ABSTRACT

From 28 to 29 July 2018, a large-scale fixed-point survey of inland waters was conducted, as well as a representative aquatic biological survey and monitoring points were selected to collect samples from the Tai Lake National Wetland Park. After a microscopic examination, a total of 6 categories 41 species and its varieties of phytoplankton were identified in Tai Lake National Wetland Park, including 22 species of chlorophyta, accounting for 53.66%; diatoms, 11 species, accounting for 26.83 percent; cyanobacteria Phylum 4 species, accounting for 9.76%; 2 species of naked algae Phylum, accounting for 4.88%; 1 species of gold algae Phylum, 1 species of hidden algae, accounting for 2.44% respectively. 52 species of zooplankton were identified, including 7 genera and 10 species of protozoa, accounting for 19.23% of the total number of zooplankton species; 14 genera and 26 species of Rotifers, accounting for 50%, 5 genera and 9 species of cladocerans, accounting for 17.31%, and 5 genera and 7 species of copepoda, accounting for 13.46%. The abundance of phytoplankton fluctuated from 465.6 × 10⁴ ind./L to 2408.4 × 10⁴ ind./L, and biomass was between 0.37 mg/L and 7.45 mg/L. The abundance of zooplankton fluctuated from 160.5 ind./L to 52,711.5 ind./L, and biomass was between 0.26 mg/L and 18.46 mg/L throughout the year. According to the physical and chemical index such as dissolved oxygen, water transparency, permanganate index, total phosphorus, total nitrogen and heavy metal, the water quality of TaiLake was comprehensively evaluated according to the buoyancy and the abundance of plankton organisms. Redundancy analysis (RDA) shows that summer phytoplankton communities are mainly affected by pH, TP, $N{H}_4^{+}$ , $N{O}_3^{-}$ of water and other environmental factors.

Keywords:Phytoplankton, Zooplankton, Community Structure, Environmental Factors, Redundancy Analysis

泰湖夏季浮游生物群落结构特征及其与环境因子的关系

柳迪，赵予熙，李晓钰，李上，孙旭，于洪贤^*

东北林业大学野生动物与自然保护地学院，黑龙江 哈尔滨

收稿日期：2019年10月8日；录用日期：2019年12月6日；发布日期：2019年12月13日

摘 要

2018年7月28日至29日，采用内陆水域大面积定点调查方法，选择有代表性水生生物调查和监测点，对泰湖国家湿地公园进行采样，经过镜检，泰湖国家湿地公园共鉴出浮游植物6门41种及变种，其中绿藻门种数最多22种，占53.66%；硅藻门次之，11种，占26.83%；蓝藻门4种，占9.76%；裸藻门2种，占4.88%；金藻门1种，隐藻门1种，各占2.44%。鉴定出浮游动物52种，其中原生动物7属10种，占浮游动物总种数的19.23%；轮虫14属26种，占50%，枝角类5属9种，占17.31%，桡足类5属7种，占13.46%。浮游植物的丰度波动于465.6 × 10⁴~2408.4 × 10⁴ ind./L之间，生物量在0.37~7.45 mg/L之间。浮游动物的丰度波动于160.5~52,711.5 ind./L之间，生物量全年在0.26~18.46 mg/L之间。根据溶解氧、水体透明度、高锰酸盐指数、总磷、总氮和重金属等理化指标、浮游生物丰度对泰湖水质状况进行水质综合评价。冗余分析(RDA)表明，夏季浮游植物群落主要受水体pH值，TP， $N{H}_4^{+}$ ， $N{O}_3^{-}$ 等环境因子的影响。

关键词 :浮游植物，浮游动物，群落结构，环境因子，冗余分析

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1. 引言

浮游生物不仅对物质循环和能量流动具有重要作用还能维持水域生态系统的稳定，是水生态系统中重要的组成部分 [1]。水体环境中各种因素的变化对浮游生物的影响相当明显，环境条件的改变会影响浮游生物种类及数量的变化，起到指示环境变化的作用。浮游生物的群落结构和种类组成常作为评价水质的重要指标。泰湖国家湿地公园地理坐标为E123˚25'14.17~E123˚29'00.97，N46˚24'12.10~N46˚21'15.10，总面积1365 hm²。泰来县西边地势高东边低，泰湖位于城区东部，污水、工业废水、雨水都有由高处向低处排放的特点，一直以来泰湖就是泰来生活污水和工业废水受纳水体，污染严重，附近居民活动、生活污水对泰湖影响较大，且水体环境处于不稳定的状态。泰湖水源主要来自降水，近年水量越来越少，湿地公园缺水十分严重。2018年7月，对泰湖不同采样点浮游生物的群落结构进行调查，运用冗余分析(RDA)探讨其群落结构与环境因子的关系，旨在全面了解泰湖国家湿地公园水质状况。

