白洋淀三大典型水域浮游植物群落及水質(zhì)評價

金磊，李林鈺，周楊，劉存歧

(河北大學 生命科學學院，河北 保定 071002)

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白洋淀三大典型水域浮游植物群落及水質(zhì)評價

金磊，李林鈺，周楊，劉存歧

(河北大學 生命科學學院，河北 保定 071002)

2013年4-11月份對白洋淀凈水區(qū)、養(yǎng)殖區(qū)、臨村落區(qū)等三大典型水域的浮游植物進行了調(diào)查，對比分析了群落結(jié)構(gòu)特征，并對水質(zhì)進行了評價.結(jié)果表明：2013年4-11月份白洋淀三大典型水域浮游植物群落的第1優(yōu)勢類群均為綠藻門，凈水區(qū)和養(yǎng)殖區(qū)的浮游植物次優(yōu)勢類群為硅藻門，臨村落區(qū)的次優(yōu)勢類群為藍藻門；根據(jù)浮游植物生態(tài)指標及水質(zhì)因子評價白洋淀三大典型水域水質(zhì)狀況，表明凈水區(qū)水體處于中營養(yǎng)化狀態(tài)；養(yǎng)殖區(qū)與臨村落區(qū)水體處于富營養(yǎng)化狀態(tài)；凈水區(qū)的硅藻分布與環(huán)境因子關(guān)系復雜，綠藻的分布與總磷(TP)、總氮(TN)、pH和溶解氧(DO)等相關(guān)性較高，養(yǎng)殖區(qū)的硅藻與TP、TN相關(guān)，藍藻的生長受到氮磷營養(yǎng)鹽的抑制.臨村落區(qū)藍藻的分布與氮磷營養(yǎng)鹽相關(guān)性較高，硅藻的分布與pH、水溫和TP等相關(guān).冗余分析(RDA)表明，三大典型水域浮游植物分布明顯受環(huán)境因子的影響.

冗余分析(RDA)；水質(zhì)；浮游植物；群落結(jié)構(gòu)；白洋淀

浮游植物作為水域生態(tài)系統(tǒng)的重要組分之一，是水域生態(tài)系統(tǒng)的主要初級生產(chǎn)者和食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)的基礎環(huán)節(jié).浮游植物在藻類密度、群落結(jié)構(gòu)和功能等方面會隨著水體水質(zhì)的改變而產(chǎn)生相應的變化，可以指示水體的營養(yǎng)狀態(tài)[1].

白洋淀作為中國華北地區(qū)最大淺水湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)，對于維護區(qū)域生態(tài)安全具有重要作用[2].近年來，白洋淀受人類活動影響較為嚴重，主要在淀區(qū)從事種植和養(yǎng)殖等經(jīng)濟活動，因此白洋淀被分為典型的凈水區(qū)、養(yǎng)殖區(qū)和臨村落區(qū)等三大水體類型[3].本課題組于2013年4-11月份對白洋淀三大典型水域的浮游植物和環(huán)境因子進行了調(diào)查，比較了浮游植物的群落結(jié)構(gòu)和種群密度，評價了三大水域的水質(zhì)狀況，使用冗余分析(RDA)方法探討了浮游植物分布對環(huán)境因子的響應，以期為白洋淀生態(tài)恢復提供一定的數(shù)據(jù)支持.

1 材料與方法

1.1 樣點設置及水樣采集

依據(jù)白洋淀水體環(huán)境特征，共設置了3個代表性的采樣點，分別位于后塘淀(凈水區(qū))、鰣鯸淀(養(yǎng)殖區(qū))和小淀(臨村落區(qū))的中心區(qū)域(圖1).3個采樣點均位于白洋淀南部，距離較近，并有水體溝通.采樣時間為2013年4-11月份，每月中旬采樣1次.

采集每個樣點水域中央?yún)^(qū)域表層0.5 m水深的水樣3個，混合后取1 000 mL用于環(huán)境因子的測定和浮游植物鑒定.浮游植物水樣現(xiàn)場加入魯哥試劑10 mL固定.

1.2 環(huán)境因子的測定

水體環(huán)境因子主要包括水溫、溶解氧(DO)、pH、透明度(SD)、總氮(TN)、總磷(TP)和氨氮(NH4—N)，其中水溫、DO、pH和SD現(xiàn)場用便攜式測定儀進行測定；TN、TP和NH4—N按照國家地表水環(huán)境質(zhì)量標準方法(GB 3838-2002)測定.

1.3 浮游植物的鑒定與計數(shù)

浮游植物種類鑒定計數(shù)參照《中國淡水藻類：系統(tǒng)分類及生態(tài)》和《淡水浮游生物圖譜》[4-5]進行.

