骆马湖浮游植物群落结构的区域差异研究

钱奎梅，高明侠，孙 玲

(徐州工程学院 环境工程学院,江苏徐州 221018)

南水北调工程是我国实施的一项关系国计民生的重大工程.骆马湖是南水北调东线工程的必经之地，担负着重要的调蓄功能，具有防洪、灌溉、调水、水产、承运等综合利用功能[1]，其水质好坏关系调水工程的成败.骆马湖年换水次数10 次左右，是典型的过水性湖泊[2].

图1 采样点位图

浮游植物是指在水中以浮游生活的微小植物，是水域生态系统中最重要的初级生产者，在水域生态系统的能量流动、物质循环和信息传递中起着至关重要的作用.浮游植物具有个体小、细胞结构简单等特点，故浮游植物对于环境变化极为敏感[3-4]，其种类组成、数量变化和群落结构演化会受到栖息地环境的影响[3,5-8].故Reynolds等[9]根据浮游植物生理、生态、形态特点，提出了浮游植物功能群理论，认为属于同一功能群的浮游植物通常生长于相同的生境类型，且具有相似的功能性特征(如尺寸、形态、运动性、固氮作用和硅需求量等).该功能群理论将不同种类的浮游植物缩小到一个或几个适应该生境的功能类群，关于种类的生态适应性和生境特征，是分析浮游植物群落结构季节变化的更为有效的途径.2009年Padisák等[10]将这一理论进一步补充完善，共鉴定并描述了39 种浮游藻类功能群.本文对骆马湖的水质以及浮游植物群落结构进行分析，比较骆马湖浮游植物群落结构和功能群的区域差异.

1 材料与方法

本研究在骆马湖进行采样，主要采集了水源地以及非水源地的水质和浮游植物样品.选择表1中的采样点，具体设置如图1所示.现场采样过程中，根据不同水域的水深情况，分别采集各样点的表层、中层和底层水样，混合之后作为该采样点的样品，用1 L塑料瓶取水样加10 mL鲁哥氏液固定浮游植物定量样品，回实验室后静置48 h以上浓缩为30 mL;另取一部分水样带回实验室，测定总氮、总磷、COD等指标[11].采样过程中同时利用YSI 6600 V2 多参数水质监测仪测定水温(WT)、溶解氧(DO)、浊度、pH值等指标.本研究绘图使用SigmaPlot 10.0软件完成.

表1 样点编号及位置

2 结果与讨论

2.1 浮游植物群落组成

2016年11月至2017年5月，对骆马湖采集的水样进行鉴定和分析，共检出浮游植物5门16属.各门浮游植物属种数依次为绿藻门(Chlorophyta)7属，硅藻门(Bacillariophyta)6属，隐藻门(Cryptophyta)1属，甲藻门(Pyrrophyta)1属，裸藻门(Euglenophyta)1属.骆马湖不同点位浮游植物生物量如图2所示.浮游植物的空间变化表现为1#、2#、3#采样点的浮游植物生物量高于4#采样点，总生物量分别为2.10 mg/L，1.99 mg/L，2.01 mg/L，生物量基本一致，而位于湖东的4#采样点区域，浮游植物的总生物量只有0.93 mg/L，明显要低于其他区域.从差异分析可以看出：浮游植物的种类分布呈现出北少南多、西少东多的大致状态；浮游植物生物量则表现为东南方向水域明显低于其他区域的情况.

