太湖北部夏季浮游藻类多样性与水质评价.doc

太湖北部夏季浮游藻类多样性与水质评价太湖北部夏季浮游藻类多样性与水质评价李 军1, 2，刘丛强1，肖化云1，刘学炎1, 2，李友谊1, 2，王仕禄11. 中国科学院地球化学研究所/环境地球化学国家重点实验室，贵州 贵阳 550002；2. 中国科学院研究生院，北京 100039摘要：于2004年7月对太湖北部浮游藻类的种群组成进行了调查, 分析了藻类种属组成的空间分布，利用多种多样性评价指数对水体的污染情况进行了评价，初步探讨了太湖藻类种群组成的变化特征。太湖北部浮游藻类的密度较大，介于2.541078.53108个L-1，主要由蓝藻、绿藻、硅藻、甲藻、裸藻和隐藻等组成，以微囊藻为优势种。自湖岸向湖心，单位体积内藻类的个数及生物量逐渐递减，种属逐渐增加。其中含较多指示污染及富营养化程度的藻类种属，各种评价指数显示水体的污染程度较为严重，属中营养-富营养化范畴。关键词：太湖；藻类种属；评价指数；生物量中图分类号：X824 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（2006）03-0453-04图1 采样点位置图Fig. 1 Map of the sampling sites太湖为我国第三大淡水湖，流域人口稠密，经济发达，受人为活动影响较大，水体富营养化趋势严重。太湖是流域的重要饮用水源，兼具渔业、航运、防洪、娱乐等重要功能，对于该区的社会稳定和经济发展起着举足轻重的作用。自20世纪60年代以来，随着社会和经济的迅速发展，入湖污染逐渐增多，水体富营养化程度快速加剧，尤其是毗邻无锡的北部太湖，藻类水华频繁爆发，水质严重恶化，生态系统已经发生明显变化1。从20世纪初人们开始利用生物监测研究水质问题以来，水生生物监测方法以其全面、直接、灵敏等优点，日益受到人们的重视。浮游藻类对污染十分敏感，因此，浮游藻类监测是重要的水生生物监测方法之一2-4。本文通过对太湖北部水体浮游藻类的初步调查，试图以浮游藻类的多样性评价该区的水质情况，为保护太湖水资源提供可靠的背景资料和理论依据。1 材料与方法1.1 样品采集 太湖地处亚热带，夏季6-8月水温较高，有利于藻类的生长繁殖，为藻类的盛长期，藻类可以在北部，甚至全湖形成大面积的藻类水华5-6。2004年7月，太湖北部分布有大面积藻类水华。湖心西山一带也广泛分布着黄褐色的藻类遗体，多为湖流漂浮携带所致。东山一带为草型湖区，藻类很少。太湖为大型浅水湖泊，平均水深1.9 m。根据有关规范规定7，利用卡盖式采水器采集0.5 m处亚表层的水样，进行浮游藻类种群组成测定（采样点位置见图1）。另外，采取部分水样进行藻类生物量及营养盐总氮（TN）、总磷（TP）分析，藻类总生物量表示为单位体积内有机碳（Corg）的质量浓度。分析结果见表1和图2（下页）。1.2 评价方法1.2.1 丰度 丰度是表示群落中种属丰富程度的指数，采用Margalef丰度指数模式，公式为：d = (S-1) / log2N式中：d为生物丰度；S为样品中生物种属总数；N为样品的生物各种生物的总体个数。一般情况下，健康环境的种属丰度高，污染环境的种属丰度低。表1 太湖北部生物量、营养盐质量浓度（mgL-1） 及各种评价指数的分析结果Table 1 Algoud biomass and nutrient contents, and appraisal indexes in northern part of Taihu Lake采样点生物量/(mgL-1)种属数TN/(mgL-1)TP/(mgL-1)dDD2eT175.84921.130.792.420.070.990.018T261.4449.470.312.180.031.000.008T311.4644.620.123.480.210.980.049T45.6532.350.073.060.530.940.135T51.6542.270.073.290.920.890.232T631.7424.770.162.130.021.000.005T78.4472.590.092.590.120.990.032T89.3472.750.082.530.210.980.053T91.1432.120.052.630.920.840.245图2 太湖北部藻类及营养盐的空间分布Fig. 