揚州境內(nèi)湖泊浮游植物群落結(jié)構(gòu)及其與環(huán)境因子的關(guān)系

揚州境內(nèi)湖泊浮游植物群落結(jié)構(gòu)及其與環(huán)境因子的關(guān)系

吳小偉,劉平

(江蘇省水文水資源勘測局揚州分局,江蘇 揚州225002)

摘要：2013年5月—2014年5月對揚州境內(nèi)3個湖泊(高郵湖、邵伯湖和寶應(yīng)湖)的浮游植物群落組成與水環(huán)境因子進行監(jiān)測,運用相關(guān)系數(shù)法和典范對應(yīng)分析(CCA)法分析了浮游植物群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子之間的關(guān)系。結(jié)果表明:3個湖泊的群落組成均主要以硅藻、綠藻為主要優(yōu)勢種群,群落結(jié)構(gòu)的季節(jié)變化趨勢較為相似;水溫、N、P是影響3個湖泊浮游植物數(shù)量的主要環(huán)境因子;CCA分析結(jié)果表明,水溫和TN是影響高郵湖浮游植物群落分布的主要環(huán)境因子,-N、TP和pH是影響邵伯湖浮游植物群落分布的主要環(huán)境因子,-N和TP是影響寶應(yīng)湖浮游植物群落分布的主要環(huán)境因子。

關(guān)鍵詞：浮游植物群落;環(huán)境因子;相關(guān)系數(shù)法;典范對應(yīng)分析;高郵湖;邵伯湖;寶應(yīng)湖

DOI：10.3880/j.issn.1004-6933.2015.05.009 10.3880/j.issn.1004-6933.2015.05.014 10.3880/j.issn.1004-6933.2015.05.010

作者簡介:吳小偉(1980—),男,工程師,主要從事水環(huán)境監(jiān)測和水污染治理工作與研究。E-mail:kimhes2000@vip.qq.com

中圖分類號：X173

文獻標志碼：A

文章編號：1004-6933(2015)05-0047-06

Abstract：The phytoplankton community and water environmental factors in three lakes (Gaoyou Lake,Shaobo Lake and Baoying Lake) in Yangzhou City were monitored since May 2013 till May 2014. The relationship between the variations of phytoplankton and environmental factors was analyzed using the correlation coefficient method and canonical correspondence analysis (CCA).-N and total phosphorus in Baoying Lake.

收稿日期：(2014-07-29編輯：彭桃英)

Phytoplankton community structure and its relationship with

environmental factors in lakes in Yangzhou

WU Xiaowei,LIU Ping

(JiangsuProvinceHydrologyandWaterResourcesInvestigationBureau,Yangzhou225002,China)

Key words： phytoplankton community; environmental factors; correlation coefficient method; canonical correspondence analysis (CCA); Gaoyou Lake; Shaobo Lake; Baoying Lake

浮游植物的種類組成和分布對環(huán)境變化具有指示作用,環(huán)境條件的變化也能直接或間接地影響浮游植物的群落結(jié)構(gòu)[1]。近幾年,國內(nèi)許多科研人員對不同區(qū)域湖泊(太湖、巢湖、白洋淀、上海淀山湖、湖北洪湖、寧夏沙湖等[2-11])中的浮游植物與環(huán)境因子的關(guān)系開展了研究,取得了頗多成果。但是關(guān)于揚州境內(nèi)湖泊浮游植物的群落結(jié)構(gòu)及其與環(huán)境因子變化還鮮有報道。

筆者通過對揚州市境內(nèi)高郵湖、邵伯湖和寶應(yīng)湖3個湖泊中浮游植物群落和環(huán)境因子的調(diào)查和測定,運用相關(guān)關(guān)系分析和典范對應(yīng)分析(canonical correspondence analysis,CCA)等統(tǒng)計學(xué)方法,探討浮游植物群落分布與環(huán)境因子之間的關(guān)系,剖析影響浮游植物群落分布的主要環(huán)境因子,為揚州湖泊水質(zhì)改善及其生態(tài)修復(fù)提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1調(diào)查區(qū)概況

高郵湖地處蘇皖交界,北與洪澤湖水系相連接,南與長江水系相連通,東臨江蘇高郵,西接安徽天長,湖區(qū)主屬江蘇省,是江蘇省第三大湖,屬淺水型湖泊,水域總面積為760.67km2,在揚州市高郵境內(nèi)水域面積392.82km2。邵伯湖屬淮河下游地區(qū)入江水道水系,為淺水湖泊,面積146km2,主要承泄淮河來水,是淮水入江的主要通道,以新民灘控制線為界,以上為高郵湖,以下為邵伯湖,行洪期間兩湖連為一片,行洪后期利用控制線上的漫水閘控制高郵湖蓄水。寶應(yīng)湖屬淮河流域入江水道水系,為草型淺水湖泊,面積為38.69km2。

