沈振华 朱明胜 张宏伟 周云峰 陈卫东

摘要

为了研究太湖竺山湖生物控藻围隔内生态系统的结构以及放养鲢鱅对富营养化水质改善的效果，于2013年6～10月对该水域进行5次采样调查，并对浮游植物进行种类鉴定与数量统计，分析了浮游植物的群落结构、优势种和多样性特征。结果表明，共鉴定浮游植物8门71种，绿藻门最多，共26种，其次是硅藻门18种，蓝藻门14种，裸藻门5种，隐藻门3种，甲藻门和金藻门均为2种，黄藻门1种。浮游植物数量为5.83×10⁶～1.57×10⁷ ind/L，平均数量为1.05×10⁷ ind/L;生物量的变化范围为0.66～2.74 mg/L，平均生物量为1.63 mg/L。多样性指数H为1.40～2.55，平均值为1.82;均匀度指数的变化范围为0.39～0.47，平均值为0.43。根据 TLI（Σ）并结合浮游植物群落结构对水质评价，太湖竺山湖生物控藻围隔内水质属于轻富营养状态。

关键词 竺山湖;生物控藻;浮游植物;群落结构;水质

中图分类号 S917.3  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2015）03-154-04

Ecoenvironmental Investigation in Biomanipulation Pen in Lake Zhushan， Lake Taihu

SHEN Zhenhua， ZHU Mingsheng， ZHANG Hongwei et al

（Taihu Lake Fisheries Management Committee of Jiangsu Province， Suzhou， Jiangsu 215004）

Abstract To explore the characteristics of the phytoplankton community structure and discuss the effects on improving eutrophic water in biomanipulation pen in Lake Zhushan， Lake Taihu， a survey was carried out every month from June to October of 2013. Based on the analysis of phytoplankton samples from nine sites in Lake Zhushan， Lake Taihu， the characteristics of community structure and abundance distribution were studied. The results showed that there were 8 classes including 71 species have been founded in Lake Zhushan，Lake Taihu， Among them， dominated Chlorophyta has 26 species， accounting for 36.62%of the total phytoplankton species， followed by Bacillariophyta and Cyanophyta ， which has 18 and 14 species， respectively. Besides， Euglenophyta has 5 species， Crytophyta has 3 species， Chrysophyta and Dinophyta has 2 species each other， Xanthophyceae has only 1 species. The quantity and biomass of phytoplankton in Lake Zhushan， Lake Taihu ranged from 5.83×10⁶-1.57×10⁷ ind/L and 0.66-2.74 mg/L， respectively. The diversity indexes of ShannonWiener， Pielou and Margalef ranged 1.40-2.55， 0.39-0.47， respectively. TLI（Σ）， dominant species， ShannonWeaver diversity index and Pielou evenness index were integrated to assess the water quality. The result indicated that the water quality of Lake Zhushan， Lake Taihu was light eutrophication.

Key words  Lake Zhushan; Biomanipulation; Phytoplankton; Community structure; Water quality

近年來，随着社会经济的高速发展，太湖水体富营养化问题日趋严重，使湖体生态系统结构和功能遭到严重破坏，不仅对当地的生态环境和社会经济甚至人们的生理健康都产生了极大威胁^[1-3]。为了控制浮游植物的大量繁殖，20世纪90年代Miura提出了著名的生物操纵理论，提倡通过放养食鱼性鱼类或捕杀浮游动物食性鱼类间接地改善水体富营养化^[4]。但是，在部分富营养水体中效果不佳，甚至导致微囊藻和小型蓝藻急剧增加，造成水体浮游植物群落结构小型化^[5]。近年来，大量研究发现放养鲢、鳙能够有效改变水体营养水平和浮游生物群落结构，对水质的恢复具有积极的促进作用^[6-9]。东湖多年爆发蓝藻水华的消失也正是由于该湖放养了大量鲢鳙的结果^[10]。目前，关于生物控藻的报道大多集中于研究放养鲢鱅的生长特征和食性分析，较少关注生物控藻区的生态环境变化^[11-13]。笔者通过对太湖竺山湖生物控藻围隔内生态环境进行调查，揭示鲢鱅放流对水质和浮游植物群落结构的影响，以期为竺山湖地区生态环境评价和综合整治提供基础性资料， 同时也为研究太湖富营养化发展变化原因和趋势提供一些参考。

