云龍湖浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征研究及水體生物學(xué)評價

楊 靖 李 朝

(徐州市環(huán)境監(jiān)測中心站， 徐州 221000)

云龍湖浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征研究及水體生物學(xué)評價

楊 靖 李 朝

(徐州市環(huán)境監(jiān)測中心站， 徐州 221000)

為了解人類活動對云龍湖水生態(tài)環(huán)境的影響,近年來按上、下半年(每年4月和9月)對湖面分4個區(qū)域進行了水體浮游植物和理化因子的監(jiān)測,2012—2014年間，云龍湖共采集到的浮游植物共計7大門類102個分類單元，計算出綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)范圍在51.5～56.2之間波動，浮游植物的年平均密度為2.47×106cells./L，變化范圍(1.69～3.45)×106cells./L，浮游植物香農(nóng)多樣性指數(shù)(H′)、均勻度指數(shù)(J)年均值分別為2.32和0.79，統(tǒng)計分析云龍湖各區(qū)域浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征，以藍藻、綠藻和硅藻門的物種為主，在密度上藍藻和硅藻占據(jù)絕對優(yōu)勢，多樣性指數(shù)和均勻性指數(shù)為下半年高于上半年，優(yōu)勢種主要為藍、綠藻門的席藻、藍纖維藻、小球藻和柵藻，硅藻門的針桿藻、脆桿藻和直鏈藻等，這說明云龍湖水質(zhì)處于輕污染至中污染水平，綜合營養(yǎng)狀況處在輕度富營養(yǎng)化水平。

浮游植物結(jié)構(gòu)特征；生物學(xué)評價；云龍湖

本文首先利用近年來常規(guī)理化監(jiān)測數(shù)據(jù)計算出云龍湖的富營養(yǎng)化指數(shù)，分析了“十二五”期間云龍湖富營養(yǎng)化變化趨勢,以及造成這種變化的主要外部因素，然后深入生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部，發(fā)現(xiàn)浮游植物藻類對水體營養(yǎng)化的響應(yīng)十分顯著和敏感，研究也發(fā)現(xiàn)，水生生物尤其是浮游生物與水生態(tài)環(huán)境間有著密切的關(guān)聯(lián)性,水生生物的種類結(jié)構(gòu)及其在群落中所占的比例還有優(yōu)勢種群的密度等均能在一定程度上反映水體的質(zhì)量狀況，近年來,將浮游植物的群落結(jié)構(gòu)特征和水體理化特征相結(jié)合, 對水體質(zhì)量進行評價已被廣泛應(yīng)用[1-4]，所以本文進一步分析了浮游植物各物種之間的結(jié)構(gòu)組成及優(yōu)勢種情況，試圖通過類比，了解造成云龍湖水體現(xiàn)狀的內(nèi)在因素，最后通過綜合分析判斷云龍湖水生態(tài)系統(tǒng)的現(xiàn)實狀況，為合理開發(fā)利用，保護云龍湖自然生態(tài)提供決策建議。

1 材料與實驗

1.1 采樣點設(shè)置

云龍湖位于徐州市區(qū)西南部，屬于云龍湖風(fēng)景名勝區(qū)的核心景區(qū)(包括云龍湖及其周邊地帶和云龍山、西鳳山等山坡林地，面積約為13.7km2)，經(jīng)過近年的綜合整治后目前水域面積約7.5 km2，云龍湖是在1958年疏?；A(chǔ)上開挖形成的淺水型人工湖，其平均深度僅有2m，最深處也僅有4m左右。由于湖水較淺，不利于大型水生動、植物的生長繁衍，故而云龍湖水生生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不夠穩(wěn)定，生物多樣性水平較低，整個生態(tài)系統(tǒng)相對脆弱，在受到人類活動等因素干擾后，云龍湖水質(zhì)不穩(wěn)定和富營養(yǎng)化問題時有發(fā)生，是限制云龍湖生態(tài)系統(tǒng)健康發(fā)展的突出問題,更是制約徐州市打造“一城青山半城湖”建設(shè)生態(tài)宜居城市的重要因素。

