武汉春季浮游藻类群落结构特征(本科论文).doc

目 录摘要1Abstract1前言21 材料与方法21.1 研究流域概况21.2 样品采集与鉴定31.3 数据分析32 结果与分析32.1 浮游藻类种类组成32.2 浮游藻类细胞密度42.3 浮游藻类多样性指数比较53 讨论6致 谢7参考文献8 比较不同湖泊春季浮游藻类的群落结构特征摘要：2010年3月-5月对南湖、水果湖、牛巢湖、梁子湖中的浮游藻类进行了调查，根据所获得的资料分析了4个湖泊中浮游藻类的分布及优势种的组成、细胞密度及多样性特征。并利用多样性指数对水质进行了评价，结果表明：4个湖泊检测到的浮游藻类分别为30、17、25和20种。平均细胞密度分别为：3.89106、2.53106、0.98106和0.28106 ind./L。南湖和水果湖蓝藻占优势，牛巢湖绿藻和硅藻占优势，梁子湖硅藻占优势。春季不同的月份，4个湖泊的浮游藻类密度并不相同，随着时间的增加，浮游藻类密度也在增加。其中南湖5月份的浮游藻类密度最高，达到了4.78106 ind./L。利用多样性指数对水质进行了评价，水质从优至劣排序为梁子湖牛巢湖水果湖南湖。关键词：浮游藻类；Shannon-Wiener指数；Margalef指数；Pielou指数；水质评价Phytoplankton Diversity and Assessment of Water Quality in Four lakesAbstract: Water samples were collected using standard methods in the Nanhu, Shuiguohu, Niuchaohu, Liangzihu Lakes from March to May 2010. The results showed that there were 30, 20, 25 and 17 species of phytoplankton in the Nanhu, Shuiguohu, Niuchaohu, Liangzihu Lakes, respectively. Phytoplankon cell density in the Nanhu, Shuiguohu, Niuchaohu, Liangzihu Lakes was 3.89106, 2.53106, 0.98106 and 0.28106 ind./L. Cyanophyta dominated in the Nanhu lake and Shuiguohu lake. Chlorophyta and Diatom dominated in the Niuchaohu lake. Diatom dominated in the Liangzihu lake. The cell density of phytoplankton changed with the time. The cell density of phytoplankton was highest of the Nan lake in May, it was 4.78106 ind./L. The order of water quality was: Liangzihu lakeNiuchaohu LakeShuiguohu LakeNanhu Lake. Key words: phytoplankton；Shannon-Wiener index；Margalef index；Pielou index；water quality assessment 前言：浮游藻类，又称浮游植物(phytoplankton)，是一个生态学的概念，是指水中营浮游生活的微小植物。浮游藻类是水域重要的初级生产者，其种类组成和数量分布的生态学特征是水生生态系统的重要研究内容，是研究的首要和重要环节1。从研究植物群落出发，物种多样性是指一个群落中的物种数目和各物种的个体数目分配的均匀度，不仅反映了群落组成中物种的丰富程度，也反映了不同自然地理条件与群落的相互关系，以及群落的稳定性与动态，是群落组织结构的重要特征2。浮游藻类的群落结构可以灵敏而迅速地反映环境的变化，不同的浮游藻类的群落结构决定了其在生态系统中的功能差异，对浮游藻类群落结构的研究是研究演替、群落机能、分类和分布、群落与环境的基础3。在缺少水生高等植物的浅水湖泊，浮游藻类几乎是唯一的初级生产者，其群落结构的时空变化反映了淡水生态系统结构功能的变化4。浮游藻类的群落变化受到水体理化环境(太阳辐射、水体温度、元机营养盐等)和生物环境(浮游动物等的牧食)的综合影响5。浮游藻类是水生生物的重要组分，水环境的变化直接影响它们的群落结构特征，因此，通过浮游藻类分布的变化可以反映水体的水质状况6。浮游藻类群落结构和多样性的监测主要是调查水体中浮游藻类的种类和数量，确定密度和优势种群7。开展这项研究的主要目的之一是了解水体中浮游藻类多样样性，发现水体富营养化的重要指示种,以便为监测和控制工作提供依据8。