1.4 浮游植物多樣性分析

采用Shannon-Wiener多樣性指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)對三大典型水域的水質(zhì)進行評價[6].

圖1 白洋淀浮游植物調(diào)查水域分布Fig.1 Map of phytoplankton sampling sites in Baiyangdian Lake

1.5 浮游植物和環(huán)境因子的RDA分析

采用RDA判定浮游植物群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子之間的關(guān)系[7-9].

2 結(jié)果與討論

2.1 環(huán)境因子

對白洋淀的水質(zhì)監(jiān)測情況見表1.從TP、TN和SD來評價三大水域的富營養(yǎng)化程度[10]，分別是：凈水區(qū)處于中營養(yǎng)化狀態(tài)；養(yǎng)殖區(qū)和臨村落區(qū)則是富營養(yǎng)化狀態(tài).

表1 白洋淀水體環(huán)境因子的變化Tab.1 Variations of environmental factors in the Baiyangdian Lake

2.2 浮游植物群落結(jié)構(gòu)

2.2.1 浮游植物的組成及密度

調(diào)查期間，三大典型水域浮游植物種類組成如圖2所示，凈水區(qū)共鑒定出浮游植物6門69種(屬)，養(yǎng)殖區(qū)共鑒定出浮游植物6門56種(屬)，二者均以綠藻門為主,其次為硅藻門.臨村落區(qū)共鑒定出浮游植物6門57種(屬)，其中綠藻門最多，藍藻門次之.從群落組成上看，三大典型水域的優(yōu)勢類群均為綠藻門，凈水區(qū)和養(yǎng)殖區(qū)的次優(yōu)勢類群為硅藻門，臨村落區(qū)的次優(yōu)勢類群為藍藻門.

a.凈水區(qū)；b.養(yǎng)殖區(qū)；c.臨村落區(qū).圖2 白洋淀三大典型水域浮游植物群落組成Fig.2 Composition of phytoplankton community in the three typical waters of Baiyangdian Lake

2013年白洋淀凈水區(qū)、養(yǎng)殖區(qū)和臨村落區(qū)浮游植物細胞密度平均分別為99.91×104、1 250.32×104和5 433.24×104/L.臨村落區(qū)的浮游植物細胞密度要遠高于凈水區(qū)和養(yǎng)殖區(qū)，且藍藻門所占比例高達70.17%；凈水區(qū)浮游植物細胞密度為硅藻門優(yōu)勢較大；養(yǎng)殖區(qū)浮游植物細胞密度為藍藻門、綠藻門和硅藻門優(yōu)勢較大(圖3).根據(jù)細胞密度分析[11]，凈水區(qū)水體處于中營養(yǎng)化狀態(tài)，養(yǎng)殖區(qū)和臨村落區(qū)水體處于富營養(yǎng)化狀態(tài).

圖3 白洋淀三大典型水域浮游植物細胞密度Fig.3 Phytoplankton cell density in the three typical waters of Baiyangdian Lake

2.2.2 浮游植物的多樣性

浮游植物的多樣性可以反映水體水質(zhì)的好壞.水質(zhì)越好，浮游植物的多樣性越高，當水體受到污染時，浮游植物中的一些敏感種會消失，浮游植物多樣性降低，水質(zhì)下降[12].

由圖4、5可以看出白洋淀三大典型水域的浮游植物Shannon-Wiener多樣性指數(shù)的變化在1～3，水體處于中度污染，凈水區(qū)的Shannon-Wiener多樣性相對較高且較為穩(wěn)定，養(yǎng)殖區(qū)和臨村落區(qū)則出現(xiàn)了較大的波動.從浮游植物的Pielou均勻度指數(shù)來看，凈水區(qū)在0.8左右波動，水體為輕污染或無污染；養(yǎng)殖區(qū)和臨村落區(qū)波動較大，介于0.3～0.8，水體為輕或中污染.

圖4 白洋淀三大典型水域浮游植物Shannon-Wiener多樣性指數(shù)Fig.4 Shannon-Wiener index of phytoplankton in the three typical waters of Baiyangdian Lake

圖5 白洋淀三大典型水域浮游植物的Pielou均勻度指數(shù)Fig.5 Pielou evenness index of phytoplankton in the three typical waters of Baiyangdian Lake

2.3 浮游植物與環(huán)境因子的RDA

根據(jù)白洋淀三大典型水域浮游植物出現(xiàn)的相對頻度和相對密度，選取35種用于RDA分析，其中凈水區(qū)12種，養(yǎng)殖區(qū)13種，臨村落區(qū)10種,代碼見表2,分析結(jié)果排序見圖6.使用環(huán)境因子進行分析，第1、第2排序軸的相關(guān)系數(shù)都為0，分析結(jié)果可信[13].

