张 振，张乐源

（1.江苏省水文水资源勘测局镇江分局,江苏 镇江 212000；2.江苏省水文水资源勘测局南通分局,江苏 南通 226000）

浮游植物是水生态系统中重要的贡献者和参与者,对水生态系统的物质循环和能量交换发挥着重要的作用[1]。有研究指出,浮游植物可以作为水生态环境变化的重要指示生物,且不同浮游植物种群对水生态环境因子的响应也不相同,因此,浮游植物群落结构可以对环境因子的变化起到指示作用,特别是浮游植物群落结构组成、多样性的变化[2-3]。水生态环境因子主要包括水体pH、溶解氧、营养盐等含量,通过分析浮游植物群落结构与水生态环境因子之间的关系,可以客观评价水体营养与群落变化之间的关系,为水体健康提供基础数据和理论依据[4-5]。

凌塘水库,属太湖湖西水系,位于江苏省镇江市丹徒区南部低丘陵区小金河上游,地形大致呈西高东低。水库集水面积25.5 km2,总库容1433 万m3,是镇江市南部地区重要的防洪、灌溉工程。凌塘水库,共划分1个水功能区,为凌塘水库丹徒饮用水水源、渔业用水区,2020 年水功能区水质目标为Ⅱ类。凌塘水库常规的水质监测多集中于水体物理、化学养分的测算,而鲜有对于水体浮游植物群落结构的变化及其与环境因子之间的关系的报道。本研究主要是通过对凌塘水库2020 年不同季节浮游植物与环境因子进行调查,摸索凌塘水库浮游植物群落结构随季节的变化情况,以及不同季节浮游植物群落结构与环境因子之间的相互关系,力争为本区域水生态系统的安全、评价及防治提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 采样点设置与采样时间

于2020 年2 月～11 月对镇江市丹徒区凌塘水库进行采样调查,取样点为凌塘水库长期监测点位,其坐标为：119°24'4.07",32°4'29.03"。

1.2 样品采集与分析

（1）浮游植物样品的采集：用采水器取水下50 cm处水样1000 mL,放置在塑料瓶中,并加入1.5%鲁哥试剂进行固定,在实验室静置24 h后取100 L样品放置在电子显微镜下进行鉴定和技术[6]。

（2）总氮测定：依照《水质 紫外分解后总氮的测定——用流动分析法（CFA与FIA）和光谱检测法》（ISO 29441-2010）中描述的方法进行测定；

（3）总磷测定：依照《水质 液流分析测定正磷酸盐和总磷含量—第2部分：连续流动分析法》（ISO 15681-2003）中描述的方法进行测定；

（4）透明度测定：依照《透明度的测定 透明度计法、圆盘法》（SL 87-1994）中描述的方法进行测定；

（5）高锰酸盐指数测定（CODMn）：依照《水质 高锰酸盐指数的测定 酸性高锰酸钾法》（GB/T 11892-1989）中描述的方法进行测定；

（6）叶绿色a测定：采用乙醇免研法测定水体中叶绿素a[7]。

1.3 营养状态指数计算

根据《湖泊（水库）富营养化评价方法及分级技术规定》,利用总氮、总磷、透明度、叶绿色a、高锰酸盐指数进行计算得出。

1.4 多样性指数计算

（1）Shannon-wiener指数（H指数）计算公式[8]：

式中：S为藻类种类, pi为第i种藻类占整个藻类个体数的比例。

（2）Pielov均匀度指数（J指数）计算：

式中：H'为Shannon-wiener指数；S为藻类种类。

1.5 数据分析

采用SPSS18.0 分析数据的差异性和Pearson相关性,采用Excel2007 软件进行作图。

2 结果与分析

2.1 水体浮游植物的群落组成

表1 所示为不同季节凌塘水库浮游植物群落结构数量变化。由表1 可知,浮游植物总量在73.0×104/L～119.0×104/L,其中6 月份时浮游植物数量最多,而2月份时浮游植物总量降至最低。通过测定,共鉴定出6 门49 属65 种浮游植物,其中以绿藻门和硅藻门浮游植物全年密度最大,绿藻门浮游植物在6 月份时密度最大,达48.4×104/L,硅藻门浮游植物密度在9 月份时最大,达28.0×104/L；裸藻门浮游植物全年密度最低,且在6 月份时密度达到最小值；而蓝藻门浮游植物在2 月份时没有被检测出,金藻门浮游植物在11 月份时未检测到。

