郭楠楠，李丹丹，陳曦，齊延凱，宋超，范立民，裘麗萍，孟順龍、3*，陳家長*

(1.上海海洋大學(xué) 水產(chǎn)與生命學(xué)院，上海 201306； 2.中國水產(chǎn)科學(xué)研究院淡水漁業(yè)研究中心 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部長江下游漁業(yè)資源環(huán)境科學(xué)觀測實(shí)驗(yàn)站，中國水產(chǎn)科學(xué)研究院內(nèi)陸漁業(yè)生態(tài)環(huán)境和資源重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無錫 214081； 3.南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 無錫漁業(yè)學(xué)院，江蘇 無錫 214081)

西大洋水庫位于海河流域河北省唐縣境內(nèi)(38°44′N、114°50′E)，控制大清河南支水系唐河流域面積4420 km2，總庫容為11.37×108m3[1]，自2003年成為百萬級(jí)城市的飲用水供給水源，北京地區(qū)應(yīng)急水源地，是目前南水北調(diào)工程中線的輸水樞紐，華北平原中部地區(qū)庫區(qū)規(guī)模最大、水域功能最強(qiáng)，集城市供水、防洪、灌溉、發(fā)電等綜合利用的大Ⅰ型水庫[2]。西大洋水庫處于白洋淀上游，《2018中國環(huán)境狀況公報(bào)》[3]顯示白洋淀為Ⅳ類水質(zhì)(輕度富營養(yǎng)化)，作為白洋淀重要補(bǔ)水水庫，水質(zhì)的優(yōu)劣嚴(yán)重影響白洋淀水質(zhì)狀況，因此，關(guān)注、治理西大洋水庫水環(huán)境質(zhì)量意義重大。1999年，張義科等[4]調(diào)查了西大洋水庫浮游植物并對(duì)其水質(zhì)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果顯示，浮游植物細(xì)胞平均密度為12.5×104cells/L，水質(zhì)處于較清潔狀態(tài)；2003—2010年，寇利卿[5]根據(jù)水質(zhì)監(jiān)測資料，采用內(nèi)梅羅指數(shù)法評(píng)價(jià)西大洋水質(zhì)狀況，結(jié)果表明，西大洋水庫水質(zhì)良好，屬清潔水體；2014年，吳迪憲[2]通過對(duì)西大洋水庫浮游動(dòng)物的時(shí)空分化與庫區(qū)水環(huán)境影響因子的關(guān)系及對(duì)水庫營養(yǎng)類型的評(píng)定，分析得出西大洋水庫為清潔水體至β-中污型，在富營養(yǎng)化方面為中營養(yǎng)型，水質(zhì)有一定程度的惡化。

為了保護(hù)和修復(fù)西大洋水庫生態(tài)環(huán)境,本課題組自2018年9月在西大洋水庫實(shí)施沿岸帶生態(tài)緩沖區(qū)建設(shè)、敞水區(qū)生態(tài)浮島建設(shè)、關(guān)鍵物種人工產(chǎn)卵場建設(shè)等工程，建立了生態(tài)修復(fù)示范區(qū)，以助力白洋淀生態(tài)修復(fù)，保障示范區(qū)水質(zhì)。為更好地了解示范區(qū)建立后對(duì)水庫浮游植物群落結(jié)構(gòu)及環(huán)境變化的影響，于2018年10月秋季和2019年5月春季對(duì)西大洋示范區(qū)內(nèi)浮游植物進(jìn)行調(diào)查分析，旨在為水庫生態(tài)環(huán)境、水體營養(yǎng)狀態(tài)及生態(tài)系統(tǒng)評(píng)價(jià)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 生態(tài)修復(fù)示范區(qū)的建立

選取西大洋水庫庫灣區(qū)，依據(jù)現(xiàn)場環(huán)境特點(diǎn)，確定具體修復(fù)方法，在此基礎(chǔ)上大致將此區(qū)域劃分為四部分，消浪帶區(qū)、生態(tài)浮床區(qū)、人工魚巢區(qū)、湖濱帶修復(fù)區(qū)。修復(fù)工作完成時(shí)間約為2018年9月。

消浪帶區(qū)：利用橡膠軟圍隔(WGJ800型)20 m×20個(gè)，共計(jì)400 m，將整個(gè)庫灣區(qū)包圍，每隔10 m利用鋼絲和水泥塊將其固定，防止水面波動(dòng)太大，影響示范區(qū)修復(fù)效果。

