冬季乌梁素海浮游藻类群落结构特征.pdf

冬季乌梁素海浮游藻类群落结构特征 * 于玲红1张晓雅1李卫平1李兴2徐静1薛烨1李贵地 1 1. 内蒙古科技大学能源与环境学院， 内蒙古 包头 014010; 2. 内蒙古师范大学内蒙古节水农业工程研究中心， 呼和浩特 010022 摘要 为了研究冬季乌梁素海浮游藻类群落结构特征， 于 2012 年 11 月至 2013 年 2 月对乌梁素海的浮游植物群落结 构及水环境状况进行了调查。结果显示， 在采集的 32 个水样中共采集到浮游植物 8 门 66 属。其中， 绿藻门 20 属、 硅 藻门 18 属、 蓝藻门 16 属、 裸藻门 6 属、 隐藻门、 甲藻门各 2 属， 金藻门、 黄藻门各 1 属。冬季乌梁素海浮游植物的种群 数量较高， 平均数量达 3. 27 107cell/L。优势种群为栅藻属、 衣藻属、 弓形藻属、 镰形纤维藻属、 小环藻属、 针杆藻属、 脆杆藻属、 舟形藻属、 菱形藻属、 裸藻属、 席藻属、 尖头藻属、 平裂藻属。依据所测定的各项指标， 表明冬季乌梁素海水 质处于中富富营养状态， 部分样点处于重富营养状态。相关性分析结果表明 乌梁素海浮游植物数量与水温呈显著 的正相关， 与透明度、 COD 呈现负相关。 关键词 浮游藻类; 群落结构; 乌梁素海 DOI 10. 13205/j． hjgc． 201403011 CHAＲACTEＲISTICS OF PLANKTONIC ALGAL COMMUNITY IN WINTEＲ IN LAKE WULIANGSUHAI Yu Linghong1Zhang Xiaoya1Li Weiping1Li Xing2Xu Jing1Xue Ye1Li Guidi1 1. The College of Environment ＆ Energy Ｒesources，Inner Mongolia University of Science ＆ Technology，Baotou 014010，China; 2. Inner Mongolia Engineering Ｒesearch Center for Water- Saving Agriculture，Inner Mongolia Normal University，Hohhot 010022，China AbstractIn order to study the characteristic of planktonic algae community in winter in Lake Wuliangsuhai， a survey was carried out in Lake Wuliangsuhai about the community structure of phytoplankton and water environment status from november 2012 to february 2013． The investigation results indicated that there were 66 genera in 8 phylum of phytoplankton in 32 water samples collected， among which there were 20 genera in Chlorophyta， 18 genera in Bacillariophyta， 16 genera in Cyanophyta， 6 genera in Euglenophyta， 2 genera in Cryptophyta， 2 genera in Pyrrophyta， Chrysophyta and Xanthophyta edch 1 genera． The phytoplankton population of Lake Wuliangsuhai in winter is higher，the average number of phytoplankton is 3. 