新沂夏季浮游植物群落結構特征研究

黃俊 占明飛 黃杰 陳瑩瑩 王偉

摘要 為了解新沂浮游植物群落結構的多樣性特征，于2019年夏季對新沂市主要河流、湖泊的浮游植物群落結構進行調查。結果表明：共鑒定出浮游植物7門84屬，其中以綠藻門居多，其次是硅藻門和藍藻門。采樣點浮游植物密度在303.3×104～8 676.8×104個/L，生物量在2.46～21.11 mg/L，Shannon-Wiener多樣性指數為1.26～3.32，Pielou均勻度指數為0.53～0.86，Margalef多樣性指數為0.37～2.42?；趦瀯莘N的等級聚類和非度量多維標度分析結果表明，樣本群落可分為2組。不同空間的環境差異造成了浮游植物群落結構差異，沭河和沂河的浮游植物組成相似度較低，但沭河和水庫的浮游植物組成相似度較高。

關鍵詞 浮游植物;群落結構;新沂

中圖分類號 Q145 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2021）17-0074-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.17.020

Abstract In order to understand the diversity characteristics of the phytoplankton community structure in Xinyi， the main rivers and lakes in Xinyi City were investigated in the summer of 2019.The results showed that there were 84 genera of phytoplankton in 7 phyla.The Chlorophyta was the most abundance taxa and followed by Diatom and Cyanophyta.The phytoplankton density of the whole sampling points was 303.3×104-8 676.8×104cells/L，and the biomass was 2.46-21.11 mg/L，Shannon-Wiener diversity index was 1.26-3.32，Pielou evenness index was 0.53-0.86，the Margalef index was 0.37-2.42.The results of hierarchical clustering and non-metric multi-dimensional scaling analysis showed that sampling points can be divided into two groups.The structure of phytoplankton communities were influenced by spaces.The similarity of phytoplankton composition between Shuhe and Yihe was low，but the similarity of phytoplankton composition between Shuhe and the reservoir was relatively high.

Key words Phytoplankton;Community structure;Xinyi

近年來，隨著生物多樣性保護工作的開展，區域性水生態本底調查資料日趨增多。浮游植物作為區域水生態調查的重要組成部分，在指示水質、判斷水體健康程度等方面具有積極應用[1-3]。早在2000年，歐盟水框架指令（WFD）就將浮游植物納入河流湖泊監測范圍[4]，與傳統理化監測方式相比，通過監測浮游植物的群落特征可以全面及時地掌握水環境質量的動態變化過程，但難以確定污染物的種類、濃度，靈敏性和專一性也不如理化檢測[5-6]。

新沂位于江蘇北部、徐州市東部（117°59′～118°39′E，34°06′～34°26′N），東靠沭陽、東海，南隔沂河、駱馬湖與宿遷相望，西鄰邳州，北鄰山東郯城縣，土地總面積1 616 km2。境內河流縱橫，水面廣闊，流域性河湖有沭河、沂河、新沂河、中運河、駱馬湖，區域性河道有17條，河道總長374 km，中小型水庫30座，總庫容9 897萬m3。其中，駱馬湖不僅是沂河、中運河洪水的主要調蓄湖泊，還是國家南水北調東線輸水工程的主要調節水庫之一[7]。

目前，關于駱馬湖水質和富營養化的研究較為廣泛[8-10]，但對駱馬湖周邊匯入水體的浮游植物調查卻鮮有報道。該研究通過對新沂市多個河流斷面進行調查，以期獲得浮游植物數據，為新沂市水生生物保護、生態修復及水質評價提供科學依據和理論基礎。

1 材料與方法

1.1 采樣點設置和采樣時間 于2019年7月選擇江蘇省新沂市主要河湖和水庫為調查對象，進行浮游植物的樣品采集。采樣點布設參照《生物多樣性調查技術規范—內陸浮游生物》[11]，同時考慮到河湖、水庫（高塘、阿湖、黃巢關）的分布及樣點均勻性，分別設置15個采樣點，開展浮游植物的調查監測。各采樣點分布見圖1。

1.2 樣本采集和處理

浮游植物定性樣品的采集采用25號浮游生物網（網孔直徑為64 μm），在水面表層呈“∞ ”字形緩慢撈取浮游植物樣品，并將網內濃縮液置于100 mL塑料水樣瓶中，經4%甲醛固定，帶回實驗室鏡檢。