浮游藻类的调查是水质监测中的基础工作，在水体富营养化监测中有其重要的和独特的作用。 随着人们对环境污染的关注与重视，研究浮游藻类群落结构与多样性时，学者们更多地联系到浮游藻类的群落结构和水体富营养化之间的关系，因此这方面的研究也最为活跃9。最典型的研究方法是将浮游藻类的数量或多样性指数与水环境的物理化学指标或富营养指数进行相关分析，建立二者的数量关系式。研究浮游藻类群落结构与多样性，不仅要分析某一时间段的结构与组成，而且要观察这种结构与组成随时间与空间的变化并揭示这种演替和动态的内在机制。浮游藻类作为水生环境中食物链的重要组成部分，其种类组成与数量变化与其它水生生物如捕食性鱼类、底栖动物等有密切的关系，同时浮游藻类还受水环境本身物理化学因素的制约。因此，研究浮游藻类与这些生物体、环境参数之间关系有助于揭示其种类组成和数量变化的内在机制10。当前我国中部地区浅水湖泊大部分都处在富营养化状态，且其程度还在不断加深，很多城郊湖泊都已经处于超富营养化状态11。 南湖、水果湖、牛巢湖、梁子湖是湖北省武汉市较大的湖泊。为全面评价四湖浮游藻类多样性，于2010年3月-5月按月份进行了取样调查，并依据该结果对以上四湖目前水质状况做出初步评价。1 材料与方法1.1 研究流域概况 南湖、水果湖、牛巢湖、梁子湖是湖北省武汉市较大的湖泊。南湖位于武昌西南部，北临东湖、沙湖，南临汤逊湖、黄家湖，水域面积763.96公顷。东湖形似众多湖叉的倒“U”，它由多个子湖组成，全湖岬湾交错、湖岸曲折，大小岬湾120余个；面积33 平方千米，容积1.24亿立米，平均深度2.48米，最大深度4.66m，湖泊直线长度11.5km，最大宽度8.1km，平均宽度2.9km，岸线全长11.5km，水果湖和牛巢湖都是它的子湖。梁子湖区位于湖北省东南部，长江中游南岸。全区国土面积482.5平方公里，占全省总面积的0.29%，其中耕地面积1.15万公顷，林地面积7082公顷，水域面积1.27万公顷。1.2 样品采集与鉴定 在南湖(30484.12N，1143652.3E)、水果湖(305462.22N，1143594.36E)、牛巢湖(305369.08N，1143896.48E)和梁子湖(302762.65N，1145297.24E)设置了四个采样点。于2010年3月-5月在50cm处浅表水层采水550ml，鲁哥氏碘液10ml固定。实验室静置24小时，浓缩到10ml。显微镜检计数时充分摇匀，浮游藻类吸取0.1mL 滴入0.1mL计数框内，在(1040)倍下用视野法计数各个种的细胞数和个体数，计数100200个视野,使所得细胞数在200以上。统计细胞数量并换算成细胞密度，普通显微镜下进行物种鉴定，分类统计后换算为物种多样性。1.3 数据分析选用浮游藻类多样性通用计算指标，Shannon-Wiener指数(H)，Margalef指数(d)和Pielou指数(J)。Shannon-Wiener指数对物种的种类数目和种类中个体分配的均匀性依赖程度较高，Margalef指数对物种数目依赖程度较强，而Pielou指数则能很好地反映物种均匀度，计算公式如下： 式中：S为物种种数；N为同一样品中的个体总数；为第i种的个体数。表1：Shannon-Wiener指数(H)评价标准12 Shannon-Wiener指数(H) 水质类型 3 清洁-寡污型 -中污型 -中污型表2：Margalef指数(d)评价标准13 Margalef指数(d) 水质类型 5 清洁型 寡污型 -中污型 -中污型表3：Pielou指数(J)评价标准14 Pielou指数(J) 水质类型 清洁型 清洁-寡污型 -中污型 -中污型2 结果与分析2.1 浮游藻类种类组成南湖、水果湖、牛巢湖和梁子湖的浮游藻类数：南湖7门30种、水果湖6门17种、牛巢湖7门25种、梁子湖6门20种。南湖蓝藻和绿藻占优势，其数量分别占该水体浮游藻类总数64.3%和15.4%；梁子湖硅藻占优势，其数量占该水体浮游藻类总数的64.3%；牛巢湖绿藻和硅藻占优势，其数量分别占该水体浮游藻类总数51%和28.6%；水果湖蓝藻占优势，其数量占该水体浮游藻类总数36%。蓝藻和绿藻数量多，金藻、黄藻和甲藻量少，往往是水环境污染的表征，反映南湖受到一定程度污染。硅藻多数在轻污或中污的水体中生长，反映了水果湖、牛巢湖、梁子湖等三处湖泊水体受污染较南湖轻。图1：四湖浮游藻类物种组成Fig.1 Composition of phytoplankton species in four lakes 从浮游藻类个体所占的比例上看，牛巢湖为绿藻型，水果湖为蓝藻-硅藻型，梁子湖为硅藻型，而南湖为蓝藻型(图1)。2.2 浮游藻类细胞密度 4个湖泊浮游藻类平均密度相差较大，但总体浓度均较高(表4)。