2. 材料与方法

2.1. 采样点布设与采样时间

2018年7月根据泰湖国家湿地公园的生态要素，对泰湖11个采样点进行野外布点(图1)，采样原则为沿湿地流域尽量均匀布点，兼顾全流域的水系和道路格局，使采集的样品遍布全区，具有全湿地的代表性。其中1#至10#采样点设置在泰湖上，11#采样点位于污水处理厂所处理“中水”入湖口(表1)。

图1. 泰湖国家湿地公园水质分析采样点分布示意图

表1. 泰湖浮游生物采样点位置及周边生境

2.2. 调查方法

2.2.1. 浮游生物的采集与处理

使用25号浮游生物网对浮游植物样品定性，于水面下0.5 m左右处呈“∞”型慢慢拖行数分钟，在采集之后加入4%甲醛溶液进行现场固定；用定量1 L的玻璃采水器采集样品，采集后对样品加入15 mL鲁哥试液现场固定，转移到实验室后静置48小时浓缩至30 mL再对样品进行鉴定 [2] [3]。浮游植物鉴定参照《水生生物学》 [4]、《中国淡水藻类：系统、分类及生态》 [5] 和《淡水微型生物图谱》 [6]。

浮游动物定性样品采用13号浮游生物网在水面表层采集，并用4%的甲醛溶液固定；用5 L的采水器采集定量样品后用13号浮游生物网过滤，并用4%的甲醛溶液现场固定，带回实验室沉淀浓缩后进行样品鉴定 [7] [8]。轮虫类鉴定依据《中国淡水轮虫志》 [9] ；枝角类鉴定依据《中国动物志》(淡水枝角类) [10] ；桡足类鉴定依据《中国动物志》(淡水桡足类) [11]。

2.2.2. 理化指标的测定

使用多参数水质分析仪(YSI6600)进行现场测定水温(WT)、pH、电导率(EC)和溶解氧(DO)，使用塞氏盘对水体透明度(SD)进行测定；参考国家标准方法 [12] 采集1L水样运回实验室后对总氮(TN)、总磷(TP)、化学需氧量(COD_Mn)进行测定。

2.3. 优势种

根据物种的出现频率及个体数量来确定优势种，用优势度表示，

$y=f_i\times P_i$

式中，y是优势度，f_i是第i种出现的频率，P_i是第i种个体数量在总个体数量的比例，f_i为各取样时间该种出现的频率，y > 0.02时，定为优势种 [13]。

2.4. 冗余分析(RDA)

RDA能够将物种数据和环境因子用回归分析方法相结合，更加直观的反映了物种和环境因子间的关系。使用Canoco for Windows 4.5软件对环境因子和浮游生物进行RDA分析，将优势种作为排序物种，分析前将物种数据和环境数据进行对数转换 [14]。

3. 结果

3.1. 浮游生物群落结构特征

3.1.1. 浮游植物

经过镜检，共鉴出浮游植物6门41种及变种(附录一)，其中绿藻门种数最多22种，占53.66%；其次为硅藻门，11种，占比26.83%；蓝藻门为4种，占比9.76%；裸藻门为2种，占比4.88%；金藻门为1种，占2.44%，隐藻门为1种，占2.44%。浮游植物各采样点的种类变化见图2。泰湖夏季各采样点之间浮游植物的丰度和生物量存在差异。丰度介于465.6 × 10⁴ ind./L~2408.4 × 10⁴ ind./L之间，4#采样点最高，为2408.4 × 10⁴ ind./L，7#采样点次之，为2046.0 × 10⁴ ind./L，11#采样点最低，为465.6 × 10⁴ ind./L (图3)；生物量在0.51 mg/L~7.45 mg/L之间。1#采样点最高，为7.45 mg/L，2#采样点次之，为7.17 mg/L，11#采样点最低，为0.51 mg/L (图4)。泰湖夏季浮游植物的优势种为7种(见表2)。