表2 RDA分析中浮游藻類代碼Tab.2 Codes of phytoplankton species for RDA

凈水區(qū)RDA分析結(jié)果中，第1軸與DO呈最大正相關(guān)(r=0.733 9)，與溫度呈最大負相關(guān)(r=-0.719 3).第2軸與NH4—N呈最大正相關(guān)(r=0.462 3)，與TN呈最大負相關(guān)(r=-0.743 0).從浮游植物空間分布看，綠藻分布于第三、四象限，與DO、TN、TP、pH、SD和水溫的相關(guān)性較大.硅藻在4個象限中分布較為分散，與環(huán)境因子的關(guān)系較為復雜.

養(yǎng)殖區(qū)RDA分析結(jié)果中，第1軸與TN呈最大正相關(guān)(r=0.756 1)，與SD呈最大負相關(guān)(r=-0.210 6).第2軸與DO呈最大正相關(guān)(r=0.366 8)，與pH呈最大負相關(guān)(r=-0.763 6).從浮游植物空間分布來看，大多數(shù)綠藻分布于第四象限，與TP、TN、pH、水溫和DO有較高的相關(guān)性.藍藻主要分布在第三象限，主要受到透明度的影響，與TN、TP、NH4—N呈負相關(guān).硅藻主要分布在第一、三象限，與TP、TN等相關(guān).

臨村落區(qū)RDA分析結(jié)果中，第1軸與NH4—N呈最大正相關(guān)(r=0.543 8)，與pH呈最大負相關(guān)(r=-0.474 8)，第2軸與水溫呈最大正相關(guān)(r=0.684 5)，與DO呈最大負相關(guān)(r=-0.662 8).從浮游植物空間分布來看，綠藻都分布在第三象限，與pH、DO相關(guān)性較大，而與TP、NH4—N和TN等營養(yǎng)鹽呈現(xiàn)了較強的負相關(guān).硅藻分布在第二象限，與pH、水溫和TP相關(guān)性較強.藍藻主要分布于第一、二象限，其分布受DO和SD的限制較大，其中耐污種偽魚腥藻和微囊藻(C3和C8)與TP、TN、NH4—N和水溫呈現(xiàn)了較強的相關(guān)性，其他藍藻則與pH、水溫等呈現(xiàn)了較強的相關(guān)性.

a.凈水區(qū)；b.養(yǎng)殖區(qū)；c.臨村落區(qū).圖6 白洋淀三大典型水域浮游植物與環(huán)境變量的排序Fig.6 Ordination of phytoplankton species and environmental variables in the three typical waters of Baiyangdian Lake

沈會濤等[14]對白洋淀水域浮游植物和環(huán)境因子進行了典型對應分析(CCA)，結(jié)果顯示水體pH及TP是影響該區(qū)域物種分布的主要環(huán)境因子.田志富[15]對白洋淀水域浮游植物和環(huán)境因子進行了RDA分析，結(jié)果表明水溫和氮磷營養(yǎng)鹽是影響浮游植物分布的主要環(huán)境因子，水體中的氮磷營養(yǎng)鹽和SD是影響綠藻和藍藻分布的主要環(huán)境因子.本次研究同樣發(fā)現(xiàn)，在凈水區(qū)和養(yǎng)殖區(qū)，氮磷營養(yǎng)鹽對浮游植物的分布有較大影響，水體的TP、TN、pH和DO等對綠藻的分布有影響，養(yǎng)殖區(qū)藍藻的生長受氮磷營養(yǎng)鹽的限制，在臨村落區(qū)，高濃度氮磷營養(yǎng)鹽抑制綠藻生長，促進藍藻生長，并且藍藻中的耐污種偽魚腥藻和微囊藻與氮磷營養(yǎng)鹽呈現(xiàn)較強相關(guān)性.偽魚腥藻和微囊藻在臨村落區(qū)浮游藻類密度上占據(jù)了絕對優(yōu)勢(優(yōu)勢度分別為0.38和0.36)，兩者都屬于有毒的水華藻種[16-17]，一定程度上會影響當?shù)厣鷳B(tài)安全.臨村落區(qū)的藍藻與水體的DO和SD呈現(xiàn)了較強負相關(guān)，可以通過增加水體DO和SD在一定程度上抑制藍藻生長.硅藻對水環(huán)境的變化極敏感[18]，水體的溫度以及磷、氮含量都對硅藻的分布有重要影響[19-20],磷酸鹽和氨氮對硅藻數(shù)量有重要影響[21].在污染較輕的豐水期，硅藻與環(huán)境因子的關(guān)系較為復雜，但在污染較重的枯水期，硅藻則與TP、pH和DO等相關(guān)[22].本次研究結(jié)果顯示，凈水區(qū)的硅藻與環(huán)境因子的關(guān)系也較為復雜，養(yǎng)殖區(qū)的硅藻與TP、TN相關(guān)，臨村落區(qū)硅藻的分布與pH、水溫和TP等相關(guān).白洋淀不同水域的硅藻受到了不同的環(huán)境因子的影響，說明硅藻對環(huán)境因子的響應可能與水體的污染狀況有一定的關(guān)聯(lián).