以浮游藻类密度大于 1106 ind./L为富营养，(0.31)106 ind./L 为中营养，小于 0.3106 ind./L为贫营养作为判定水质营养型的标准，4个湖泊中南湖和水果湖处于富营养状态，南湖最为严重，牛巢湖为中营养状态，梁子湖处于贫营养状态，其中，南湖浮游藻类平均密度最大，为3.89106 ind./L ，梁子湖浮游藻类平均浓度最小，为0.28106 ind./L ，前者是后者的13.9倍。 表4：四湖浮游藻类平均细胞密度Table 4 phytoplankton average cell density in four lakes采样点 绿藻 硅藻 蓝藻 隐藻 裸藻 黄藻 合 计106ind./L细胞 密度106ind./L所占 比 例细胞 密度106ind./L所占 比 例细胞 密度106ind./L所占 比 例细胞 密度106ind./L所占 比 例细胞 密度106ind./L所占 比 例细胞 密度106ind./L所占 比 例南 湖0.615.40.4511.62.564.30.133.30.153.90.051.43.89水果湖0.4618.20.519.80.91360.187.10.3915.40.031.22.53牛巢湖0.5510.2828.60.110.20.0220.033.10.033.10.98梁子湖0.0517.90.1864.30.0310.70.013.6000.013.60.284个湖泊浮游藻类密度随时间变化明显(图2)，比如南湖在3月-5月间浮游藻类密度由3.01106ind./L增长到4.78106ind./L，而且南湖的浮游藻类密度在三次的取样中均是数量第一(图2)，而且，南湖的浮游藻类其生长速度在4个湖泊中最大。图2 4个湖泊浮游藻类细胞密度随时间的变化Fig.2 Time changes of phytoplankton cell densitie in four lakes2.3 浮游藻类多样性指数比较水果湖、南湖Shanon-wiener 指数较大(图3)。Margalef指数计算结果显示，南湖和水果湖丰富度较高，梁子湖丰富度相对较低(图4)。Pielou 均匀度指数则显示，南湖较大，牛巢湖最小(图5)。Shannon-Wiener指数(H)，Margalef指数(d)和Pielou指数(J)分析显示，南湖分别是1.742.89，1.232.76，0.480.90；水果湖分别是2.864.02，3.075.38，0.730.89；牛巢湖分别是2.973.96，2.924.42，0.780.92；梁子湖分别是3.053.35，2.444.03，0.710.94。综合水质评价结果：水质从优到劣排序为梁子湖牛巢湖水果湖南湖。图3 四湖的Shannon-Wiener指数(H)Fig.3 Time changes of phytoplankton Shannon-Wiener index in four lakes图4 四湖的Margalef指数(d) Fig.4 Time changes of phytoplankton Margalef index in four lakes图5：四湖的Pielou指数(J) Fig.5 Time changes of phytoplankton Pielou index in four lakes3 讨论南湖浮游藻类中，蓝藻在种类和数量上都占绝对优势，说明已经达到富营养化了。普遍认为：硅藻为贫营养型水体的优势种，绿藻为中营养型水体的优势种，而蓝藻为富营养型水体的优势种15。故水果湖同南湖一样为富营养化，而牛巢湖浮游藻类中，绿藻在种类和数量上都占绝对优势，这与许多处于营养状态大型水库情况相似。梁子湖硅藻占优势，硅藻占水体浮游藻类总数的64.3%，为贫营养型水体。从浮游藻类数量指标看，浮游藻类密度大于1106 ind./L为富营养，(0.31)106 ind./L 为中营养，小于0.3106 ind./L为贫营养作为判定水质营养型的标准，南湖和水果湖处于富营养状态，南湖最为严重。牛巢湖为中营养水体，梁子湖处于贫营养状态。 从本研究结果看，4个湖泊尤其是南湖浮游植的Shannon-Weaver指数和Pielou 均匀度指数均很高，水体浮游藻类种类数量达到30个之多，浮游藻类如此高的多样性似乎与南湖水体污染程度和富营养程度有悖。而且，就浮游藻类而言，它们都是光自养生物，具有类似的生态需求，这样高的多样性也不符合生态学的竞争排斥原理，Hutchinson将在同一水体中可以有1050个浮游藻类种类共存的现象称为浮游生物的反论(paradox of the plankton) 16 。群落物种多样性是群落组织独特的生物学特征，但是，迄今为止，对群落多样性的解释依然十分困难，不过，现在已知环境的稳定程度、群落发展的时间长短、种间竞争、空间异质性、捕食压力以及干扰等都是影响群落多样性的因素。如果物理条件不断变化，造成竞争地位的来回转化，那么竞争排除就能够避免，Hutchinson最先提出这种想法，以解释湖泊和海洋中浮游藻类群落的高物种多样性。