濟南市玫瑰湖浮游植物群落結構調查及水質初步評價

黃雪梅 郭偉 劉志凱 陳俊玲 白海鋒

文章編號：1006-3188（2023）04-046-05

摘要：為了掌握濟南市水域的生物資源狀況，于2020年秋季調查分析了濟南玫瑰湖浮游植物的群落結構特征。共采集到浮游植物6門47種，其中綠藻門種類數(shù)最多，占浮游植物總種類數(shù)的38.30%，硅藻門次之，占比為31.91%。浮游植物優(yōu)勢種主要為四尾柵藻、雙對柵藻、四角十字藻、小席藻、細小平裂藻、湖泊鞘絲藻。浮游植物密度和生物量變化范圍分別為104.49～793.47×104cell/L、0.40～39.10mg/L，平均值分別為402.72×104cell/L、9.84mg/L。浮游植物Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)平均值分別為3.085、0.780。生物多樣性指數(shù)水質評價結果表明，湖區(qū)水質整體處于輕污染-清潔狀態(tài)。建議進一步加強玫瑰湖水文連通、增加蓄水量，合理增殖放流慮食性魚類，充分利用餌料生物，以魚養(yǎng)水，為區(qū)域生態(tài)保護和高質量發(fā)展提供有力支撐。

關鍵詞：玫瑰湖；浮游植物；群落結構；多樣性；水質評價

中圖分類號：TS254.7文獻標識碼：B

浮游植物是水生態(tài)系統(tǒng)的初級生產者，是營養(yǎng)轉化、能量流動和信息傳遞等生態(tài)過程中重要的環(huán)節(jié)，其種類和數(shù)量的變動會影響水體中其它水生生物的群落結構，其具有種類多、世代時間短、對環(huán)境敏感和方便采集等特點，常被選作指示河流水環(huán)境質量特征的生物類群［1］。濟南市位于華北平原中部，是北方典型的特大型城市，其流域面積8177 km2，地勢南高北低，西高東低，海拔高程為20～988m。受地勢影響，濟南河流多呈單側樹枝狀自北向南依次分布著徒駭河、黃河、小清河三條河流。獨特的地理地勢與地質環(huán)境形成了境內豐富的泉水資源，河流與泉水共同構成了濟南市生態(tài)水網。然而，近年來隨著城市現(xiàn)代化的推進，濟南市逐步成為了因人類活動的劇烈擾動使原有的優(yōu)質水生態(tài)系統(tǒng)遭受破壞的城市［2］。因此，開展?jié)鲜兴鷳B(tài)環(huán)境質量監(jiān)測與評價具有重大意義，也是濟南市生態(tài)文明建設亟待開展的工作?；诖?020年對濟南市典型湖庫進行浮游植物多樣性調查及水生態(tài)環(huán)境質量評價，以期為濟南地區(qū)生態(tài)環(huán)境保護及水生態(tài)健康評價提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1調查區(qū)域及采樣點設置

玫瑰湖濕地位于濟南市平陰縣境內，所在區(qū)域包括了4大濕地類型：湖泊濕地、河流濕地、沼澤濕地及人工濕地。濕地總面積453hm2，其中玫瑰湖水域面積400hm2。湖泊所處位置屬暖溫帶半濕潤大陸季風氣候，冬季寒冷干燥，夏季降水頻繁。年平均氣溫13.6℃，年平均降水量631mm［3］。根據(jù)玫瑰湖的氣候、水文及地勢地貌特征，于2020年9～10月在玫瑰湖設置6個調查點（M1～M6），其中調查點M1位于出水口，調查點M2位于進水口、調查點M3、M4位于湖中央敞水區(qū)、調查點M5、M6位于湖叉區(qū)（見圖1）。

1.2 浮游植物采集與種類鑒定

依據(jù)《內陸水域漁業(yè)自然資源調查手冊》［4］及《水生生物學》［5］進行浮游植物樣品定性采集，樣品鑒定分析參照《中國淡水生物圖譜》［6］及《中國淡水藻類》［7］。浮游植物定性用浮游生物網（55μm網目）采集，在水面下0.5m處呈“∞”型拖拽；定量樣品用5L有機玻璃采水器在水面下0.5m處采集水樣1L，定性、定量樣品現(xiàn)場加入1.5%魯哥試劑固定，將收集到的樣品帶回實驗室靜置沉淀24h后濃縮至30mL待檢。在400倍生物顯微鏡下進行種類鑒定分類與計數(shù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Shannon-Wiener多樣性指數(shù)（H′）、Pielou均勻度指數(shù)（J）和優(yōu)勢度（Y）對浮游植物物種進行分析。計算公式［8］分別為：

H′=-∑Pilog2Pi

Pi=ni/N

J=H′/log2S

Y=（Ni/N）fi

式中，Pi為第i種的個體數(shù)與總個體數(shù)的比值；ni為第i種個體數(shù)；N為所有種個體數(shù)；S為樣品中總種類數(shù)；fi為第i種生物在采樣點出現(xiàn)的頻率。