27 107cell/L． The supenor genus were Scenedesmus，Chamydomonas，Schroederia，Ankistrodesmus falcatus，Cyclotella，Synedra， Fragilaria， Navicula，Nitzschia，Euglena，Phormidium，Ｒaphidiopsis and Merismopedia． According to the determination of each index indicated that the water quality was in moderate- eutrophication levels and part of the samples in heavy eutrophication state in winter of Lake Wuliangsuha． Ｒelated analysis showed that the phytoplankton quantity was positively correlated with water temperature and negatively correlated with transparency，COD． Keywordsplanktonic algae;community structure;Lake Wuliangsuhai * 国家自然科学基金项目 41263010; E090301 。 收稿日期 2013 －06 －06 浮游植物 phytoplankton 是一个生态学概念， 包括 所有生活在水中以浮游生活方式为主的微小植物， 通常 就指浮游藻类 ［ 1 ］。浮游藻类是水生态系统的生产者， 也 是水体生态系统食物链中最基础且最重要的一个部分， 其种类和数量的变化直接或间接地影响着其他水生生 物的分布和丰度， 甚至会影响整个生态系统的稳定。此 外， 浮游植物与水质的关系密切， 不同类群对水环境变 化的敏感性和适应能力各异 ［ 2- 4 ］。有关乌梁素海水质评 价及富营养化方面的研究很多， 但关于浮游植物结构特 征方面的资料还很欠缺。本文通过对冬季乌梁素海水 体浮游藻类群落结构的初步调查， 希望能为当地的水环 境生态保护和渔业发展、 提供理论依据。 1湖区概况 乌梁素海位于内蒙古自治区巴彦淖尔市乌拉特 34 水污染防治 Water Pollution Control 前旗境内， 是我国八大淡水湖之一。湖泊位于北纬 4036 ～ 4103， 东经 10843 ～ 10857。湖泊呈南 北长、 东西窄的狭长形态， 湖岸线长 130 km。湖泊蓄 水量 2. 5 亿 ～3 亿 m3， 水深为 0. 5 ～3. 0 m， 平均水深 1. 5 m， 水域面积 273. 32 km2。所在地区的多年平均 气温为 7. 3 ℃， 多年平均降雨量为 224 mm， 蒸发量为 1 502 mm， 全年无霜期为 152 d， 湖水于每年 11 月初 结冰， 次年 4 月份解冻， 冰封期为 5 个月。 乌梁素海还是横跨欧亚大陆鸟类栖息和迁移的 重要场所， 是黄河中上游重要的保水、 蓄水和调水基 地， 也是全球范围内荒漠半荒漠化地区极为少见的具 有很高生态效益的大型多功能大型草型湖泊， 是地球 上同一纬度最大的自然湿地， 在中国湿地、 荒漠及动 物物种三大生态系统保护中均居于重要地位［5- 6 ］。 2研究方法 2. 1采样时间与采样点设置 实验于2012 年11 月2013 年2 月在乌梁素海进 行采样， 根据乌梁素海的形态、 水文及水功能区划分 图1 状况， 共设置 10 个代表性的采样点， 其具体分 布见图 2。其中 I12、 J11 点靠近总排干沟的排水口; L11 靠近八排干沟排水口; L15、 N13 靠近乌梁素海中间 位置， 位于渔业用水区; O10 靠近九排干沟排水口， 位 于混合区; Q8 位于景观娱乐用水区; Q10 位于过渡区; S6 位于农业用水区; V3 靠近出水口。每次取样点位置 利用 GPS 定位， 取样时间定为每月中旬。 2. 2水样采集与处理 用 1L 的广口塑料瓶于水面下0. 5 m 左右采集水 样， 每处采集 2 瓶水样用于定性、 定量分析， 并用 Multi340i 便携式水质测定仪、 赛氏盘、 流速仪等现场 测定 pH 值、 溶解氧 DO 、 水温 WT 、 透明度 SD 、 流速。水样带回实验室后进行总氮 TN 、 总磷 TP 、 氨氮 NH 4 - N 、 化学需氧量 COD 、 硝态氮 NO － 3 - N 、 亚硝态氮 NO － 2 - N 等指标的测定， 具体测 定方法参照 水和废水监测分析方法 第四版 中的 分析方法。用于定量样品测定的水样， 现场加入 15‰鲁哥氏液 称取4 g 碘及6 g 碘化钾， 溶于100 mL 纯水中 固定。带回实验室后， 静置沉淀 48 h， 静置 后用虹吸管在水面下缓慢吸去上清液， 浓缩定容至 30 mL， 充分摇匀后， 吸取0. 