浮游植物定量樣品的采集采用有機玻璃采水器在水深0.5 m處采集水樣1 L，現場用15 mL魯哥氏液固定。樣品帶回實驗室后移入沉淀器，靜置24 h后定容至30 mL，在10×40倍顯微鏡下定量鏡檢（Phenix XSP-36）[12]。浮游植物鑒定參考《中國淡水藻類——系統、分類及生態》[13]。

1.3 數據處理和分析

多樣性指數常用的指標有優勢度指數（Y）、Shannon-Wiener多樣性指數（H′）、Pielou均勻度指數（J′）和Margalef多樣性指數（D′），其中優勢度指數Y>0.02為優勢種屬[14]。在使用多樣性指數進行生物學評價時，水體富營養化及評價標準參照參考文獻[15]。

各指數計算公式如下：

式中，N為所有物種的個體總數;ni為第i種的個體總數;fi為第i種藻類在各站位出現的頻率;S為浮游生物的物種數。

采用等級聚類法（Cluster）研究不同區域浮游植物優勢種的分布，先將物種密度原始數據進行log（x+1）轉換，在聚類過程中選用Bray-Curtis（Ward法）來度量類群與類群之間的相似程度，采用非度量多維標度（non-metric multidimensional scaling）方法分析不同流域浮游植物組成的相似關系，將轉換后的物種數據計算Bray-Curtis相似性指數，建立各浮游植物群落的相似性矩陣，脅強系數（Stress）用以度量二維NMDS的擬合優度，Stress<0.05為擬合程度極高，Stress<0.10為擬合程度較高，Stress<0.20為擬合程度一般，Stress>0.30為擬合程度較差[16-17]。

原始數據的記錄和保存在Excel 2010中完成，多樣性指數的計算和作圖在R-4.0.2中完成，新沂市水系圖來自Landsat8 OLE，運用Arcgis解譯完成。

2 結果與分析

2.1 浮游植物的群落結構

2.1.1 種類組成。該調查的定量樣品中，共鑒定到包括硅藻門、隱藻門、綠藻門、藍藻門、甲藻門、裸藻門和黃藻門共計84屬。其中，硅藻門19屬，綠藻門35屬，藍藻門17屬，裸藻門6屬，甲藻門3屬，黃藻門3屬，隱藻門1屬。各采樣點浮游植物組成見表1。該調查鑒定到的綠藻門種屬數最多，優勢屬（括號內數字為優勢度）為柵藻屬（Scenedesmus，0.06）和小球藻屬（Chlorella，0.32），硅藻門種屬數次之，優勢屬有小環藻屬（Cyclotella，0.04）;藍藻門優勢屬為微囊藻屬（Microcystis，0.05）、色球藻屬（Chroococcus，0.04）、平裂藻屬（Merismopedia，0.03）和顫藻屬（Oscillatoria，0.09）。

2.1.2 密度和生物量。

分析結果顯示，浮游植物主要以藍藻門和綠藻門為主，調查區域內浮游植物密度為303.3×104～8 676.8×104個/L，其中3號采樣點浮游植物密度最大，9號采樣點浮游植物密度最低。其中沭河流域浮游植物的平均密度高于水庫和沂河流域。浮游植物生物量的變化范圍為2.46～21.11 mg/L，其中3號采樣點最大，13號采樣點最低（圖2）。從各點位的浮游植物組成可知，沭河浮游植物主要以藍藻為主，其余采樣點綠藻占多數。

2.2 浮游植物的多樣性評價

2.2.1 多樣性。

對各點位浮游植物進行了物種多樣性分析（圖3），從圖3可見，Shannon-Wiener多樣性指數為1.26～3.32，Pielou均勻度指數為0.53～0.86，Margalef多樣性指數為0.37～2.42，各采樣點多樣性指數變化各異。

通過水環境污染等級標識可知，新沂市各采樣點Shannon-Wiener多樣性指數多處于β-中污狀態，其中峰值出現在采樣點12，谷值出現在采樣點3，其他采樣點差異性不大。Pielou均勻度指數的峰值出現在采樣點7，谷值出現在采樣點3，因此采樣點均處于輕污狀態。Margalef多樣性指數最大值出現在采樣點12，最低值出現在采樣點3，多數采樣點處于α-中污染狀態。

