許曉毅，孫亦棟，姜永波，吳瑋，吳兵黨，黃天寅，陳小賓，馬奕，朱奕，宋曉恒

1.蘇州科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院

2.蘇州市海綿城市技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

3.蘇州市水利工程建設(shè)處

浮游植物是湖泊、河流等水體生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)者，在水體循環(huán)及能量流動的過程中具有重要作用，浮游植物群落結(jié)構(gòu)對水環(huán)境因子變化具有選擇性，能夠在一定程度上反映水體污染狀況[1]，常被作為水質(zhì)凈化程度和生態(tài)修復(fù)水平的指示生物。近年來，國內(nèi)外研究人員針對湖泊、海灣水體浮游植物生物量（豐度）和群落結(jié)構(gòu)的時(shí)空變化及其與水質(zhì)指標(biāo)、環(huán)境因子的相關(guān)性開展了大量調(diào)查[2-4]。研究表明，浮游植物類別構(gòu)成、時(shí)空分布不僅與水動力學(xué)、食物鏈、水溫和光照等密切關(guān)聯(lián)[5-8]，同時(shí)浮游植物群落特征與營養(yǎng)鹽濃度之間也存在不同程度的響應(yīng)關(guān)系[9-12]。

由于植物群落結(jié)構(gòu)特征受到環(huán)境因子或者人工措施的影響[13-14]，常通過探究浮游植物群落的變化開展相應(yīng)的水生態(tài)狀況分析[15-16]。目前，有關(guān)浮游植物構(gòu)成及其影響因子的研究成果主要圍繞海灣、湖泊、水庫等開展，基于半封閉入湖河口已建生態(tài)凈化系統(tǒng)中技術(shù)單元凈化效果的浮游植物特性研究較為有限。洞庭湖、丹江口水庫浮游植物群落特征驅(qū)動因素的研究結(jié)果表明[17-18]，水溫、化學(xué)需氧量、氨氮和總磷對浮游植物群落種類和數(shù)量的影響大于水域空間要素變化。嘉興南湖、鹽龍湖部分水域?qū)嵤┥鷳B(tài)修復(fù)后，浮游植物的空間賦存特性發(fā)生了較大變化，浮游植物生物量總體降低而物種類別顯著增加，特征功能群優(yōu)勢度與水質(zhì)凈化行為存在關(guān)聯(lián)[19-20]。本文針對河口湖區(qū)交匯處某大型生態(tài)修復(fù)實(shí)際工程，開展了不同季節(jié)工程系統(tǒng)各技術(shù)單元水體浮游植物特征及其與典型水質(zhì)指標(biāo)的響應(yīng)分析，并結(jié)合綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)和浮游植物多樣性指數(shù)對復(fù)合生態(tài)凈化系統(tǒng)進(jìn)行了水質(zhì)綜合評價(jià)，明確復(fù)合凈化系統(tǒng)對水質(zhì)健康狀況的作用，以期為生態(tài)修復(fù)耦合技術(shù)的設(shè)計(jì)與運(yùn)行提供一定的理論參考，更好地保障入湖河口生態(tài)凈化系統(tǒng)的穩(wěn)定與健康。

1 研究對象及方法

1.1 生態(tài)凈化系統(tǒng)概述

復(fù)合生態(tài)凈化系統(tǒng)位于蘇州市陽澄湖中湖北岸某河道與湖區(qū)交匯處，河口入流外源污染為匯水區(qū)域內(nèi)農(nóng)業(yè)面源污染和岸帶零星散排污水。復(fù)合生態(tài)凈化系統(tǒng)于2020 年建成運(yùn)行，總水域面積40 余萬m2，為湖區(qū)健康生態(tài)修復(fù)示范區(qū)。凈化系統(tǒng)分為前置攔截沉淀區(qū)、生態(tài)浮床區(qū)、填料凈化區(qū)、濕地生態(tài)修復(fù)區(qū)等多級單元（圖1）。其中，攔截區(qū)主要通過自由沉淀實(shí)現(xiàn)水體中泥沙與懸浮顆粒物的去除，生態(tài)浮床區(qū)由36 個(gè)浮床模塊組成，浮筒材料為天然植物纖維、聚酯纖維為主材，浮床植物以旱傘草、美人蕉、黃菖蒲、梭魚草等為主。填料凈化區(qū)采用比表面積大且具有高生物附著能力的復(fù)合纖維生物繩材料，框架淹沒式布設(shè)于過水通道中，共設(shè)4 排，框架體積約1 000 m3，填料凈化區(qū)頂部低于常水位約0.5 m。濕地生態(tài)修復(fù)區(qū)采用表面流形式，水下地形營造“深槽—深水—淺水—淺灘—陸域”不同形式基底，水深范圍0.8～2.5 m，密植區(qū)和開放水面區(qū)交錯(cuò)，形成自然蜿蜒形態(tài)的內(nèi)部水流通道和漫灘，以提升濕地物種多樣性和生態(tài)修復(fù)效果。濕地生態(tài)修復(fù)區(qū)挺水植物主要是菖蒲、香蒲和蘆葦?shù)龋了参镏饕呛苍?、馬來眼子菜、輪葉黑藻和苦草等。