1 mL 水样于计数框内， 盖 上盖玻片， 在 10 倍 40 倍的光学显微镜下进行计 数， 每个样品计数 2 次， 取其平均数值， 每次计数结果 与平均值之差不应大于 15［7- 11 ］。浮游藻类分类 图 1乌梁素海水环境功能图 Fig．1Water environment functional diagram of Lake Wuliangsuhai 图 2乌梁素海采样点分布 Fig．2Distribution map of sampling sites in Lake Wuliangsuhai 鉴定依据 环境微生物图谱 ［12- 14 ］等图谱。优势藻鉴 定到种， 其他种类鉴定到属或种。 44 环境工程 Environmental Engineering 3结果与分析 3. 1水环境理化因子 乌梁素海各采样点的水环境指标见表 1， 样点 水温在 0. 5 ～ 6. 0 ℃ 波动; pH 值在 7. 22 ～ 8. 45， 其 平均值为 7. 89。从表 1 中可以看出 J11 样点的 NH 4 - N、 COD、 TN、 TP、 NO － 3 - N、 NO － 2 - N 在 10 个样点 中均处于最高， 其次 TN、 TP 含量较高的是 I12、 L15， 主要原因是 J11、 I12 靠近总排排水口， L15 靠近八 排排水口。总排、 八排、 九排每年都有大量的农田 退水排入湖中， 使得湖泊氮磷含量增加。各样点 氮、 磷含量均超出 V 类水水质标准， TN 的超标倍数 为4. 44 倍 ～ 10. 31 倍， TP 的超标倍数为 1. 13 倍 ～ 23. 71 倍， N/P 平均比例为 18∶ 1， 表明乌梁素海是磷 限制性湖泊， 这与史小红 ［15 ］、 张晓晶［16 ］等人的研究 结果一致。根据我国湖泊富营养化评价标准 ［17 ］ ， 从 单向指标 SD、 TN、 TP 来看， O10 处于中富营养状态， 从 TN、 TP 这两项指标来看， I12、 J11、 L11、 L15 点处于 重富营养状态， 其他点位 TN 属于重富营养， TP 属于 中富营养富营养， 这与 2007 年代进峰 ［18 ］的研究结 果基本一致。 表 1乌梁素海各采样点水环境理化因子 Table 1Physical and chemical factors of water environment at various sampling sites in Lake Wuliangsuhai 采样点 水温/ ℃ pH SD/ m 水深/ m ρ NH 4 - N / mg L －1 ρ COD / mg L －1 ρ TN / mg L －1 ρ TP / mg L －1 ρ NO － 3 - N / mg L －1 ρ NO － 2 - N / mg L －1 I121. 87. 410. 61. 701. 4134. 6816. 961. 3530. 130. 028 J111. 87. 611. 031. 6213. 88187. 6820. 622. 7410. 480. 146 L112. 07. 220. 710. 714. 5132. 6413. 931. 290. 070. 06 L151. 88. 131. 471. 800. 1361. 29. 891. 3140. 060. 012 N132. 27. 950. 741. 670. 6840. 812. 210. 0710. 006 O100. 57. 990. 631. 850. 7120. 411. 460. 2270. 430. 014 Q103. 48. 170. 881. 700. 7585. 6810. 420. 1152. 150. 012 Q84. 88. 221. 011. 900. 81104. 88. 870. 1340. 017 S65. 47. 751. 241. 840. 6753. 0410. 790. 2320. 007 V36. 08. 452. 382. 750. 58110. 1612. 110. 0230. 090. 003 中富营养0. 71. 20. 1 富营养0. 46. 00. 5 重富营养＜0. 1＞6. 0＞0. 5 3. 2浮游植物的种类组成 2012 年 11 月至 2013 年 2 月， 在采集到的 32 个 水样中共鉴定出浮游藻类 8 门 66 属， 其种属构成如 表 2 所示。