3.1.2. 浮游动物

研究期间，总计鉴定出52种浮游动物(附录二)，包括7属10种原生动物，占总浮游动物种数19.23%；轮虫14属26种，占总浮游动物种数50.00%，枝角类5属9种，占浮游动物总种数17.31%，桡足类5属7种，占总浮游动物种数13.46%。浮游动物各采样点种类变化见图5。

10#采样点包含物种数量最多，为28种，占总浮游动物种数53.85%，1#采样点次之，为20种，占总浮游动物种数38.46%，3#采样点物种数量为5种，在泰湖浮游动物物种总数中占比最小，为9.62%。

图2. 泰湖国家湿地公园夏季采样点浮游植物种类变化

图3. 泰湖国家湿地公园浮游植物丰度的水平分布(10⁴ ind./L)

表2. 泰湖国家湿地公园夏季浮游植物各季节优势种

图4. 泰湖国家湿地公园浮游植物生物量的水平分布(mg/L)

图5. 泰湖国家湿地公园夏季各采样点浮游动物种类变化

泰湖国家湿地公园各采样点之间浮游动物的丰度和生物量不同。丰度介于160.5 ind./L~52,711.5 ind./L之间，10#采样点丰度最高，为52,711.5 ind./L，11#采样点次之，为14,220 ind./L，7#采样点为160.5 ind./L，丰度最低(图6)；生物量最高为18.46 mg/L，最低为0.26 mg/L，10#采样点最高。8#采样点为13.25 mg/L次之，3#采样点最低(图7)。夏季浮游动物的优势种为4种(见表3)。

表3. 泰湖国家湿地公园夏季浮游动物优势种

图6. 泰湖国家湿地公园夏季浮游动物丰度的水平分布(ind./L)

图7. 泰湖国家湿地公园夏季浮游动物生物量的水平分布(mg/L)

3.2. 水体理化因子的空间分析

依照《地面水环境质量标准》 [15] 如表4，对泰湖水质检测结果如表5。

表4. 水质评价标准(mg/L)

表5. 泰湖国家湿地公园水质测量结果

11#采样点为污水处理厂处理后的出水口，经该厂处理后并排放的“中水”由此进入泰湖水体。“中水”是将废水经过处理达一定标准后得到的再生水，其中仍含有一定污染物。1#采样点距污水处理厂“中水”排放点较近，水质受污水处理厂排出的“中水”影响， ${\text{NO}}_3^{-}$ 、TN与TP指标皆超标，存在较重氮、磷污染和富营养化。2#~10#采样点水质经过泰湖内植被初步净化，磷污染程度较1#、11#采样点相比相对较轻，但仍然存在较严重的氮污染。所有采样点水样pH值结果中，仅11#采样点水样pH值在《地面水环境质量标准》要求范围内，其余采样点水样pH全部高于要求上限。整体呈碱性。水体pH较高可能与水体富营养化有关。大量藻类进行光合作用持续消耗水体中的CO₂，使得水体pH值升高。

3.3. 浮游植物与环境因子的RDA分析

对泰湖国家湿地公园环境因子和浮游植物群落进行RDA分析(表6)，泰湖夏季环境因子与浮游植物群落RDA分析结果如图8所示，主成分前2个特征值分别为0.417和0.214，环境因子与物种有较高的相关系数，分别为0.991和0.974，说明浮游植物群落的动态分布被环境因子影响显著。

根据RDA分析，对夏季浮游植物群落影响显著的环境因子有水体pH值(−0.8513)，TP (0.8073)， ${\text{NH}}_4^{+}$ (0.6982)， ${\text{NO}}_3^{-}$ (0.4524)。从环境因子与浮游植物种类组成的关系来看，硅藻门种类与COD_Mn呈正相关。大部分绿藻门种类与BOD₅呈正相关，与TP呈负相关，与水体pH值表现出正相关。(P-value = 0.0010)

由于泰湖国家湿地公园夏季浮游动物丰度与生物量较少，不适合进行RDA分析，故不作讨论。

4. 讨论

4.1. 浮游生物群落的水平分布特征

泰湖国家湿地公园各采样点的夏季浮游植物种数数据表明，湖上10个采样点种类数差距不大。11#采样点是“中水”入湖口，种类数最少。

由浮游动物各点种类图5及丰度图6可知，10#采样点丰度最高，水体溶解氧较高，理化指标相对比较良好，更加适宜浮游动物生存，致使浮游动物在种类上和数量上处于较高的水平。11#采样点溶解氧较高，枝角类、桡足类之外的浮游动物都已出现，说明水质得到一定的改善，存在一定的动物生命迹象。