3 結(jié)論

1)2013年對白洋淀三大典型水域浮游植物群落結(jié)構(gòu)調(diào)查，凈水區(qū)共鑒定出浮游植物6門69種(屬)；養(yǎng)殖區(qū)共鑒定出浮游植物6門56種(屬)；臨村落區(qū)共鑒定出浮游植物6門57種(屬).群落組成上，三大典型水域的優(yōu)勢類群均為綠藻門，凈水區(qū)和養(yǎng)殖區(qū)的次優(yōu)勢類群為硅藻門，臨村落區(qū)的次優(yōu)勢類群為藍藻門.

2)從浮游植物生態(tài)指標及環(huán)境因子評價白洋淀三大典型水域水質(zhì)狀況分別是：凈水區(qū)水體處于中營養(yǎng)化狀態(tài)；養(yǎng)殖區(qū)與臨村落區(qū)水體處于富營養(yǎng)化狀態(tài).

3)RDA分析的結(jié)果表明，白洋淀三大典型水域浮游植物分布受環(huán)境因子的影響明顯.凈水區(qū)的硅藻分布與環(huán)境因子關(guān)系復雜，綠藻的分布與TP、TN、pH和DO等相關(guān)性較高，養(yǎng)殖區(qū)的硅藻分布與TP、TN相關(guān)，藍藻的生長受到氮磷營養(yǎng)鹽的抑制.臨村落區(qū)的藍藻的分布與氮磷營養(yǎng)鹽相關(guān)性較高，硅藻的分布與pH、TP和溫度等相關(guān).

4)凈水區(qū)水體氮磷等營養(yǎng)鹽較低，浮游植物多樣性較高，水質(zhì)穩(wěn)定.養(yǎng)殖區(qū)應控制氮磷等營養(yǎng)鹽的輸入，防止藍藻大量繁殖形成水華.臨村落區(qū)應防范藍藻水華形成的毒害作用，減少有機質(zhì)的輸入，并進行進一步的生態(tài)修復.

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(責任編輯：趙藏賞)

Phytoplankton community and water quality analysis of three typical waters in Baiyangdian Lake

JIN Lei,LI Linyu,ZHOU Yang,LIU Cunqi
(College of Life Sciences,Hebei University,Baoding 071002,China)

In three typical waters——the purfication waters,the aquaculture waters，and the Pro village waters,in Baiyangdian Lake,from April to November in 2013，the phytoplankton was investigated,the community structure characteristics were compared and the water quality was evaluated,using phytoplankton ecological index and water quality factors to evaluate the water quality .The results showed:the first dominant group was Chlorophyta in the three typical waters in Baiyangdian Lake,the second dominant group was Bacillariophyta in both the purfication waters and the aquaculture waters, but was Cyanophyta in the Pro village waters;the purfication waters was in the mesotrophic position,the aquaculture waters was in the eutrophic position,the Pro village waters was in the eutrophic position.In the purfication waters,the relationship between Bacillariophyta distribution and environmental factors was complex,the distribution of Chlorophyta was correlated with total phosphorus,total nitrogen,pH and dissolved oxygen.In the aquaculture waters,the distribution of Bacillariophyta was related to total phosphorus and total nitrogen,the growth of Cyanobacteria was inhibited by nitrogen and phosphorus.In the Pro village waters,the distribution of Cyanobacteria had a high correlation with nitrogen and phosphorus,the distribution of Bacillariophyta was related to pH,temperature and total phosphorus.As a result of redundancy analysis(RDA),phytoplankton distribution was significantly affected by environmental factors in the three typical waters in Baiyangdian Lake.

redundancy analysis;water quality;phytoplankton;structure of community;Baiyangdian Lake

2016-11-27

國家水體污染控制與治理科技重大專項子課題(2009ZX07209-008-02)

金磊(1990—)，男，河北張家口人，河北大學在讀碩士研究生.E-mail:1657343034@qq.com

劉存歧(1967—)，男，河北昌黎人，河北大學教授，主要從事水域生態(tài)學研究. E-mail:liucunqi@sina.com

10.3969/j.issn.1000-1565.2017.03.017

Q145

A

1000-1565(2017)03-0329-08