根據(jù)云龍湖的地理位置和形狀特征, 在云龍湖東湖設(shè)置監(jiān)測點位2個,分別位于1#(東湖東北)和2#(東湖中心)，在西湖設(shè)置監(jiān)測點位2個分別位于3#(西湖中心)和4#(西湖西南)。相關(guān)監(jiān)測評價數(shù)據(jù)來源于徐州市環(huán)境監(jiān)測中心站2012-2014年間對云龍湖4個監(jiān)測點位所進行的監(jiān)測分析。云龍湖采樣點分布情況見圖1。

圖1 云龍湖采樣點分布圖

1.2 樣品采集、處理與分析

2012-2014年按上、下半年分別于4月和9月對4個點位進行監(jiān)測采樣分析。浮游植物的定性、定量采樣按照《水和廢水監(jiān)測分析方法》(第四版增補版)的基本方法進行：定性采集用25號浮游生物網(wǎng)進行,定量標(biāo)本則取表層、1/2 倍、1倍、2倍、3倍透明度水樣混合后取1 000 mL，用15‰的魯戈氏液固定,然后送實驗室靜置沉淀24小時,濃縮到30 mL, 在顯微鏡下進行鏡檢和計數(shù)[4]。鏡檢出浮游植物的種類組成、密度[5-6]。表層水溫使用便攜式多參數(shù)水質(zhì)測定儀現(xiàn)場測定, 溶解氧用便攜式溶氧儀進行現(xiàn)場測定, 透明度(SD)用塞氏盤測定。同時采集水樣回實驗室分析總磷(TP) 、總氮(TN) 、高錳酸鹽指數(shù)( CODMn)、葉綠素a(chl-a)，計算綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)(TSI)[5-7]。

1.3 數(shù)據(jù)分析方法

1.3.1 優(yōu)勢種及優(yōu)勢度

由式( 1) 來確定:

y=fipi

(1)

式中: y為優(yōu)勢度，fi為i種的空間出現(xiàn)頻率，pi為i種數(shù)量占總個體數(shù)的比例，y>0．02 時，i種定為優(yōu)勢種。同時統(tǒng)計i 種成為優(yōu)勢種的空間頻率，即優(yōu)勢頻率(φ)。

1.3.2 多樣性指數(shù)

采用Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H′)及Pielou均勻度指數(shù)(J) 來描述物種多樣性，見式(2)。

(2)

式中：S為總分類單元數(shù)，N為總個體數(shù)，ni為i種個體數(shù)。

1.3.3 綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)

云龍湖水質(zhì)及綜合營養(yǎng)狀況采用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)進行計算和評價，計算模型參照《湖泊(水庫)富營養(yǎng)化評價方法及分類技術(shù)規(guī)定》(中國環(huán)境監(jiān)測總站，總站生字[2001]090號)的相關(guān)要求進行。

2 結(jié)果與分析

2.1 云龍湖水質(zhì)及綜合營養(yǎng)狀況及原因分析

近3年云龍湖各監(jiān)測垂線綜合營養(yǎng)狀況指數(shù)見圖2。

圖2 云龍湖綜合營養(yǎng)指數(shù)

由圖2的相關(guān)數(shù)據(jù)看出：2012-2014年間各監(jiān)測點位云龍湖綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)TLI(∑)位于51.5～56.2之間。根據(jù)湖泊(水庫)營養(yǎng)狀態(tài)分級標(biāo)準(zhǔn)：50

云龍湖綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)分布，呈現(xiàn)東湖東北和西湖西南略高于東湖中心和西湖中心的特點，分析原因：云龍湖東湖水體功能定位是景觀用水，東湖東北沿岸區(qū)域建設(shè)有露天人工沙灘和游泳場、游船碼頭等旅游設(shè)施，水質(zhì)受游泳和旅游業(yè)影響較為明顯，這也是水體富營養(yǎng)化程度東湖東北較東湖中心略高的主要原因；云龍湖西湖前些年主要用于魚類的圍網(wǎng)養(yǎng)殖，近年來隨著規(guī)劃調(diào)整，人工養(yǎng)殖規(guī)模在逐年減少，直至完全退出，目前僅西湖西南區(qū)域還有少量養(yǎng)殖捕撈和垂釣，這對水體水質(zhì)會有一定不利影響，而西湖中心已建設(shè)為徐州市水上活動中心訓(xùn)練場地，主要在夏季用于水上項目的訓(xùn)練，對水質(zhì)影響較小。