浮游藻类群落的高物种多样性至少部分地由于竞争排斥过程不停地为环境条件变动所打断。这也说明不同目的物种必须对环境条件有不同的反应，稳定共存才可能实现。Huston通过研究6个物种群落干扰频率对竞争结局的影响，进一步解释环境条件时间变异和干扰对群落的作用，结果表明：无干扰时，较短时间就可竞争排除，物种多样性下降；中度干扰时，竞争排除过程变慢，物种多样性最高；相对于中度干扰的高物种多样性，在高频率干扰时多样性会下降17。对于南湖浮游藻类高物种多样性，作者认为由于不同浮游藻类具有各自的营养物需求特征，受不同的营养物所限制，因而避免了直接竞争，使许多种类共存于同一水体成为可能，而且南湖的富营养化也使浮游藻类拥有丰富的营养源，从而减轻了对营养的竞争18。另外，南湖一直有截污、冲污、调水、人工曝气、疏浚和沿岸景观改造等，这些举措必然会造成对浮游藻类群落的干扰，正如Huston的研究，中度干扰会增加群落的物种多样性。当然，竞争、资源利用、捕食以及时空异质性都是促成种的多样性的主要因子19。对于水体浮游藻类群落而言，竞争对群落结构有重要影响，但它不是唯一决定因素，扰动、环境条件的时空变异、捕食和营养也是影响群落多样性的主要因子，在维持群落结构和物种多样性中也具有不可忽视的作用20。水质从优到劣排序为梁子湖牛巢湖水果湖南湖。牛巢湖和梁子湖内未见大型工厂，工业污染物排放量少，水质相对较好，建议继续对牛巢湖和梁子湖内新增工业设施保持严格环境审批准入，防止引入新的污染源。水果湖接纳了生活污水，导致水质变动较大，应尽快建立实时监测水质机制，大力提高污水处理能力，降低污染物排放量。南湖为中度污染水体,湖泊周围有大量的民众生活,常年排入大量有机污水。鉴于南湖水质已经中度污染,除应加强对湖泊内养鱼厂处理外,还应尽快提高污水处理能力，降低污染物排放量以及湖泊底泥清淤工作，以杜绝二次污染。致 谢 四年的读书生活在这个季节即将划上一个句号，而于我的人生却只是一个逗号，我将面对又一次征程的开始。四年的求学生涯在师长、亲友的大力支持下，走得辛苦却也收获满囊，在论文即将付梓之际，思绪万千，心情久久不能平静。 伟人、名人为我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和赞美献给一位平凡的人，我的导师。我不是您最出色的学生，而您却是我最尊敬的老师。您治学严谨，学识渊博，思想深邃，视野雄阔，为我营造了一种良好的精神氛围。授人以鱼不如授人以渔，置身其间，耳濡目染，潜移默化，使我不仅接受了全新的思想观念，树立了宏伟的学术目标，领会了基本的思考方式，从论文题目的选定到论文写作的指导,经由您悉心的点拨,再经思考后的领悟,常常让我有“山重水复疑无路，柳暗花明又一村”。感谢我的爸爸妈妈，焉得谖草，言树之背，养育之恩，无以回报，你们永远健康快乐是我最大的心愿。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚谢意！同时也感谢学院为我提供良好的做毕业设计的环境。最后再一次感谢所有在毕业设计中曾经帮助过我的良师益友和同学，以及在设计中被我引用或参考的论著的作者。 胡鹏 二零一零年五月参考文献1 孙军, 刘东艳. 多样性指数在海洋浮游藻类研究中的应用: 海洋学报, 2004, 26(1): 62-75. 2 况琪军, 马沛明, 胡征宇等. 湖泊富营养化的藻类生物学评价与治理研究进展, 安全与环境学报, 2005, 5(2): 82-91.3 张远, 郑丙辉, 刘鸿亮. 三峡水库蓄水后的浮游藻类特征变化及影响因素, 长江流域资源与环境, 2006, 15(2): 254-258.4 胡韧, 林秋奇, 王朝晖等. 广东省典型水库浮游藻类组成与分布特征, 生态学报, 2002, 1939-1944.5 舒俭民, 杨荣金, 李志华等. 水体环境对湿地浮游藻类的影响, 环境科学研究, 2006, 19(2): 100-103.6 Liu J K. Advanced hydrobiology, Beijing Science Press, 2000, 76-198.7 Magurran A E. Ecological diversity and its measurement, New jersey: Princeton University Press, 1988, 18(1): 23-25.8 Song X L, Liu Z W, Pan H K. Phytoplankton community structure in Meiliang Bay and Lake Wuli of Lake Taihu, Journal of Lake Sciences, 2007, 19(6): 643-651.9 Hu T, Song E. Introduction to lake biology and the limnoplankton New York Wiley, 1967.10 张茹春, 牛玉璐,