其中包括绿藻门 20 属， 硅藻门 18 属， 蓝 藻门 16 属， 裸藻门 6 属， 隐藻门 2 属， 甲藻门 2 属， 金 藻门和黄藻门各 1 属。从不同门类上看， 绿藻门和硅 藻门是乌梁素海浮游植物种类构成最丰富的种群， 分 别占总数的 30. 30和 27. 27; 其次为蓝藻门， 占总 数的 24. 24; 再者为裸藻门， 占总数的 9. 09; 隐藻 门、 金藻门、 甲藻门及黄藻门的种类较少， 只占总数的 3. 03和 1. 52， 其比例构成如图 3 所示， 表明乌梁 素海冬季浮游植物种类组成表现为绿藻 － 硅藻 － 蓝 藻型。 3. 3浮游藻类的数量及优势属的空间分布特征 在调 查 期 内， 各 样 点 浮 游 藻 类 的 数 量 均 在 106cell/L以上 图 4 ， 范围在 2. 4 106～ 1. 74 108cell/L， 其平均数量为 3. 27 107cell/L。乌梁素 海浮游藻类在各区域的分布不均匀， 入水口及湖心区 图 3乌梁素海浮游植物种类构成比例 Fig．3The proportion of phytoplankton species in Lake Wuliangsuhai 藻类数量明显高于出水口， 出水口附近的样点数量相 差不大。从图 4 可以看出 V3、 S6、 Q8 样点处的藻类 数量较低， 其中 V3 数量最低， 为 2. 4 106cell/L。 I12、 N13、 O10、 L15 处的藻类数量较高， 其中 O10 数 量最高， 为 1. 74 108cell/L。这三个样点处分布的 浮游植物种类也最丰富。J11 样点的营养盐浓度虽 然较高， 但是这两样点处的流速较快， 藻类不容易聚 集， 因此数量也较低。 54 水污染防治 Water Pollution Control 表 2乌梁素海浮游植物种类组成 Table 2Composition of phytoplankton species in Lake Wuliangsuhai 门类浮游植物种类门类浮游植物种类门类浮游植物种类门类浮游植物种类 绿藻门 Chlorphyta 衣藻属 Chamydomonas 鞘毛藻属 Coleochaete 绿梭藻属 Chlorogonium 弓形藻属 Schroederia 顶棘藻属 Chodatella 小球藻属 Chlorella 螺旋纤维藻属 Ankistrodesmus 镰形纤维藻属Ankistrodesmus falcatus 卵囊藻属 Oocystis 月牙藻属 Selenastrum 十字藻属 Crucigenia 盘星藻属 Pediastrum 栅藻属 Scenedesmus 空星藻属 Coelastrum 集星藻属 Actinastrum 丝藻属 Ulothrix 角星鼓藻属 Staurastrum 新月藻属 Closterium 鼓藻属 Cosmarium 四孢藻属 Tetraspora 硅藻门 Bacillariophyta 直链藻属 Melosira 小环藻属 Cyclotella 等片藻属 Diatoma 针杆藻属 Synedra 卵形藻 Cocconeis 脆杆藻属 Fragilaria 平板藻属 Tabellaria 辐节藻属 Stauroneis 舟形藻属 Navicula 异极藻属 Gomphonema 桥弯藻属 Cymbella 曲壳藻属 Achnanthes 双菱藻属 Surirella 窗纹藻属 Epithemia 菱形藻 Nitzschia 尖刺菱形藻属Nitzschia pungens 羽纹藻属 Pinnularia 星杆藻属 Asterionella 蓝藻门 Cyanophyta 颤藻 Oscillatoria 鱼腥藻 Anabeana 微囊藻 Microcystis 平裂藻 Merismopedia 席藻 Phormidium 色球藻属 Chroococcus 腔球藻属 Coelosphaerium 蓝纤维藻属 Dactylococcopsis 念珠藻属 Nostoc 束丝藻属 Aphanizomenon 螺旋藻属 Spirulina 胶刺藻属 Gloeotrichia 双尖藻属 Hammatoidea 尖头藻属 Ｒaphidiopsis 柱孢藻属 Cylindrospermum 项圈藻属 Anabaenopsis 裸藻门 Euglenophyta 隐藻门 Cryptophyta 甲藻门 Pyrrophyta 金藻门 Chrysophyta 黄藻门 Xanthophyta 裸藻 Euglena 扁裸藻 Phacus 隐藻属 Cryptomonas 蓝隐藻属 Chroomonas 裸甲藻属 Gymnodinium 薄甲藻属 Glenodinium 黄群藻属 Synura 黄丝藻属 Tribonema 图 4各采样点浮游植物数量 Fig．