元荡水域浮游植物的群落结构及水质评价

王 忆，钟俊生，郁蔚文，胡 景，陈立婧

(1.上海海洋大学省部共建水产种质资源发掘与利用教育部重点实验室，上海 201306；2.中国水产科学研究院渔机所，上海 200092)



元荡水域浮游植物的群落结构及水质评价

王 忆1，钟俊生1，郁蔚文2，胡 景1，陈立婧1

(1.上海海洋大学省部共建水产种质资源发掘与利用教育部重点实验室，上海 201306；2.中国水产科学研究院渔机所，上海 200092)

2013年对元荡湖的浮游植物群落和物种多样性进行了初步调查研究，共发现浮游植物111种，隶属7门，72属，其中绿藻门为主要类群，35属48种，占浮游植物总物种的43.24%。浮游植物生物量和密度分别为2.13 mg/L和842.80×104cells/L，主要优势种有微小平列藻(Merismopediatenuissima)、两栖颤藻(Oscillatoriaamphbia)、灿烂颤藻(Oscillatoriasplendida)、小空心藻(Coelastrummicroporum)、小型黄丝藻(Tribonemaminus)等。蓝藻门的优势种出现在春、夏、秋季，绿藻门的优势种出现在冬季，黄藻门的优势种出现在秋冬季。Shannon-Wiener多样性指数全年均值为1.70，Margalef 丰富度指数全年均值为1.13，藻类综合指数全年均值为6.00，元荡湖水体呈富营养型。

元荡湖；浮游植物；群落结构；水质评价

浮游植物是水域环境中主要的初级生产者以及食物链上的基础环节，在能量的转换和物质的循环过程中扮演着重要的角色，其群落结构是反映水域环境状况的重要指标[1]。浮游植物的种类组成、群落结构和丰度变化，直接影响水体水质、系统内能量流、物质流和生物资源变动[2-3]。故系统深入地了解浮游植物群体结构变化规律及其特点对改善水环境，进行湖泊生态修复有着重要的理论和实际意义。

元荡湖位于上海市青浦区西南约25 km处，与朱邵漾、雪落漾相连，与淀山湖相通，原系淀山湖湖湾，后因芦滩封淤，始成一独立湖泊，和江苏省吴江市比邻。元荡湖最宽处3.8 km，南北长约6 km，属于青浦区，区域水面积为4 250 km2，水位最深处为2.5 m，平均水深为1.8 m，湖区水草茂盛，渔业资源丰富，多产鱼、虾、蟹、贝类等高质量的水产品。元荡湖也是淀山湖的入湖湖泊之一，但随着地区社会经济的发展，淀山湖区域内污染问题日渐突出，水环境日趋恶化，生态环境遭到破坏，严重威胁着下游地区人民的饮用水安全，严重制约着区域经济社会的可持续发展。元荡水域与淀山湖相连，在一定程度上受到淀山湖的影响，水体也趋于富营养化。国内有关淀山湖的研究有浮游植物、浮游动物、水中营养盐和蓝藻爆发等[4-5]，尚无关于元荡湖浮游植物的报道。因此定期对元荡湖浮游植物的群落结构进行研究，可为元荡湖开发和修复水质提供基础资料。

1　材料与方法

1.1采样点设置根据元荡湖的形态、水文以及湖区内的渔业状况设立7个采样点(图1)。

图1　元荡湖水域采样点Fig.1　Sampling sites in Yuandang Lake area

1.2样品采集和分析用5 L有机玻璃采水器采集表层水(0.5 m)，并从中取1 L水样加入15 mL的鲁哥氏碘液固定，再加入10 mL的甲醛溶液用来延长样品的保存时间。样品带回实验室沉淀、浓缩、镜检。种类鉴定主要依据《中国淡水藻类：系统、分类及生态》[6]，计数时每个样品重复计数两片，误差超过15%时进行第3片计数后取结果相近的两片并取平均值。用细胞体积法推算浮游藻类的生物量，对优势种随机测量30～50个细胞或个体的体积，求得平均值[7-8]。

1.3数据分析物种多样性指数(H′)的计算公式用香农-威纳指数[9](Shannon-Wiener index)表达式，为：

(1)

物种丰富度指数(D)采用Margalef的计算公式[10]：

(2)

物种优势度(Y)的计算公式[10]：

(3)

