内全年主要优势属为小环藻和针杆藻，其中，小环藻在4个季节内都是优势属，且优势度较大.绿藻门内主要为栅藻和盘星藻，其中，栅藻在4个季节内全部为优势属.根据指示物种划分，全年大部分优势藻均为耐污种，因此，鲁迅公园水体存在一定的污染风险[26-27].

2.5 浮游植物多样性和均匀度

图6中浮游植物的Shannon多样性指数（H'）总体波动不大，冬、春、夏、秋四季平均值分别为2.23、2.65、2.78和2.10.根据分类，4个季节均为b-中度污染状态[28-31]，最小值出现在秋季S10号点，为1.21;最大值出现在春季S3号点，为3.03;总体上呈现冬季到夏季增大，夏季到秋季减小的趋势，秋季波动较大，其他3个季节较为平稳.Pielou均匀度指数（J）整体变化范围较小，冬季、春季和夏季的平均均匀度指数都为0.75，秋季均匀度指数为0.68.S9号点在冬季、夏季和秋季都出现了较高峰值，表明该点位的浮游植物各种类数量差异较小.Margalef丰富度指数（D）全年变化范围为0.23～2.82，变化趋与H'类似，夏季整体水平最高，平均值达2.40，冬季最低均值为1.25.

2.6 水质理化指标

由图7可知，鲁迅公园水体中总磷（TP）浓度在冬、春季较低，平均浓度分别为0.05mg/L和0.07mg/L，达到Ⅲ类、Ⅳ类标准;夏季平均浓度为0.14mg/L，为Ⅴ类水;秋季平均浓度为0.11mg/L，基本接近Ⅳ类水质标准;4个季节的湖水pH值均高于7.5，为典型的碱性水体;全年总氮（TN）平均浓度为1.32mg/L，达到Ⅳ类水标准;氨氮（NH4+-N）全年平均浓度为0.43mg/L;叶绿素a（Chla）在冬、春季的平均浓度较低，分别为21.96μg/L和15.77μg/L，夏、秋季的平均浓度为48.51μg/L和79.46μg/L;化学需氧量（CODCr）年平均浓度为30.90mg/L;高锰酸盐指数（CODMn）年平均浓度为9.34mg/L;溶解态磷（DP）全年平均浓度为0.05mg/L;硝态氮（NO3–-N）全年平均浓度为0.54mg/L.

2.7 浮游植物与环境因子的关系

筛选出年丰度大于1%的藻属共20属进行去趋势分析（DCA），环境因子包括pH值、溶解氧（DO）、化学需氧量（CODCr）、高锰酸盐指数（CODMn）、氨氮（NH4+-N）、硝态氮（NO3–-N）、亚硝氮（NO2–-N）、总氮（TN）、溶磷（DP）、总磷（TP），排序得出最长排序轴长度为3.203，故采用冗余分析（RDA）对浮游植物群落与环境因子之间的关系进行进一步分析[32-33].

表4RDA分析中，排序轴1（l=0.358）和轴2（l=0.044）共同解释了浮游植物群落40.2%的结构变化以及90.7%的物种-环境因子关系，极大程度上解释了鲁迅公园浮游植物群落与环境因子之间的关系.由表5可知，与轴1相关性较强的环境因子有pH值（r=0.7873）和NO3–-N（r=–0.6682），与轴2相关性较强的环境因子有NO2–-N（r=–0.5588）.

通过RDA分析图（见图8）可看出，螺旋藻（Spirulina）、鱼腥藻（Anabaena）、菱形藻（Nitzschia）、纤维藻（Cellulosae）、直链藻（Melosira）、伪鱼腥藻（Pseudo-Anabaena）、小环藻（Cyclotella）、针杆藻（Sphaerophyllum）与pH值、TP呈显著正相关，与NO3–-N呈显著负相关;盘星藻（Pentaphyllum）、栅藻（Scenedesmus）、四角藻（Tetraceratops）、鼓藻（Sphaerotheca）与NO2–-N、DP、DO、CODMn呈显著正相关，与NO3–-N则无明显关联.

3结论

（1）鲁迅公园水体全年共采集记录浮游植物8门83属，主要以蓝藻、硅藻和绿藻为主，这3大门类物种占比超过75%，Shannon多样性指数全年均低于3，物种丰富度较低，4个季节水体均为b-中度污染状态.

（2）浮游植物的细胞密度和生物量均呈现明显的逐季节上升的趋势.其中，冬季的最小，分别为2.40×106ind/L、0.62mg/L;秋季的最大，分别为28.71×106ind/L、6.85mg/L.秋季细胞密度几乎达到冬季的12倍，生物量接近冬季的11倍.此外，秋季的浮游植物群落主要门类为蓝藻，其细胞密度和生物量占比均超过60%，警惕蓝藻爆发已成为鲁迅公园水体今后生态预警及防治的重要任务.

（3）从优势种角度来看，鲁迅公园水体中蓝藻门、硅藻门和绿藻门为全年优势门类，主要优势藻属有平裂藻、小环藻、栅藻、伪鱼腥藻等，4个季节内超过60%的优势藻属为耐污种.

（4）浮游植物物种多样性的季节差异较大，夏季略微高于春季，春季显著高于冬季、略微高于秋季;空间上，北侧大湖物种多样性高于中部水体，中部水体物种多样性明显低于西南侧水体.

（5）冗余分析结果表明，pH值、硝态氮、亚硝氮和高锰酸盐指数是影响鲁迅公园水体浮游植物群落结构的关键影响因子.