圖1 復(fù)合生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)及采樣點(diǎn)位置示意Fig.1 Diagram of composite ecological purification system and sampling sites

1.2 采樣點(diǎn)設(shè)置與樣品采集

于2020 年12 月—2021 年9 月進(jìn)行斜路港來水和凈化系統(tǒng)各單元出水水樣中浮游植物的樣本采集（S1～S5），采樣頻次為3 個(gè)月。各樣本由每一單元內(nèi)5～8 個(gè)樣點(diǎn)混合。其中，水質(zhì)指標(biāo)樣品于水面下30～50 cm 處采集且不干擾采樣點(diǎn)沉積物-水界面，用于定量檢測的水樣通過采水器分層采集，由各層采集水樣等量混勻而成。用于定性分析的浮游植物樣品使用25#浮游生物網(wǎng)在表層水深0.5 m 處呈“∞”字形緩慢拖曳采集（速度為20～40 cm/s，采樣時(shí)長為8～10 min），網(wǎng)內(nèi)濃縮液傾倒入水樣瓶后立即用魯哥氏液固定。

1.3 監(jiān)測分析方法

水體透明度（SD）采用賽氏盤現(xiàn)場測量，pH、水溫和溶解氧（DO）濃度利用YSI 550A 手持式溶解氧儀現(xiàn)場測定?？偟═N）、總磷（TP）、高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）和葉綠素（Chla）等水質(zhì)指標(biāo)按照《水和廢水監(jiān)測分析方法》測定[21]。

浮游植物樣品濃縮到50 mL 試劑瓶中，用甲醛溶液固定。定性樣品采用光學(xué)顯微鏡鑒定，浮游植物的鑒定方法參照文獻(xiàn)[22]。定量樣品在計(jì)數(shù)前搖勻，用移液槍準(zhǔn)確吸取0.1 mL，均勻涂抹在浮游植物計(jì)數(shù)框上，在光學(xué)顯微鏡（40×10 倍）下觀察計(jì)數(shù)，每個(gè)標(biāo)本重復(fù)計(jì)數(shù)3 次，取平均值。生物量基于各種浮游植物的體積系數(shù)與浮游植物的豐度確定[23]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

1.4.1 數(shù)據(jù)處理方法

通過Excel 和Origin 2021 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析，使用ArcGIS 10.8 軟件繪制采樣點(diǎn)位分布及浮游植物種數(shù)空間分布圖；使用Canoco 5 軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行（RDA）冗余分析[24]，采用SPSS 22.0 軟件對浮游植物物種和環(huán)境因子進(jìn)行皮爾遜（Pearson）相關(guān)性分析以及單因素方差分析。

1.4.2 浮游植物密度的計(jì)算

水樣中浮游植物的密度（M）計(jì)算公式如下：

式中：C為計(jì)算框的面積，mm2；Fs為每個(gè)視野的面積，mm2；Fn為視野個(gè)數(shù)；V為采集的每L 樣品濃縮之后的體積，mL；U為計(jì)數(shù)框的體積，mL；Pn為單計(jì)數(shù)框中的細(xì)胞數(shù)量，個(gè)/mL。

1.4.3 綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)計(jì)算

基于Chla、TN、TP、SD 和CODMn5 種環(huán)境因子，采用加權(quán)綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法[25]進(jìn)行復(fù)合生態(tài)凈化系統(tǒng)的水體營養(yǎng)狀況分析，公式如下：

式中：TLI(Σ)為綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；Wj為第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的相關(guān)權(quán)重；TLI(j) 為第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；m為評價(jià)參數(shù)的數(shù)量。

1.4.4 生物多樣性指數(shù)計(jì)算

采用香農(nóng)威納（Shannon-Wiener）指數(shù)（H′）和Pielou 均勻度指數(shù)（J）對不同時(shí)空浮游植物的多樣性進(jìn)行分析，用來作為指示水質(zhì)的生物指標(biāo)，判定水質(zhì)的健康狀況。計(jì)算公式為：