1 材料与方法

1.1 采样点的设置

竺山湖是太湖西北部的半封闭型湖湾，北起百渎口，南至马山咀一线，面积 57.2 km²，主要入湖河道为雅浦港、太滆运河、殷村港。根据围隔的设置特征，此次调查共设置9个采样点，分别为S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9（见图1）。采样时间为2013年6～10月，其中6、7、8月为夏季，9月和10月为秋季，按照次/月的采样频率采集水样和浮游植物。

图1  采樣点的分布示意

1.2 样品采集与处理

采集到的浮游植物样品根据《湖泊生态调查观测与分析》^[14]中有关方法进行处理鉴定。定性样品用25 号采集网采集， 在水深0.5 m 处以0.5 m/s 的速度呈“∞”型拖拉5 min，带回实验室在10×40 倍光学显微镜下观察分类。 定量样品用水生 81 型有机玻璃采水器（容积5 000 ml） 分别等量采取断面的上、下层水样 4 次，集中于 10 000 ml 容器中加以混合后，取出1 000 ml并立即加入15 ml鲁哥试剂并摇匀，带回实验室静置沉淀24 h后浓缩并定容至25 ml供镜检。 计数采用计数框行格法，浮游植物种类鉴定参照《中国淡水生物图谱》^[15]。

1.3 环境因子的测定方法

水质监测项目包含叶绿素a（Chla）、总氮（TN）、总磷（TP）、高锰酸盐指数（CODMn）、水温、pH和透明度（SD）等。水温、pH和透明度在现场进行测定，其他指标需要进入实验室进行分析。其中，叶绿素a使用分光光度法测定，总氮采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定，总磷采用钼酸铵分光光度法进行测定，CODMn采用高锰酸盐法进行测定^[16]。

1.4 多样性分析方法

根据浮游植物优势度指数（Y）^[17]、ShannonWiene多样性指数（H）^[18]、Pielous均匀度指数（J）^[19]和Margalef丰富度指数（D）^[20]等对浮游植物的群落结构特征进行分析评价，其计算公式如下：

Y=（Ni/N）fi（1）

H=-∑Si=1（Ni/N）×log₂（Ni/N）（2）

J=H/log₂S（3）

D=（S-1）/lnN（4）

式中，Y 为优势度指数;Ni为第i种的个体数;N为所有种类的总个体数;fi为各采样点第i种的出现频率;H为生物多样性指数;J为均匀度指数;S为物种总数;D为丰富度指数。

1.5 水质评价方法

选取叶绿素a（Chla）、总氮（TN）、总磷（TP）、高锰酸盐指数（CODMn）和透明度（SD）5个主要的水质监测指标参与太湖竺山湖生物控藻围隔内水体富营养化的评价，评价标准采用中国环境监测总站推荐使用的综合营养状态指数（TLI）^[21-22]。

TLI（∑）=∑mj=1Wj×TLI（j）（5）

Wj=r²ij/∑mj=1r²ij（6）

式中，TLI（∑）表示综合营养状态指数;TLI（j）代表第j种参数的营养状态指数;Wj为第j种参数的营养状态指数的相关权重;rij为第j种参数与基准参数的相关系数;m为评价参数的个数。

按照以下公式计算营养状态指数：

TLI（chl）=10（2.5+1.086lnchl）（7）

TLI（TP）=10（9.436+1.624lnTP）（8）

TLI（TN）=10（5.453+1.694lnTN）（9）

TLI（SD）=10（5.118-1.94lnSD）（10）

TLI（CODMn）=10（0.109+2.661lnCODMn）（11）

安徽农业科学                         2015年

2 结果与分析

2.1 浮游植物种类组成及优势种

2013年6～10月，通过对生物控藻区水域进行的5次调查采样，该水域共鉴定出绿藻（Chlorophyta）、硅藻（Bacillariophyta）、蓝藻（Cyanophyta）、裸藻（Euglenophyta）、隐藻（Cryptophyta）、甲藻（Pyrrophyta）、金藻（Chrysophyta）和黄藻（Xanthophyceae）8门71种（包括变种和变型）（表1）。其中，绿藻种数最多，共26种，占浮游植物总种数的36.62%;其次是硅藻门18种，占浮游植物总种数的25.35%;蓝藻门14种，占浮游植物总种数的19.72%;裸藻门5种，占浮游植物总种数的7.04%;隐藻门3种，占浮游植物总种数的4.23%;甲藻门和金藻门均为2种，占浮游植物总种数的2.82%;黄藻门1种，占浮游植物总种数的1.41%。

