貴州百花湖麥西河河口浮游植物群落結(jié)構(gòu)及與環(huán)境因子關(guān)系*

李秋華，陳麗麗，夏品華，劉送平，陳峰峰，余德民，李存雄＊＊

(1:貴州師范大學(xué)貴州省山地環(huán)境信息系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴陽550001)

(2:湖南理工學(xué)院數(shù)學(xué)學(xué)院，岳陽414000)

貴州百花湖麥西河河口浮游植物群落結(jié)構(gòu)及與環(huán)境因子關(guān)系*

李秋華1，陳麗麗1，夏品華1，劉送平1，陳峰峰1，余德民2，李存雄1＊＊

(1:貴州師范大學(xué)貴州省山地環(huán)境信息系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴陽550001)

(2:湖南理工學(xué)院數(shù)學(xué)學(xué)院，岳陽414000)

2009年7月至2010年6月，以每月一次的頻率對(duì)百花湖(水庫)麥西河河口浮游植物群落結(jié)構(gòu)和環(huán)境因子進(jìn)行調(diào)查.監(jiān)測(cè)到浮游植物66種(屬)，浮游植物主要由綠藻、硅藻和藍(lán)藻組成，夏秋季湖泊假魚腥藻(Pseudanabaena limnetica)為優(yōu)勢(shì)浮游植物，而冬春季梅尼小環(huán)藻(Cyclotella meneghiniana)為主要優(yōu)勢(shì)藻.浮游植物豐度在1.17×104-3.35×107cells/L之間，2010年4月最低，2009年7月最高，浮游植物種群在4-9月主要由藍(lán)藻組成，冬季由硅藻和甲藻組成.運(yùn)用典型對(duì)應(yīng)分析研究結(jié)果表明:溫度是影響麥西河河口浮游植物群落結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化的最主要環(huán)境因子，其次為營(yíng)養(yǎng)鹽;藍(lán)藻的大部分種類和裸藻受水溫和濁度等影響較大，而硅藻和綠藻的大部分種類受氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽濃度影響較大.

浮游植物，環(huán)境因子，典范對(duì)應(yīng)分析，河口，水庫

浮游植物是水域生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，也是生態(tài)系統(tǒng)中的主要初級(jí)生產(chǎn)者［1］.浮游植物群落結(jié)構(gòu)的變化直接影響著水質(zhì)變化.河口地區(qū)一般人口密集，生活污水或工業(yè)廢水的排放使河口水域生態(tài)環(huán)境發(fā)生了一定程度的改變，浮游植物的數(shù)量和群落組成受到影響.河口生態(tài)系統(tǒng)受多種因素的影響，包括水體的物理、化學(xué)和生物特征以及水文特征等［2］，一般也是水華頻繁發(fā)生的區(qū)域，其水質(zhì)的好壞直接或間接影響著水域的水質(zhì)狀況，因而河口也成為當(dāng)今湖沼學(xué)、環(huán)境科學(xué)、水域生態(tài)學(xué)研究的熱點(diǎn)［3-4］.典型對(duì)應(yīng)分析(CCA)因具有能同時(shí)結(jié)合多個(gè)環(huán)境因子，包含的信息量大，結(jié)果明確、直觀、效果好等優(yōu)點(diǎn)而受到重視.CCA為分析浮游植物群落與環(huán)境因子間的復(fù)雜關(guān)系提供了工具［5-11］.李秋華等對(duì)廣東省大鏡山水庫的環(huán)境因子分析表明，溫度和降雨成為影響浮游植物群落結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)的主要驅(qū)動(dòng)因子［11］.路娜等對(duì)巢湖浮游植物研究指出溫度、濁度和硝氮是影響巢湖水體浮游植物群落結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化的主要環(huán)境因子［12］，鄧建明等對(duì)洪湖浮游植物研究指出水溫、溶解氧和懸浮物是影響浮游植物群落結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)的主要環(huán)境因子［13］.本文對(duì)貴州百花湖河口浮游植物群落結(jié)構(gòu)和環(huán)境因子之間的關(guān)系進(jìn)行研究，目的在于找出影響河口水質(zhì)變化的主要環(huán)境因子，為今后河口水質(zhì)改善和水資源的綜合管理提供理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 采樣點(diǎn)及頻率