生態(tài)浮床區(qū)：在消浪帶內(nèi)側(cè)約10 m處，與消浪帶平行位置放置直徑為3 m的圓形生態(tài)浮床，內(nèi)部采用漁網(wǎng)固定植物，總計(jì)175個(gè)，約1200 m2，主要材質(zhì)為空心鋼管，浮床間距約為3 m，用鋼絲和水泥塊固定浮床，避免風(fēng)力將浮床推至岸邊，浮床上人工種植各種浮葉植物，通過植物的吸收、吸附及微生物的降解來凈化水質(zhì)，同時(shí)美化環(huán)境。

人工魚巢區(qū)：總設(shè)計(jì)面積為7500 m2，分3種載體制作，分別是棕櫚皮載體、仿真水草載體、超細(xì)纖維填料載體。

湖濱帶修復(fù)區(qū)：水庫湖濱帶區(qū)大部分裸露的地表為沙子和碎石子，不利于植物的生長，所以在湖濱帶修復(fù)過程中，將植物帶花盆一起種植，有利于植物的存活，通過合理的空間配置，改善岸線地表地貌，淺水區(qū)直接將花盆與植物放至水中?？偡N植區(qū)4000 m2。在水深0.5 m處種植沉水植物睡蓮、菱角等，景觀效果強(qiáng)，凈化能力強(qiáng)，相對(duì)淺水區(qū)至岸邊種植黃菖蒲、美人蕉、蘆葦、香蒲等植物。

1.2 方法

1.2.1 采樣點(diǎn)設(shè)置 在4個(gè)生態(tài)修復(fù)區(qū)，采用等距劃分法，除湖濱帶修復(fù)區(qū)設(shè)置2個(gè)采樣點(diǎn)外，其余修復(fù)區(qū)設(shè)置3個(gè)采樣點(diǎn)，共計(jì)8個(gè)采樣點(diǎn)，點(diǎn)位設(shè)置如圖1所示，采樣時(shí)間分別為2018年10月、2019年5月。

使用1 L有機(jī)玻璃采水器在水下50 cm處采集浮游植物并裝入聚乙烯瓶中，立即加入15 mL魯哥試劑混勻，帶回實(shí)驗(yàn)室靜置沉淀24 h后，將溶液濃縮并定容至50 mL以備鏡檢，檢測時(shí)充分搖勻后使用移液槍吸取0.1 mL樣品注入計(jì)數(shù)框(0.1 mL計(jì)數(shù)框)內(nèi)，在10×40倍顯微鏡下隨機(jī)抽取100視野進(jìn)行計(jì)數(shù)(對(duì)量小且個(gè)體大的種類在10×10倍下全片計(jì)數(shù))。每個(gè)樣品設(shè)2個(gè)平行樣，若兩片計(jì)數(shù)結(jié)果相差15%以上，則進(jìn)行第三片計(jì)數(shù)，最終結(jié)果取相近個(gè)數(shù)的平均值，再換算為每升水體中浮游植物的細(xì)胞密度(cells/L)[7]。浮游植物分類參照《中國淡水生物圖譜》[8]、《福建省大中型水庫常見淡水藻類圖集》[9]和《中國內(nèi)陸水域常見藻類圖譜》[10]。

1.2.3 浮游植物群落評(píng)價(jià) 浮游植物群落評(píng)價(jià)指標(biāo)采用Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H′)、Margalef豐富度指數(shù)(D)、優(yōu)勢度指數(shù)(Y)和Pielou均勻度指數(shù)(J′)，具體計(jì)算方法參照文獻(xiàn)[11-12]。運(yùn)用Canoco 4.5分析環(huán)境因子與優(yōu)勢種豐度間的關(guān)系。對(duì)優(yōu)勢種進(jìn)行去趨勢對(duì)應(yīng)分析(DCA)發(fā)現(xiàn)，4個(gè)軸中梯度均小于3，因此，可采用線性模型冗余分析(RDA)[13]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(mean±S.D.)表示，采用SPSS 20軟件進(jìn)行單因素方差分析(One-way ANOVA),用Duncan法進(jìn)行組間多重比較，用Pearson相關(guān)性分析浮游植物豐度與環(huán)境因子間的關(guān)系。