浮游植物多樣性指數(shù)水質評價標準如表1所示。

2 調查結果

2.1 浮游植物種類組成

調查共發(fā)現(xiàn)浮游植物6門47種，其中綠藻門18種，占總種類數(shù)的38.30%；硅藻門15種，占總種類數(shù)的31.91%；藍藻門6種，占總種類數(shù)的12.77%；隱藻門3種，占總種類數(shù)的6.38%；裸藻門3種，占總種類數(shù)的6.38%；甲藻門2種，占總種類數(shù)的4.26%（圖2）。浮游植物種類組成在區(qū)域空間上變化如圖3所示，調查點位M4種類數(shù)最多，有24種，其次是調查點位M1，有21種，調查點位M3，有17種，調查點位M6，有16種，調查點位M5，有15種，調查點位M2種類數(shù)最少，有7種。6個調查點位浮游植物種類組成均以綠藻和硅藻占主導，綠藻占比分別為38.10%（M1）、57.14%（M2）、35.29%（m3）、33.33%（M4）、28.57%（M5）、50.00%（M6）。

2.2 浮游植物優(yōu)勢種

濟南市玫瑰湖浮游植物優(yōu)勢種以綠藻門和藍藻門種類為主，其中綠藻門優(yōu)勢種3種，分別為四尾柵藻、雙對柵藻、四角十字藻；藍藻門優(yōu)勢種3種，分別為小席藻、細小平裂藻、湖泊鞘絲藻。浮游植物優(yōu)勢度最高的是雙對柵藻，6個調查點位均有出現(xiàn)，優(yōu)勢度為0.151；其次是細小平裂藻，優(yōu)勢度為0.124；優(yōu)勢度隨后是小席藻、湖泊鞘絲藻、四尾柵藻，優(yōu)勢度分別為0.061、0.049、0.038，優(yōu)勢度最小的是四角十字藻，優(yōu)勢度為0.029。

2.3 浮游植物密度和生物量

玫瑰湖浮游植物密度和生物量百分組成如圖4、圖5所示。浮游植物密度平均值為402.72×104cell/L，變化范圍為104.49～793.47×104cell/L，其中藍藻門密度占比最高，占浮游植物總密度的46.62%，其次是綠藻門，占比為35.68%，硅藻門占比第三，隱藻門占比第四，占比分別為12.16%、3.92%，裸藻門和甲藻門占比較小，合計占比為1.62%。調查點位M1的浮游植物密度為506.12×104cell/L，藍藻門密度占比最高，占M1浮游植物密度的45.81%；調查點位M2的浮游植物密度為104.49×104cell/L，綠藻門密度占比最高，占M2浮游植物密度的84.37%；調查點位M3的浮游植物密度為793.47×104cell/L，藍藻門密度占比最高，占M3浮游植物密度的68.31%；調查點位M4的浮游植物密度為447.35×104cell/L，藍藻門密度占比最高，占M4浮游植物密度的50.37%；調查點位M5的浮游植物密度為297.14×104cell/L，藍藻門密度占比最高，占M5浮游植物密度的36.26%；調查點位M6的浮游植物密度為267.76×104cell/L，綠藻門密度占比最高，占M6浮游植物密度的63.41%。

浮游植物生物量平均值為9.84mg/L，變化范圍為0.40～39.10mg/L，其中隱藻門占比最大，為46.82%，其次是藍藻門，占比為34.25%，硅藻門占比第三，甲藻門占比第四，占比分別為11.52%、2.99%，裸藻門和綠藻門占比較小，合計占比為4.42%。調查點位M1的浮游植物生物量為2.15mg/L，硅藻門生物量占比最高，占M1浮游植物生物量的59.94%；調查點位M2的浮游植物生物量為0.41mg/L，裸藻門生物量占比最高，占M2浮游植物生物量的64.93%；調查點位m3的浮游植物生物量為2.92mg/L，硅藻門生物量占比最高，占M3浮游植物生物量的45.89%；調查點位M4的浮游植物生物量為39.10mg/L，藍藻門生物量占比最高，占M4浮游植物生物量的50.43%；調查點位M5的浮游植物生物量為12.30mg/L，隱藻門生物量占比最高，占M5浮游植物生物量的86.02%；調查點位M6的浮游植物生物量為2.17mg/L，硅藻門生物量占比最高，占M6浮游植物生物量的47.00%。

2.4 浮游植物多樣性指數(shù)

玫瑰湖浮游植物Shannon-Wiener多樣性指數(shù)（H′）、Pielou均勻度指數(shù)（J）空間變化見圖6。多樣性指數(shù)平均值為3.085，變化范圍為2.039～3.581；均勻度指數(shù)平均值為0.780，變化范圍為0.667～0.882。其中多樣性指數(shù)最大值出現(xiàn)在調查點位M1，最小值出現(xiàn)在調查點位M2；均勻度指數(shù)最大值出現(xiàn)在調查點位M6，最小值出現(xiàn)在調查點位M2。根據(jù)浮游植物多樣性指數(shù)水質評價標準，對玫瑰湖水質進行綜合評價，評價結果顯示玫瑰湖水質為輕污染-清潔。

