太湖五里湖著生藻類群落結(jié)構(gòu)特征分析

丁 娜，徐東坡，劉 凱，周彥鋒*

(1．南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 無(wú)錫漁業(yè)學(xué)院，江蘇 無(wú)錫 214081;2．農(nóng)業(yè)部長(zhǎng)江下游漁業(yè)資源環(huán)境科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院內(nèi)陸漁業(yè)生態(tài)環(huán)境和資源重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院淡水漁業(yè)研究中心，江蘇 無(wú)錫 214081)

水體富營(yíng)養(yǎng)化是近半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)重大的世界性水環(huán)境問(wèn)題，五里湖是太湖北部緊鄰無(wú)錫市的一個(gè)湖灣，湖區(qū)相對(duì)封閉，其容積為8．24×106m3，平均水深1．60 m，實(shí)際屬于淺水型城郊湖泊［1］。20世紀(jì)50年代后期以來(lái)由于受到圍湖造田、漁業(yè)養(yǎng)殖、水利工程和城市污水等影響，該湖區(qū)現(xiàn)已成為太湖富營(yíng)養(yǎng)化最嚴(yán)重的水域［2-3］，其生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測(cè)和治理日益得到政府的重視，目前政府已運(yùn)用生態(tài)重建等諸多技術(shù)措施治理其富營(yíng)養(yǎng)化，并取得了初步令人滿意的效果［4］。

著生藻類，又稱周叢藻類，是一種生活在水體基質(zhì)上的附著生物［5］。著生藻類位于水生生態(tài)系統(tǒng)食物鏈的底端，分布范圍廣，并且能夠敏感響應(yīng)水環(huán)境狀況的變化，尤其是在N、P等無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)鹽濃度方面，因此著生藻類的生物量，生物多樣性和群落結(jié)構(gòu)是淡水湖泊富營(yíng)養(yǎng)化和水質(zhì)監(jiān)測(cè)的良好指示生物［6］。國(guó)內(nèi)外對(duì)著生藻類的研究很多，其熱點(diǎn)集中在著生藻類對(duì)于不同營(yíng)養(yǎng)水平的響應(yīng)和資源調(diào)查方面［7-13］。已有研究表明，不同營(yíng)養(yǎng)水平下著生藻類的種群和數(shù)量分布是有差別的，這種特征可作為水體不同營(yíng)養(yǎng)水平檢測(cè)的生物指標(biāo)之一，并開(kāi)始在一些淺水湖泊中得到應(yīng)用。但對(duì)于城郊湖泊五里湖中著生藻類的群落特征目前鮮見(jiàn)報(bào)道。本文對(duì)五里湖著生藻類的群落結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行了系統(tǒng)調(diào)查，對(duì)著生藻類的季節(jié)變化趨勢(shì)，以及其與底質(zhì)因子間的相互關(guān)系進(jìn)行分析，探討了太湖五里湖的著生藻類群落結(jié)構(gòu)及其生態(tài)意義，進(jìn)而為五里湖著生藻類的水質(zhì)生物監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)應(yīng)用提供可行性依據(jù)，為生態(tài)治理五里湖提供一定的科學(xué)依據(jù)，同時(shí)也為尋求五里湖富營(yíng)養(yǎng)化的發(fā)展變化原因和趨勢(shì)提供一些參考。

1 材料與方法

1．1 采樣點(diǎn)的分布

依據(jù)五里湖的不同地勢(shì)、不同底質(zhì)和著生藻類的生長(zhǎng)條件沿湖岸一周選擇了以下8個(gè)研究位點(diǎn)(圖1)。其中2、3、7采樣點(diǎn)底質(zhì)以淤泥為主，石塊較少，周叢生物多附著在水草上;1、4、5采樣點(diǎn)底質(zhì)為石塊和沙石，周叢生物多附著在石塊上，而6和8號(hào)采樣點(diǎn)底質(zhì)較為復(fù)雜，固著岸邊階上，或岸邊泥土之中皆有。

