金山湖浮游植物群落結構時空變化及營養(yǎng)狀況評價

張樂源，張 振，柳 瑩

(1.江蘇省水文水資源勘測局南通分局， 江蘇 南通 226000；2.江蘇省水文水資源勘測局鎮(zhèn)江分局， 江蘇 鎮(zhèn)江 212000)

浮游植物作為湖泊生態(tài)系統(tǒng)中的重要組成部分，對水生態(tài)起著非常重要的作用，其特點為種類繁多、分布廣泛，浮游植物的群落結構特征對水體質量的變化起到至關重要的作用，因此，浮游植物的群落結構變化特征可以對水體污染狀況起到指示作用。目前，大量研究也表明，浮游植物數(shù)量、群落結構變化等指標被大量應用于水體環(huán)境評價。同時，群落結構受水體養(yǎng)分含量、水溫、溶解氧、pH值等環(huán)境因子影響而呈現(xiàn)出不同的時空變化，有助于了解不同時間段水質健康狀。

金山湖屬于沿江水系，是鎮(zhèn)江市城區(qū)最大的水體，也是最重要的水體，位于市區(qū)北部，東西長約8km，南北寬約2km，由小金山湖和大金山湖組成。金山湖處于城市主要河流古運河的上游，為古運河提供源水，同時也是運糧河、虹橋港的受納水體。金山湖不僅對當?shù)丨h(huán)境具有重要的生態(tài)服務功能，同時對本地區(qū)的水源涵養(yǎng)、水文調(diào)節(jié)、緩沖環(huán)境污染和水質凈化等方面起到重要作用。但隨著城鎮(zhèn)經(jīng)濟水平的逐步上升，人類活動和上游水系物質的輸入使得金山湖健康狀況受到威脅，因此對該區(qū)域實行營養(yǎng)狀況評價尤為重要。

因此，本研究結合采樣數(shù)據(jù)分析和現(xiàn)場調(diào)研，分析2020年2—11月金山湖浮游植物的群落結構和豐富度變化情況，同時將浮游植物群落結構與水體環(huán)境因子含量關系進行比較分析，揭示金山湖水環(huán)境質量和浮游植物群落結構的變化特征和相關關系，為金山湖水生態(tài)修復和建設提供理論和科技支持。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域及樣品采集

根據(jù)金山湖的湖區(qū)特點，在金山湖內(nèi)設置了取樣點(E 119°24′18.4″；N 32°13′17.5″)，如圖1所示。分別于2020年2、6、9和11月進行水樣和浮游植物樣品的采集。按照SL219—2018《水環(huán)境監(jiān)測規(guī)范》要求，采集水面下0.5m處水樣，使用Hach現(xiàn)場測定儀測定水樣的溫度、溶解氧和pH值。水樣采集1000mL，一式兩份，其中一份現(xiàn)場添加1.5%的魯哥試劑進行固定，用于后續(xù)浮游植物的測定，兩份樣品均放置在4℃冰盒中保存，并立即帶回實驗室進行分析測定。

圖1 金山湖采樣點分布圖

1.2 測定指標及方法

1.2.1基本理化性狀

(1)葉綠素a：SL88—2012《葉綠素的測定 分光光度法》。

(2)總磷：ISO15681—2003《水質 液流分析測定正磷酸鹽和總磷含量-第2部分：連續(xù)流動分析法》。

(3)總氮：ISO29441—2010《水質 紫外分解后總氮的測定—用流動分析法(CFA與FIA)和光譜檢測法》。

(4)透明度：SL87—1994《透明度的測定 透明度計法、圓盤法》。

(5)高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)：GB/T11892—1989《水質高錳酸鹽指數(shù)的測定 酸性高錳酸鉀法》。

1.2.1浮游植物測定

將含有魯哥試劑的水樣標記為N1，另一份水樣作為N2，分別用移液槍吸取0.1mL水樣到計數(shù)框(20mm×20mm)，并蓋蓋玻片，在顯微鏡下進行種類鑒定和計數(shù)。

1.3 營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)

依據(jù)《湖泊(水庫)富營養(yǎng)化評價方法及分級技術規(guī)定》(中國環(huán)境監(jiān)測總站，總站生字[2001]090號)，利用葉綠素a、總磷、總氮、透明度、高錳酸鹽指數(shù)計算得出。

1.4 多樣性指數(shù)計算

生物多樣性指數(shù)采用Shannon-wiener指數(shù)和均勻度指數(shù)，其計算公式分別如下：

(1)Shannon-wiener指數(shù)H′計算公式：

(1)

式中，S—藻類種類，Pi—第i種藻類占整個藻類個體數(shù)的比例。

(2)均勻度指數(shù)J計算公式：

J=H′/log2S

(2)

式中，H′—Shannon-wiener指數(shù)，S—藻類種類。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS20.0進行數(shù)據(jù)差異性分析和Pearson相關性分析，采用EXCEL 2007軟件進行做圖。

2 結果與分析

2.1 浮游植物組成

經(jīng)4次取樣，共鑒定出浮游植物6門181種(屬)。不同采樣時間各門浮游植物的占比情況如圖2所示，其中在2月和9月硅藻門和綠藻門占比最大，其總和均超過60%，2月總和達70.5%，9月總和達65.5%；在6月，隱藻門和藍藻門浮游植物數(shù)量上漲較多，占比分別為21.8%和21.0%；在11月，綠藻門、硅藻門和隱藻門所占比例最大，占到總浮游植物的82.1%。

