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长湖海子湖夏季浮游植物群落结构及环境影响发展效果
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【林业学术论文】摘要：2012年7月对长湖海子湖进行浮游植物群落结构及主要环境因子的调查分析，并运用典范对应分析（CCA）方法对浮游植物群落结构与环境因子的关系进行相关性分析。结果表明，共鉴定出浮游植物51种（含变种和变型），以绿藻最多（45.10%），其次为蓝藻（29.41%）和硅藻
摘要：2012年7月对长湖海子湖进行浮游植物群落结构及主要环境因子的调查分析，并运用典范对应分析（CCA）方法对浮游植物群落结构与环境因子的关系进行相关性分析。结果表明，共鉴定出浮游植物51种（含变种和变型），以绿藻最多（45.10%），其次为蓝藻（29.41%）和硅藻（13.73%），裸藻、甲藻和隐藻所占比例均低于2%。共鉴定出8种浮游植物优势种，其中两栖颤藻（Oscillatoria amphibia）优势度最高。浮游植物细胞丰度变化范围为239.01×105～575.20×105 cells/L，平均值为385.86×105 cells/L。根据海子湖浮游植物种类组成、细胞丰度水平、多样性指数以及均匀度指数等指标综合评价，海子湖水域处于重度富营养化状态。典范对应分析表明，各站点与TN、NH3-N、DO及TP关系较紧密，主要浮游植物中多数蓝藻与TN呈明显正相关。浮游植物群落结构特点与海子湖狭长形地形、进水口产生的水动力学特征以及沿岸较多人为因素干扰紧密相关。
关键词：浮游植物；群落结构；环境因子；CCA；长湖海子湖
中图分类号：Q178.1；Q948.8 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）19-4568-06
DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2014.19.015
Community Structures of Phytoplankton in the Haizi Lake， Changhu Lake
and Associated Environmental Factors
CHAI Yi1，2， PENG Ting1， LI Hao-Cheng1，2， GUO Kun1， HE Yong-Feng2， YANG De-Guo2
（1. College of Animal Science， Yangtze University， Jingzhou 434025， Hubei， China；2. Chinese Academy of Fishery Science/ Key Laboratory of Freshwater Biodiversity Conservation，Ministry of Agriculture， Wuhan 430223， China）
Abstract： Community structure of phytoplankton and the associated environmental factors were investigated in the Haizihu Lake， Changhu Lake in July of 2012. Thei relationships with environmental factors were analysed with Canonical Correspondence Analysis. The results showed that 51 species （genera） of phytoplankton were identified. Chlorophyta（45.10%） was the most， following by Cyanophyta（29.41%）and Bacillariophyta（13.73%）. The ratio of Euglenophyta， Pyrrophyta and Cryptophyta was less than 2%. There were 8 dominant species and the dominancy of Oscillatoria amphibia was the most. The phytoplankton density was varied from 239.01×105 to 575.20×105 cells/L， with the average of 385.86×105 cells/L. According to the species composition，density level，biodiversity index and evenness index， the nutrition of water was in eutrophic and heavy eutrophic state. Canonical correlation analysis （CCA） indicated that the TN， NH3-N， DO and TP were the main environmental factors. Most of Cyanophyta was a great demand for TN. Community structures of phytoplankton were affected by geographical feature， human activities and the hydrodynamic features.
