郭楠楠，李丹丹，陈曦，齐延凯，宋超，范立民，裘丽萍，孟顺龙、3*，陈家长*

(1.上海海洋大学 水产与生命学院，上海 201306； 2.中国水产科学研究院淡水渔业研究中心 农业农村部长江下游渔业资源环境科学观测实验站，中国水产科学研究院内陆渔业生态环境和资源重点开放实验室，江苏 无锡 214081； 3.南京农业大学 无锡渔业学院，江苏 无锡 214081)

西大洋水库位于海河流域河北省唐县境内(38°44′N、114°50′E)，控制大清河南支水系唐河流域面积4420 km2，总库容为11.37×108m3[1]，自2003年成为百万级城市的饮用水供给水源，北京地区应急水源地，是目前南水北调工程中线的输水枢纽，华北平原中部地区库区规模最大、水域功能最强，集城市供水、防洪、灌溉、发电等综合利用的大Ⅰ型水库[2]。西大洋水库处于白洋淀上游，《2018中国环境状况公报》[3]显示白洋淀为Ⅳ类水质(轻度富营养化)，作为白洋淀重要补水水库，水质的优劣严重影响白洋淀水质状况，因此，关注、治理西大洋水库水环境质量意义重大。1999年，张义科等[4]调查了西大洋水库浮游植物并对其水质进行了评价，结果显示，浮游植物细胞平均密度为12.5×104cells/L，水质处于较清洁状态；2003—2010年，寇利卿[5]根据水质监测资料，采用内梅罗指数法评价西大洋水质状况，结果表明，西大洋水库水质良好，属清洁水体；2014年，吴迪宪[2]通过对西大洋水库浮游动物的时空分化与库区水环境影响因子的关系及对水库营养类型的评定，分析得出西大洋水库为清洁水体至β-中污型，在富营养化方面为中营养型，水质有一定程度的恶化。

为了保护和修复西大洋水库生态环境,本课题组自2018年9月在西大洋水库实施沿岸带生态缓冲区建设、敞水区生态浮岛建设、关键物种人工产卵场建设等工程，建立了生态修复示范区，以助力白洋淀生态修复，保障示范区水质。为更好地了解示范区建立后对水库浮游植物群落结构及环境变化的影响，于2018年10月秋季和2019年5月春季对西大洋示范区内浮游植物进行调查分析，旨在为水库生态环境、水体营养状态及生态系统评价提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 生态修复示范区的建立

选取西大洋水库库湾区，依据现场环境特点，确定具体修复方法，在此基础上大致将此区域划分为四部分，消浪带区、生态浮床区、人工鱼巢区、湖滨带修复区。修复工作完成时间约为2018年9月。

消浪带区：利用橡胶软围隔(WGJ800型)20 m×20个，共计400 m，将整个库湾区包围，每隔10 m利用钢丝和水泥块将其固定，防止水面波动太大，影响示范区修复效果。

生态浮床区：在消浪带内侧约10 m处，与消浪带平行位置放置直径为3 m的圆形生态浮床，内部采用渔网固定植物，总计175个，约1200 m2，主要材质为空心钢管，浮床间距约为3 m，用钢丝和水泥块固定浮床，避免风力将浮床推至岸边，浮床上人工种植各种浮叶植物，通过植物的吸收、吸附及微生物的降解来净化水质，同时美化环境。

人工鱼巢区：总设计面积为7500 m2，分3种载体制作，分别是棕榈皮载体、仿真水草载体、超细纤维填料载体。

湖滨带修复区：水库湖滨带区大部分裸露的地表为沙子和碎石子，不利于植物的生长，所以在湖滨带修复过程中，将植物带花盆一起种植，有利于植物的存活，通过合理的空间配置，改善岸线地表地貌，浅水区直接将花盆与植物放至水中。总种植区4000 m2。在水深0.5 m处种植沉水植物睡莲、菱角等，景观效果强，净化能力强，相对浅水区至岸边种植黄菖蒲、美人蕉、芦苇、香蒲等植物。