2 結(jié)果與分析

2.1 種類組成及優(yōu)勢種

通過對(duì)西大洋水庫示范區(qū)內(nèi)浮游植物進(jìn)行調(diào)查，秋季共鑒定出7門53屬93種(含未鑒定種)，其中綠藻門種類最多，為47種，占總種類數(shù)的51%；其次為硅藻門19種，占20%；藍(lán)藻門15種，占16%；裸藻門7種，占8%；隱藻門3種、甲藻門1種、黃藻門1種，分別占3%、1%、1%。春季共鑒定出8門52屬82種(含未鑒定種)，其中綠藻門種類最多，為34種，占總種類數(shù)的41%；其次為硅藻門，26種，占32%；藍(lán)藻門9種，占11%；甲藻門4種、裸藻門4種、隱藻門3種、黃藻門1種、金藻門1種，分別占5%、5%、4%、1%、1%。秋季浮游植物種類數(shù)高于春季，相似度為26%。浮游植物種類季節(jié)交替變化明顯，各修復(fù)區(qū)(浮床區(qū)、魚巢區(qū)和湖濱帶)浮游植物物種數(shù)無顯著性差異(P>0.05)。

以優(yōu)勢度指數(shù)Y>0.02作為優(yōu)勢種判斷依據(jù)[14-15]，從表1可見，秋季優(yōu)勢種主要為藍(lán)藻門、綠藻門，春季優(yōu)勢種主要為藍(lán)藻門、綠藻門和硅藻門，銅綠微囊藻、四足十字藻為春秋季共同優(yōu)勢種。

表1 西大洋水庫浮游植物優(yōu)勢種季節(jié)變化Tab.1 Seasonal variation in the dominant species of phytoplankton in Xidayang Reservoir

2.2 浮游植物豐度和多樣性變化

從表2可見：從季節(jié)來看，春季浮游植物生物量為1.19 mg/L，浮游植物密度為367.52×104cells/L；秋季浮游植物生物量為30.34 mg/L，浮游植物密度為4745.39×104cells/L；春秋兩季浮游植物密度和生物量有明顯差異。

從浮游植物密度來看：秋季，綠藻密度最高，為2560.75×104cells/L，占總密度的54%，藍(lán)藻密度次之，占35%，硅藻占8%，其余浮游植物共占3%，其中甲藻密度最低，僅為6.38×104cells/L；春季，綠藻密度最高，為163.50×104cells/L，占總密度的45%，藍(lán)藻密度次之，占36%，硅藻占13%，其余浮游植物占6%，除金藻外，春季每種浮游植物密度明顯低于秋季。從浮游植物密度占總密度比例來看，春秋兩季均以綠藻、藍(lán)藻和硅藻密度為主，總占比均達(dá)到90%以上(表2)。

從生物量來看：秋季硅藻的生物量最高，為9.66 mg/L，其次為裸藻，黃藻生物量最少；春季生物量最多的是硅藻，為0.43 mg/L，其次為綠藻，雖然綠藻、藍(lán)藻密度比硅藻高，但由于硅藻濕重較大，使得硅藻生物量最高，綠藻次之(表2)。

從空間分布(圖2)來看，春季浮游植物密度依次為魚巢區(qū)>湖濱帶>浮床區(qū)，秋季浮游植物密度依次為湖濱帶>浮床區(qū)>魚巢區(qū)，方差分析顯示，同一時(shí)期不同區(qū)域間浮游植物密度無顯著性差異(P>0.05)，分析原因可能是風(fēng)浪較大，使各區(qū)域之間差異性變小(圖2)。

表2 西大洋水庫浮游植物種類生物量和密度

Tab.2 Biomass and density of phytoplankton species in Xidayang Reservoir

門類phylum生物量/(mg·L-1)biomass密度/(104cells·L-1)density春季spring秋季autumn春季spring秋季autumn綠藻Chlorophyta0.227.26163.502560.75藍(lán)藻Cyanophyta0.061.31132.441662.38硅藻Bacillariophyta0.439.6646.19371.00金藻Chrysophyta0.11—13.44—黃藻Xanthophyta0.010.231.1322.56甲藻Pyrrophyta0.183.191.386.38隱藻Cryptophyta0.170.378.8155.94裸藻Euglenophyta0.018.320.6366.38總計(jì)total1.1930.34367.524745.39