表6. 浮游植物在RDA排序图中的物种及编号

图8. 浮游植物与环境因子的RDA分析图

1#、2#采样点距入湖口最近，水体氮磷含量较高，浮游植物丰富，所以很多以浮游植物为食的浮游动物丰度水平高。其中在7#采样点中未发现枝角类桡足类，结合样点周边生境情况，可能是缺乏水生植被对水体的净化，导致水体缺氧，枝角类桡足类难以生存。结合浮游动物生物量图7可知，10#采样点最高，3#采样点生物量最低，11#采样点次之，可以从对浮游植物浮游动物做出的丰度图(图3，图6)和生物量图(图4，图7)中发现，1#、2#、3#丰度和生物量都是呈现下降的趋势，这是由于1#采样点距“中水”入湖口最近，其次处于岸边位置，生物多样性较高，2#、3#采样点距岸边和“中水”入湖口稍远，所以生物多样性不如1#采样点，其丰度和生物量自然就小于1#采样点。4#采样点浮游动物的丰度处于较高水平，这是由于周边存在很多水生植被，水体缺氧不严重，很多生物得以生存。周边芦苇香蒲等水生植被较少，对氮磷吸收较少，导致水体富营养化严重，加之湖底淤泥较厚且富含大量有机质导致其浮游植物丰度最高。11#浮游植物物种数，生物量与丰都均为11个采样点当中的最低水平。1#采样点距11#采样点最近，1#采样点周边芦苇较多，芦苇作为水生植被对氮磷吸收的贡献率处于较高水平，致使1#采样点浮游植物丰度与生物量处于较高水平。

4.2. 浮游生物群落与环境因子相关性

可以从RDA分析结果中发现，泰湖国家湿地公园夏季浮游植物群落受水体pH值，TP， ${\text{NH}}_4^{+}$ ， ${\text{NO}}_3^{-}$ 影响较大，浮游植物对过高或过低的pH十分敏感，研究表明，水体中的可利用碳源可以被pH调节，从而影响浮游植物种间竞争光和合速率，碱性环境更有助于浮游植物进行光合作用，促进浮游植物生长繁殖，这与该研究中pH与浮游植物丰度呈正相关的结果一致 [16]。氮、磷是浮游植物生长最重要的营养物质，也是生长限制元素，TP，TN的不足或过量都会影响浮游植物的生长和群落结构 [17] [18] [19]。“中水”入湖口处水体富营养化，TN、TP严重超标，富营养化浅水湖泊中沉积物释放的磷可作为浮游植物发生水华的重要磷源，高浓度氮磷营养盐抑制绿藻生长，所以绿藻门种类大多与TP呈明显负相关。

5. 结论和建议

5.1. 结论

1) 2018年7月对泰湖国家湿地公园浮游植物，浮游动物群落结构进行调查，共鉴出浮游植物6门41种及变种，浮游动物18种，浮游植物丰度波动于465.6 × 10⁴~2408.4 × 10⁴ ind./L之间，生物量在0.37~7.45 mg/L之间。主要优势种为细小平裂藻。

2) RDA分析的结果表明，泰湖国家湿地公园夏季浮游植物分布受水体pH值，TP， ${\text{NH}}_4^{+}$ ， ${\text{NO}}_3^{-}$ 等环境因子影响较为明显，大部分绿藻门种类与水体pH值表现出正相关，与TP呈负相关，与BOD₅呈正相关，硅藻门种类与COD_Mn呈正相关。

5.2. 建议

加强监管力度，对周边居民及游客进行环保和湿地保护的宣传，处理好垃圾和生活污水的排放，减少餐饮、休闲娱乐等人为干扰对泰湖国家湿地公园的影响。加强泰湖湿地公园水生态监测的力度，生态监测可以综合反映水环境质量状况。技术再先进的理化检测，仪器也只可以测出毒物浓度，无法测出毒性强度。只有通过生物监测的方法才检测出毒性强弱。

基金项目

“十三五”国家重点研发计划项目(2016YFC0500406)。中央高校基金项目，编号2572019DF09。

文章引用

柳 迪,赵予熙,李晓钰,李 上,孙 旭,于洪贤. 泰湖夏季浮游生物群落结构特征及其与环境因子的关系
The Plankton Community Structure of TaiLake and Its Relationship with Environmental Factors in Summer[J]. 植物学研究, 2020, 09(01): 1-14. https://doi.org/10.12677/BR.2020.91001

参考文献