式(1)～(3)中，Ni为第i种的个体数；N为总个体数；S为总物种数；fi为第i种的出现率。

藻类综合指数的计算公式[11]：

综合指数=

(4)

2　结果

2.1浮游植物种类组成 元荡湖水域共发现浮游植物7门72属111种。其中绿藻门种类最多，35属48种；硅藻门次之，16属27种；蓝藻门14属22种；裸藻门3属5种；黄藻门2属6种；甲藻门1属2种；隐藻门1属1种。由图2可知，绿藻门种类最多，占总种类数的43%；硅藻门次之，占总数的24%；蓝藻门占总数的20%；黄藻门占总数的5%；裸藻门占总数的5%；甲藻门占总数的2%；隐藻门占总数的1%。

图2　元荡湖水域浮游植物种类组成Fig.2　Composition of phytoplankton species in Yuandang Lake area

由表1可知，4个季度共出现优势种12种，其中蓝藻门6种，绿藻门4种，黄藻门2种。元荡水域春夏秋3季蓝藻为绝对优势种群，冬季绿藻为绝对优势种群。蓝藻门的两栖颤藻和微小平列藻在春季、夏季、秋季3个季度的优势度较高；铜绿微囊藻(Microcystisaeruginosa)和格孔隐杆藻(Aphanothececlathrata)在夏季和秋季的优势度较高。春季优势种还有蓝藻门的灿烂颤藻。冬季优势种除了蓝藻门的不定微囊藻(Microcystisincerta)，还有绿藻门的小球藻(Chlorellavulgaris)、串球丝藻(Ulothrixmoniliformis)、集球藻(Palmellococcusminiatus)和小空星藻(Coelastrummicroporum)。黄藻门的小型黄丝藻在秋季和冬季的优势度较高，普通黄丝藻(Tribonemavulgare)是春季的优势种。

表1　2013年元荡水域浮游植物优势种及其优势度

2.2浮游植物生物密度和生物量2013年浮游植物生物密度年平均值为842.8×104cells/ L。夏季浮游植物生物密度最大为2 324.0×104cells/ L，冬季浮游植物密度最低为15.9×104cells/ L，季节间差异极显著(P<0.01)。

2013年元荡湖浮游植物生物量年平均值为2.127 9 mg/L。春季浮游植物生物量最大(6.144 1 mg/L)，而冬季浮游植物生物量最低(0.087 3 mg/L)，季节间差异极显著(P<0.01)(图3)。

图3　2013年元荡湖水域浮游植物生物量和生物密度变化Fig.3　Changes in phytoplankton biomass and density in Yuandang Lake area in 2013

由表2可知，2013年蓝藻门的生物密度很高，占总浮游植物密度的93.17%，最高出现在夏季。其次是绿藻门，占总浮游植物的3.89%，最大生物密度也是出现在夏季。黄藻门的生物密度占总浮游植物密度的2.65%，最大生物密度出现在秋季。裸藻门、隐藻门和甲藻门在4个季度的生物密度都很低，最低的是隐藻门，只有冬季出现。

2.3浮游植物多样性指数和藻类综合指数及水质评价元荡湖水体中浮游植物多样性指数有明显的时间分布规律，Shannon-Wiener多样性指数全年均值为1.70，Margalef 丰富度指数全年均值为1.13，藻类综合指数全年均值为6.00。浮游生物的各项多样性指数对水质有着不一样的评价标准(表3)，根据评价标准Shannon-Wiener多样性指数处于重中污染，Margalef 丰富度指数处于严重污染，综合前面两者应该为重污染。藻类综合指数中蓝藻种类有22种，绿球藻种类有0种，中心纲硅藻纲种类有3种，裸藻种类有5种，鼓藻目有5种，藻类综合指数为6，体现为富营养型。综合以上参数，元荡湖水体整体呈现出富营养型。