2 Spatial distribution of algae and nutrients in northern part of Taihu Lake1.2.2 Shannon-Weaver多样性指数模式公式为：式中：D为生物多样性指数；N为样品中各种生物的总体个数；S为所有样品中的生物种属总数；Ni为样品中某种生物的总体个数。一般情况下，D = 0为严重污染环境；0 D 1为重污染环境；1 D 2为中污染环境；2 3为清洁环境。1.2.3 Lloyd-Ghelardi均匀度指数模式公式为：e = Si / S式中：e为生物均匀度指数；Si 为第i个样品的生物种属总数； S为所有样品的生物种属总数。 一般情况下，0 e 0.3为多污带；0.3 e 0.4为中污带；0.4 e 0.5为寡污带。1.2.4 优势度是与均匀度相对应的指数模式在污染环境下，个体数的分布可能主要集中于少数耐污种属，使其数值增大，公式为：D2 = (N1+N2) / N式中：D2为优势度； N1为样品中第1优势种的个体数； N2为样品中第2优势种的个体数； N为样品中各种生物的总体个数。2 结果与讨论2.1 水质情况从图2可以看出，太湖北部藻类的密度较大，变化范围为2.541078.53108 个L-1，平均为2.87108个L-1。根据有关规范7，小于3105 个L-1为贫营养，310105 个L-1为中营养，大于10105个L-1为富营养，太湖北部应属富营养化范畴。一般认为TN的质量浓度为0.2 mgL-1，TP为0.02 mgL-1是湖泊富营养化发生的质量浓度7，根据太湖TN、TP的质量浓度判断，太湖北部也为富营养化范畴，与藻类密度的判断结果一致（表1）。随着人类活动的加强，大量污染N、P的排入，以及沉积物的内源释放是导致太湖藻类繁茂的主要原因1。由湖岸湖湾湖心，藻类的个体数量整体趋于减少，富营养化趋势逐渐减弱，与营养盐TN、TP质量浓度的空间分布趋势一致，主要由湖泊的自身特点和人类活动的紧密程度决定的（图2）8。人类活动在湖岸排放的大量污染物，经由湖湾流向湖心，是导致这种局面发生的主要原因。另外，湖湾藻类的光合效率较高，即使在相同的营养条件下，湖湾内藻类的生长也明显快于湖心。T9点虽然也位于湖湾，但是该湖湾为草藻结合型湖泊，水草对藻类的抑制作用可能是该点藻类数量相对较少的主要原因，也是该点藻类丰度相对较低的主要原因（表1）1。从表1可以看出，各种评价指数的变化趋势基本一致，指示太湖北部的污染程度较为严重。虽然各种评价标准在污染等级的评定上有所差别，但是它们都反映出太湖北部严峻的污染形势。太湖北部藻类的生物量较高，根据有关规范7，除湖岸少数点属中营养-富营养化范畴以外，其余区域都属贫营养-中营养范畴，空间分布趋势与藻类和营养盐的分布相似9。通过不同样点各种评价指数大小的比较还可发现，湖泊污染程度的空间分布趋势与富营养化的分布趋势基本类似。T9点水草的吸收/吸附可能是该点水质相对较好的主要原因。2.2 种属组成图3 太湖北部藻类生物量(Corg)与营养盐总氮（TN）、总磷（TP）质量浓度的关系Fig. 3 The relationship between algous biomass and nutrient contents in northern part of Taihu Lake太湖北部夏季的藻类主要由6大门类组成，分别为蓝藻、绿藻、硅藻、甲藻、裸藻和隐藻。蓝藻、绿藻和硅藻占浮游藻类个体总量的99%以上，其中尤以蓝藻占绝对优势。由湖岸湖湾湖心，蓝藻逐渐减少，绿藻、硅藻等其它藻类逐渐增多，并且藻类种属也在逐渐增加（表1），与营养盐TN、TP质量浓度的空间分布趋势基本一致（图2）。蓝藻往往在TN与TP质量比值低于29的水生生态系统中占优势，TN质量浓度的变化范围为110（20）mgL-1，TP为0.010.1（0.2）mgL-1，这可能与蓝藻在N成为营养盐限制因子时候，能够从大气和水中直接获取氮的能力较大有关7。太湖TN、TP的质量浓度基本介于上述范围，TN与TP的比值多在29附近变化，比较有利于蓝藻的生长。蓝藻以微囊藻属的水华微囊藻M. flos-aquae等为优势种，占蓝藻个体总量的90%以上。绿藻以单角盘星藻P. simplex等为主，硅藻以变异直链藻M. varians等为主。甲藻、裸藻和隐藻等适宜在营养盐质量浓度较高的水体生长，虽然数量不多，但是却反映出太湖北部严峻的富营养化形势10。