山东大学玫瑰湖浮游植物群落结构调查及水质初步评价.pdf

为了掌握济南市水域的生物资源状况，于2 0 2 0 年秋季调查分析了济南玫瑰湖浮游植物的群落结构特征。共采集到浮游植物6 门47 种，其中绿藻门种类数最多，占浮游植物总种类数的38.30%，硅藻门次之，占比为31.9 1%。浮游植物优势种主要为四尾栅藻、双对栅藻、四角十字藻、小席藻、细小平裂藻、湖泊鞘丝藻。浮游植物密度和生物量变化范围分别为10 4.49 7 9 3.47 10*cel/L、0.40 39.10 mg/L，平均值分别为402.7210cel/L、9.8 4m g/L。浮游植物Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数平均值分别为3.0 8 5、0.780。生物多样性指数水质评价结果表明，湖区水质整体处于轻污染清洁状态。建议进一步加强玫瑰湖水文连通、增加蓄水量，合理增殖放流虑食性鱼类，充分利用饵料生物，以鱼养水，为区域生态保护和高质量发展提供有力支撑。关键词：玫瑰湖；浮游植物；群落结构；多样性；水质评价中图分类号：TS254.7浮游植物是水生态系统的初级生产者，是营养转化、能量流动和信息传递等生态过程中重要的环节，其种类和数量的变动会影响水体中其它水生生物的群落结构，其具有种类多、世代时间短、对环境敏感和方便采集等特点，常被选作指示河流水环境质量特征的生物类群 。济南市位于华北平原中部，是北方典型的特大型城市，其流域面积8 17 7 km，地势南高北低，西高东低，海拔高程为2 0 9 8 8 m。受地势影响，济南河流多呈单侧树枝状自北向南依次分布着徒骇河、黄河、小清河三条河流。独特的地理地势与地质环境形成了境内丰富的泉水资源，河流与泉水共同构成了济南市生态水网。然而，近年来随着城市现代化的推进，济南市逐步成为了因人类活动的剧烈扰动使原有的优质水生态系统遭受破坏的城市2 。因此，开展济南市水生态环境质量监测与评价具有重大意义，也是济南市生态文明建设巫待开展的工作。基于此2020年对济南市典型湖库进行浮游植物多样性调查及水生态环境质量评价，以期为济南地区生态环境保护及水生态健康评价提供参考依据。*通讯作者：白海锋，E-mail：9 9 9 5 339 7 q q.c o m.46文献标识码：B1材料与方法1.1调查区域及采样点设置玫瑰湖湿地位于济南市平阴县境内，所在区域包括了4大湿地类型：湖泊湿地、河流湿地、沼泽湿地及人工湿地。湿地总面积45 3hm，其中玫瑰湖水域面积40 0 hm。湖泊所处位置属暖温带半湿润大陆季风气候，冬季寒冷干燥，夏季降水频繁。年平均气温13.6，年平均降水量6 31mm3。根据玫瑰湖的气候、水文及地势地貌特征，于2 0 2 0 年9 10 月在玫瑰湖设置6 个调查点（M1M 6），其中调查点M1位于出水口，调查点M2位于进水口、调查点M3、M 4位于湖中央水区、调查点M5、M 6 位于湖叉区（见图1)。1.2浮游植物采集与种类鉴定依据内陆水域渔业自然资源调查手册4 及水生生物学5 进行浮游植物样品定性采集，样品鉴定分析参照中国淡水生物图谱 及中国淡水藻类7 。浮游植物定性用浮游生物网（5 5 m网目）采集，在水面下0.5 m处呈“”型拖拽；定量样品江西水产科技2 0 2 3年第4期资源环境/Ziyuang Huanjing用5 L有机玻璃采水器在水面下0.5 m处采集水样1L，定性、定量样品现场加人1.5%鲁哥试剂固定，将收集到的样品带回实验室静置沉淀2 4h后浓缩至30 mL待检。在40 0 倍生物显微镜下进行种类鉴定分类与计数。1.3数据处理与分析采用Shannon-Wiener多样性指数（H）、Pi e l o u均匀度指数（J）和优势度（Y）对浮游植物物种进行分析。计算公式8 分别为：H=-Z P,log,P;P;=n;/NJ=H/log,SY=(N,/N)fi式中，P,为第i种的个体数与总个体数的比值；n；为第i种个体数；N为所有种个体数；S为样品中总种类数；f.为第i种生物在采样点出现的频率。浮游植物多样性指数水质评价标准如表1所示。2调查结果2.1浮游植物种类组成调查共发现浮游植物6 门47 种，其中绿藻门18种，占总种类数的38.30%；硅藻门15 种，占总种类数的31.9 1%；蓝藻门6 种，占总种类数的12.7 7%；隐藻门3种，占总种类数的6.38%；裸藻门3种，占生物多样性指数轻污染HH3JJ 0.8总种类数的6.38%；甲藻门2 种，占总种类数的4.26%（图2）。