1.2采樣點和采樣時間

根據(jù)各個湖泊特征,設(shè)置不同的采樣點,見圖1。高郵湖設(shè)置了4個采樣點,分別為界首(G1)、馬棚(G2)、水位站(G3)和郭集(G4);邵伯湖設(shè)置了4個采樣點,分別為送橋(S1)、公道(S2)、陶莊(S3)和六閘(S4);寶應(yīng)湖設(shè)置了3個采樣點,分別為劉堡(B1)、華家莊(B2)和退水閘(B3)。采樣時間為2013年5月、8月、11月和2014年2月、5月。

圖1　湖泊采樣點示意圖

1.3浮游植物的采集與鑒定

采集水體表層0.5m處1L水樣,加魯哥試劑固定,靜置沉淀48h后濃縮至30mL。取0.1mL樣品放入浮游植物計數(shù)框內(nèi)鏡檢,進行分類鑒別,并計算出浮游植物細胞個數(shù)[12-15]。

1.4水體理化指標的測定

1.5數(shù)據(jù)分析

浮游植物數(shù)量與環(huán)境因子的相關(guān)性采用SPSS17.0進行分析;應(yīng)用CANOCO4.5進行典范對應(yīng)分析(CCA),將浮游植物數(shù)量進行l(wèi)g(X+1)轉(zhuǎn)換,各環(huán)境因子也都進行標準化處理。

多樣性分析用香農(nóng)-威納(Shannon-Wiener index)多樣性指數(shù)H′和Pielou均勻度指數(shù)J。

(1)

J=H′/log2S

(2)

式中:Pi為站位中第i種浮游植物占站位中總浮游植物的比例;Ni為站位中第i種浮游植物的個數(shù);N為站位中浮游植物總個數(shù);S為站位中浮游植物總種數(shù)。

2結(jié)果與討論

2.1浮游植物種類組成

2013年5月至2014年5月,高郵湖共檢出浮游植物8門71屬153種,邵伯湖共檢出浮游植物8門61屬136種,寶應(yīng)湖共檢出浮游植物8門66屬156種。表1列出了3個湖泊浮游植物種類組成。3個湖泊浮游植物均主要以綠藻、硅藻、藍藻和裸藻為主,其中綠藻最多,硅藻次之,為湖泊中的主要優(yōu)勢種群。

表1　3個湖泊浮游植物種類組成

高郵湖水體中綠藻主要由小球藻屬、四角藻屬、纖維藻屬、月牙藻屬、卵囊藻屬、柵藻屬和弓形藻屬組成,硅藻主要由直鏈藻屬、小環(huán)藻屬、脆桿藻屬、舟形藻屬、菱形藻屬和肋縫藻屬組成,藍藻主要由魚腥藻屬、偽魚腥藻屬、平裂藻屬和顫藻屬組成,裸藻主要由鱗孔藻屬、扁裸藻屬和囊裸藻屬組成,隱藻主要由尖尾藍隱藻和嚙蝕隱藻組成,金藻主要由北方金杯藻和分歧椎囊藻組成,黃藻主要由小型黃絲藻組成。

表3　高郵湖浮游植物優(yōu)勢種與水質(zhì)因子的相關(guān)性分析

注:*表示顯著相關(guān),P<0.05(雙尾檢驗)。

邵伯湖水體中綠藻主要由小球藻屬、四角藻屬、纖維藻屬、月牙藻屬、卵囊藻屬、柵藻屬和絲藻屬組成,硅藻主要由直鏈藻屬、小環(huán)藻屬、脆桿藻屬和肋縫藻屬組成,藍藻主要由顫藻屬、偽魚腥藻屬和色球藻屬組成,裸藻主要由鱗孔藻屬、扁裸藻屬和囊裸藻屬組成,隱藻主要由尖尾藍隱藻和嚙蝕隱藻組成,金藻主要由北方金杯藻組成,黃藻主要由短圓柱單腸藻和小型黃絲藻組成。

寶應(yīng)湖水體中綠藻主要由小球藻屬、四角藻屬、月牙藻屬、卵囊藻屬、柵藻屬和十字藻屬組成,硅藻主要由直鏈藻屬、小環(huán)藻屬、脆桿藻屬、舟形藻屬、曲殼藻屬和肋縫藻屬組成,藍藻主要由色球藻屬、平裂藻屬和顫藻屬組成,裸藻主要由鱗孔藻屬和扁裸藻屬組成,隱藻主要由尖尾藍隱藻、卵形隱藻、反曲隱藻和嚙蝕隱藻組成,甲藻主要由帶多甲藻組成,金藻主要由北方金杯藻和分歧椎囊藻組成。