表1 不同季节浮游植物群落结构变化

2.2 不同浮游植物的优势度变化

图1所示为不同季节浮游植物群落优势度变化情况。由图可知,在2月份时,以绿藻门和硅藻门浮游植物优势度最大,合计占总密度的71.4%；6月份时,绿藻门浮游植物优势度最大,达40.7%,其次是金藻门23.7%和硅藻门20.3%；9月份时,绿藻门浮游植物优势度最大44.4%,其次是硅藻门浮游植物,占比达25.9%；11月份时,绿藻门浮游植物优势度最高,达46.5%,其次是硅藻门和隐藻门浮游植物,优势度分别为24.8%和18.8%。

图1 不同季节浮游植物优势度变化情况

2.3 不同浮游植物的多样性指数变化情况

图2所示为不同浮游植物群落结构的Shannon指数和Pielov指数变化情况,由图可以看出,2020 年度,随着时间的推移,水体浮游植物多样性指数总体呈现下降趋势,2月份时,Shannon指数和Pielov指数均最高,分别达4.06 和0.89；而6 月份时,Shannon指数和Pielov指数均降至最低,分别为3.91和0.82。

图2 浮游植物多样性指数变化

2.4 不同季节水体环境因子变化情况

表2所示为不同季节水体环境因子变化情况。由表可知,凌塘水库全年pH值变化不大,为8.1～8.4；溶解氧含量在2 月份时达到最大值11.1 mg/L,而9 月份时,含量最低,其浓度为7.4 mg/L；高锰酸盐指数在2 月份和11 月份达到最大3.8 mg/L；总氮、总磷含量均在11 月份时达到最大值,其含量分别为0.71 mg/L 和0.069 mg/L；水体叶绿素a含量和透明度均在2月份时最低,而其他季节变化不大。

表2 不同季节水体环境因子变化情况

2.5 水体营养状态评价

图3 所示为不同季节水体营养状态指数变化情况。由图可知,2020 年2 月、6 月、9 月和11 月水体营养状态指数分别为48.3、48.7、50.0 和51.8。根据《湖泊（水库）营养状态评价标准及分级方法》规定,凌塘水库在2020 年下半年水体处于轻度富营养化状态。

图3 不同季节水体营养状态评价

2.6 浮游植物群落与环境因子之间的相关性分析

表3所示为浮游植物群落结构与环境因子之间的相关性分析。由表3可知,水体总藻密度与水体总氮含量和氨氮含量呈显著负相关关系,与蓝藻门和绿藻门浮游植物密度呈显著正相关关系；蓝藻门和绿藻门浮游植物密度之间存在显著正相关关系；金藻门和隐藻门浮游植物密度之间存在极显著负相关关系。

表3 相关性分析

3 讨论

凌塘水库作为丹徒区重要的水源保护地和生态补偿区域,其水体营养状态应综合环境因子与生物学指标进行全面的、系统的研究与分析。有研究表明,浮游植物在不同季节,其主导群落可以概括为：夏季以绿藻门浮游植物为主要类型,秋季以硅藻门浮游植物为主要类型[9]。而在本研究中,2020 年6 月～9 月期间,绿藻门的数量约占总密度的60.84%,表现为优势种群；而硅藻门数量在全年中,以9 月份时达到最大值,属于第二大的浮游植物种群。随着季节的变化,表现出不同的群落结构,表明水体温度对群落结构的影响较大[10]。

本研究中可以发现,2 月份时浮游植物的多样性指数最高,而夏秋季节浮游植物丰富度有所下降,主要是因为夏秋季节,水温相对较高,降低了水体中的溶解氧含量。有研究表明,浮游植物群落结构与溶解氧含量呈现显著正相关关系,因此,溶解氧的含量对于浮游植物群落结构变化起着重要的作用[11]。春季水体Shannon指数高表明凌塘水库春季浮游植物多样性更高,群落结构相对稳定性较高且复杂[12]。Pielov指数在2 月份时也达到了最大值,表明凌塘水库在冬春季节具有更均匀的群落种类和数量[13]。

浮游植物群落结构变化受到多重因素的影响[14]。以往的研究表明,水体溶解氧、总氮、pH等均与浮游植物的密度和群落结构息息相关[15]。另外,水体中鱼类对浮游植物的影响也是一大因素。凌塘水库位于江南地区,气温较高,受人类活动影响较大,利于浮游植物的生长,在有效控制污染源的前提下,改善水体生态环境,提升水体质量,是改善和保持浮游植物群落结构的重要因素,同时也是降低水体富营养化的主要举措。

4 结论

凌塘水库共检测到浮游植物6 门49 属65 种,其中绿藻门和硅藻门浮游植密度最大,且表现出明显的时空差异,即夏季密度大于冬季；冬春季节浮游植物Shannon指数和Pielov指数相对较高；通过相关性分析可知,浮游植物总体密度与水体总氮含量和氨氮含量呈显著负相关关系。