百花湖(水庫)位于貴陽西北郊，是紅楓湖(水庫)的下游湖庫，于1966年建成，壩高48.7m.百花湖是貓?zhí)犹菁?jí)電站第二級(jí)蓄水庫.主要由紅楓湖(水庫)下泄水以及長(zhǎng)沖河、東門橋河、麥城河和麥西河四源匯成.麥西河是百花湖主要污染源之一，因而麥西河河口也是水質(zhì)惡化相對(duì)嚴(yán)重的河口之一.本研究在麥西河河口設(shè)2個(gè)采樣點(diǎn)，采樣點(diǎn)S1位于麥西河的支流上，采樣點(diǎn)S2在河口與水庫開闊處(圖1).S1與S2采樣點(diǎn)相差2km左右.為了較好的指導(dǎo)河口水質(zhì)改善生態(tài)工程，于2009年7月至2010年6月工程施工前，以每月一次的頻率采樣調(diào)查.

圖1 百花湖(水庫)麥西河口采樣點(diǎn)Fig.1 Sampling sites at the estuary of Maixi River in Baihua Reservoir

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

用賽氏盤測(cè)定透明度(SD);用pH S-3C酸度計(jì)測(cè)定水體的pH值;水楊酸法測(cè)定銨氮(NH4-N);鉬酸銨分光光度法測(cè)定總磷(TP);堿性過硫酸鉀消解-紫外分光光度法測(cè)定總氮(TN);正磷酸鹽(PO4-P)和硝氮(NO3-N)用0.45μm的纖維濾膜抽濾后在24小時(shí)內(nèi)采用分光光度法測(cè)定;葉綠素a(Chl.a)采用經(jīng)過0.45μm的纖維濾膜抽濾200-500ml，反復(fù)凍融后，丙酮萃取方法進(jìn)行測(cè)定［14］.濁度(Tur)按照國(guó)家水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)方法GB 3838-2002中的分光光度法測(cè)定［15］;浮游植物定量樣品在表層0.5m處采1-2L水樣，用濃度為3%-5%的福爾馬林固定，在實(shí)驗(yàn)室濃縮沉淀.浮游植物定量樣品在顯微鏡下進(jìn)行鑒定和計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)方法采用目鏡行格法，一般隨機(jī)計(jì)數(shù)兩個(gè)垂直行格，對(duì)于生物量較大而不合適采用行格法的采用視野計(jì)數(shù)法，一般30-50個(gè)視野，使得細(xì)胞數(shù)在300個(gè)以上.藻類生物體積根據(jù)各藻類相近幾何形狀的體積公式計(jì)算，假定浮游植物藻類的密度為1.0g/cm3，計(jì)算水體浮游植物生物量［16］.

1.3 數(shù)據(jù)分析

利用SPSS 15.0分析環(huán)境因子之間的相關(guān)關(guān)系，利用MVSP軟件包進(jìn)行CCA分析.采用浮游植物豐度指標(biāo)來反映浮游植物種類與環(huán)境的關(guān)系，為了使浮游植物豐度的數(shù)據(jù)獲得正態(tài)分布，將浮游植物豐度值采用lg(x+1)進(jìn)行處理.浮游植物選擇出現(xiàn)頻率在60%以上的種類.環(huán)境因子選擇營(yíng)養(yǎng)鹽指標(biāo)和常見的理化指標(biāo)，如 TN、TP、NH4-N、NO3-N、PO4-P、SD、pH 值、濁度、溫度等9 個(gè)指標(biāo).