图2 骆马湖浮游植物总生物量以及群落结构组成

2.2 骆马湖优势功能群落的分类

骆马湖四个采样点的优势种及其功能群分类见表2.从骆马湖浮游植物功能群的区域差异来看，1#、2#、3#采样点的优势种类为卵形隐藻和飞燕角甲藻，其功能群为Y和LO.Y和LO功能类群具有栖息地范围较广的特点， Y 功能类群耐受高光衰减系数，能适应弱光条件，也可通过鞭毛运动在光充足的水表面及营养充足的底部进行垂直迁移[12].而LO功能群可存在于深或浅，寡至富营养化的大中型湖泊.4#采样点的优势种为卵形隐藻、颗粒直链硅藻、小环藻、脆杆藻、针杆藻、梭形裸藻和小球藻，其功能群为C、D、P、W1、X1.C功能类群代表种类为生活在浑浊的较浅富营养型水体中的小环藻、星杆藻等能适应弱光低温条件的硅藻.其营养盐利用效率高，尤其是磷盐，磷半饱和物质的量浓度为0.006～0.021 mol/L[13]，生长速率较快.本研究中C 功能类群虽然占一定优势，但优势度不高.D 功能群代表浑浊的浅水水体，对于营养消耗比较敏感，该功能类群以耐冲刷的针杆藻为主.由于骆马湖属于过水性湖泊，其水体的冲刷、混合有利于D功能类群的生长.P功能群适合于较高的营养状态，为2～3 m深度的连续或半连续混合层，弱光照耐受力较低，水体透明度高时，它才有发展机遇，从而占据一定生态位.W1 优势功能群适于生活在有机质丰富的小型浅水水体[10]，表明4#采样点区域有机污染较严重.X1功能群，主要代表藻类为小球藻，该适应生境为混合的高富营养水体[10].

表2 骆马湖浮游植物功能群分类

2.3 水体理化性质

骆马湖水体的水质理化指标如表3所示，所有测定的水质指标经分析发现无显著性差异.pH值介于6.3～7.7之间，偏向于中性.浊度是描述水质透明程度的一项物理指标.湖泊水体的浊度会影响浮游植物对于光的吸收及利用，从而影响浮游植物的生长发育.各水样的浊度总体较偏低，水质较清；3#采样点的浊度高于其余三个采样点，4#采样点浊度相对来说要比其他点位低很多，造成的原因猜测可能是：1#采样点区域由于是湖心敞水区，位于以往的采砂区边缘，水深较大，导致其水体较为清澈.2#采样点区域偏向于西北方向的运河入口，由于水体的运动方向导致西北方向水体运动剧烈.另一方面，湖面行船较多也会导致水体浑浊，悬浮物无法沉淀.骆马湖四个点位的COD均值在60 mg/L左右，4#采样点区域的COD值相对高于其余三个采样点区域，而2#采样点区域的COD值最低，为32.88 mg/L.

表3 骆马湖不同采样点的水体理化性质

骆马湖总氮含量的各点位的变化范围为1.89～2.35 mg/L，骆马湖总磷浓度年变化范围为0.045～0.065 mg/L，4#采样点的总氮和总磷含量高于其余三个采样点.按照富营养化的分级指标，骆马湖水质属于轻度富营养化向中度富营养化的水平.位于湖区西北的1#、2#采样点和西南方向的3#采样点的TN和TP含量较低，而位于东南位置的4#采样点TN和TP明显较高，猜测造成的原因还有可能是因为4#采样点靠近东侧的滨湖公园，受人为影响较大，导致水体污染程度略高于其他点位，这与云龙湖的部分湖区有类似之处[14].近几年骆马湖频繁的采砂活动直接损坏湖底原生物植被，加速水域荒漠化，采砂造成的沉积污染物释放以及采砂船污水的排放会污染水体[15].此外，采砂区域位于骆马湖湖口，入湖河道携带大量营养物质直接入湖.由于骆马湖经常出现风浪，致使营养物质不容易在湖底积累，高换水率又把营养物质输送到下游，同时，由于采砂活动使得部分区域水质浑浊，每遇大风之后水质浑浊，透光率差，湖泊跃变泥沙型浊水状态所产生的遏制作用，使湖泊自身生产力不能发挥作用，难以利用太阳能固定湖泊中的氮和碳元素，形成不了高生产力水平和生物量，湖水的富营养化水平难以迅速提高，从而形成了骆马湖独特的环境生态平衡.虽然骆马湖湖水中总氮、总磷较高，但由于它是过水性湖泊，径流量较大，流速较快，不利于浮游植物的繁殖生长[16-18]，这也可能是4#采样点区域总氮总磷含量很高，而生物量却较低的原因.

3 结论

从骆马湖总氮总磷的水平来看，骆马湖的营养级水平处于轻度富营养化到中度富营养化阶段，4#采样点的总氮和总磷含量高于其余三个采样点.骆马湖浮游植物的总生物量均不高，位于水源地取水口的4#采样点浮游植物生物量低于其它区域(1#，2#，3#采样点)，4#采样点的优势种为卵形隐藻、颗粒直链硅藻、小环藻、脆杆藻、针杆藻、梭形裸藻和小球藻，1#，2#，3#采样点的优势种类为卵形隐藻和飞燕角甲藻.