季節(jié)變化上來看,3個湖泊總種數(shù)量均在8月最多,2月降至最低。其中,綠藻種類變化顯著,2月份綠藻最少,尤其是寶應(yīng)湖綠藻減少顯著;藍藻在8月份均顯著增加,隨后逐漸減少,2月份至最低;硅藻和裸藻隨季節(jié)變化不大;其他藻類種類及變幅均較小。每個湖泊中不同采樣點的變化趨勢一致,種類數(shù)量均于2月份降至最低。

2.2浮游植物數(shù)量及生物量

2013年5月至2014年5月,3個湖泊浮游植物數(shù)量及生物量變化見表2。從表2可以看出,浮游植物細胞數(shù)量和生物量在夏季均明顯增加,其他季節(jié)變化相對平緩。

從細胞數(shù)量上來看,硅藻門和綠藻門數(shù)量相當,而且全年均占有相對高的比例,為優(yōu)勢種群;其次為藍藻門,僅在夏季上升為優(yōu)勢種群;隱藻門在冬季數(shù)量增多,變?yōu)閮?yōu)勢種群。從生物量上來看,一年中硅藻門為絕對優(yōu)勢種群,占比較高;其次為綠藻門和藍藻門。

經(jīng)計算,高郵湖水體中細胞豐度較高的優(yōu)勢種有小環(huán)藻、卷曲纖維藻、尖尾藍隱藻、湖泊偽魚腥藻;

表2　2013年5月—2014年5月3個湖泊

生物量較多的優(yōu)勢種有顆粒直鏈藻、島直鏈藻、尖針桿藻。邵伯湖水體中細胞豐度較多的優(yōu)勢種有小球藻、尖尾藍隱藻、卷曲纖維藻、菱形肋縫藻;生物量較多的優(yōu)勢種有小環(huán)藻、尖尾藍隱藻、巨顫藻。寶應(yīng)湖水體中細胞豐度較多的優(yōu)勢種有尖尾藍隱藻、小球藻、小形色球藻、柵藻;生物量較多的優(yōu)勢種有雙頭針桿藻、反曲隱藻、尖尾藍隱藻。

2.3浮游植物群落的多樣性分析

2013年5月—2014年5月,3個湖泊浮游植物的香農(nóng)-威納多樣性指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)變化情況見圖2。由圖2可見,3個湖泊浮游植物多樣性和均勻度較好,年度變化趨勢平緩,多樣性指數(shù)均大于3.0,均勻度指數(shù)均大于0.7,表明群落種類組成的穩(wěn)定程度及其數(shù)量分布均勻程度較高。

圖2　多樣性和均勻度的季節(jié)變化

2.4浮游植物與水質(zhì)因子相關(guān)性分析

表4　邵伯湖浮游植物優(yōu)勢種與水質(zhì)因子的相關(guān)性分析

注:*表示顯著相關(guān),P<0.05;**表示極顯著相關(guān),P<0.01(雙尾檢驗)。

表5　寶應(yīng)湖浮游植物優(yōu)勢種與水質(zhì)因子的相關(guān)性分析

注:*表示顯著相關(guān),P<0.05(雙尾檢驗) 。

分析高郵湖浮游植物優(yōu)勢種與水質(zhì)因子的相關(guān)性,結(jié)果表明,高郵湖浮游植物群落總數(shù)量與水溫呈顯著正相關(guān);優(yōu)勢種卷曲纖維藻數(shù)量與pH呈顯著正相關(guān);湖泊偽魚腥藻數(shù)量與水溫呈顯著正相關(guān);尖尾藍隱藻數(shù)量與氮磷營養(yǎng)鹽正相關(guān);硅藻門的3種優(yōu)勢藻與環(huán)境因子的相關(guān)關(guān)系不顯著。

綜上可以看出,3個湖泊優(yōu)勢種中的幾種硅藻與環(huán)境因子相關(guān)性不大,藍藻與溫度T正相關(guān),隱藻及綠藻中的小球藻和柵藻主要與氮磷等營養(yǎng)鹽有一定的正相關(guān)性。

2.5浮游植物主要屬(種)數(shù)量和環(huán)境因子的CCA排序分析

根據(jù)浮游植物出現(xiàn)的頻度和相對密度,高郵湖、邵伯湖和寶應(yīng)湖分別選取了21種(屬)、19種(屬)和20種(屬)浮游植物用于CCA分析,浮游植物的代碼見表6。