表2　2013年元荡水域4季度各门浮游植物生物密度

表3　元荡湖水体污染评价

3　讨论

3.1浮游植物群落结构的季节变化 根据2013年元荡水域浮游植物组成，得出元荡水域属绿藻-硅藻-蓝藻型。一般认为，硅藻型的浮游植物群落是水质污染较轻水体的典型特征，而蓝藻型则意味着水质富营养化程度比较高[15]，据此可以判断元荡湖的水体富营养化程度较高。元荡湖浮游植物数量和生物量随季节变化十分明显。喜温性的蓝藻门与水温呈现很好的正相关性，夏季生长、繁殖旺盛，数量随着水温上升而上升。较喜低温的硅藻门则与温度呈负相关关系，在冬春两季生长较好。在春夏季因为单个细胞鲜重质量较大的两栖颤藻大量繁殖，而秋冬季藻类都不多，使得春夏季的浮游生物生物量和秋冬季相差很大。蓝藻决定了春夏季浮游植物生物密度。根据Sommer等提出的著名PEG(Plankton Ecology Group)模型认为浮游植物的季节演替规律大概是：从冬春的隐藻、硅藻转变为夏季的绿藻，在夏末秋初时蓝藻占主要优势，再到冬季硅藻大量存在，而这一模型也是主要反映中营养型深水湖泊，元荡水域主体为浅水性的静水水体，蓝藻从春季延续到秋季，不仅仅在高温季节形成优势种，即在元荡水域中的生长时间大大增长，这完全不同于EPG模型，也标志着水体的富营养化，对比淀山湖也存在着相同的情况。随着湖泊的富营养化，特别是磷浓度的增加，通常会导致水体中蓝藻在浮游植物群落演替中占优势[16-17]。蓝藻的最适温度范围是25～30 ℃，对高温的耐受性要强于其他藻类[18]。

3.2元荡湖浮游植物与上海其他湖泊的比较富营养湖泊的藻类组成主要为绿藻和蓝藻，藻类的年平均密度较大(表4)，可见湖泊的富营养化与藻类的变化密切相关。湖泊水质的污染使得营养盐增加，导致藻类的大量爆发，并伴随污染致使藻类增长。元荡水域与上海其他湖泊比较，上述特点也很明显。元荡水域与淀山湖相通，淀山湖近几年污染严重，对元荡湖有一定的影响。随着市场经济的发展，人们对元荡水域及周边的开发都影响到水质。生活污水的排放，水系内水产养殖的经营，都使得元荡水域逐步富营养化。

综合多样性指数、丰富度指数以及藻类综合指数，都显示元荡水域已经富营养化，水质受到污染。随着元荡水域周边区域的经济发展，人们生活水平的提高，输入元荡水域的营养物质也增加了，湖内营养物质随之增加。生活废水和工厂的废水处理等环节越来越重要，避免直接排放造成水域体系中某一物质过高过低引起水体物质间平衡关系的破坏，使得水体受污染，趋于富营养化。

表4　元荡水域与其他湖泊藻类种类、现存量的比较

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Phytoplankton Community Structure and Water Quality Assessment in Yuandang Lake Area

WANG Yi1, ZHONG Jun-sheng1, YU Wei-wen2, CHEN Li-jing1et al

(1. Ministry of Education Key Laboratory of Exploration and Utilization of Aquatic Genetic Resources, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306; 2. Fishery Machinery and Instrument Engineering Research Institute, Chinese Academy of Fishery Sciences, Shanghai 200092)

A preliminary survey was carried on phytoplankton community and species diversity of Yuandang Lake in 2013. It found a total of 111 species of phytoplankton belonging to 7 phyla and 72 genera, among which there are 35 genera and 48 species. 43.24% of the total species were Chlorophyta. Phytoplankton biomass and density were 2.13 mg/L and 842.80 × 104cells/L.Merismopedia.tenuissima,Oscillatoria.amphbia,Oscillatoriasplendida,Coelastrummicroporum,Tribonemaminus,etc. are the main dominant species. The dominant species of Cyanophyta appeared in spring, summer and autumn. The dominant species of Chlorophyta appeared in winter, and the Xanthophyta appeared in autumn and winter. Based on the analysis of statistics, the annual average values of Shannon-Wiener index, Margalef index, and Algae index were 1.70, 1.13, 6.00 respectively, so this survey indicated that Yuandang Lake suffered from eutrophication.

Yuandang Lake; Phytoplankton; Community structure; Water quality assessment

水产动物遗传育种中心上海市协同创新中心(ZF1206)；上海市科技兴农重点攻关项目(D-8006-13-0049)联合资助。

王忆(1995- )，女，河北廊坊人，硕士研究生，研究方向：水产养殖。*通讯作者，副教授，博士，硕士生导师，从事水环境的生物调控和生态修复、浮游生物的物种多样性和优势种演替机制等研究。

2016-05-19

S 963.21+3;X 824

A

0517-6611(2016)19-030-03