式中：Ni為物種的個(gè)體數(shù)；S為物種數(shù)量；N為所有物種的數(shù)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 水環(huán)境因子變化特征

河口凈化系統(tǒng)各樣點(diǎn)水溫、pH、DO、SD、Chla、TN、TP 濃度和CODMn如表1 所示。研究期間水溫和pH 分別為6.5～28.4 ℃和7.37～8.37，不同季度的水溫差異顯著（n=20，P<0.01），研究水域總體呈現(xiàn)弱堿性。各采樣點(diǎn)DO 濃度為5.92～8.51 mg/L，DO 濃度變化呈現(xiàn)夏季低冬季高的趨勢；SD 為45～95 cm，透明度最高值出現(xiàn)在系統(tǒng)夏季出水口S5 點(diǎn)位；Chla 濃度為7.78～48.17 mg/L，與DO 濃度變化趨勢相反，呈現(xiàn)夏季高冬季低的趨勢。TP 濃度為0.032～0.136 mg/L，不同季節(jié)差異不顯著，但不同采樣點(diǎn)TP 濃度呈顯著差異（n=20，P<0.05），從入口到出口區(qū)TP 濃度明顯降低；TN 濃度為0.61～2.04 mg/L，最高值出現(xiàn)在冬季入湖河口S1 處，最低值出現(xiàn)在秋季填料凈化單元出水S4 處，且不同季節(jié)和不同樣點(diǎn)的TN 濃度均存在顯著差異（n=20，P<0.05）；CODMn為2.7～7.2 mg/L，冬季CODMn略高，其他季節(jié)均保持在6 mg/L 以下。

凈化系統(tǒng)對CODMn、TP 和TN 均有較好的去除效果，去除率分別為27.9%～49.6%、47.1%～73.6%和28.9%～40.3%。各單元對TP 的平均去除貢獻(xiàn)率表現(xiàn)為沉淀攔截區(qū)（29.6%）>填料凈化區(qū)（27.6%）>生態(tài)浮床區(qū)（25.6%）>濕地生態(tài)修復(fù)區(qū)（17.3%）；顆粒態(tài)磷的去除主要通過沉淀攔截區(qū)的沉降效應(yīng)，填料生物膜、植物根系及藻類的吸收作用對水中磷的去除也具有重要作用。各單元對TN 的去除貢獻(xiàn)率表現(xiàn)為填料凈化區(qū)（61.9%）>生態(tài)浮床區(qū)（26.1%）>沉淀攔截區(qū)（9.4%）>濕地修復(fù)區(qū)（2.7%）。填料區(qū)對TN 凈化優(yōu)勢顯著，其主要通過生物繩填料表面微生物的反硝化作用實(shí)現(xiàn)。各單元對CODMn的平均去除貢獻(xiàn)率與TN 的表現(xiàn)較一致，主要依靠填料凈化單元（57.4%）和生態(tài)浮床單元（23.4%）的微生物降解、植物生長吸收作用。復(fù)合系統(tǒng)去除效果受季節(jié)影響較大，總體呈現(xiàn)夏秋季高、冬春季低的特點(diǎn)。

2.2 浮游植物群落和功能群組成

2.2.1 浮游植物種類構(gòu)成

研究期間，整個(gè)凈化系統(tǒng)中浮游植物種類組成及比例如圖2 所示，共定性鑒定出浮游植物8 門97 屬143 種。占比最高的是綠藻門，含35 屬56 種，占總種數(shù)的39.16%；其次分別為硅藻門（27 屬35 種）和藍(lán)藻門（19 屬26 種），分別占總種數(shù)的24.48%和18.18%；其余依次為隱藻門、裸藻門、金藻門、甲藻門、黃藻門。

圖3 為凈化系統(tǒng)各單元浮游植物物種數(shù)時(shí)空變化。由圖3 可見，冬季共檢測出浮游植物6 門61 屬63 種，以硅藻門和綠藻門為主；春季相較于冬季，綠藻門、硅藻門和藍(lán)藻門種數(shù)均有增加，其中金藻門增加了5 種，且只在溫度較低的春、冬季出現(xiàn)；夏季凈化系統(tǒng)新增了黃藻門1 種，系統(tǒng)各單元浮游植物總物種數(shù)降至60 種以下；秋季各單元浮游植物中的藍(lán)藻門、硅藻門和綠藻門物種數(shù)增至77～83 種，表明秋季凈化系統(tǒng)的光照和水溫條件適宜更多門類浮游植物的生長。

圖3 復(fù)合生態(tài)凈化系統(tǒng)浮游植物物種數(shù)時(shí)空變化Fig.3 Spatial-temporal changes of phytoplankton species in the composite ecological purification system