2 結(jié)果與分析

2.1 環(huán)境因子

百花湖(水庫)麥西河河口S1和S2采樣點(diǎn)的TN和TP均以冬季1-2月濃度最高，而夏季濃度最低.S1采樣點(diǎn)2月份TN濃度最高，達(dá)到2.07mg/L;S1采樣點(diǎn)1月份TP濃度最高，為0.12mg/L;Chl.a夏季出現(xiàn)最大值，S1 點(diǎn) Chl.a最高到達(dá)120.20μg/L，而在冬季出現(xiàn)最小值，S2 點(diǎn) Chl.a僅為 2.77μg/L.SD 以 5 月份最低，僅0.50m，而1月份最高為1.70m.高的TN和TP濃度及Chl.a濃度指示出百花湖(水庫)麥西河河口的富營(yíng)養(yǎng)化程度較高，水環(huán)境質(zhì)量較差，大部分時(shí)期處于富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài).SD與TN的相關(guān)關(guān)系不強(qiáng)(n=24，P＞0.1)，與其他的環(huán)境因子均有較強(qiáng)的相關(guān)關(guān)系，Chl.a與 PO4-P(n=24，P ＜0.05，r=-0.47)和濁度(n=24，P ＜0.05，r=0.41)有較好的相關(guān)關(guān)系，TN 與 NO3-N(n=24，P ＜0.05，r=0.50)和濁度(n=24，P ＜0.05，r=-0.48)有較好的相關(guān)關(guān)系，pH 值與濁度(n=24，P ＜ 0.01，r=0.65)和 NH4-N(n=24，P ＜ 0.01，r=-0.57)有較強(qiáng)的相關(guān)關(guān)系(表1).

表1 百花(湖)水庫麥西河河口環(huán)境因子(n=24)Tab.1 The relationship between environmental factors at the estuary of Maixi River in Baihua Reservoir

2.2 浮游植物

2.2.1 浮游植物種類組成 從2009年7月至2010年6月對(duì)百花湖(水庫)麥西河河口的12次采樣調(diào)查共監(jiān)測(cè)出浮游植物66種(屬)，包括藍(lán)藻11種(屬)，綠藻30種(屬)，硅藻16種(屬)，甲藻3種(屬)，裸藻 5種(屬)，隱藻1種(屬).其中，11月份監(jiān)測(cè)出河口浮游植物種類數(shù)最多，S1采樣點(diǎn)監(jiān)測(cè)到44種(屬)，而12月份監(jiān)測(cè)到的浮游植物種類最少，7-11月份浮游植物種類數(shù)多于12-6月，每次監(jiān)測(cè)浮游植物種類數(shù)在20種(屬)左右.S1點(diǎn)和S2點(diǎn)浮游植物種類數(shù)相差不大，S1點(diǎn)浮游植物種類數(shù)略比S2點(diǎn)的高(圖2).

圖2 百花湖麥西河河口浮游植物種類數(shù)動(dòng)態(tài)變化Fig.2 Number of phytoplankton species at the estuary of Maixi River in Baihua Reservoir

2.2.2 浮游植物優(yōu)勢(shì)藻類及次優(yōu)勢(shì)藻 百花湖(水庫)麥西河河口主要的優(yōu)勢(shì)浮游植物是藍(lán)藻門的湖泊假魚腥藻(Pseudanabaena limnetica).在統(tǒng)計(jì)的一個(gè)水文年的浮游植物數(shù)據(jù)中，有8個(gè)月是以湖泊假魚腥藻為優(yōu)勢(shì)種(即2009年7-11月，2010年4-6月)，在冬春季是以硅藻門的梅尼小環(huán)藻(Cyclotella meneghiniana)為主要優(yōu)勢(shì)種.水庫以藍(lán)藻門中的針晶藍(lán)纖維藻(Dactyloccopsis rhaphidioide)、湖絲藻(Limnthriox redekei)、林氏藻(Lyngbya sp.)、肘狀針桿藻(Synedra ulna)、小球藻(Chlorella vulgaris)、多甲藻 (Peridinium sp.)、囊裸藻(Trachelomononas sp.)為常見種.