云龍湖水體富營養(yǎng)化水平在近3年呈現(xiàn)逐年下降的特征，經(jīng)過實地勘察和調(diào)研了解到，云龍湖正在爭創(chuàng)5A級風(fēng)景名勝區(qū)，對湖區(qū)水體功能和配套設(shè)施進行了提升改造，主要措施為：逐年減少直至完全退出湖區(qū)養(yǎng)殖業(yè)，僅保留個別休閑垂釣中心，且嚴(yán)格與主湖區(qū)隔離；加強對云龍湖上游水體的環(huán)境保護，提升上游來水的水質(zhì)，包括實行水質(zhì)提升工程、區(qū)域截污工程和垃圾分類處理等；進一步規(guī)范整改云龍湖沿岸旅游業(yè)和餐飲業(yè)，不符合要求的一律關(guān)停，確保沒有污染物排入湖區(qū)，通過以上措施，將人類活動對水體的影響降到最低，這也是云龍湖水體富營養(yǎng)化水平在近3年逐年下降的主要原因。

2.2 浮游植物結(jié)構(gòu)組成及評價

通過近3年生物多樣性調(diào)查,云龍湖共采集到浮游植物7大門類102個分類單元, 其中,綠藻門所占比例最多,共觀察到50個屬種,占浮游植物群落種類數(shù)的比例達49.1%, 其次為藍藻門,檢出22個種屬, 占浮游植物群落總數(shù)的21.6%；其它依次為硅藻門15個，裸藻門9個，金藻門3個，甲藻門2個，隱藻門1個, 分別占采集到浮游植物群落總數(shù)的14.7%、8.8%、2.9%、2.0%和1.0%。從空間分布上看，各區(qū)域采集鑒定到的浮游植物分類單元數(shù)最多的為東湖東北,達到86個,最少的為西湖西南,僅有51個，東湖中心和西湖中心差別不大，分別為75和72個。從時間分布來看，上半年鑒定出的分類單元較少,而下半年物種相對豐富[8-10]。

根據(jù)采集樣品的顯微鏡檢結(jié)果，共發(fā)現(xiàn)了浮游植物優(yōu)勢種群(優(yōu)勢度≥0.02)19種(屬), 其中藍藻7種(屬),分別為銅綠微囊藻(Microcystisaeruginosa)、藍纖維藻某種(Dactylococcopsissp.)、優(yōu)美平裂藻(Merismopediaelegans)、細(xì)小平裂藻(Merismopediaminima)、彎形尖頭藻(Raphidiopsiscurvata)、螺旋藻某種(Spirulinasp.)、席藻某種(Phomidiumsp.)；綠藻門5種(屬), 分別為纖維藻某種(Ankistrodesmussp.)、小球藻(Chlorellavulgaris)、四尾柵藻(Scenedesmusquadricauda)、尖細(xì)柵藻(Scenedesmusacuminatus)、二形柵藻(Scenedesmusdimorphus)；硅藻門5種(屬),分別為針桿藻某種(Synedrasp.)、脆桿藻某種(Fragilariasp.)、直鏈藻某種(Melosirasp.)、舟形藻(Navicula.)、小環(huán)藻某種(Cyclotellasp.)；裸藻門2種，分別為尖尾裸藻(Euglenaoxyuris)、具尾裸藻(Euglenacaudata)。

在了解近幾年云龍湖浮游植物整體分布和發(fā)現(xiàn)的優(yōu)勢種情況的基礎(chǔ)上，利用2014年的監(jiān)測分析數(shù)據(jù)，對浮游植物的結(jié)構(gòu)組成進行了進一步分析，其物種和空間分布情況見圖3。