從表3可見，春季各區(qū)域內(nèi)Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H′)、Pielou均勻度指數(shù)(J′)和Margalef豐富度指數(shù)(D)均為魚巢區(qū)>湖濱帶>浮床區(qū)；秋季各區(qū)域內(nèi)H′和J′指數(shù)均為浮床區(qū)>魚巢區(qū)>湖濱帶，D指數(shù)則為魚巢區(qū)>浮床區(qū)>湖濱帶。方差分析顯示，各區(qū)域間無明顯差異(P>0.05)。對(duì)比春秋兩季，秋季整體指數(shù)高于春季，相較于春季更適應(yīng)浮游植物的生存。

表3 西大洋水庫各區(qū)域多樣性、均勻度和豐富度指數(shù)

Tab.3 Phytoplankton diversity, evenness and richness indices in various sections of Xidayang Reservoir

季節(jié)season區(qū)域section多樣性指數(shù)(H')Shannon-Wiener diversity index均勻度指數(shù)(J')Pielou evenness index豐富度指數(shù)(D)Margalef richness index浮床區(qū)3.57±0.690.69±0.112.32±0.36春季spring魚巢區(qū)4.18±0.260.77±0.052.93±0.12湖濱帶3.83±0.210.72±0.012.65±0.45浮床區(qū)4.38±0.210.77±0.052.80±0.09秋季autumn魚巢區(qū)4.21±0.210.75±0.042.86±0.30湖濱帶3.80±0.230.70±0.012.31±0.69

2.3 浮游植物與環(huán)境因子間關(guān)系

表4 Pearson相關(guān)性分析Tab.4 Pearson correlation analysis

注：* 表示在 0.05 水平(雙側(cè))上顯著相關(guān); ** 表示在 0.01 水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)

Note： * denotes significantly correlated at the level of 0.05 (bilateral); ** denotes significantly correlated at the level of 0.01 (bilateral)

3 討論

3.1 浮游植物群落密度、生物量與優(yōu)勢種分析

浮游植物作為水環(huán)境的重要組成部分，其種類、多樣性及密度也是衡量水環(huán)境質(zhì)量的一個(gè)重要參考指標(biāo)[16]。本研究中，春季調(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn)，示范區(qū)內(nèi)浮游植物82種，種類組成以綠藻門和硅藻門為主，綠、藍(lán)藻及硅藻為主要優(yōu)勢種。對(duì)比1994年西大洋水庫春季浮游植物調(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn)[4]，浮游植物種類數(shù)由211種降為82種，種類數(shù)大幅減少，種類占比方面依舊是綠藻門最多，硅藻門次之，優(yōu)勢群落方面有較大的變化，由以往的金藻門、綠藻門、硅藻門及甲藻門變?yōu)榫G-藍(lán)藻為主的群落結(jié)構(gòu)。有研究表明，浮游植物藻類群落逐漸向藍(lán)藻占優(yōu)勢轉(zhuǎn)變[17]時(shí)，水體營養(yǎng)狀態(tài)也隨之增加。與1994年的調(diào)查相比，本次調(diào)查中西大洋水庫水質(zhì)從以往的貧營養(yǎng)型轉(zhuǎn)變?yōu)橹袪I養(yǎng)型，細(xì)胞密度從小于30×104cells/L變?yōu)?67.52×104cells/L，Shannon-Wiener多樣性指數(shù)由11.72變?yōu)?左右。對(duì)比同時(shí)期修復(fù)示范區(qū)與示范區(qū)外水體可發(fā)現(xiàn)，Shannon-Wiener多樣性指數(shù)由3.36變?yōu)?.86(平均值)，Pielou均勻度指數(shù)由0.71變?yōu)?.72，Margalef豐富度指數(shù)由1.80變?yōu)?.63。由此可看出，修復(fù)示范區(qū)的建立對(duì)水體中浮游植物多樣性有積極作用，但較1994年浮游植物多樣性，依然處于較低狀態(tài)。有學(xué)者指出，生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)時(shí)間較長，甚至可能存在生物損害的不可逆性[18]，為保證西大洋生態(tài)環(huán)境修復(fù)效果，有必要對(duì)西大洋水庫進(jìn)行長期監(jiān)測及管理。