4Phytoplankton density in each sample point 冬季乌梁素海浮游植物种类比较丰富， 以绿藻的 数量最多， 在每个样点都有分布， 主要有栅藻属中的 尖细栅藻 Scenedesmus acuminatus 、 龙骨栅藻 Sce． Cavinatus 、斜 生 栅 藻 Sce． oblipuus 、衣 藻 属 Chamydomonas 、 弓形藻属 Schroederia 、 镰形纤维 藻 Ankistrodesmus falcatus ; 其次为硅藻门的小环藻 属 Cyclotella 、针 杆 藻 Synedra 、脆 杆 藻 Fragilaria 、 舟形藻 Navicula 、 菱形藻 Nitzschia ， 蓝藻门的席藻 Phormidium 、 尖头藻属 Ｒaphidiopsis 、 平裂藻 Merismopedia 、 裸藻门的裸藻属 Euglena 。 此外， 硅藻门平板藻 Tabellaria 、 隐藻门的卵形隐藻 Cryptomonas Ovata 出现的频率也很高， 而甲藻、 黄 藻、 金藻数量很少， 只在少数样点处出现， 金藻门的黄 群藻属 Synura 仅在 V3 有发现， 甲藻仅在 1 月份又 发现， 黄丝藻属 Tribonema 只在 11 月份采样中发现 一次。 3. 4乌梁素海浮游植物与理化指标相关性分析 采用 SPSS 17. 0 软件对乌梁素海浮游植物与理 化指标做 Pearson 相关性分析。通过相关性分析得出 的浮游植物与各环境因子的相关性见表 3。 从表 3 可以看出 乌梁素海浮游植物数量与水温 呈极显著正相关; 浮游植物的数量与透明度、 COD 呈 现出负相关。 4结论 1乌梁素海冬季水环境指标显示， 乌梁素海所 设的 10 个表性采样点有 4 个点位处于重富营养状 态， 其他点位属于中富富营养状态。TN、 TP 超标严 重， 均已超出 V 类水质标准。 2从研究结果来看， 乌梁素海冬季浮游植物种 群构成有绿藻、 硅藻、 蓝藻、 裸藻、 甲藻、 隐藻、 金藻、 黄 藻， 共 8 门 66 属， 其中主要以绿藻门、 硅藻门、 蓝藻门 三大门类为主， 分别占总数的 30. 30、 27. 27、 24. 24; 优势种以绿藻门的栅列藻、 衣藻、 弓形藻、 镰 形纤维藻、 硅藻门的小环藻、 舟形藻、 针杆藻、 脆杆藻、 菱形藻、 蓝藻门的席藻、 平裂藻、 尖头藻、 裸藻门的裸 藻属为主要优势属。 3乌梁素海浮游植物数量与水温呈极显著正相 关; 浮游植物的数量与透明度、 COD 呈现出负相关。 64 环境工程 Environmental Engineering 表 3乌梁素海浮游植物数量与理化指标相关性分析 Table 3The phytoplankton quantity and physicochemical index correlation analysis table of Lake Wuliangsuhai pH水温透明度水深流速TNTPCODNH 4 - NNO － 3 - NNO － 2 - N数量 pH1 水温0. 476 0. 164 1 透明度0. 612 0. 060 0. 676* 0. 032 1 水深0. 555 0. 096 0. 638* 0. 047 0. 854＊ ＊ 0. 002 1 流速0. 529 0. 116 0. 451 0. 191 0. 764* 0. 010 0. 848＊ ＊ 0. 002 1 TN－0. 630 0. 051 －0. 390 0. 265 0. 208 0. 564 －0. 254 0. 479 0. 108 0. 767 1 TP－0. 602 0. 066 0. 490 0. 151 －0. 175 0. 628 －0. 407 0. 243 0. 090 0. 804 0. 815＊ ＊ 0. 004 1 COD0. 232 0. 520 0. 293 0. 410 0. 399 0. 253 0. 142 0. 695 0. 503 0. 139 0. 412 0. 237 0. 444 0. 199 1 NH 4 - N 0. 459 0. 