2.2.3 浮游植物豐度的動(dòng)態(tài)變化 在S1采樣點(diǎn)浮游植物豐度在8.07×104-3.35×107cells/L 之間，而 S2采樣點(diǎn)在 1.17×104-2.44×107cells/L之間.S1和S2采樣點(diǎn)有相同的變化趨勢(shì)，但是S1采樣點(diǎn)浮游植物豐度要高于S2采樣點(diǎn).S1采樣點(diǎn)以2009年7月最高為3.35×107cells/L，而S2采樣點(diǎn)以2009年9月最高為2.44×107cells/L(圖3).在5-10月浮游植物豐度較高，由此可見，在夏季7-9月份最容易形成水華，水體富營(yíng)養(yǎng)化程度也較高.

2.2.4 浮游植物各門類豐度組成 S1采樣點(diǎn)和S2采樣點(diǎn)浮游植物各門類豐度組成相似.2009年7-9月和2010年4-6月，浮游植物主要由湖泊假魚腥藻組成，藍(lán)藻成為浮游植物群落中相對(duì)豐度最高的門類.而在冬季和早春(11-4月)，以硅藻門的梅尼小環(huán)藻和甲藻門的多甲藻為主要種類(圖4).

圖3 百花湖(水庫)麥西河河口浮游植物豐度季節(jié)動(dòng)態(tài)變化Fig.3 Seasonal variation of phytoplankton abundance at the estuary of Maixi River in Baihua Reservoir

圖4 百花湖(水庫)麥西河河口浮游植物各門類相對(duì)豐度季節(jié)動(dòng)態(tài)變化Fig.4 Seasonal variation of relative phytoplankton abundances of different phylums at the estuary of Maixi River in Baihua Reservoir

2.2.5 浮游植物生物量的動(dòng)態(tài)變化 在S1采樣點(diǎn)，浮游植物生物量在0.424-14.590mg/L之間，而S2采樣點(diǎn)在0.144-7.535mg/L之間.S1和S2采樣點(diǎn)有相同的變化趨勢(shì)，但是S1采樣點(diǎn)浮游植物生物量要高于S2采樣點(diǎn).S1采樣點(diǎn)浮游植物生物量以2009年7月最高，為14.590mg/L;而S2采樣點(diǎn)以2010年2月最高，為7.535mg/L.從浮游植物各門類的生物量的組成可以看出，在夏季(7-10月)主要由藍(lán)藻組成，而在冬季(12-3月)主要由硅藻和甲藻組成(圖5).

2.2.6 浮游植物與環(huán)境因子之間的CCA分析 根據(jù)浮游植物豐度和出現(xiàn)的頻率，分別選取約30種浮游植物，其豐度占整個(gè)水庫浮游植物豐度的98%以上(表2).軸1特征值、貢獻(xiàn)的百分?jǐn)?shù)都比軸2的要高.在浮游植物種類與環(huán)境因子之間的相關(guān)系數(shù)中，可以看到各點(diǎn)軸1和軸2的相關(guān)性都很高，在S1和S2采樣點(diǎn)，軸1和軸2浮游植物種類與環(huán)境因子的相關(guān)性在0.95以上.表明在S1采樣點(diǎn)，濁度、TN、溫度是影響浮游植物種類組成和分布的主要環(huán)境因子;而在S2采樣點(diǎn)，溫度、PO4-P、SD、TP和pH值是影響浮游植物種類組成和分布的主要環(huán)境因子.S1和S2采樣點(diǎn)雖然距離不遠(yuǎn)，但影響浮游植物組成的主要環(huán)境因子有區(qū)別.在S1和S2采樣點(diǎn)影響浮游植物最關(guān)鍵的環(huán)境因子都是溫度，因而溫度成為影響貴州高原水體浮游植物群落結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化的最主要環(huán)境因子.