若优势度指数Y>0.02则判定为优势种。通过2013年6～10月在生物控藻区水域的5次调查采样，共发现优势种5门14种，分别为绿藻门的小球衣藻、斯诺衣藻、四尾栅藻、卵形衣藻;隐藻门的尖尾蓝隐藻;蓝藻门的铜绿微囊藻、水华微囊藻、卷曲鱼腥藻、美丽颤藻、微小平列藻;硅藻门的尖针杆藻、短小舟行藻、意大利直链藻和针状菱形藻。其中，以绿藻门、蓝藻门、隐藻门种类为全年的主要优势种。

2.2 数量与生物量的时空分布特征

2.2.1

季节变化。从图1可以看出，

2013年6～10月生物控藻区水域浮游植物数量为5.83×10⁶～1.57×10⁷ ind/L，浮游植物平均数量为1.05×10⁷ ind/L，且最大值出现在7月，最小值出现在8月，而9月和10月该水域藻类数量时间差异不显著。此次调查结果表明，生物控藻区水域浮游植物密度呈现夏季〉秋季的季節规律，其中夏季浮游植物平均密度最大为1.08×10⁷ ind/L，秋季游植物平均密度为9.96×10⁶ ind/L。生物控藻区水域浮游植物生物量为0.66～2.74 mg/L，平均生物量为1.63 mg/L，且最大值出现在7月，最小值出现在8月。

图2 太湖竺山湖浮游植物数量和生物量的季节变化特征

2.2.2

空间变化。从图3可以看出，2013年6～10月生物控藻区水域9个采样点浮游植物数量为5.42×10⁶～1.64×10⁷ ind/L，平均数量为1.17×10⁷ ind/L，且最大值出现在S5采样点，最小值出现在S2采样点。生物控藻区水域9个采样点浮游植物生物量为0.61～2.86 mg/L，平均生物量为1.62 mg/L，且最大值出现在S5采样点，最小值出现在S2采样点。

图3 太湖竺山湖浮游植物数量和生物量的空间变化特征

2.3 生物多样性和均匀度的时空分布特征

太湖竺山湖生物控藻围隔内浮游植物的生物多样性指数在调查期间季节变化明显，多样性指数高峰区多出现在夏季，秋季较低（图4～5）。时间上，ShannonWiener多样性指数为1.40～2.55，平均值为1.82。其中，8月ShannonWiener多样性指数最高，7月最低，表现出该水域夏季浮游植物生物多样性大于秋季，平均值为1.92，秋季平均为1.66。空间上，各采样点ShannonWiener多样性指数为1.13～2.77，平均值为1.81。其中，S6采样点最高，S1采样点最低。此外，从季节分布来看，该水域浮游植物均匀度指数为0.39～0.47，平均值为0.43;其中7月的均匀度指数最低，为0.39，8月浮游植物的均匀度指数最高，为0.47。从空间来看，该水域浮游植物均匀度指数为0.35～0.54，平均值为0.43;其中，S5采样点最高，S4采样点最低。

图4 太湖竺山湖浮游植物多样性指数的季节变化特征

图5 太湖竺山湖浮游植物多样性指数的空间变化特征

2.4 太湖竺山湖生物控藻围隔内水质评价

采用中国环境监测总站推荐使用的综合营养状态指数（TLI）划分标准，并结合湖泊营养类型评价的藻类生物学指标，评价太湖竺山湖生物控藻围隔内水质。TLI（∑）<30，为贫营养;30≤TLI（∑） ≤50，则为中营养;TLI（∑）>50，为富营养。由表2可知，太湖竺山湖生物控藻围隔内水域水资源质量为轻度富营养化，该水域水处于轻度污染状态。