浮游植物种类组成在区域空间上变化如图3所示，调查点位M4种类数最多，有2 4种，其次是调查点位M1，有2 1种，调查点位M3，有17种，调查点位M6，有16 种，调查点位M5，有15种，调查点位M2种类数最少，有7 种。6 个调查点位浮游植物种类组成均以绿藻和硅藻占主导，绿藻占比分别为38.10%（M1）、5 7.14%（M 2）、35.2 9%(m）、33.33%（M 4）、2 8.5 7%（M 5）、5 0.0 0%(M6)。图1调查点位示意图表1多样性水质评价标准9 水质状况清洁中污染3H 22H10.8 J 0.50.5 J 0.3 M2M5M4M3M1重污染1H00.3J 0M6极重污染H=0J=0.94.26%86.38%76.38%口绿藻门口硅藻门38.30%12.77%31.91%图2 浮游植物种类组成口绿藻门口硅藻门蓝藻门自隐藻门裸藻门甲藻门6目蓝藻门4口隐藻门3口裸藻门2口甲藻门10MI图3浮游植物空间分布M2M3调查点位M4M5M647资源环境/Ziyuang Huanjing江西水产科技2 0 2 3年第4期2.2浮游植物优势种济南市玫瑰湖浮游植物优势种以绿藻门和蓝藻门种类为主，其中绿藻门优势种3种，分别为四尾栅藻、双对栅藻、四角十字藻；蓝藻门优势种3种，分别为小席藻、细小平裂藻、湖泊鞘丝藻。浮游植物优势度最高的是双对栅藻，6 个调查点位均有出现，优势度为0.15 1；其次是细小平裂藻，优势度为0.12 4；优势度随后是小席藻、湖泊鞘丝藻、四尾栅藻，优势度分别为0.0 6 1、0.0 49、0.0 38，优势度最小的是四角十字藻，优势度为0.0 2 9。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组成如图4、图5 所示。浮游植物密度平均值为40 2.7 2 10*cell/L，变化范围为10 4.49 7 9 3.47 10 cel/L，其中蓝藻门密度占比最高，占浮游植物总密度的46.6 2%，其次是绿藻门，占比为35.6 8%，硅藻门占比第三，隐藻门占比第四，占比分别为12.16%、3.9 2%，裸藻门和甲藻门占比较小，合计占比为1.6 2%。调查点位M1的浮游植物密度为5 0 6.12 10*cell/L，蓝藻门密度占比最高，占M1浮游植物密度的45.8 1%；调查点位M2的浮游植物密度为10 4.49 10 cell/L，绿藻门密度占比最高，占M2浮游植物密度的8 4.37%；调查点位M3的浮游植物密度为7 9 3.47 10 cell/L,蓝藻门密度占比最高，占M3浮游植物密度的68.31%；调查点位M4的浮游植物密度为447.35 10cell/L，蓝藻门密度占比最高，占M4浮游植物密度的5 0.37%；调查点位M5的浮游植物密度为297.1410*cell/L，蓝藻门密度占比最高，占M5浮游植物密度的36.2 6%；调查点位M6的浮游植物密度为2 6 7.7 6 10*cel/L，绿藻门密度占比最高，占M6浮游植物密度的6 3.41%。浮游植物生物量平均值为9.8 4mg/L，变化范围为0.40 39.10 mg/L，其中隐藻门占比最大，为46.82%，其次是蓝藻门，占比为34.2 5%，硅藻门占比第三，甲藻门占比第四，占比分别为11.5 2%、2.99%，裸藻门和绿藻门占比较小，合计占比为484.42%。调查点位M1的浮游植物生物量为2.15 mg/L，硅藻门生物量占比最高，占M1浮游植物生物量的5 9.9 4%；调查点位M2的浮游植物生物量为0.41mg/L，裸藻门生物量占比最高，占M2浮游植物生物量的6 4.9 3%；调查点位m的浮游植物生物量为2.9 2 mg/L，硅藻门生物量占比最高，占M3浮游植物生物量的45.8 9%；调查点位M4的浮游植物生物量为39.10 mg/L，蓝藻门生物量占比最高，占M4浮游植物生物量的5 0.43%；调查点位M5的浮游植物生物量为12.30 mg/L，隐藻门生物量占比最高，占M5浮游植物生物量的8 6.0 2%；调查点位M6的浮游植物生物量为2.17 mg/L，硅藻门生物量占比最高，占M6浮游植物生物量的47.0 0%。裸藻门甲藻门绿藻门硅藻门隐藻门蓝藻门1009080706050403020100100908030201002.4浮游植物多样性指数玫瑰湖浮游植物ShannonW i e n e r 多样性指数（H ）、Pi e l o u 均匀度指数（J）空间变化见图6。