本研究中，秋季調(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn)，西大洋水庫示范區(qū)浮游植物密度為4745.39×104cells/L，示范區(qū)外為6801×104cells/L，生物量示范區(qū)為30.34 mg/L，示范區(qū)外為26.03 mg/L，浮游植物密度減少，生物量增加，說明示范區(qū)內(nèi)浮游植物有大型化趨勢。生態(tài)修復(fù)示范區(qū)內(nèi)，雖然將不同修復(fù)功能劃分為三部分，但由于水庫風(fēng)浪較大，水環(huán)境較為均勻，不同修復(fù)區(qū)域浮游植物種類及密度無明顯差別。春秋兩季浮游植物種類對(duì)比發(fā)現(xiàn)，春季除綠藻與藍(lán)藻外，硅藻也成為優(yōu)勢度較高的種類，究其原因可能是西大洋水庫為山谷型水庫，硅藻喜低溫較硬水體[19]，這也可能是硅藻春季為優(yōu)勢門而秋季較少的原因。通常來講，優(yōu)勢種類越多，優(yōu)勢度指數(shù)越低，說明群落結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，穩(wěn)定性越好[20]。

3.2 浮游植物群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子間的關(guān)系

研究者普遍認(rèn)為，營養(yǎng)狀態(tài)不同的水體中，浮游植物優(yōu)勢種也不盡相同[27]。本研究中發(fā)現(xiàn)，示范區(qū)為典型的綠藻-藍(lán)藻型水體，一般情況下代表此水體為富營養(yǎng)化水體[16,28]。而通過況琪軍等[29]劃分的湖泊營養(yǎng)類型評(píng)價(jià)的生物學(xué)指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合浮游植物種類、優(yōu)勢種、生物量及密度，可判斷西大洋水庫示范區(qū)春季水體處于貧中營養(yǎng)階段，秋季水體處于中富營養(yǎng)階段。為更準(zhǔn)確地判斷水體所處的營養(yǎng)狀態(tài)，本研究中對(duì)測得的水質(zhì)指標(biāo)(表5)進(jìn)行營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)評(píng)價(jià)，具體評(píng)價(jià)方法參考文獻(xiàn)[30]，結(jié)果顯示，秋季營養(yǎng)化指數(shù)為41.27，春季營養(yǎng)化指數(shù)為27.27，根據(jù)營養(yǎng)狀態(tài)分級(jí)可判斷春季為貧營養(yǎng)狀態(tài)，秋季為中營養(yǎng)狀態(tài)。生物學(xué)指標(biāo)能反映出一段時(shí)期內(nèi)的水質(zhì)狀況，理化指標(biāo)反映瞬時(shí)水質(zhì)狀況。兩種方法結(jié)合能更為全面真實(shí)地反映水體狀況。造成營養(yǎng)狀態(tài)不同可能是春秋兩季分別處于西大洋水庫的豐水期和枯水期，水量的多少直接影響水庫營養(yǎng)狀態(tài)，馬得草等[31]通過對(duì)大泉溝水庫水生態(tài)系統(tǒng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，豐、枯水期不同，可造成水體的富營養(yǎng)化程度不同，變化規(guī)律與本研究結(jié)果一致。

水體中N、P含量是浮游植物生長的重要元素，大約以16∶1的比例吸收[32]，水體中最適宜浮游植物生長的N/P值為10～15[33]。而西大洋水庫中N/P值為339～342，遠(yuǎn)超最適生長比，在其他條件適宜情況下，TP成為示范區(qū)內(nèi)浮游植物生長最大限制因素，Pearson相關(guān)性分析中，TP與浮游植物密度和生物量之間無顯著相關(guān)性，主要原因是春秋兩季TP的濃度無明顯變化，使得相關(guān)性分析無法判斷。

表5 春秋兩季西大洋水庫示范區(qū)水質(zhì)指標(biāo)Tab.5 Water quality indices in demonstration area in Xidayang Reservoir in spring and autumn

4 結(jié)論

(1)西大洋水庫示范區(qū)秋季共檢出浮游植物7門53屬93種(含未鑒定種)，生物量為30.34 mg/L，浮游植物密度為4745.39×104cells/L。優(yōu)勢門為藍(lán)藻門和綠藻門。Shannon-Wiener多樣性指數(shù)為4.19，Pielou均勻度指數(shù)為0.75，Margalef豐富度指數(shù)為2.70。

(2)春季共鑒定出8門52屬82種(含未鑒定種)，生物量為1.19 mg/L，浮游植物密度為367.52×104cells/L。優(yōu)勢門為藍(lán)藻門、綠藻門和硅藻門。Shannon-Wiener多樣性指數(shù)為3.87，Pielou均勻度指數(shù)為0.72，Margalef豐富度指數(shù)為2.63。