二圣水庫浮游生物群落變化及與環(huán)境因子的關(guān)系

戴國佳，徐祥榮，張 振，姚家驍

（1.江蘇省句容市水利局，江蘇 句容 212499；2.句容市赤山湖水利樞紐管理處，江蘇 句容 212434；3.江蘇省水文水資源勘測局鎮(zhèn)江分局，江蘇 鎮(zhèn)江 212001）

浮游生物是淡水生態(tài)系統(tǒng)中重要的生物體，對環(huán)境因子的變化有較高的響應(yīng)度，一般分為浮游植物和浮游動物[1]。浮游植物是水生態(tài)系統(tǒng)中具有葉綠素、無根莖組織分化的可以進行自營養(yǎng)生活的一類低等植物，是水生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)轉(zhuǎn)換、運移的重要參與者和光合作用的主要進行者[2-3]。水生態(tài)環(huán)境的變化對浮游植物群落結(jié)構(gòu)和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能起到重要的調(diào)控作用，浮游植物群落結(jié)構(gòu)變化可以作為評價水生態(tài)環(huán)境、水體營養(yǎng)化、養(yǎng)分含量變化等指標變化的重要參考值[4-5]。因此，浮游植物被廣泛應(yīng)用于河流、湖泊、水庫環(huán)境變化的水質(zhì)指標。浮游動物是水生態(tài)系統(tǒng)中的初級消費者和食物鏈的關(guān)鍵參與者，對水生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)交換、能量轉(zhuǎn)換及信息傳遞等方面發(fā)揮著重要的作用。浮游動物的群落結(jié)構(gòu)變化與環(huán)境因子的變化具有顯著的關(guān)聯(lián)性，因此，浮游動物的群落組成常被用作水環(huán)境變化的直接體現(xiàn)[6]。

二圣水庫位于江蘇省句容市東南丘陵區(qū)，秦淮南源支流北高河上游，屬丘陵水庫，水庫集水面積103.5 km2，為中型水庫。二圣水庫承擔著句容市飲用水源、旅游休閑、生態(tài)改善和濕地保護等功能，對句容市有著非常重要的意義，因此應(yīng)全面做好二圣水庫水體健康狀況的監(jiān)測和分析。本文通過對2020年四個季度的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，評估二圣水庫的水質(zhì)健康狀況和富營養(yǎng)化情況。

1 研究地區(qū)與研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

二圣水庫位于江蘇省句容市東南丘陵區(qū)，秦淮河支流的北河上游，為當?shù)刂闹行退畮熘唬妶D1，分別于2020年2 月、6 月、9 月和11 月進行取樣測定。按照《水環(huán)境監(jiān)測規(guī)范》（SL 219-2018）要求，采集水面下0.5 m 處水樣，現(xiàn)場測定水樣的溫度、溶解氧含量和pH 值。采集的水樣，分為兩份，一份用1.5%的擼哥試劑進行固定，另一份不添加擼哥試劑，兩份水樣均放置在4℃冰盒中保存，送至實驗室后進行分析測定。

圖1 二圣水庫采樣點位置

1.2 測定指標及方法

1.2.1 基本理化性狀

（1）葉綠素含量：參照《葉綠素的測定分光光度法》（SL88-2012）所述方法；

（2）總氮含量：參照ISO29441-2010 所述方法；

（3）總磷含量：參照ISO15681-2003 所述方法；

（4）透明度：參照《透明度的測定透明度計法、圓盤法》（SL 87-1994）所述方法；

（5）高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）：參照《水質(zhì)高錳酸鹽指數(shù)的測定酸性高錳酸鉀法》（GB/T 11892-1989）所述方法。

1.2.2 浮游生物測定

將添加擼哥試劑的水樣標記為N1，另一份水樣標記為N2，用移液槍吸取0.1 mL 水樣放在計數(shù)框內(nèi)（20 mm×20 mm），蓋上蓋玻片，在顯微鏡下進行浮游植物和浮游動物種類鑒定和數(shù)量測定。

1.3 水體營養(yǎng)化指數(shù)計算

依據(jù)《湖泊（水庫）富營養(yǎng)化評價方法及分級技術(shù)規(guī)定》，利用葉綠色a、總磷、總氮、透明度、高錳酸鹽指數(shù)計算得出[7]。

1.4 多樣性指數(shù)計算

Shannon-wiener 指數(shù)和均勻度指數(shù)均是表征生物多樣性的指數(shù)。

（1）Shannon-wiener 指數(shù)H′計算公式：

式中：S 為藻類種類；Pi 為第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：

式中：H′為Shannon-wiener 指數(shù)；S 為藻類種類。

1.5 數(shù)據(jù)分析與作圖

采用SPSS20.0 進行數(shù)據(jù)分析，采用Excel2007 進行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 浮游植物群落組成