1.2 方法

1.2.1 采样点设置 在4个生态修复区，采用等距划分法，除湖滨带修复区设置2个采样点外，其余修复区设置3个采样点，共计8个采样点，点位设置如图1所示，采样时间分别为2018年10月、2019年5月。

使用1 L有机玻璃采水器在水下50 cm处采集浮游植物并装入聚乙烯瓶中，立即加入15 mL鲁哥试剂混匀，带回实验室静置沉淀24 h后，将溶液浓缩并定容至50 mL以备镜检，检测时充分摇匀后使用移液枪吸取0.1 mL样品注入计数框(0.1 mL计数框)内，在10×40倍显微镜下随机抽取100视野进行计数(对量小且个体大的种类在10×10倍下全片计数)。每个样品设2个平行样，若两片计数结果相差15%以上，则进行第三片计数，最终结果取相近个数的平均值，再换算为每升水体中浮游植物的细胞密度(cells/L)[7]。浮游植物分类参照《中国淡水生物图谱》[8]、《福建省大中型水库常见淡水藻类图集》[9]和《中国内陆水域常见藻类图谱》[10]。

1.2.3 浮游植物群落评价 浮游植物群落评价指标采用Shannon-Wiener多样性指数(H′)、Margalef丰富度指数(D)、优势度指数(Y)和Pielou均匀度指数(J′)，具体计算方法参照文献[11-12]。运用Canoco 4.5分析环境因子与优势种丰度间的关系。对优势种进行去趋势对应分析(DCA)发现，4个轴中梯度均小于3，因此，可采用线性模型冗余分析(RDA)[13]。

1.3 数据处理

试验数据均以平均值±标准差(mean±S.D.)表示，采用SPSS 20软件进行单因素方差分析(One-way ANOVA),用Duncan法进行组间多重比较，用Pearson相关性分析浮游植物丰度与环境因子间的关系。

2 结果与分析

2.1 种类组成及优势种

通过对西大洋水库示范区内浮游植物进行调查，秋季共鉴定出7门53属93种(含未鉴定种)，其中绿藻门种类最多，为47种，占总种类数的51%；其次为硅藻门19种，占20%；蓝藻门15种，占16%；裸藻门7种，占8%；隐藻门3种、甲藻门1种、黄藻门1种，分别占3%、1%、1%。春季共鉴定出8门52属82种(含未鉴定种)，其中绿藻门种类最多，为34种，占总种类数的41%；其次为硅藻门，26种，占32%；蓝藻门9种，占11%；甲藻门4种、裸藻门4种、隐藻门3种、黄藻门1种、金藻门1种，分别占5%、5%、4%、1%、1%。秋季浮游植物种类数高于春季，相似度为26%。浮游植物种类季节交替变化明显，各修复区(浮床区、鱼巢区和湖滨带)浮游植物物种数无显著性差异(P>0.05)。

以优势度指数Y>0.02作为优势种判断依据[14-15]，从表1可见，秋季优势种主要为蓝藻门、绿藻门，春季优势种主要为蓝藻门、绿藻门和硅藻门，铜绿微囊藻、四足十字藻为春秋季共同优势种。

表1 西大洋水库浮游植物优势种季节变化Tab.1 Seasonal variation in the dominant species of phytoplankton in Xidayang Reservoir

2.2 浮游植物丰度和多样性变化

从表2可见：从季节来看，春季浮游植物生物量为1.19 mg/L，浮游植物密度为367.52×104cells/L；秋季浮游植物生物量为30.34 mg/L，浮游植物密度为4745.39×104cells/L；春秋两季浮游植物密度和生物量有明显差异。

从浮游植物密度来看：秋季，绿藻密度最高，为2560.75×104cells/L，占总密度的54%，蓝藻密度次之，占35%，硅藻占8%，其余浮游植物共占3%，其中甲藻密度最低，仅为6.38×104cells/L；春季，绿藻密度最高，为163.50×104cells/L，占总密度的45%，蓝藻密度次之，占36%，硅藻占13%，其余浮游植物占6%，除金藻外，春季每种浮游植物密度明显低于秋季。从浮游植物密度占总密度比例来看，春秋两季均以绿藻、蓝藻和硅藻密度为主，总占比均达到90%以上(表2)。