Key words： phytoplankton；community structure； environmental factors； canonical correspondence analysis；Haizihu Lake of； Changhu Lake
长湖位于江汉平原四湖流域上游，是湖北省第三大天然淡水湖泊，可分为海子湖、庙湖、马洪台和圆心湖四个区域，农业部于2010年正式下文批准在长湖建立了国家级水产种质资源保护区（编号：4204）[1-3]。海子湖区域位于长湖西部，属长湖的外围水体，为狭长形湖湾，受人为因素干扰较多。目前围绕长湖的研究主要是水生植物及水体理化因子等相关研究，还缺乏较深入的水生生物及水环境质量研究[4-6]。浮游植物是水生态系统中最重要的初级生产者，也是水环境质量的重要指示生物，其种类组成结构被认为是水生态系统的自然生物指示剂，能迅速反映环境条件的变化，常作为评价和监测水环境的重要指标[7-9]。典范对应分析（Canonical Correspondence Analysis， CCA）是分析浮游植物群落与环境因子间复杂关系的工具，能够同时结合多个环境因子应用于多因子作用下的浮游植物群落[10，11]。本研究针对2012年长湖海子湖夏季浮游植物及主要水环境因子进行调查，分析浮游植物种类组成、空间分布及其与主要水体理化指标的相关性，对长湖海子湖进行水质综合评价，为该湿地水环境管理和健康湿地系统构建提供依据，也为深入研究长湖浮游生态系统提供基础资料。
1 材料与方法
1.1 采样时间与地点
根据海子湖区域环境特征共设置了9个采样点：H1、H2、H3、H4、H5、H6、H7、H8、H9（图1、图2），其中在5个进水口（双桥口、桥河口、代家洼、吴家洼和关沮口）附近分别设置了采样点。于2012年7月21～27日在各个采样点采集水样。
1.2 样品采集与处理
浮游植物定性样本用浅水Ⅲ型浮游生物网自底至表垂直拖网采集，定量样本用采水器采集1 L水样，加入5%福尔马林溶液固定，在实验室浓缩沉淀。浮游植物样本在显微镜下进行鉴定和计数。水温（Temperature）用YSI水质仪现场测定；透明度（Secchidisk depth， SD）用萨克斯盘测定；溶解氧（Dissoved oxygen， DO）用碘量法；水化指标总磷（Total phosphate， TP）、总氮（Total nitrogen， TN）、正磷酸（Orthophosphate， PO43--P）、硝氮（Nitrate nitrogen， NO3--N）、亚硝氮（Nitrite nitrogen， NO2--N）、氨氮（Ammonia nitrogen， NH3-N）按照国家水质标准方法GB3828-2002进行测量。
1.3 浮游植物群落结构参数
浮游植物群落的各项生态指数分别采用下列公式计算：
优势度指数Y=（ni/N）·fi
Shannon-Weaver多样性指数H′=-Σ（ni/N）log2（ni/N）
均匀度指数J′=H′/log2S
式中，N为所有物种的个体总数，S为浮游植物的物种数，ni为第i种的个体总数，fi为第i种藻类在各站点出现的频率。将优势度Y>0.02的藻类定为优势种。参照沈韫芬[12]的标准：H′=0～1为重污染，1～3为中污染（其中
1～2为-中污染，2～3为-中污染），3为轻污染或无污染；J0.3为重污染，0.3～0.5为中污染，0.5为轻污染或无污染。 参照湖泊富营养化评价标准[13]，藻类丰度大于107cells/L时为重富营养化程度，5106～107 cells/L之间时
1～2为α-中污染，2～3为β-中污染），>3为轻污染或无污染；J′<0.3为重污染，0.3～0.5为中污染，>0.5为轻污染或无污染。
参照湖泊富营养化评价标准[13]，藻类丰度大于107cells/L时为重富营养化程度，5×106～107 cells/L之间时为富营养，5×105 ～106 cells/L之间时为中营养，小于5×105 cells/L时为贫营养。
1.4 数据处理
试验数据使用Microsoft Office Excel 2007进行基础计算，数据采用SAS V9.13进行分析；CCA采用Canocial Windows 4.5制图分析。
2 结果与分析