圖2 云龍湖浮游植物生物量時空分布圖

利用2014年的監(jiān)測數(shù)據(jù)計算浮游植物密度和相關(guān)指數(shù)(表1)，結(jié)果如下：從個體密度角度，上半年云龍湖浮游植物密度各監(jiān)測點位在1.69×106～1.83×106cells/L之間，下半年在2.91×106～3.45×106cells/L之間，下半年平均密度3.17×106ind./L，上半年1.77×106ind./L；多樣性指數(shù)波動范圍上半年為2.65～2.97，下半年為1.67～2.11；均勻度指數(shù)波動范圍上半年為0.56～0.69，下半年為0.90～0.99，可見，從時間分布上看，總體密度、多樣性指數(shù)及均勻性指數(shù)整體上均呈現(xiàn)下半年高于上半年的特征，從空間分布上看，西湖西南和東湖東北點位的浮游植物個體密度明顯高于西湖中心和東湖中心，而多樣性指數(shù)及均勻性指數(shù)是東湖中心和西湖西南相對較高。

表1 云龍湖浮游植物多樣性指數(shù)與均勻度指數(shù)表

分析以上群落結(jié)構(gòu)和指數(shù)計算數(shù)據(jù)，可知云龍湖各區(qū)域浮游植物種群類別均以藍藻、綠藻和硅藻門的物種為主，在密度上藍藻和硅藻占據(jù)絕對優(yōu)勢，多樣性指數(shù)和均勻性指數(shù)為下半年高于上半年，這符合藻類生長的規(guī)律，經(jīng)過夏季的繁殖后密度和種類均有較大幅度提高，尤其是藍藻門藻類數(shù)量增加相當(dāng)明顯，結(jié)合這一特點我們可以在夏季到來之前采取措施，嚴(yán)密監(jiān)視浮游植物相關(guān)參數(shù)，以及pH、水溫、總磷等藻類生長需要的敏感性指標(biāo)[8-9]，設(shè)立污染閾值，建立預(yù)警體系,在必要時采取一定人為干預(yù)措施，例如投放特定食草魚類，人工調(diào)水和對部分區(qū)域進行水草打撈等，破壞利于藻類爆發(fā)的基礎(chǔ)條件，從內(nèi)部因素著手，減少藻類大爆發(fā)的幾率，這對降低云龍湖水體富營養(yǎng)化水平、提升水質(zhì)有很大幫助。

3 結(jié)論

根據(jù)近幾年監(jiān)測結(jié)果，云龍湖浮游植物優(yōu)勢種群主要分布在藍藻、綠藻和硅藻門，近3年，綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)TLI(∑)位于51.5～56.2之間，根據(jù)湖泊(水庫)營養(yǎng)狀態(tài)分級標(biāo)準(zhǔn)：50

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Characteristics of phytoplankton structure and physicochemical assessment of Yunlong Lake

Yang Jing, Li Zhao

(Xuzhou Environmental Monitoring Center, Xuzhou 221000, China)

In order to understand the impact of human activities on the ecological environment of Yunlong Lake, in recent years, phytoplankton and physicochemical factors monitoring has been carrying out twice a year (April and September for each year) in four regions divided in the lake. Results from a calculation based on phytoplankton samples collected from the period of 2012-2014, covering totally 7 phytoplankton categories and 102 classification units, show that comprehensive nutrition state index in Yunlong Lake fluctuates within a range from 51.5 to 56.2, the annual average density of phytoplankton is 2.47×106cells./L (with an variation range from 1.69×106to 3.45×106cells./L), while Shannon phytoplankton diversity index (H’) and evenness index (J) annual average values are 2.32 and 0.79 respectively. Results from a statistical analysis on the characteristics of phytoplankton community structure show that species from Cyanophyta, Chlorophyta and Bacillariophyta are dominating species in Yunlong Lake, while blue green algae and diatom are dominating species in terms of density. Diversity index and evenness index show higher in first half of the year than that of the second half of the year. Dominating species are phormidium, dactylococcopsis sp, chlorella vulgaris sp and scenedesmus sp from Cyanophyta and Chlorophyta，synedra sp，fragilaria sp and melosira sp from Bacillariophyta, indicating that the water quality of Yunlong Lake lies in between slight and medium pollution level, while comprehensive nutrition falls in mild eutrophication level.

characteristics of phytoplankton structure; physicochemical assessment; Yunlong Lake

2016-06-23;2016-11-23修回

楊靖,男, 1982年生，江蘇淮安人,學(xué)士,工程師,研究方向：生物監(jiān)測分析和環(huán)境遙感理論應(yīng)用。E-mail: cumtyj@163.com

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