表2 太湖竺山湖生物控藻围隔内水质状况评价

时间多样性均匀度SHEITLI（CODMn）TLI（TP）TLI（TN）TLI（Cha）TLI（SD）TLI（∑）

6月中污染轻污染40.27 68.35 64.86 52.96 72.57 57.68

7月重污染轻污染53.32 68.57 65.28 55.88 73.47 61.96

8月中污染轻污染24.17 66.08 61.70 48.44 73.94 51.84

9月中污染轻污染42.19 72.74 65.76 51.41 69.67 58.35

10月重污染轻污染33.08 65.68 65.61 54.70 73.03 55.79

3 讨论

3.1 浮游植物群落结构

太湖竺山湖生物控藻围隔内水域浮游植物群落结构季节变化明显，主要由绿藻、硅藻和蓝藻组成，这与太湖梅梁湾的种类结构相似^[23]， 太湖梅梁湾浮游植物种类数绿藻>硅藻>蓝藻。此外，其他门类在同期各采样点检出极少，但总种数的季节变化规律表现为夏季多于秋季。这可能与夏季光照时间长，水温较高，从而使大部分藻类得以更快的增殖有关^[24]。金藻和甲藻大多喜欢生活在比较清洁的水体^[25]，且仅出现在6月、7月和10月的部分采样点。结果表明，藻类空间分布不仅与不同藻类所特有的生态分布有关，还与其所处的水域有密切联系。从优势种的时空分布特征来看，无论是优势种的数量还是优势度，蓝藻都高于绿藻、硅藻和隐藻。其中，水华微囊藻的优势度也存在显著的季节变化，夏季小于秋季，这与该水域放养鲢鱅进行生物控藻有密切关系^[26-27]。此外，在调查结果中还发现部分优势种为富营养型（a-ms）水体的指示藻类^[28]，如蓝藻门的铜绿微囊藻、水华微囊藻何微小平裂藻，结果表明控藻区围隔内水体的营养物质总体比较丰富。

非经典生物操纵对太湖竺山湖生物控藻围隔内水域的浮游植物群落结构具有一定影响。该调查结果表明，该水域浮游植物数量从高到低依次为：7月>6月>10月>9月>8月，季节变化表现为夏季>秋季。目前，有关网围鲢鳙鱼养殖对湖泊生态影响的研究已受到广泛关注^[29]，并在千岛湖^[30]、云龙湖水库^[31]和淀山湖^[32-33]等水域得到开展和研究，结果表明鲢鱅放流对藻类控制具有积极的促进作用。从空间分布来看，该水域浮游植物数量和生物量表现为由围隔的西北部向东南部逐渐降低的趋势，这可能与该地区夏季盛行偏南风有关。

3.2 生物多樣性分析

ShannonWiener多样性指数作为监测环境污染的重要评价标准，被广泛运用于评价一定水域的水质状况^[34-36]。此外，均匀度也是综合评价一定区域物种均匀度和水质清洁度的重要参考标准^[37]，通常以均匀度大于0.3作为浮游植物多样性较好的标准进行综合评价^[38]（表3）。从时间分布来看，太湖竺山湖生物控藻围隔内水域浮游植物的生物多样性指数和均匀度指数都表现出夏季高于秋季的趋势，但总体上水质情况呈现中-重污染现象。从空间分布来看，太湖竺山湖生物控藻围隔内水域浮游植物的生物多样性指数和均匀度指数的最大值均出现在围隔的中段，最小值分别出现在东北部，表明太湖竺山湖生物控藻围隔内浮游植物群体稳定性总体较好，根据均匀度的评价标准判定为轻污染;但是，该水域的多样性指数指示各采样点呈现中-重污染的现象，其中围隔的北部水质略差于南部，与该水域浮游植物数量的变化趋势一致。

表3 生物多样性阀值的分级评价标准

多样性指数 等级评价 水质状况

H>3.5Ⅴ清洁

2.6≤H≤3.5Ⅳ轻污染

1.6≤H≤2.5Ⅲ中污染

0.6≤H≤1.5Ⅱ重污染

H<0.6Ⅰ严重污染

此外，调查期间太湖竺山湖生物控藻围隔内水域的优势种和综合营养状态指数结果表明，该水域水质为轻度富营养型，而多样性指数结果也表明该水域呈现中-重污染趋势，这与直湖港、武进港入湖闸门关闭有关。2007年无锡饮用水污染事件发生后，为了保护梅梁湖的水质，江苏省省委政府将原来汇入梅梁湖的污染物大部分直接或间接地汇入竺山湖，导致竺山湖的水质和生态环境遭到严重破坏^[39]。因此，对太湖竺山湖进行生态控藻围隔试验具有非常重要的意义，而对其水质继续监测和防治也是必要的。

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