圖5 百花湖(水庫)麥西河河口浮游植物各門類生物量季節(jié)動(dòng)態(tài)變化Fig.5 Seasonal variation of phytoplankton biomass of different phylums at the estuary of Maixi River in Baihua Reservoir

在S1采樣點(diǎn)，藍(lán)藻的大部分種類和裸藻受到溫度和水體濁度的影響最大，而硅藻和綠藻的大部分種類受到氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽濃度的影響;S2采樣點(diǎn)和S1采樣點(diǎn)相似，水體中大部分的藍(lán)藻種類受到水體濁度和溫度等影響，而其它藻類如綠藻、硅藻和裸藻受到NO3-N和PO4-P的影響(圖6).

表2 百花湖(水庫)麥西河河口浮游植物群落CCA分析的統(tǒng)計(jì)信息Tab.2 Statistics for the first two axes of CCA performed on the estuary of Maixi River in Baihua Reservoir

圖6 百花湖(水庫)麥西河河口浮游植物種類與環(huán)境因子之間的雙軸等級(jí)排列(C1-C11代表藍(lán)藻門種類;Ch1-Ch30代表綠藻門種類;B1-B16代表硅藻門種類;P1-P3代表甲藻門種類;E1-E5代表裸藻門種類;Cr1代表隱藻門種類)Fig.6 Ordination biplots of species and environmental variables at the estuary of Maixi River in Baihua Reservoir

3 討論

3.1 百花湖(水庫)麥西河河口水質(zhì)狀況

百花湖麥西河河口在水文年內(nèi)TN平均值為1.42mg/L，其中S1采樣點(diǎn)TN、TP、Chl.a的平均值分別為1.46mg/L、0.081mg/L 和52.15μg/L，S2 采樣點(diǎn) TN、TP、Chl.a 的平均值分別為 1.39mg/L、0.085mg/L 和36.74μg/L，根據(jù)GB 3838-2002地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，以TN、TP及Chl.a的含量來評(píng)價(jià)的麥西河河口的水質(zhì)為Ⅳ類.N/P比在14-48，大部分時(shí)期N/P比超過16，可見百花湖麥西河河口是屬于磷限制的水體.富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)采用修正的卡爾森指數(shù)方法進(jìn)行計(jì)算［17］，百花湖麥西河河口富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)在38.8-55.4之間，最大值出現(xiàn)在7月份S1采樣點(diǎn)，最小值出現(xiàn)在12月份S2采樣點(diǎn);平均富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)為50.4，這也表明了百花湖麥西河河口富營(yíng)養(yǎng)化程度較高，大部分時(shí)期處于富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)，尤其以夏季和秋季富營(yíng)養(yǎng)化更為嚴(yán)重.從浮游植物豐度值來看，夏季和秋季河口浮游植物豐度較高，富營(yíng)養(yǎng)化程度也較高，該時(shí)期發(fā)生水華的可能性也較大，這段時(shí)期應(yīng)該加強(qiáng)水質(zhì)管理.

3.2 百花湖(水庫)麥西河河口浮游植物群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子之間的關(guān)系