2.2.2 浮游植物密度

如圖4 所示，2020 年冬季，凈化系統(tǒng)各樣點(diǎn)浮游植物的總藻密度為4.45×105～6.12×105個(gè)/L，其中硅藻門密度最高（2.65×105個(gè)/L）；2021 年春季，由于水溫明顯回升，進(jìn)水區(qū)各門類藻密度均較冬季顯著增加，總藻密度達(dá)到5.83×106個(gè)/L；夏季伴隨著水溫升高和光照增強(qiáng)，藍(lán)藻門繁殖潛勢增加，凈化系統(tǒng)進(jìn)水區(qū)總藻密度高達(dá)1.76×107個(gè)/L，水體流經(jīng)沉淀攔截區(qū)、生態(tài)浮床區(qū)和填料凈化區(qū)后，總藻密度降低了23.62%；秋季時(shí)段，各門藻類較夏季細(xì)胞密度均有所降低，填料凈化區(qū)對總藻密度的削減顯著降至最低（4.82×106個(gè)/L），原因可能是填料區(qū)對水質(zhì)的凈化以及藻類的吸收效果較好。

圖4 復(fù)合生態(tài)凈化系統(tǒng)內(nèi)各單元浮游植物總藻密度及生物量變化Fig.4 Changes in total phytoplankton density and biomass of each unit in the composite ecological purification system

從空間上看，復(fù)合生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)對水體總藻密度有良好的控制效應(yīng)，各單元全年總藻密度均值由進(jìn)水區(qū)的8.93×106個(gè)/L 降為系統(tǒng)出水區(qū)的6.93×106個(gè)/L，出水區(qū)總藻密度相較于進(jìn)水區(qū)平均降低了19.40%，其中生態(tài)浮床區(qū)和生物繩區(qū)對藻密度降低效應(yīng)更為顯著。

研究期間浮游植物細(xì)胞生物量的變化和總藻密度呈現(xiàn)較為一致的變化規(guī)律，在冬季、春季、夏季和秋季，復(fù)合生態(tài)凈化系統(tǒng)生物量分別為0.162～0.292、2.73～3.95、4.45～5.46、1.77～3.12 mg/L，出水區(qū)相較于進(jìn)水區(qū)生物量分別降低了33.56%、27.40%、10.56%和36.49%，平均降低了27.00%。浮游植物生物量秋冬季較低，春夏季較高，因此可能受到水溫的影響較大。

2.2.3 浮游植物功能類群劃分及變化

根據(jù)復(fù)合生態(tài)凈化系統(tǒng)中浮游植物各功能群及主要代表性種屬劃分結(jié)果，參考Reynolds 等[26-27]提出并完善的浮游植物功能群FG 劃分方法，將種類劃分為26 個(gè)功能群：A、B、C、D、E、F、G、H1、J、K、LO、M、MP、P、S1、S2、T、TB、TC、W1、W2、WS、X1、X2、X3、Y。浮游植物優(yōu)勢功能群相對密度時(shí)空變化如圖5 所示。在冬季，水溫較低，復(fù)合生態(tài)凈化系統(tǒng)進(jìn)水區(qū)的優(yōu)勢功能群（相對密度≥5%）有8 個(gè)，分別為功能群B、D、MP、P、S1、W1、X2、Y，功能群B 和P 占據(jù)主要優(yōu)勢，凈化系統(tǒng)各單元的優(yōu)勢功能群變化特征為：B+D+MP+P+W1+Y→B+P+X2+Y→B+MP+P+W1+X2+Y→B+MP+P+W1+X2+Y。春季進(jìn)水區(qū)優(yōu)勢功能群數(shù)量減至5 個(gè)，分別為功能群B、LO、W1、X2 和Y，其中功能群B 占比最高（30.14%），各單元優(yōu)勢功能群變化特征為：

圖5 復(fù)合生態(tài)凈化系統(tǒng)各單元優(yōu)勢FG 功能群變化Fig.5 Variation of dominant FGs of each unit in the composite ecological purification system

B+LO+X2+Y→B+LO+X2+Y→B+LO+W1+X2+P+Y→B+G+W1+X2+Y。夏季進(jìn)水處優(yōu)勢功能群增至6 個(gè)，分別為B、G、LO、M、P 和Y，各單元的優(yōu)勢功能群變化特征為：B+G+J+LO+M+Y→B+G+LO+M+P+Y→B+G+LO+M+Y→B+G+LO+M+P+Y。秋季優(yōu)勢功能群為6 個(gè)，分別為B、D、LO、M、P 和Y，其中功能群LO占比最高（23.03%），優(yōu)勢功能群變化特征為：B+J+LO+M+MP+P+Y→B+D+LO+M+P+W1+Y→B+LO+M+P+W1+Y→B+LO+P+W1+Y。