从生物量来看：秋季硅藻的生物量最高，为9.66 mg/L，其次为裸藻，黄藻生物量最少；春季生物量最多的是硅藻，为0.43 mg/L，其次为绿藻，虽然绿藻、蓝藻密度比硅藻高，但由于硅藻湿重较大，使得硅藻生物量最高，绿藻次之(表2)。

从空间分布(图2)来看，春季浮游植物密度依次为鱼巢区>湖滨带>浮床区，秋季浮游植物密度依次为湖滨带>浮床区>鱼巢区，方差分析显示，同一时期不同区域间浮游植物密度无显著性差异(P>0.05)，分析原因可能是风浪较大，使各区域之间差异性变小(图2)。

表2 西大洋水库浮游植物种类生物量和密度

Tab.2 Biomass and density of phytoplankton species in Xidayang Reservoir

门类phylum生物量/(mg·L-1)biomass密度/(104cells·L-1)density春季spring秋季autumn春季spring秋季autumn绿藻Chlorophyta0.227.26163.502560.75蓝藻Cyanophyta0.061.31132.441662.38硅藻Bacillariophyta0.439.6646.19371.00金藻Chrysophyta0.11—13.44—黄藻Xanthophyta0.010.231.1322.56甲藻Pyrrophyta0.183.191.386.38隐藻Cryptophyta0.170.378.8155.94裸藻Euglenophyta0.018.320.6366.38总计total1.1930.34367.524745.39

从表3可见，春季各区域内Shannon-Wiener多样性指数(H′)、Pielou均匀度指数(J′)和Margalef丰富度指数(D)均为鱼巢区>湖滨带>浮床区；秋季各区域内H′和J′指数均为浮床区>鱼巢区>湖滨带，D指数则为鱼巢区>浮床区>湖滨带。方差分析显示，各区域间无明显差异(P>0.05)。对比春秋两季，秋季整体指数高于春季，相较于春季更适应浮游植物的生存。

表3 西大洋水库各区域多样性、均匀度和丰富度指数

Tab.3 Phytoplankton diversity, evenness and richness indices in various sections of Xidayang Reservoir

季节season区域section多样性指数(H')Shannon-Wiener diversity index均匀度指数(J')Pielou evenness index丰富度指数(D)Margalef richness index浮床区3.57±0.690.69±0.112.32±0.36春季spring鱼巢区4.18±0.260.77±0.052.93±0.12湖滨带3.83±0.210.72±0.012.65±0.45浮床区4.38±0.210.77±0.052.80±0.09秋季autumn鱼巢区4.21±0.210.75±0.042.86±0.30湖滨带3.80±0.230.70±0.012.31±0.69

2.3 浮游植物与环境因子间关系

表4 Pearson相关性分析Tab.4 Pearson correlation analysis

注：* 表示在 0.05 水平(双侧)上显著相关; ** 表示在 0.01 水平(双侧)上显著相关

Note： * denotes significantly correlated at the level of 0.05 (bilateral); ** denotes significantly correlated at the level of 0.01 (bilateral)

3 讨论

3.1 浮游植物群落密度、生物量与优势种分析

浮游植物作为水环境的重要组成部分，其种类、多样性及密度也是衡量水环境质量的一个重要参考指标[16]。本研究中，春季调查结果发现，示范区内浮游植物82种，种类组成以绿藻门和硅藻门为主，绿、蓝藻及硅藻为主要优势种。对比1994年西大洋水库春季浮游植物调查结果发现[4]，浮游植物种类数由211种降为82种，种类数大幅减少，种类占比方面依旧是绿藻门最多，硅藻门次之，优势群落方面有较大的变化，由以往的金藻门、绿藻门、硅藻门及甲藻门变为绿-蓝藻为主的群落结构。有研究表明，浮游植物藻类群落逐渐向蓝藻占优势转变[17]时，水体营养状态也随之增加。与1994年的调查相比，本次调查中西大洋水库水质从以往的贫营养型转变为中营养型，细胞密度从小于30×104cells/L变为367.52×104cells/L，Shannon-Wiener多样性指数由11.72变为4左右。对比同时期修复示范区与示范区外水体可发现，Shannon-Wiener多样性指数由3.36变为3.86(平均值)，Pielou均匀度指数由0.71变为0.72，Margalef丰富度指数由1.80变为2.63。由此可看出，修复示范区的建立对水体中浮游植物多样性有积极作用，但较1994年浮游植物多样性，依然处于较低状态。有学者指出，生态系统恢复时间较长，甚至可能存在生物损害的不可逆性[18]，为保证西大洋生态环境修复效果，有必要对西大洋水库进行长期监测及管理。