由表可知，二圣水庫全年浮游植物總數(shù)量為51.50×104～72.50×104個/L，在2 月份時，總密度最小，而9 月份時，其數(shù)量達到最大值。經(jīng)過3 次采樣測定，共鑒定出浮游植物6 門33 屬50 種，從優(yōu)勢度數(shù)據(jù)可以看出，二圣水庫浮游植物以綠藻門、硅藻門和隱藻門為主，綠藻門和硅藻門浮游植物隨著時間的推移，其優(yōu)勢度呈現(xiàn)不斷增加的趨勢；而隱藻門浮游植物隨著時間的推移，其優(yōu)勢度呈現(xiàn)下降的趨勢，在2 月份時優(yōu)勢度最大。藍藻門、金藻門和甲藻門浮游植物群落優(yōu)勢度相對較低，占總浮游植物群落的12%左右。

2.2 浮游動物群落組成

表2 所示為不同監(jiān)測時間水體浮游動物群落變化情況。由表可知，二圣水庫浮游動物以原生動物為主，其數(shù)量達到11000ind/L～18000ind/L，其中6 月份時，原生動物數(shù)量達到最大值，11 月份時數(shù)量最低；其次是輪蟲數(shù)量，枝角類、橈足類和無節(jié)幼體數(shù)量相對較低。

表2 不同監(jiān)測時間水體浮游動物群落變化情況

表1 所示為不同監(jiān)測時間水體浮游植物群落結(jié)構(gòu)變化情況。

表1 不同監(jiān)測時間水體浮游植物群落變化情況

2.3 浮游生物多樣性指數(shù)

圖2 所示為不同采樣時間浮游生物Shannon-wiener 指數(shù)和Pielou 指數(shù)變化情況。2020年2 月、6 月、9 月和11 月浮游生物的Shannon-wiener 指數(shù)分別為3.63、3.86、3.95 和3.9；而浮游生物的Pielou 均勻度指數(shù)分比為0.87、0.93、0.93 和0.9，以上數(shù)據(jù)表明，浮游生物在9 月份時群落結(jié)構(gòu)數(shù)量最為豐富。

圖2 不同采樣時間浮游生物多樣性指數(shù)

2.4 水體養(yǎng)分含量變化情況

表3 所示為不同監(jiān)測時間水體養(yǎng)分含量。由表可知，二圣水庫pH 介于8.10～8.50；溶解氧含量為7.10 mg/L～11.40 mg/L，且在2 月份時達到最大值；總氮含量為0.50 mg/L～0.63 mg/L，在6 月份時含量最低；水體透明度為0.58 m。

表3 不同監(jiān)測時間水體養(yǎng)分含量

2.5 水體營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)

圖3 所示為不同監(jiān)測時間水體營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)。由圖可知，2020年二圣水庫水體營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)為50.4～51.0，其中，6月份數(shù)值最大。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，二圣水庫水體在2020年2 月～11 月期間，均屬于輕度富營養(yǎng)化狀態(tài)。

圖3 2020年二圣水庫營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)

2.6 相關(guān)性分析

表4 所示為浮游生物與各環(huán)境因子之間的相關(guān)性分析。由表可知，綠藻門浮游植物數(shù)量與硅藻門數(shù)量呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)關(guān)系，與輪蟲數(shù)量呈現(xiàn)顯著正相關(guān)關(guān)系；隱藻門浮游植物數(shù)量與水體pH 值呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)關(guān)系；甲藻門浮游植物數(shù)量與原生動物數(shù)量呈現(xiàn)顯著正相關(guān)關(guān)系。

表4 相關(guān)性分析

3 討論

有研究表明，水體生態(tài)系統(tǒng)浮游生物數(shù)量與密度隨時空變化而呈現(xiàn)明顯的變化趨勢[8]。劉煒等人對低鹽潟湖浮游植物監(jiān)測分析得知，浮游植物在秋冬交替期群落結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)不同趨勢，且以硅藻門、綠藻門和藍藻門浮游植物為優(yōu)勢種群[9]。在本研究中，各浮游植物隨時間的推移呈現(xiàn)明顯的季節(jié)性變化，其中，綠藻門呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，而隱藻門呈現(xiàn)不斷下降的趨勢，硅藻門呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。另外，本文中，二圣水庫浮游動物以原生動物占絕對優(yōu)勢，其次是輪蟲，而大型浮游動物數(shù)量較少，李小艷等人對邛海浮游動物群落組成調(diào)研中也發(fā)現(xiàn)了類似的現(xiàn)象，表明二圣水庫中下級營養(yǎng)級捕食壓力較大，而原生動物和輪蟲的被捕食壓力較小[10]。

根據(jù)計算得出的水體營養(yǎng)化指數(shù)可以得知，二圣水庫全年營養(yǎng)指數(shù)均超過50，表明該水體已經(jīng)呈現(xiàn)輕度的富營養(yǎng)狀態(tài)，且該水體總氮、高錳酸鹽指數(shù)等指標含量相對較高，應(yīng)進一步加大管控。

4 結(jié)論

二圣水庫浮游植物以綠藻門、硅藻門和隱藻門浮游植物為主，浮游動物以原生動物和輪蟲為主；浮游生物Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)和Pielou 均勻度指數(shù)分別為3.63～3.95 和0.87～0.93；相關(guān)性分析表明，pH 值與浮游植物群落結(jié)構(gòu)相關(guān)性較大；營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)表明，該水庫已處于輕度富營養(yǎng)化狀態(tài)，應(yīng)早日采取相關(guān)措施，以防富營養(yǎng)化狀況加重。