2.3 復(fù)合生態(tài)凈化系統(tǒng)營養(yǎng)狀況評價(jià)

綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)是以Chla 的濃度為基準(zhǔn)進(jìn)行相關(guān)加權(quán)計(jì)算的一種指數(shù)評價(jià)方法。不同季節(jié)入湖河口復(fù)合生態(tài)凈化系統(tǒng)綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)變化如圖6 所示。冬季、春季、夏季、秋季的TLI 指數(shù)分別為52.3～58.9、50.1～59.1、49.7～57.7、46.0～56.5，除秋季以外健康水平均為輕度富營養(yǎng)。春季相較于冬季透明度提升較大，Chla 濃度也有所增加；夏季盡管Chla 濃度較大幅度增加，但相比于其他季節(jié)，來水的TN、TP 濃度和CODMn相對較低，因此TLI 指數(shù)也有所上升。秋季沉淀攔截區(qū)和生態(tài)浮床區(qū)為輕度富營養(yǎng)水平，而在填料凈化區(qū)和濕地生態(tài)修復(fù)區(qū)出水質(zhì)達(dá)到中營養(yǎng)狀態(tài)。

圖6 復(fù)合生態(tài)凈化系統(tǒng)營養(yǎng)狀況Fig.6 Nutritional status of the composite ecological purification system

目前常用于評價(jià)水質(zhì)的浮游植物多樣性指數(shù)有Shannon-Wiener 指數(shù)和Pielou 指數(shù)等，指數(shù)越高，其群落結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，群落穩(wěn)定性較好，水質(zhì)越好。冬季Shannon-Wiener 指數(shù)為2.76～3.01，平均值為2.89；春季為2.47～2.68，平均值為2.60；夏季為2.33～2.39，平均值為2.36，秋季為2.27～2.62，平均值為2.41；凈化系統(tǒng)不同季節(jié)各單元采樣點(diǎn)的Pielou 均勻度指數(shù)均值變化差異不大，表現(xiàn)為冬季（0.78）>春季（0.75）>秋季（0.70）>夏季（0.66）。

2.4 浮游植物與環(huán)境因子的關(guān)系

2.4.1 水質(zhì)評價(jià)指標(biāo)與環(huán)境因子的Pearson 相關(guān)性

將凈化系統(tǒng)不同季度各單元的環(huán)境因子與J、Shannon-Wiener 指數(shù)、TLI 指數(shù)之間進(jìn)行相關(guān)性分析（表2）。結(jié)果表明，J、Shannon-Wiener 指數(shù)均與水溫和Chla 濃度呈顯著負(fù)相關(guān)；TLI 指數(shù)與TN、TP 濃度和CODMn呈顯著正相關(guān)，與SD 呈顯著負(fù)相關(guān)；另外，J與Shannon-Wiener 指數(shù)之間存在顯著的正相關(guān)。水溫與DO、pH、SD、Chla 和TN 濃度等環(huán)境因子均存在顯著關(guān)系，這也是復(fù)合生態(tài)凈化系統(tǒng)不同季節(jié)修復(fù)效果和生物多樣性存在差異的原因之一。

表2 復(fù)合生態(tài)凈化系統(tǒng)環(huán)境因子與水質(zhì)健康指標(biāo)的Pearson 相關(guān)性分析Table 2 Pearson correlation analysis of environmental factors and water quality health indicators of the composite ecological purification system

2.4.2 浮游植物功能群與環(huán)境因子的冗余分析

選取pH、CODMn、SD、Chla、TP 和TN 濃度等指標(biāo)，分析不同季節(jié)復(fù)合生態(tài)凈化系統(tǒng)各單元12 個(gè)代表性功能群與環(huán)境因子的關(guān)系，冗余分析（RDA）結(jié)果如圖7 所示。前2 個(gè)排序軸對物種與環(huán)境因子的相關(guān)度分別達(dá)到0.982 9 和0.913 8，前4 個(gè)軸累計(jì)解釋了71.93%的環(huán)境因子信息，前2 個(gè)軸占59.48%。第一排序軸與Chla 濃度、水溫和SD 呈正相關(guān)，與TN、CODMn和TP 濃度呈負(fù)相關(guān)；第二排序軸與SD、pH、TN 和Chla 濃度呈正相關(guān)，與DO、CODMn和TP 濃度呈負(fù)相關(guān)。由圖7 可知，水溫、DO、CODMn和TN 濃度是影響復(fù)合凈化系統(tǒng)浮游植物功能群特性的主要環(huán)境因子。