表6　CCA分析中浮游植物種類代碼

圖3~5分別反映了高郵湖、邵伯湖和寶應(yīng)湖浮游植物群落與環(huán)境因子間的關(guān)系,從排序圖上明顯反映出浮游植物對環(huán)境條件的不同適應(yīng)特點。3個排序圖中環(huán)境因子軸與物種排序軸之間的相關(guān)系數(shù)分別為0.995和0.942、0.940和0.918、0.993和0.989;兩個物種排序軸近似垂直;兩個環(huán)境排序軸間的相關(guān)系數(shù)都為0,說明排序軸與環(huán)境因子間線性結(jié)合的程度較好地反映了物種與環(huán)境之間的關(guān)系,排序結(jié)果是可靠的[17]。

圖3　高郵湖浮游植物主要屬(種)與環(huán)境因子的雙軸排序

圖4　邵伯湖浮游植物主要屬(種)與 環(huán)境因子的雙軸排序

圖5　寶應(yīng)湖浮游植物主要屬(種)與環(huán)境因子的雙軸排序

2.6浮游植物與環(huán)境因子相關(guān)性的原因探討

揚州境內(nèi)3個湖泊的浮游植物群落組成均主要以綠藻、硅藻、藍藻為主,群落結(jié)構(gòu)的季節(jié)變化規(guī)律較為相似,溫度高時種類和數(shù)量均增加,硅藻和綠藻在全年不同時期均占優(yōu)勢,而藍藻受溫度影響較大,夏季驟增,冬季驟減。這種季節(jié)變化上的相似性可能是因為3個湖泊均為淺水型湖泊,水溫的變化影響著水體物理化學(xué)和生物活動,從而影響水體上下層的交換、營養(yǎng)鹽的生化循環(huán)和分布。夏季水溫高,物質(zhì)循環(huán)加快,營養(yǎng)鹽含量增大,浮游植物生物量增大,出現(xiàn)浮游植物密度高峰。硅藻和綠藻對水溫和光照有很好的適應(yīng)能力,在不同季節(jié)均能獲得優(yōu)勢地位;而藍藻適溫較高,水溫上升,藍藻大幅度增加,水溫下降,藍藻亦大幅度減少;其他藻類數(shù)量相對較少,與水溫關(guān)系不明顯。

影響揚州境內(nèi)湖泊浮游植物群落結(jié)構(gòu)的環(huán)境因子主要有水溫、pH及N、P等,不同湖泊的主要影響因子略有差異。3個湖泊雖同為淺水型湖泊,但亦有不同,高郵湖大而淺,且湖面常起風(fēng)浪,物質(zhì)循環(huán)較快。寶應(yīng)湖相對小而深,屬草型湖泊,水體透明度較高,相對較封閉。邵伯湖小而淺,水體相對較渾,湖內(nèi)養(yǎng)殖較少。有文獻[4]報道,pH值與藻類初級生產(chǎn)力呈顯著正相關(guān),楊麗標等[18]研究表明,藻類種群分布與水體pH值的相關(guān)性可能是由于不同環(huán)境條件下藻類種群的生長繁殖變化導(dǎo)致水體pH值變化所致。高郵湖和寶應(yīng)湖由于大面積養(yǎng)殖導(dǎo)致氮磷營養(yǎng)鹽成為水環(huán)境主要的變化因子,氮、磷等營養(yǎng)元素能調(diào)節(jié)浮游植物的生長,在一定濃度范圍內(nèi)氮、磷對浮游植物的生長有促進作用,過低的氮、磷質(zhì)量濃度會限制浮游植物的數(shù)量[19],過高的氮、磷質(zhì)量濃度不僅會導(dǎo)致富營養(yǎng)化,還會導(dǎo)致浮游植物種類組成發(fā)生變化[20]。養(yǎng)殖差異導(dǎo)致湖泊的氮磷質(zhì)量濃度和氮磷比不同,是導(dǎo)致其對3個湖泊群落結(jié)構(gòu)影響程度不同的一個主要因素。

3結(jié) 論

a. 高郵湖共鑒定浮游植物8門71屬153種,細胞豐度變化范圍為5.00×106～6.7×106cells/L,生物量較高的優(yōu)勢種有顆粒直鏈藻、島直鏈藻、尖針桿藻;邵伯湖共鑒定浮游植物8門61屬136種,細胞豐度變化范圍為4.95×106～6.03×106cells/L,生物量較高的優(yōu)勢種有小環(huán)藻、尖尾藍隱藻、巨顫藻;寶應(yīng)湖共鑒定浮游植物8門66屬156種,細胞豐度變化范圍為5.00×106～6.7×106cells/L,生物量較高的優(yōu)勢種有雙頭針桿藻、反曲隱藻、尖尾藍隱藻。

d. 3個湖泊均為長江中下游淺水型湖泊,群落結(jié)構(gòu)的季節(jié)變化規(guī)律較為相似。3個湖泊的水深、養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)及規(guī)模相差較大,養(yǎng)殖差異導(dǎo)致氮磷比不同,這些因素是造成不同湖泊群落結(jié)構(gòu)影響因子不同的重要原因。

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