1．2 樣品的采集與處理

選取50 cm×3 cm竹片作為人工基質(zhì)，將竹片削平，同時(shí)用型號(hào)P240的干磨砂紙打磨光滑。在8個(gè)研究位點(diǎn)，每月分別垂直插放32根竹片于沿岸帶約50 cm深的水中，每個(gè)樣點(diǎn)放置4根人工基質(zhì)。有研究表明:人工基質(zhì)經(jīng)過(guò)2～4周的培養(yǎng)即可代表天然基質(zhì)上的著生藻類群落［14］，五里湖著生藻類調(diào)查過(guò)程中，人工基質(zhì)回收的時(shí)間間隔為20～25 d。在2009年5月—2010年6月，每月下旬，在每個(gè)研究位點(diǎn)隨機(jī)收集培養(yǎng)超過(guò)20 d的人工基質(zhì)3根，用毛刷將整個(gè)人工基質(zhì)上的著生藻類刮至敞口容器中，并用蒸餾水將基質(zhì)沖洗多次，現(xiàn)場(chǎng)加入魯哥試劑固定，帶回室內(nèi)靜置沉淀24 h后濃縮并定容至50 mL供鏡鑒，其中硅藻的預(yù)處理參照胡鴻鈞［15］的方法，在光學(xué)顯微鏡(×103)下，用視野法對(duì)硅藻的永久制片進(jìn)行計(jì)數(shù)，每片計(jì)數(shù)不得少于500個(gè)。依據(jù)《中國(guó)淡水藻類》［15］、《中國(guó)淡水生物圖譜》［16］和《淡水生物學(xué)》［17］進(jìn)行著生藻類種類的鑒定，并按種計(jì)數(shù)，最后計(jì)算出人工基質(zhì)上每個(gè)采樣點(diǎn)的藻密度(ind．/cm2)。

圖1 五里湖著生藻類采樣站位Fig．1 Sampling stations of periphytic algae in Wuli Lake

水環(huán)境指標(biāo)監(jiān)測(cè):共5項(xiàng)，包括物理指標(biāo)透明度(SD)，總氮(TN)、總磷(TP)、高錳酸鉀指數(shù)(CODMn)、葉綠素a(Chla)等5項(xiàng)化學(xué)指標(biāo);樣品采集和保存依據(jù)《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法(第四版)》［18］進(jìn)行，樣品測(cè)定依據(jù)《中華人民共和國(guó)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》［19］進(jìn)行。

1．3 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)浮游植物的Pielou均勻度指數(shù)(J，Pielou)、Mcnaughton優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(Y，Mcnaughton index)和香農(nóng)-威納多樣性指數(shù)(H，Shannon-Wiener index)對(duì)太湖五里湖著生藻類的生態(tài)學(xué)特征進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。上述各項(xiàng)指數(shù)的計(jì)算公式如下:

式中，H為多樣性指數(shù);J為均勻度指數(shù);Y為優(yōu)勢(shì)度指數(shù);ni為站位中i種的個(gè)數(shù);N為站位中著生藻類總個(gè)數(shù);fi為i種在各站位中出現(xiàn)的頻率;S為站位中著生藻類總種數(shù);Pi為站位中i種在站位中出現(xiàn)的頻率。

2 結(jié)果與分析

2．1 五里湖水質(zhì)指標(biāo)

2009年5月—2010年6月，五里湖5項(xiàng)逐月水環(huán)境指標(biāo)的年均值范圍分別是:SD為18．50～53．50 cm，TN 為 1．38～2．54 mg/L，TP 為 0．08～0．18 mg/L，CODMn為 3．85～6．15 mg/L，Chla 為 0．005～0．046 mg/m3。與陳開(kāi)寧［4］2004年1月—2005年12月對(duì)五里湖水質(zhì)調(diào)查結(jié)果相比，五里湖TP和TN等污染物質(zhì)量濃度明顯下降。采用修正卡爾森營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)(TSIM)來(lái)評(píng)價(jià)湖區(qū)的營(yíng)養(yǎng)化類型，修正卡爾森營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法采用0～100的一系列數(shù)字對(duì)湖泊營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)分級(jí)，TSI指數(shù)在37以下為貧營(yíng)養(yǎng)，38～53 為中營(yíng)養(yǎng)，54 以上為富營(yíng)養(yǎng)［20］。調(diào)查結(jié)果顯示五里湖 TSI變化范圍為 53．16～55．68，均值為 54．42，表明著生藻類采樣點(diǎn)水域水質(zhì)處于富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)。