圖7 復(fù)合生態(tài)凈化系統(tǒng)浮游植物優(yōu)勢FG 功能群與環(huán)境因子的RDA 分析Fig.7 RDA analysis of dominant FGs of phytoplankton and environmental factors of the composite ecological purification system

3 討論

3.1 浮游植物功能群特征和季節(jié)規(guī)律

由于水文、植物類別、污染負(fù)荷、修復(fù)單元配置等條件差異，修復(fù)系統(tǒng)的水生生態(tài)體系特征不同于自然水體，浮游植物群落的分布可有效地指示凈化系統(tǒng)生態(tài)功能完整性與水質(zhì)特征。利用浮游植物功能群方法研究水生態(tài)凈化系統(tǒng)中環(huán)境因素影響已有應(yīng)用實(shí)例，對鹽龍湖水源生態(tài)凈化系統(tǒng)浮游植物FG 功能群的研究表明，濁度是影響功能群W1 的關(guān)鍵環(huán)境因子，該功能群的優(yōu)勢度在深度凈化單元出水中優(yōu)勢度明顯減小[20]；大慶龍鳳濕地中功能群S2 在淺層且呈堿性的水體中更適宜生長，在呈現(xiàn)弱堿性的濕地出水口占據(jù)相對優(yōu)勢；此外，濕地在秋季賦存的較高氮磷狀態(tài)可為功能群X1、B 提供低水溫、高營養(yǎng)的舒適環(huán)境[28]。

本研究中復(fù)合生態(tài)凈化系統(tǒng)不同生態(tài)修復(fù)單元的浮游植物群功能群存在一定差異。由于功能群P 和MP 對流動性水體的耐受性較強(qiáng)[29]，MP 功能群尤其能在水體擾動較大的環(huán)境中生長良好[30]，因此該功能群組在流速相對較大的填料凈化區(qū)和濕地區(qū)（S3、S4）占據(jù)優(yōu)勢地位。功能群B 在各處理單元均占據(jù)優(yōu)勢，代表藻種為梅尼小環(huán)藻，對低光照條件耐受性較好，其適宜的生境條件反映了本復(fù)合凈化系統(tǒng)水體呈現(xiàn)中營養(yǎng)型狀態(tài)，和TLI 指數(shù)表征的結(jié)果相一致。而功能群Y 更適宜于靜水水體[31]，因此在水深較大的沉淀區(qū)樣點(diǎn)水域（S1、S2）以及濕地出水采樣區(qū)（S5），該功能群種類的相對密度較同時(shí)段其他點(diǎn)位約高21.74%～42.96%。

從季節(jié)性層面看，冬季功能群Y、B 和P 始終占據(jù)相對優(yōu)勢，可能是低溫和較弱的光照環(huán)境更適合硅藻門浮游植物生存繁殖。功能群Y 主要為卵形隱藻等隱藻門浮游植物，在水體中生存能力強(qiáng)，可利用鞭毛向水面游動適應(yīng)低強(qiáng)度光照環(huán)境，并降低浮游動物等捕食風(fēng)險(xiǎn)[32]。春季主要為硅藻門的B 類群以及具有廣適性的隱藻門X2 和Y 類群，而功能群LO在進(jìn)入濕地生態(tài)修復(fù)區(qū)后生物量大幅度下降，原因可能是水體pH 升高削弱了其競爭優(yōu)勢。在夏季，生態(tài)凈化系統(tǒng)水溫升高、光照充足，功能群B 因其較高的生理適應(yīng)能力[33]占據(jù)了優(yōu)勢地位，功能群Lo 主要為藍(lán)藻門的平裂藻屬，多呈群體聚集方式存在，由于藍(lán)藻門生長繁殖最適宜溫度為25～35 ℃，其大量快速繁殖的能力較強(qiáng)[20]；此外，由于夏季湖體引水量較小，水體流速減緩，功能群G 喜好高光照和停滯水體環(huán)境而占據(jù)優(yōu)勢地位。在秋季，各單元水體中的功能群主要是B、P 等，研究表明，硅藻門植物適宜在20 ℃左右的水體中大量繁殖[28]。