2.1 浮游植物的种类组成及优势种
2012年7月21～27日对长湖海子湖水域的调查结果见表1和图3。由表1和图3可知，共鉴定出浮游植物51种（含变种和变型），其中绿藻门（Chlorophyta）23种，占总数量的45.10%；蓝藻门（Cyanophyta）11属15种，占29.41%，硅藻门（Bacillariophyta）7属7种，占13.73%；黄藻门（Xanthophyta）1属3种，占5.88%；裸藻门（Euglenophyta）、甲藻门（Pyrrophyta）和隐藻门（Cryptophyta）各1种，均占1.96%。
如表2所示，2012年春季海子湖共有8种浮游植物优势种，其中两栖颤藻（Oscillatoria amphibia）优势度最高，达0.51，其余7种优势种浮游植物的优势度均小于0.1。
2.2 浮游植物细胞丰度的平面分布
浮游植物细胞丰度平面分布见图4。各站点细胞丰度均在107 cells/L以上，变化范围为239.01×105～575.20×105 cells/L，平均值为385.86×105 cells/L。其中H3、H5和H9这三个站点的细胞丰度最高。
2.3 浮游植物多样性及均匀度的平面分布
浮游植物多样性指数和均匀度指数平面分布图分别见图5和图6。根据多样性指数平面分布图可知，除H4站点属轻污染或无污染状态外，其余各点多样性指数均处于2～3范围内，属β-中污染状态。根据均匀度指数平面分布图可知，仅H9站点均匀度指数处于0.3～0.5范围内，属中污染状态，其余各站点均属轻污染或无污染状态。
2.4 浮游植物群落结构与环境因子的典范对应分析
共选取磷酸盐（PO43--P）、亚硝酸盐氮（NO2--N）、总磷（TP）、总氮（TN）、溶氧（DO）、总悬浮物（TSS）、氨氮（NH3-N）、化学需氧量（COD）和叶绿素（Chla）共9个水质参数与浮游植物进行典范对应分析（CCA）。
2012年夏季海子湖各采样点与主要环境因子的CCA排序图见图7。H1、H2、H6和H8站点与TN关系紧密；H7站点与NH3-N关系紧密；H9站点受DO影响较大；H5站点受TP影响较大。其余各站点受水环境因子影响较小。
根据浮游植物的出现频率和相对丰度，选用19种主要浮游植物种类用于CCA，浮游植物代码见表3。
由图8浮游植物种类与环境因子的CCA的排序可知：平裂藻（Merismopedia）、颤藻（Oscillatoria）、色球藻（Chroococcus）、小环藻（Cyclotella）、小球藻（Chlorella）和栅藻（Scenedesmus）受TN影响较大；裸藻（Euglena）与COD关系紧密；席藻（Phormidium）、黄丝藻（Tribonema）、十字藻（Crucigenia）和纤维藻（Ankistrodesmus）与DO关系较紧密；蓝纤维藻（Dactylococcopsis）与PO43--P关系紧密。
3 讨论
3.1 浮游植物的种类组成及优势种
浮游植物种类组成、数量变化与水体富营养化程度密切相关[14]。此次调查结果显示，共鉴定出51种（含变种和变型）浮游植物，其中绿藻门占45.10%，裸藻门、甲藻门和隐藻门所占比例均小于2%。表明浮游植物种类组成较单一，结构稳定性较差。
此次共鉴定出8种浮游植物优势种，两栖颤藻的优势度最高，为0.51。表明优势度高度集中，多样性较差。优势种中的两栖颤藻、针状蓝纤维藻、两栖颤藻、湖泊色球藻、微小平裂藻和小球藻均是富营养化程度较高水体中的常见种[15-17]。表明海子湖水体中浮游植物群落结构不稳定，水体中发生水华的风险较高[18]。
3.2 浮游植物群落结构特征
参照湖泊富营养化评价标准[13]，依据浮游植物丰度水平对水体进行评价，海子湖各站点细胞丰度均在107 cells/L以上，可以认为2012年夏季长湖海子湖处于重度富营养化状态。
浮游植物群落是否稳定与多样性和均匀度关系紧密，多样性指数和均匀度指数越高，群落越稳定[19，20]。此次调查结果发现运用多样性指数和均匀度指数对2012年夏季海子湖的评价结果并不完全一致：多样性指数评价中发现绝大多数站点属于β-中污染状态，而均匀度指数评价中发现绝大多数站点属轻污染或无污染状态。有研究[21，22]表明，浮游植物群落结构的影响因素有很多，如水流、水草、水深等理化特征，且中等程度的干扰反而会增加群落的多样性，因此必须结合多个指标综合评价，单一评价指标可能会导致较大误差。因此在此次调查中，也必须结合多个浮游植物群落特征指标如种类组成、丰度、均匀度、多样性等综合评价。