2．2 著生藻類結(jié)構(gòu)組成

2009年5月—2010年6月，通過(guò)對(duì)五里湖進(jìn)行12次調(diào)查采樣，著生藻類共鑒定出綠藻(Chlorophyta)、硅藻(Bacillariophyta)、藍(lán)藻(Cyanophyta)、裸藻(Euglenophyta)、隱藻(Cryptophyta)5 門(mén) 34 屬 43種(包括變種)。其中硅藻種數(shù)最多，12屬24種，占著生藻類總種數(shù)的55．81%;其次為綠藻17屬16種，占著生藻類總種數(shù)的37．21%;藍(lán)藻3屬3種，占著生藻類總種數(shù)的6．98%;隱藻1屬2種，占著生藻類總種數(shù)的4．65%;祼藻1屬1種，占著生藻類總種數(shù)的2．33%(表1)。調(diào)查結(jié)果表明五里湖著生藻類的種類組成以硅藻門(mén)和綠藻門(mén)為主，這與袁信芳［8］對(duì)太湖著生藻類群落結(jié)構(gòu)的調(diào)查結(jié)果一致。

五里湖人工基質(zhì)上著生藻類種屬的季節(jié)分布情況見(jiàn)表2。由表2可知，五里湖人工基質(zhì)上著生藻類的分布隨季節(jié)變化表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性，水溫較低的冬季，著生藻類種類數(shù)最低為18屬25種，而水溫較高的夏季，著生藻類的種類數(shù)和細(xì)胞數(shù)均達(dá)到最大，為23屬34種，著生藻類種類數(shù)的變化與水溫呈正相關(guān)性，這與楊紅軍等［18］的研究結(jié)果相吻合。五里湖人工基質(zhì)上著生藻類種類數(shù)的季節(jié)分布規(guī)律具體表現(xiàn)為夏季種類最多，秋季節(jié)次之，冬季的種類數(shù)最少。

2．3 優(yōu)勢(shì)種

以優(yōu)勢(shì)度指數(shù)Y＞0．02定位優(yōu)勢(shì)種［19］，2009年5月—2010年6月，五里湖著生藻類優(yōu)勢(shì)種共發(fā)現(xiàn)4門(mén)20種，分別為硅藻門(mén)的雙頭舟形藻、美麗舟形藻、瞳孔舟形藻、胡斯特橋彎藻、縊縮異極藻、微細(xì)異極藻、細(xì)布紋藻、雙頭針桿藻、肘狀針桿藻、尖布紋藻、細(xì)小橋彎藻和線形菱形藻;綠藻門(mén)的小球藻、脆弱剛毛藻、尾絲藻、優(yōu)美膠毛藻，四尾柵藻和實(shí)球藻;藍(lán)藻門(mén)的小顫藻和隱藻門(mén)的卵形隱藻，其中硅藻門(mén)的種類為全年優(yōu)勢(shì)種。五里湖人工基質(zhì)上著生藻類在春季以脆弱剛毛藻、顆粒直鏈變異藻和針桿藻為主要優(yōu)勢(shì)種，夏季著生藻類群落以美麗舟形藻、瞳孔舟形藻和尖布紋藻為主要優(yōu)勢(shì)種類，秋季群落均以脆弱剛毛藻、優(yōu)美膠毛藻和尾絲藻占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，而冬季著生藻類群落以舟形藻和針桿藻為絕對(duì)優(yōu)勢(shì)鐘。

表1 2009—2010年五里湖著生藻類種類組成Tab．1 Composition of periphytic algae species in W uli Lake

表2 五里湖著生藻類門(mén)屬種季節(jié)分布Tab．2 Annual change of periphytic algae species composition in W uli Lake