3.2 浮游植物功能群特征與環(huán)境因子的相關(guān)性

浮游植物群落的結(jié)構(gòu)主要取決于攝入資源和環(huán)境條件的可獲取程度，尤其是營養(yǎng)物質(zhì)的可獲得性和溫度的變化[34]。根據(jù)RDA 結(jié)果分析（圖7），復(fù)合生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)中不同功能群與不同環(huán)境因子呈現(xiàn)不同程度的相關(guān)性。Chla、CODMn、水溫和TN 濃度等是影響凈化系統(tǒng)工程藻類功能群分布的主要環(huán)境因子，其中功能群G、LO與pH、Chla、水溫和SD 呈正相關(guān)，功能群W1、P、MP 和W1 與CODMn、DO 和TP 濃度呈正相關(guān)，功能群B、X2 和Y 與TN 濃度呈正相關(guān)。

水溫可以改變浮游植物光合作用的酶促反應(yīng)或呼吸作用的強(qiáng)度，進(jìn)而直接或間接影響浮游植物群落結(jié)構(gòu)的變化[35]，已有研究發(fā)現(xiàn)微囊藻屬和魚腥藻屬的最適生長溫度為28～32 ℃[36]，Kim 等[37]認(rèn)為冠盤藻的最適生長溫度為8.7 ℃。由于陽澄湖地處亞熱帶，四季分明，雨熱同期，夏冬季水溫差距較大，成為浮游功能群類別季節(jié)性變化差異的主要原因。由圖7 可知，WT 與功能群G、M 和LO呈正相關(guān)，與功能群B、W1 和MP 等呈負(fù)相關(guān)。功能群MP 和B 在各季節(jié)均是以硅藻為優(yōu)勢代表種類的功能群，硅藻更適宜較低溫度，其在夏季的生長速率有所降低[38]；而藍(lán)藻、綠藻由于更喜適高溫繁殖，因此，功能群G 和LO會隨著溫度的升高而占據(jù)較優(yōu)勢的生態(tài)位，其中，功能群G 代表性種屬為實(shí)球藻和空球藻（綠藻門），功能群LO代表性種屬為色球藻（藍(lán)藻門），這也證明了水溫是浮游植物演替的關(guān)鍵因子[39]。此外，與CODMn呈正相關(guān)的功能群有W1、MP 和B，這些功能群的適應(yīng)生境為受攪動的淺水區(qū)，這與巢湖雙橋河浮游植物功能群W1、MP 和P 適應(yīng)高BOD、淺水小型有機(jī)水體的研究結(jié)果較一致[40]。

水質(zhì)凈化效果對浮游植物功能群特征具有重要影響，惠州西湖的生態(tài)修復(fù)顯著改變了浮游植物的優(yōu)勢功能類群，由適應(yīng)生長在渾水態(tài)的類群轉(zhuǎn)變?yōu)檫m應(yīng)生長在清水態(tài)的類群[41]；鹽龍湖生態(tài)凈化系統(tǒng)的預(yù)處理單元對有機(jī)物去除效果較好，促使功能群W1 的優(yōu)勢度與進(jìn)水相比明顯降低，而進(jìn)入沉水植物單元后優(yōu)勢度明顯升高[20]。在本研究中，復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)各凈化單元水質(zhì)凈化效果與水體浮游植物生長和種屬存在關(guān)聯(lián)影響，復(fù)合系統(tǒng)沉淀攔截區(qū)水深較大、流速相對較緩，對TP 尤其是顆粒態(tài)磷的去除貢獻(xiàn)高，RDA 分析中與TP 濃度呈最大正相關(guān)的是功能群P，該功能群在經(jīng)過沉淀攔截后相對密度降低了13.26%～40.78%。生態(tài)浮床區(qū)和填料凈化區(qū)主要通過基質(zhì)吸附、微生物降解和植物生長吸收作用等，實(shí)現(xiàn)水中CODMn和TN 的良好去除，CODMn、TN 濃度與功能群B 為最大正相關(guān)，在填料凈化區(qū)出水中功能群B 相對密度明顯減小。濕地生態(tài)修復(fù)區(qū)夏季總藻密度和Chla 濃度升高，功能群G 相對密度在濕地出水區(qū)域較大，應(yīng)關(guān)注復(fù)合系統(tǒng)運(yùn)行中濕地修復(fù)區(qū)的藻類增殖。

3.3 復(fù)合生態(tài)凈化系統(tǒng)水質(zhì)生物學(xué)評價(jià)