水庫作為一個(gè)受人工調(diào)節(jié)程度很高的水體，其浮游植物動(dòng)態(tài)在很大程度上與水動(dòng)力學(xué)有關(guān)［18-20］，但不同水體具有不同主要影響因子.河口不同于湖泊、水庫和河流，污染物相對(duì)比較集中，水動(dòng)力學(xué)條件變化大，浮游植物群落結(jié)構(gòu)在各點(diǎn)差異較大.雖然S1與S2距離2km左右，浮游植物優(yōu)勢(shì)種類相同，豐度變化趨勢(shì)一致，但是浮游植物豐度值不同，主要由水力條件和水質(zhì)狀況不同引起的，S1采樣點(diǎn)更遠(yuǎn)離水庫開闊區(qū)，水體深度也較S2淺，水體的富營(yíng)養(yǎng)化指標(biāo)及富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)均高于S2采樣點(diǎn).百花湖(水庫)麥西河河口浮游植物群落的種類組成相對(duì)穩(wěn)定，優(yōu)勢(shì)種類單一，以藍(lán)藻中的湖泊假魚腥藻為主要優(yōu)勢(shì)藻類，這一特征也與熱帶亞熱帶水庫/湖泊浮游植物生態(tài)特征的表現(xiàn)相同［11，22］，明顯有別于溫帶水體［21］.在S1采樣點(diǎn)濁度、TN、溫度是影響浮游植物種類組成和分布的主要環(huán)境因子;在S2采樣點(diǎn)，溫度、PO4-P、SD、TP和pH值是影響浮游植物群落結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化的主要環(huán)境因子.溫度是影響S1和S2采樣點(diǎn)浮游植物群落結(jié)構(gòu)的主要環(huán)境因子，營(yíng)養(yǎng)鹽成為影響浮游植物群落結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化的次要環(huán)境因子［18］.在河口浮游植物與環(huán)境因子關(guān)系的研究中，黃小平等發(fā)現(xiàn)河口最大渾濁帶的湍流混合過程增大了浮游植物細(xì)胞光合作用的機(jī)會(huì)，重力環(huán)流致使浮游植物及其光合作用所需的物質(zhì)能較長(zhǎng)時(shí)間停留［23］，認(rèn)為渾濁度對(duì)浮游植物的影響較大，對(duì)比本文的研究，渾濁度也是影響浮游植物群落結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化的主要環(huán)境因子之一，尤其是在S1采樣點(diǎn).在許多的水體中，溫度是影響浮游植物生長(zhǎng)和群落結(jié)構(gòu)的最主要環(huán)境因子［24-25］，如廣東的大鏡山水庫［11］、巢湖［12］和洪湖［13］等，本文也得到了相似的結(jié)論.

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Structure of phytoplankton community and its relationship with environmental factors at the estuary of Maixi River in Baihua Reservoir，Guizhou Province

LI Qiuhua1，CHEN Lili1，XIA Pinhua1，LIU Songping1，CHEN Fengfeng1，YU Demin2＆ LI Cunxiong1
(1:Key Laboratory for Information System of Mountainous Area and Protection of Ecological Environment of Guizhou Province，Guizhou Normal University，Guiyang 550001，P.R.China)
(2:Department of Mathematics，Hunan Institute of Science and Technology，Yueyang 414000，P.R.China)

Phytoplankton and environmental factors at the estuary of Maixi River in Baihua Reservoir were investigated monthly from July 2009 to June 2010.Results showed that there were 66 species(genus)，which were mainly composed of the chlorophyta，bacillariophyta and cyanobacteria.The phytoplankton community was dominated by Pseudanabaena limnetica in summer and fall and by Cyclotella meneghiniana in winter and spring.The abundance of phytoplankton ranged from 1.17 ×104to 3.35 ×107cells/L.The minimum phytoplankton abundance occurred in April of 2010，and the maximum occurred in July of 2009.The phytoplankton abundance composition was dominated mainly by cyanobacteria from April to September，but by bacillariophyta and pyrrophyta from October to March.Canonical correspondence analysis showed that temperature was the most important driving factor in regulating the composition and feature of phytoplankton community at the estuary.Nitrogen and phosphorus were the second important driving factors for the structure of phytoplankton community.Euglenophyta and a majority of cyanobacteria were affected by water temperature and turbidity，but chlorophyta and bacillariophyta were affected by the concentrations of nitrogen and phosphorus among these environmental factors.

Phytoplankton;environmental factors;canonical correspondence analysis;estuary;reservoir

＊ 貴州省科技廳社會(huì)發(fā)展攻關(guān)項(xiàng)目(SZ［2009］3002)、貴陽市科技局社會(huì)發(fā)展攻關(guān)項(xiàng)目(［2009］3-04)和貴陽市重大科技專項(xiàng)(［2010］5-03)聯(lián)合資助.2010-11-05收稿;2010-12-13收修改稿.李秋華，男，1977年生，博士，副教授;E-mail:qiuhua2002@126.com.

＊＊ 通訊作者;E-mail:lcx@gznu.edu.cn.