2．4 著生藻類數(shù)量分布特征

2009年5 月—2010 年6 月，五里湖人工基質(zhì)上著生藻類密度的變化范圍為(0．88～2．73)×104ind．/cm2，平均值為1．95×104ind．/cm2(圖2)，最高數(shù)量出現(xiàn)在8月份，最低數(shù)量出現(xiàn)在12月份。結(jié)果顯示五里湖人工基質(zhì)上著生藻類密度的分布隨季節(jié)變化表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性，由大到小依次為夏季、秋季、春季、冬季。其中春季著生藻類數(shù)量為 5．31×104ind．/cm2，夏季7．53×104ind．/cm2，秋季7．23×104ind．/cm2，冬季3．35×104ind．/cm2。

五里湖人工基質(zhì)上著生藻類的分布在底質(zhì)不同的空間上表現(xiàn)出一定的差異性，底質(zhì)以淤泥為主的2、3、7號(hào)采樣點(diǎn)著生藻類年平均數(shù)量為3．90×104ind．/cm2，底質(zhì)以沙石為主的1、4、5號(hào)采樣點(diǎn)著生藻類年平均數(shù)量為1．82×104ind．/cm2，而6和8號(hào)采樣點(diǎn)底質(zhì)介于二者之間，底質(zhì)較為復(fù)雜，其著生藻類年平均數(shù)量為 2．09×104ind．/cm2。

圖2 五里湖著生藻類數(shù)量周年變化Fig．2 Annual change of abundance of phytoplankton in Wuli Lake

2．5 五里湖著生藻類香農(nóng)-威納多樣性指數(shù)及Pielou均勻度

從著生藻類香農(nóng)－威納多樣性指數(shù)分析結(jié)果(表3)可以看出，2009年5月—2010年6月五里湖人工基質(zhì)上著生藻類香農(nóng)-威納多樣性指數(shù)變化范圍為2．12～2．94，平均值為2．50，表明五里湖人工基質(zhì)上著生藻類分配的均勻程度較高，群落穩(wěn)定性好。其中7月的香農(nóng)－威納多樣性指數(shù)最大，1月香農(nóng)－威納多樣性指數(shù)最小。從季節(jié)變化上看，夏季的著生藻類香農(nóng)-威納多樣性指數(shù)較高，春季和冬季著生藻類的香農(nóng)-威納多樣性指數(shù)相對(duì)較低;著生藻類Pielou均勻度指數(shù)變化在0．76～0．88，平均為0．85;其中7月的Pielou均勻度指數(shù)最大，1月Pielou均勻度指數(shù)最小。且調(diào)查期間著生藻類Pielou均勻度指數(shù)均大于0．7，說(shuō)明五里湖著生藻類均勻度較好。從季節(jié)變化上看均勻度與多樣性指數(shù)呈現(xiàn)同樣變化規(guī)律。

表3 五里湖著生藻類多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)Tab．3 Diversity indexes and uniform ity index of periphytic algae in W uli Lake

3 討論

五里湖著生藻類群落組成為5門(mén)43種，硅藻種類占總種數(shù)的55．81%，而五里湖浮游植物群落組成共7門(mén)64種，綠藻種數(shù)具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，著生藻類種類組成上與浮游植物差異較為明顯;同時(shí)浮游植物數(shù)量的峰值出現(xiàn)在春季［20］，浮游植物數(shù)量的全年變化趨勢(shì)與著生藻類同樣存在差異。這可能與著生藻類的生長(zhǎng)特性有關(guān)，同時(shí)著生藻類與浮游植物之間是否存在關(guān)聯(lián)有待進(jìn)一步研究。五里湖人工基質(zhì)上著生藻類的種類數(shù)、密度、多樣性指數(shù)均在夏季達(dá)到全年最高水平，而冬季則最少，說(shuō)明著生藻類種類數(shù)的變化與水溫具有一定的關(guān)聯(lián)性，同時(shí)夏季著生藻類種類最為豐富，每個(gè)物種占總種數(shù)的比例較為均勻，故在夏季其多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)較高;其群落結(jié)構(gòu)組成與凌旌瑾［21］、Debenay［22］和袁信芳［8］對(duì)不同地區(qū)著生藻類的研究結(jié)論相似的，說(shuō)明不同地區(qū)著生藻類的組成大體上基本相似。