圖2 不同時間段藻類群落結構變化

2.2 浮游植物密度

不同時間段金山湖浮游植物總密度和不同門類的密度變化情況見表1。由表1可知，金山湖2—11月浮游植物密度變化為99.5×104～113.0×104個/L。其中，綠藻門密度最大，22.2×104～42.1×104個/L；硅藻門密度次之，密度達20.5×104～37.7×104個/L，整體呈現(xiàn)下降趨勢；裸藻門密度最低，3.3×104～5.9×104個/L。以上數(shù)據(jù)中，綠藻門和硅藻門密度最大值出現(xiàn)在9月，而其余藻類(除裸藻門外)6月份是密度最大。

表1 金山湖浮游植物密度時間變化 單位：×104/L

2.3 浮游植物群落多樣性分析

不同時間段浮游植物群落多樣性變化結果如圖3所示。由圖3可知，Shannon-wiener指數(shù)變化為4.28～4.56，其中2020年9月份最高，而2月份最低；均勻度指數(shù)變化為0.90～0.95，其變化趨勢與Shannon-wiener指數(shù)類似，2020年9月和11月均勻度最高，2月最低。

圖3 不同時間段浮游植物多樣性指數(shù)變化

2.4 不同時間段水體養(yǎng)分含量

不同采樣時間段水體養(yǎng)分含量情況見表2。由表2可知，各時間段，水體pH值變化不大，保持在8.0～8.3；溶解氧含量10.6～3.2mg/L，在2月份含量最高，9月份含量最低；高錳酸鹽指數(shù)和氨氮含量，均是在9月份呈現(xiàn)最高值，其中水體氨氮含量在2月份低于檢測限；總磷含量為0.028～0.091mg/L，在6月份含量呈現(xiàn)最高值；總氮含量則在9月份達到最高，1.12mg/L；氟化物含量為0.15～0.36mg/L；9月份水體透明度最高，達到0.65m。而2月和11月，透明度則最低，均為0.60m。

表2 不同采樣時間段水體養(yǎng)分含量

2.5 營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)變化

不同采樣時間度段水體營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)情況如圖4所示。由圖4可知，2、6、9和11月的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)分別為50.9、50.4、53.6和54.4，其中，9月份指數(shù)最高，根據(jù)《湖泊(水庫)營養(yǎng)狀態(tài)評價標準及分級方法》，可以得知，金山湖水體在2020年2—11月期間，均屬于輕度富營養(yǎng)化狀態(tài)。

圖4 不同時間段水體營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)

2.6 浮游植物群落組成與環(huán)境因子相關性分析

浮游植物群落結構與環(huán)境因子Pearson相關性分析見表3。由表3可知，總磷、總氮、葉綠素a與浮游植物群落結構呈顯著性相關關系。其中總磷含量與硅藻門密度呈極顯著負相關關系，與裸藻門密度呈現(xiàn)顯著性正相關關系；總氮含量與綠藻門密度成顯著性正相關關系，與金藻門密度呈極顯著負相關關系；葉綠素a含量與金藻門密度呈顯著正相關關系。此外，不同浮游植物門之間也存在相關性，藍藻門密度與隱藻門密度呈顯著正相關關系，硅藻門密度和裸藻門密度呈顯著負相關關系，金藻門密度和綠藻門密度呈顯著負相關關系。

表3 浮游植物群落結構與環(huán)境因子Pearson相關性分析

3 討論

3.1 金山湖浮游植物群落結構及營養(yǎng)化變化

金山湖主要入湖河流運糧河和虹橋港水質達標不穩(wěn)定，總磷和總氮指標波動性較大，有部分月份為劣V類(鎮(zhèn)江市水功能區(qū)通報)，加之金山湖作為省級水利風景區(qū)，水上旅游項目運行(如水上飛行、水上高爾夫、游艇等)對其水環(huán)境安全也存在較大隱患。謝家國等人在2014年對金山湖水體水質監(jiān)測時得出，當時各監(jiān)測點水質呈現(xiàn)中營養(yǎng)狀態(tài)，到2020年金山湖水質逐漸向輕度富營養(yǎng)化水平轉變。在本研究中，硅藻門和綠藻門浮游植物為優(yōu)勢種群，研究表明，這些物種均為水體富營養(yǎng)化的指示種群，因此，可以間接說明，金山湖水體呈現(xiàn)富營養(yǎng)化的趨勢。

3.2 影響金山湖浮游植物群落結構的環(huán)境因子

浮游植物在水體中群落結構的變化直接受到水體環(huán)境因子的影響，有研究表明，營養(yǎng)鹽是影響群落結構的主要因子，其它因子可以通過影響營養(yǎng)鹽的含量間接改變浮游植物的群落結構。管祥洋等人在研究滆湖水華過程中，也得到了類似的結果，即水體總磷含量是導致發(fā)生水華的主要影響因子之一。朱明明研究表明，水體總氮是影響浮游植物群落結構的重要因素。通過調(diào)查和本次分析結果，可以看出，隨著時間的變化，水體中總氮、總磷、葉綠色a等指標的含量變化較大，直接與群落結構的變化呈現(xiàn)顯著相關關系，即直接改變水體浮游植物的群落和數(shù)量。因此，控制總氮、總磷進入金山湖是解決湖水水質惡化的主要途徑。

4 結語

通過分析表明，金山湖共檢出6門181種(屬)浮游植物，以綠藻門和硅藻門植物為主。浮游植物的總體密度為99.5×104～113.0×104個/L，最大值出現(xiàn)在9月，最小值出現(xiàn)在2月。9月水體Shaanon-Wiener指數(shù)和均勻度最高，2月最低。Pearson相關性表明，水體總氮、總磷和葉綠色a含量是影響群落結構的主要因素。

綜上所述，金山湖已經(jīng)處于輕度富營養(yǎng)狀態(tài)，當?shù)丨h(huán)保部門應該加強污染源頭把控，水文部門應做好水樣采集和水質監(jiān)測。