多样性指数平均值为3.0 8 5，变化范围为2.0 39 3.581；均匀度指数平均值为0.7 8 0，变化范围为MI图4浮游植物密度百分组成裸藻门口甲藻门绿藻门硅藻门隐藻门蓝藻门M1M2图5 浮游植物生物量百分组成M2M3调查点位M3M4调查点位M4M5M5M6M6江西水产科技2 0 2 3年第4期资源环境/ZiyuangHuanjing0.6670.882。其中多样性指数最大值出现在调查点位M1，最小值出现在调查点位M2；均匀度指数最大值出现在调查点位M6，最小值出现在调查点位M2。根据浮游植物多样性指数水质评价标准，对玫瑰湖水质进行综合评价，评价结果显示玫瑰湖水质为轻污染-清洁。4.003.503.02.02.001.501.000.500.003分析与讨论3.1浮游植物群落结构调查发现济南玫瑰湖水体中浮游植物物种组成以绿藻和硅藻占主导，水体呈现出绿硅藻型，这与国内已报道的相关湖泊、水库、池塘等相对静止的水体研究结果相似10-12 。由于绿藻和硅藻具有快速适应水环境变化等特点，使其能迅速在水体中占据优势。浮游植物群落结构趋于小型化的特征，很大程度上与湖区周边城镇发展及农业开发密切相关。此外，浮游植物生活史过程与湖泊的自然水文密切相关，部分种类对于湖泊污染、温度变化、人为扰动等都极为敏感，其群落结构、生物多样性等极易受到环境变化的影响，呈现出较强的空间异质性。本次调查发现玫瑰湖浮游植物种类相比白云湖多6 种，比大明湖和朱各务水库分别少6 4种和9 种，生物密度相比白云湖低72.36%，相比雪野湖高44.35%13，种类数和密度低于同一区域的小清河30.9 0%和7 3.0 2%141，与同一区域济西湿地水体相比种类数高5 9.5 7%，密度低75.71%15。此次调查发现，玫瑰湖区中央散水区的M3和M4调查点的浮游植物现存量较其他调查点存在显著差异，说明人为活动的干扰对浮游植物的生长繁殖存在较大影响。浮游植物优势种调查显示，玫瑰湖浮游植物主要以绿藻和蓝藻为优势种，优势种有60.90.80.7830.30.20.10MIM2M3调查点位图6 浮游植物多样性指数空间分布种，优势度变化范围在0.0 2 9 0.15 1之间，表明其群落结构相对比较稳定，有一定的缓冲能力，能对水环境变化快速响应，形成新的稳定的浮游植物群落结构。水体相对静止的湖库可为浮游植物的生长提供一个相对稳定的生存环境，相比河流具有较复杂的生物群落结构和稳定性。因此，在湖泊水生态系统的研究中，常常将浮游植物作为重要的指示物种和健康评价体系指标广泛应用。3.2浮游植物多样性及水质评价研究表明，生物多样性指数是表示生物群落内种类多样性的程度的量纲数值，通过结合生物种类、数量等参数比较客观地反映生境对生物产生的综合累积效应，多样性指数在一定程度上可以反映水质好坏状况，数值越大，表明浮游植物群落结构越稳定，水质相对较好，反之则相对较差 。本次调查发现，玫瑰湖生物多样性指数和均匀度指数均相对较高，多样性指数变化范围在2.0 4 3.5 8 之间，与2 0 19 年的调查结果相比多样性指数值增加了114.38%，与济西湿地调查结果相比多样性指数高36.12%13.15 ，与徒骇河和小清河相比较，多样性指数分别高7.6 0%、12.59%16-17。多样性指数的差异与湖区生境密不可分，生境发生变化，生物群落多样性在空间上会随之作出响应，以便较快适应新的生境。根据生物多样性M4MSM6MIM2M3调查调位M4M5M649资源环境/ZiyuangHuanjing江西水产科技2 0 2 3年第4期水质评价标准，ShannonW i e n e r 多样性指数和评价显示玫瑰湖水质状况为轻污染清洁，水环境质量优于白云湖（中污染）、小清河（中污染）和济西湿地（-中污染)13。与以往调查结果相比，玫瑰湖的浮游生物水质评价结果变化较大，水质从2019的中污染提高到2 0 2 0 年的轻污染，表明湖区环境治理和生态保护对生物多样性的提高及水环境的改善具有重要意义。因此，建立健全湖库流域综合治理长效机制，开展湖区分级保护区划定工作，在保护区禁止一切不利于保护生态系统水源涵养功能的经济社会活动和生产方式能很好的保护水生态环境。同时，在湖区浅水区通过种植水生植物，增强水体的生态调节能力。通过合理增殖放流虑食性鱼类，充分利用水体，以鱼养水，为区域生态保护和高质量发展提供有力支撑。参考文献1白海锋,王怡睿,宋进喜，等渭河陕西段浮游植物群落结构时空变化与影响因子分析J环境科学学报,2 0 2 1,41(8):32 9 0-330 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