3 分析與討論

3.1 浮游植物群落結構

調查發(fā)現(xiàn)濟南玫瑰湖水體中浮游植物物種組成以綠藻和硅藻占主導，水體呈現(xiàn)出綠-硅藻型，這與國內已報道的相關湖泊、水庫、池塘等相對靜止的水體研究結果相似［10-12］。由于綠藻和硅藻具有快速適應水環(huán)境變化等特點，使其能迅速在水體中占據(jù)優(yōu)勢。浮游植物群落結構趨于小型化的特征，很大程度上與湖區(qū)周邊城鎮(zhèn)發(fā)展及農業(yè)開發(fā)密切相關。此外，浮游植物生活史過程與湖泊的自然水文密切相關，部分種類對于湖泊污染、溫度變化、人為擾動等都極為敏感，其群落結構、生物多樣性等極易受到環(huán)境變化的影響，呈現(xiàn)出較強的空間異質性。本次調查發(fā)現(xiàn)玫瑰湖浮游植物種類相比白云湖多6種，比大明湖和朱各務水庫分別少64種和9種，生物密度相比白云湖低72.36%，相比雪野湖高44.35%［13］，種類數(shù)和密度低于同一區(qū)域的小清河30.90%和73.02%［14］，與同一區(qū)域濟西濕地水體相比種類數(shù)高59.57%，密度低75.71%［15］。此次調查發(fā)現(xiàn)，玫瑰湖區(qū)中央敞水區(qū)的M3和M4調查點的浮游植物現(xiàn)存量較其他調查點存在顯著差異，說明人為活動的干擾對浮游植物的生長繁殖存在較大影響。浮游植物優(yōu)勢種調查顯示，玫瑰湖浮游植物主要以綠藻和藍藻為優(yōu)勢種，優(yōu)勢種有6種，優(yōu)勢度變化范圍在0.029～0.151之間，表明其群落結構相對比較穩(wěn)定，有一定的緩沖能力，能對水環(huán)境變化快速響應，形成新的穩(wěn)定的浮游植物群落結構。水體相對靜止的湖庫可為浮游植物的生長提供一個相對穩(wěn)定的生存環(huán)境，相比河流具有較復雜的生物群落結構和穩(wěn)定性。因此，在湖泊水生態(tài)系統(tǒng)的研究中，常常將浮游植物作為重要的指示物種和健康評價體系指標廣泛應用。

3.2 浮游植物多樣性及水質評價

研究表明，生物多樣性指數(shù)是表示生物群落內種類多樣性的程度的量綱數(shù)值，通過結合生物種類、數(shù)量等參數(shù)比較客觀地反映生境對生物產生的綜合累積效應，多樣性指數(shù)在一定程度上可以反映水質好壞狀況，數(shù)值越大，表明浮游植物群落結構越穩(wěn)定，水質相對較好，反之則相對較差［8］。本次調查發(fā)現(xiàn)，玫瑰湖生物多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)均相對較高，多樣性指數(shù)變化范圍在2.04～3.58之間，與2019年的調查結果相比多樣性指數(shù)值增加了114.38%，與濟西濕地調查結果相比多樣性指數(shù)高36.12%［13，15］，與徒駭河和小清河相比較，多樣性指數(shù)分別高7.60%、12.59%［16-17］。多樣性指數(shù)的差異與湖區(qū)生境密不可分，生境發(fā)生變化，生物群落多樣性在空間上會隨之作出響應，以便較快適應新的生境。根據(jù)生物多樣性水質評價標準，Shannon-Wiener多樣性指數(shù)和評價顯示玫瑰湖水質狀況為輕污染-清潔，水環(huán)境質量優(yōu)于白云湖（β-中污染）、小清河（α-中污染）和濟西濕地（β-中污染）［13］。與以往調查結果相比，玫瑰湖的浮游生物水質評價結果變化較大，水質從2019的β-中污染提高到2020年的輕污染，表明湖區(qū)環(huán)境治理和生態(tài)保護對生物多樣性的提高及水環(huán)境的改善具有重要意義。因此，建立健全湖庫流域綜合治理長效機制，開展湖區(qū)分級保護區(qū)劃定工作，在保護區(qū)禁止一切不利于保護生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)功能的經濟社會活動和生產方式能很好的保護水生態(tài)環(huán)境。同時，在湖區(qū)淺水區(qū)通過種植水生植物，增強水體的生態(tài)調節(jié)能力。通過合理增殖放流慮食性魚類，充分利用水體，以魚養(yǎng)水，為區(qū)域生態(tài)保護和高質量發(fā)展提供有力支撐。

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*通訊作者：白海鋒，E-mail：99953397@qq.com