本研究中，秋季调查结果发现，西大洋水库示范区浮游植物密度为4745.39×104cells/L，示范区外为6801×104cells/L，生物量示范区为30.34 mg/L，示范区外为26.03 mg/L，浮游植物密度减少，生物量增加，说明示范区内浮游植物有大型化趋势。生态修复示范区内，虽然将不同修复功能划分为三部分，但由于水库风浪较大，水环境较为均匀，不同修复区域浮游植物种类及密度无明显差别。春秋两季浮游植物种类对比发现，春季除绿藻与蓝藻外，硅藻也成为优势度较高的种类，究其原因可能是西大洋水库为山谷型水库，硅藻喜低温较硬水体[19]，这也可能是硅藻春季为优势门而秋季较少的原因。通常来讲，优势种类越多，优势度指数越低，说明群落结构越复杂，稳定性越好[20]。

3.2 浮游植物群落结构与环境因子间的关系

研究者普遍认为，营养状态不同的水体中，浮游植物优势种也不尽相同[27]。本研究中发现，示范区为典型的绿藻-蓝藻型水体，一般情况下代表此水体为富营养化水体[16,28]。而通过况琪军等[29]划分的湖泊营养类型评价的生物学指标与标准，结合浮游植物种类、优势种、生物量及密度，可判断西大洋水库示范区春季水体处于贫中营养阶段，秋季水体处于中富营养阶段。为更准确地判断水体所处的营养状态，本研究中对测得的水质指标(表5)进行营养状态指数评价，具体评价方法参考文献[30]，结果显示，秋季营养化指数为41.27，春季营养化指数为27.27，根据营养状态分级可判断春季为贫营养状态，秋季为中营养状态。生物学指标能反映出一段时期内的水质状况，理化指标反映瞬时水质状况。两种方法结合能更为全面真实地反映水体状况。造成营养状态不同可能是春秋两季分别处于西大洋水库的丰水期和枯水期，水量的多少直接影响水库营养状态，马得草等[31]通过对大泉沟水库水生态系统调查发现，丰、枯水期不同，可造成水体的富营养化程度不同，变化规律与本研究结果一致。

水体中N、P含量是浮游植物生长的重要元素，大约以16∶1的比例吸收[32]，水体中最适宜浮游植物生长的N/P值为10～15[33]。而西大洋水库中N/P值为339～342，远超最适生长比，在其他条件适宜情况下，TP成为示范区内浮游植物生长最大限制因素，Pearson相关性分析中，TP与浮游植物密度和生物量之间无显著相关性，主要原因是春秋两季TP的浓度无明显变化，使得相关性分析无法判断。

表5 春秋两季西大洋水库示范区水质指标Tab.5 Water quality indices in demonstration area in Xidayang Reservoir in spring and autumn

4 结论

(1)西大洋水库示范区秋季共检出浮游植物7门53属93种(含未鉴定种)，生物量为30.34 mg/L，浮游植物密度为4745.39×104cells/L。优势门为蓝藻门和绿藻门。Shannon-Wiener多样性指数为4.19，Pielou均匀度指数为0.75，Margalef丰富度指数为2.70。

(2)春季共鉴定出8门52属82种(含未鉴定种)，生物量为1.19 mg/L，浮游植物密度为367.52×104cells/L。优势门为蓝藻门、绿藻门和硅藻门。Shannon-Wiener多样性指数为3.87，Pielou均匀度指数为0.72，Margalef丰富度指数为2.63。