五里湖著生藻類群落結(jié)構(gòu)特征和生物量在不同底質(zhì)空間上有明顯的差異，其原因一方面是五里湖著生藻類研究位點(diǎn)的水體環(huán)境因底質(zhì)不同而存在差異，而著生藻類群落在時(shí)間和空間上受到各種環(huán)境因素如光照、水流、水化學(xué)以及捕食壓力的共同作用。袁信芳等［8］研究表明太湖著生藻類的數(shù)量分布為藻型湖泊＞過(guò)渡型＞草型，也證明著生藻類群落一定程度上受到水體環(huán)境的影響;另一方面五里湖水位較淺，底質(zhì)為沙石水域的微生境較淤泥底質(zhì)水域更容易受到外界干擾，導(dǎo)致該水域著生藻類數(shù)量豐富度較差。有研究［10］表明湖泊邊緣或淺水部分底部通常是粗糙的，由大小不同的巖石或沙石組成，而因波浪或其他因素的影響，湖泊淺水地帶由巖石或沙石組成的微生境發(fā)生變化要大一些，而變化的微生境對(duì)著生藻類群落的分布和數(shù)量影響很大。

較為穩(wěn)定的群落具有較高的多樣性和均勻度［20］，優(yōu)勢(shì)種種數(shù)及其數(shù)量對(duì)群落結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性同樣具有重要影響，優(yōu)勢(shì)種種類數(shù)越多且優(yōu)勢(shì)度越小，則群落結(jié)構(gòu)越復(fù)雜、穩(wěn)定［23］。五里湖著生藻類優(yōu)勢(shì)種種類數(shù)目占其種類總數(shù)的46．51%，且優(yōu)勢(shì)度不高，而著生藻類群落多樣性平均值為2．50，均勻度平均值為0．85。表明五里湖著生藻類群落結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，穩(wěn)定，生物多樣性較好。

物種多樣性是衡量一定區(qū)域內(nèi)生物資源豐富程度的一個(gè)客觀指標(biāo)，當(dāng)許多浮游植物種類的信息結(jié)合到一起成為某種指數(shù)時(shí)，能夠更有效地運(yùn)用于水環(huán)境評(píng)價(jià)［24］，Shannon-Wiener多樣性指數(shù)H＞3時(shí)，表示水環(huán)境清潔;當(dāng)3＞H＞2時(shí)，表示水環(huán)境輕度污染;當(dāng)2＞H≥1時(shí)，表示水環(huán)境中度污染;當(dāng)1＞H≥0時(shí)，表示水環(huán)境重度污染［25］。調(diào)查結(jié)果表明2009年5月—2010年6月五里湖8個(gè)采樣點(diǎn)的水質(zhì)表現(xiàn)為輕度污染，與宋曉蘭［26］等的研究結(jié)果相比，五里湖水質(zhì)發(fā)生了一定的變化。表征水體富營(yíng)養(yǎng)化的舟形藻屬、脆桿藻屬和異極藻屬［27］全年在各個(gè)站點(diǎn)中均有發(fā)現(xiàn)，同時(shí)舟形藻屬的種類是五里湖著生藻類群落結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)種，春秋季節(jié)富營(yíng)養(yǎng)化指示藻類-剛毛藻屬為主要優(yōu)勢(shì)種。從著生藻類指示來(lái)看，所調(diào)查的五里湖處于不同程度的富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)，該結(jié)果與多樣性指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果相矛盾，其原因一方面是由于生物監(jiān)測(cè)更多的是一種定性描述，難以進(jìn)行定量分析［28］，另一方面同一種藻類在不同地域可能指示不同的污染狀況［29］。因此著生藻類群落調(diào)查過(guò)程中，不能單一的利用多樣性指數(shù)和藻類指示進(jìn)行水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)，生物監(jiān)測(cè)應(yīng)與理化監(jiān)測(cè)相結(jié)合，以提高監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

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