3.3 主要环境因子与浮游植物的关系
CCA排序主要是分析不同物种对环境的需求，能很好的再现物种分布与其生态环境的内在关系，使物种在空间中得到很好的生态分化[10]。此次对站点与主要环境因子的CCA分析表明，浮游植物群落格局受多个环境因子的影响，其中与TN、NH3-N、DO及TP有较大相关性。这与海子湖狭长形地形、5个主要进水口相连产生的水动力学特征且沿岸人为干扰因素较多有关。19种浮游植物种类与环境因子的CCA分析表明，多数蓝藻（平裂藻、颤藻、色球藻）与TN关系较紧密。浮游植物的生长比较合适的氮磷比为16，当超出该氮磷比范围时，会出现生长受氮或磷限制。从此次调查结果的浮游植物种类和丰度水平来看，海子湖氮磷比在合适的范围之内。
影响浮游植物群落的环境因子较多，除了一般的理化因子外，其他如温度、降水量及水生生物种间作用等均会对浮游植物群落产生影响。以后的研究中应尽量结合多个环境因子进行全面分析，摸清浮游植物群落的变化规律及主要的驱动因子。
参考文献：
[1] 吴 翠，唐万鹏，史玉虎，等.长湖湿地生态价值评价[J].湖北林业科技，2008（1）：45-47.
[2] 陈红兵，卢进登，余 祺，等.长湖水质现状调查及评价[J].污染防治技术，2007，20（4）：45-47.
[3] 卢进登，张 劲，陈红兵，等.GIS技术在长湖水污染现状分析中的应用[J].湖北大学学报（自然科
学版），2007，29（2）：199-202. [4] 吴 翠，唐万鹏，史玉虎，等.长湖湿地水生植被演替研究[J].湿地科学，2007，5（2）：15-18. [5] 袁龙义，杨朝东，费永俊，等.湖北长湖湿地湖岸带植物多样性研究[J].安徽农业科学
学版），2007，29（2）：199-202.
[4] 吴 翠，唐万鹏，史玉虎，等.长湖湿地水生植被演替研究[J].湿地科学，2007，5（2）：15-18.
[5] 袁龙义，杨朝东，费永俊，等.湖北长湖湿地湖岸带植物多样性研究[J].安徽农业科学，2008，36（35）：15596-15599，15611.
[6] 帅方敏，王新生，陈红兵，等.长湖流域非点源污染现状分析[J]. 云南地理环境研究，2007，19（5）：118-122.
[7] 刘建康.高级水生生物学[M].北京：科学出版社，1999.
[8] CARDINALE B， PALMER A， COLLINS L. Species diversity enhances ecosystem functioning through interspecific facilitation [J]. Nature， 2002，415：426-429.
[9] LI W. Macroecological patterns of phytoplankton in the northwertern North Atlantic Ocean[J]. Nature， 2002，419： 154-157.
[10] 张金屯.数量生态学[M].北京：科学出版社，2004.
[11] FLORES N. Phytoplankton assemblages in twenty-one Sicilian reservoirs relationship between species composition and environmental factors[J]. Hydrobiologia， 2000，424： 1-11.
[12] 沈韫芬.微型生物监测新技术[M].北京：中国建筑工业出版社，1990.
[13] 王明翠，刘雪芹，张建辉.湖泊富营养化评价方法及分级标准[J].中国环境监测，2002，18（5）：47-49.
[14] 赵 文.水生生物学[M].北京：中国农业出版社，2005.
[15] 陈菊芳，徐 宁，王朝晖，等.大亚湾拟菱形藻种群的季节变化与环境因子的关系[J].环境科学学报，2002，22（6）：743-748.
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