基于GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，分別以TP 濃度、TN 濃度、CODMn等水質(zhì)指標(biāo)作為評價(jià)因子確定的水質(zhì)狀況等級存在差異。結(jié)合圖6，多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)與水質(zhì)理化因子表征的趨勢相對一致。復(fù)合生態(tài)凈化系統(tǒng)的綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)區(qū)間一定程度上受河口上游來水的水質(zhì)狀況影響，總體上，研究期間生態(tài)系統(tǒng)各單元的綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)表現(xiàn)為濕地生態(tài)修復(fù)區(qū)≈填料凈化區(qū)<生態(tài)浮床區(qū)<沉淀攔截區(qū)<系統(tǒng)進(jìn)水，上游來水在經(jīng)過復(fù)合系統(tǒng)各單元的處理后，綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)呈下降趨勢，水體生態(tài)健康狀態(tài)能夠得到有效改善。在時(shí)間尺度上，Shannon-Wiener 指數(shù)呈現(xiàn)趨勢為冬季>春季>秋季>夏季，表明冬季生態(tài)凈化系統(tǒng)浮游植物的物種群落結(jié)構(gòu)相對更為穩(wěn)定。夏季指數(shù)相對較低，主要原因可能是當(dāng)月入湖河道引水流量較小，從凈化系統(tǒng)進(jìn)水到各單元流速更緩，且水溫較高及光照強(qiáng)度大，增大了浮游植物藻密度，優(yōu)勢種類單一占比較高，抵抗水體環(huán)境變化能力較弱，具有藍(lán)藻爆發(fā)潛勢。濕地生態(tài)修復(fù)區(qū)Shannon-Wiener 指數(shù)均高于系統(tǒng)進(jìn)水區(qū)域，各單元水體均處于β-中度污染（2～3）狀態(tài)，復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)出水水質(zhì)狀況顯著優(yōu)于進(jìn)水，浮游植物群落結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，濕地生態(tài)修復(fù)區(qū)具有較強(qiáng)的群落穩(wěn)定性，具有較強(qiáng)的環(huán)境反饋能力。

Pielou 均勻度指數(shù)與Shannon-Wiener 指數(shù)季節(jié)性變化相似，表明冬季生態(tài)凈化系統(tǒng)浮游植物數(shù)量分布比較均勻，群落結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，夏季凈化系統(tǒng)浮游植物物種分配較為集中。濕地生態(tài)修復(fù)區(qū)均勻度指數(shù)基本高于其他單元及進(jìn)水，表明濕地生態(tài)修復(fù)區(qū)浮游植物種屬間分布最為均勻。從均勻度指數(shù)上看，不同季節(jié)凈化系統(tǒng)各單元水體狀況均為寡污和無污狀態(tài)，且凈化系統(tǒng)能夠良好維持浮游植物群落結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

4 結(jié)論

（1）河口復(fù)合生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)由沉淀攔截區(qū)、生態(tài)浮床區(qū)、填料凈化區(qū)和濕地生態(tài)修復(fù)區(qū)組成，通過顆粒沉降、基質(zhì)吸附、微生物降解和植物吸收等聯(lián)合途徑實(shí)現(xiàn)對水體污染物的去除和水質(zhì)凈化，改善入湖水質(zhì)并維持浮游植物群落的健康穩(wěn)定。

（2）相較于入湖河口水質(zhì)，復(fù)合生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)末端各單元浮游植物密度及生物量分別降低19.40%和27.00%，系統(tǒng)共鑒定浮游植物8 門97 屬143 種，浮游植物種類組成主要以硅藻門、綠藻門和藍(lán)藻門為主，季節(jié)性變化差異顯著。夏季復(fù)合生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)進(jìn)水及各凈化單元內(nèi)總藻密度和Chla 濃度相對較高，應(yīng)監(jiān)控入湖河口的來流水質(zhì)。

（3）河口復(fù)合生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)中浮游植物FG 優(yōu)勢功能群，冬季和春季以硅藻門功能群為主，夏季藍(lán)藻和綠藻功能群占據(jù)優(yōu)勢；各單元間FG 優(yōu)勢功能群演替受環(huán)境因素和單元特性影響，F(xiàn)G 優(yōu)勢功能群的演替與凈化系統(tǒng)內(nèi)單元水體水質(zhì)存在關(guān)聯(lián)，水溫、CODMn、DO 和TN 濃度是影響凈化系統(tǒng)藻類功能群分布的主要環(huán)境因子，可通過各修復(fù)單元的水質(zhì)凈化效果實(shí)現(xiàn)對浮游植物功能類群的調(diào)控和多樣性的提升。

（4）復(fù)合生態(tài)凈化系統(tǒng)能夠有效控制水體富營養(yǎng)化，濕地生態(tài)修復(fù)區(qū)浮游植物Shannon-Wiener 和Pielou 指數(shù)均高于進(jìn)水及其他單元區(qū)，濕地單元對群落穩(wěn)定性和多樣性具有良好的生態(tài)效應(yīng)。