微囊藻在生长过程中，可以向环境中释放大量的有毒肽类物质，严重影响水质，对水中生物的生长繁殖以及周边人类的生存健康带来严重危害11。藻类水华，尤其是微囊藻水华应该引起人们足够的重视。另外，蓝藻中的水华鱼腥藻A. flos-aquae、螺旋鱼腥藻A. spiroides、铜绿微囊藻M. aeruginosa，绿藻中的斜生栅藻S. obliquus、四尾栅藻S. quadricauda，硅藻中的普通等片藻D. vulgare等指示严重污染环境的藻类种属在各点也广为分布10。2.3 藻类与营养盐的关系营养盐N、P，特别是P质量浓度的增加可以引起藻类种群结构的演变，即由以硅藻为优势的种群结构转化为以非硅藻为优势的种群结构12。此时，藻类种数可能逐渐趋于减少，而生物量并不一定有明显增长，即营养盐质量浓度的增加已不足以引起藻类生物量的显著变化，而可能对藻类种群结构的变化产生重要影响8。太湖北部藻类的生物量与营养盐TN、TP的质量浓度呈明显的线性关系（R2分别为0.78和0.76），但是它们之间的多项式关系更为显著（R2分别为0.94和0.97），说明营养盐的增加在一定范围内可以引起藻类生物量的增加，但是过高的营养盐反而可能导致藻类生物量的减少（图3）。TN与TP的阀值分别为16.55和0.58 mgL-1，杨顶田等在太湖梅梁湾也发现了类似的现象，TN与TP的阀值分别为4.0和0.3 mgL-1，两次研究结果的差异较大，这可能与不同季节藻类生物量的变化有关。自20世纪90年代以来，随着营养盐N、P质量浓度的增加，蓝藻的生物量在逐渐增大，硅藻虽然仍为太湖藻类的优势种之一，但是所占份额却在逐渐减小，太湖藻类种群结构的演变似乎已有上述的发展趋势，其具体的生态机理还有待于进一步深入系统的研究1, 8, 13。3 结论太湖北部夏季浮游藻类的密度较大，主要由蓝藻、绿藻、硅藻、甲藻、裸藻和隐藻等组成，以微囊藻为优势种，自湖岸向湖心，单位体积内藻类的个数及生物量逐渐递减，种属逐渐增加；太湖北部含较多指示污染及富营养化程度的藻类种属，各种评价指数显示水体污染程度较为严重，属中营养-富营养化范畴，空间分布趋势与TN、TP及藻类的分布类似。致谢：感谢中国科学院南京地理与湖泊研究所太湖湖泊生态系统研究站等单位在野外采样工作中提供的大力支持和帮助。参考文献：1 秦伯强, 胡维平, 陈伟民. 太湖水环境演化过程与机理M. 北京: 科学出版社, 2004.QIN Boqiang, HU Weiping, CHEN Weimin. 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The State Key Laboratory of Environmental Geochemistry/Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences, Guiyang 550002, China;2. Graduate School of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100039, ChinaAbstract: The composition and distribution of phytoplankton species in water samples collected from the northern part of Taihu Lake, was investigated in July 2004. Simultaneously, the water quality was appraised by using various appraisal indexes. The density of phytoplankton is very high in all of the sampling sites, ranging from 2.54107 to 8.53108 individuals L-1, and with an average value of 2.87108 individuals L-1. There are 6 main phytoplankton groups including Cyanophyta, Cryptophyta, Bacillariophyta, Chlorophyta, Euglenophyta, Pyrrophyta, and among