182 －0. 280 0. 433 －0. 129 0. 723 －0. 295 0. 408 0. 090 0. 805 0. 863＊ ＊ 0. 001 0. 873＊ ＊ 0. 001 0. 695* 0. 026 1 NO － 3 - N0. 290 0. 529 0. 123 0. 793 －0. 230 0. 621 －0. 290 0. 528 －0. 325 0. 477 －0. 248 0. 592 －0. 326 0. 476 0. 166 0. 722 －0. 070 0. 882 1 NO － 2 - N－0. 526 0. 119 －0. 349 0. 323 －0. 197 0. 585 －0. 350 0. 321 0. 025 0. 945 0. 862＊ ＊ 0. 001 0. 908＊ ＊ 0. 000 0. 641* 0. 046 0. 991＊ ＊ 0. 000 －0. 101 0. 829 1 数量－0. 275 0. 441 0. 851＊ ＊ 0. 002 －0. 735* 0. 016 －0. 393 0. 262 －0. 356 0. 312 0. 191 0. 597 －0. 070 0. 848 －0. 688* 0. 028 －0. 238 0. 508 －0. 220 0. 635 －0. 171 0. 637 1 注*表示在 0. 05 水平 双侧 上显著相关。 ＊ ＊表示在 0. 01 水平 双侧 上显著相关。 参考文献 ［1］刘建康． 高级水生生物学［ M］ ． 北京 科学出版社， 1999. ［2］姜雪芹， 禹娜， 毛开云， 等． 冬季上海市城区河道中浮游植物群 落结构及水质的生物评价［J］ ． 华东师范大学学报． 自然科学 版， 2009 2 78- 87. ［3］江源， 王博， 杨浩春， 等． 东江干流浮游植物群落结构特征及与 水质的关系［J］ ． 生态环境学报． 自然科学版， 2011， 20 11 1700- 1705. ［4］张华胡， 鸿钧， 晁爱敏， 等． 浙江紧水滩水库浮游植物群落结构 季节变化特征［ J］ ． 生态学报， 2013， 33 3 ， 944- 956. ［5］史小红． 乌梁素海营养元素及其存在形态的数值模拟分析 ［D］． 呼和浩特 内蒙古农业大学， 2007. ［6］赵锁志， 孔凡吉， 赵军， 等． 内蒙古乌梁素海底泥总氮空间分布 特征［J］． 现代地质， 2009， 23 1 82- 85. ［7］周谐， 郑坚， 黄书铭， 等． 三峡库区重庆段浮游藻类调查及水质 评价［J］． 中国环境监测， 2006， 22 4 70- 73. ［8］宋立钧， 郝桂玲， 杜迎欣， 等． 洋河水库浮游植物群落组成分析 与水质评价［J］ ． 南水北调与水利科技， 2011， 9 5 63- 67. ［9］冯慧， 张建军， 杨兴中， 等． 黄河龙羊峡 刘家峡河段浮游植 物调查及水质的生物评价［J］ ． 安徽农业科学， 2008， 35 33 14716- 14717. ［ 10］刘梅芳， 万文， 裴国凤． 南湖春季细菌和浮游藻类群落的动态变 化［J］． 中南民族大学学报． 自然科学版， 2007， 26 3 36- 39. ［ 11］柴小颖． 光照和温度对三峡库区典型水华藻类生长的影响研究 ［D］． 重庆 重庆大学， 2009. ［ 12］马放， 杨基先， 魏利， 等． 环境微生物图谱［M］． 北京 中国环境 科学出版社， 2010. ［ 13］周凤霞， 陈剑虹． 淡水微型生物与底栖动物图谱［M］． 2 版． 北 京 化学工业出版社， 2011. ［ 14］胡鸿钧． 中国淡水藻类［M］． 上海 上海科学技术出版社， 1980. ［ 15］史小红， 李畅游， 贾克力， 等． 灌区湖泊污染主成分分析［J］． 节 水灌溉， 2007 6 13- 16. ［ 16］张晓晶， 李畅游， 贾克力， 等． 乌梁素海水体透明度分布及影响 因子相关性分析［J］． 湖泊科学， 2009， 21 6 879- 884. ［ 17］邓春光． 三峡库区富营养化研究［M］． 北京 中国环境科学出版 社， 2007. ［ 18］代进峰． 乌梁素海水环境现状评价与趋势预测的研究［D］． 呼 和浩特 内蒙古农业大学， 2008. 第一作者 于玲红 1967 － ， 女， 教授， 研究方向为水污染控制及水处 理技术。ylh0730163． com 74 水污染防治 Water Pollution Control