2.2.2 優勢種的聚類和排序 。

在Bray-Curtis距離矩陣的基礎上，采用Ward最小方差等級聚類分析作出聚類樹枝圖（圖4），由圖4可知，各采樣點在0.8的距離水平上分為2個聚類類型，各聚類包含站點和所處位置不同。從聚類結果可以看出，沭河采樣點2、3、4自成一束，群落組成差異較小，但樣點5不同，其位于沭河和新沂河的交匯口，具有不同的群落結構。水庫采樣點1、14、15自成一束，其中1號采樣點為小型水庫，14、15為中型水庫。水庫采樣點和沂河水域采樣點具有較高的相似性。

基于Bray-Curtis距離的相似性系數對各采樣點和河流的浮游植物優勢種屬進行非度量多維標度（non-metric multidimensional scaling，NMDS）分析排序，分析結果（圖5）顯示，各采樣點總體Stress值為0.148 1，河流樣本Stress值為0.083 1，樣本脅強系數顯示其擬合程度分別為一般和較高。圖5中任意樣本的距離代表其相似度，距離越近表示具有較高的生境需求。各采樣點的NMDS分析結果和Ward最小方差等級聚類分析結果一致，均可分為2組，其中水庫和沂河的浮游植物具有較高的相似性，但中型水庫和小型水庫的浮游植物的相似度較低。單獨對河流樣本的NMDS分析顯示其可分為2組，分別是沭河和沂河。

3 討論

3.1 新沂市浮游植物群落空間分布

新沂市位于華北平原，屬淮河流域沂、沭水系，其境內水網發達，特別是駱馬湖，為江蘇省第四大淡水湖泊。據《江蘇魚類志》記載，駱馬湖浮游植物共有89屬102種[18]。受調查季節、時間的限制，調查結果差異較大，相關研究表明，在2017年夏季發現駱馬湖浮游植物有6門32屬，而全年監測結果顯示，駱馬湖浮游植物共有7門71種屬[9，19]。沂、沭流域的歷史調查資料較為匱乏，沂河流域的歷史調查結果表明浮游植物有7門73屬[20]。在目前已知的調查結果中，駱馬湖、沂河主要以藍藻、綠藻和硅藻為主，與該調查結果較為一致，該調查共發現浮游植物7門84屬，重量、密度的高值主要出現在沭河。

在空間分布上，浮游植物群落的地理差異明顯，駱馬湖（11～12）和水庫（1、14、15）主要以藍藻、綠藻為主，沂河（7～10）主要以硅藻、綠藻為主，沭河（2～5）主要以藍藻為主。在穩定的湖泊、水庫等水體中綠藻、藍藻易形成相互競爭的群落優勢種，而在河流等混合度較高的不穩定水體中硅藻所占比例會大幅提高，其次硅藻門屬于較為原始的門類，更能適應生存在一些極端環境中[21]。

從密度和生物量上來看，沭河流域浮游植物的平均密度要高于其他調查區域。沭河穿越人口稠密的新沂市區，外來性營養物質的不斷輸入，增加了水體環境的異質性，其間攔河閘壩較多，閘壩的建設雖然在防洪、灌溉等方面取得了較大的經濟效益，但也在不同程度上引起河道干涸、斷流以及水動力學的變化，對河流的生態環境帶來了巨大影響[22]。一方面，閘壩等水利工程的建設不僅切斷了河流的連通性，阻礙水生生物的自然遷移，容易造成污染物質富集[23]，進而使得浮游植物群落結構趨于單一化，耐污物種大量繁殖，降低浮游植物多樣性;另一方面，閘壩調控所導致的河道水動力條件的改變也會在很大程度上影響水生環境中浮游植物的群落結構及密度分布[24]。

3.2 新沂市浮游植物的多樣性特征

物種多樣性是指用一定空間范圍內物種的數量和分布特征來衡量生物的多樣性水平，評價群落種類的豐富度、數量分布的均勻程度和異質性?；谏锒鄻有灾笖捣▽π乱适懈鞑蓸狱c的評價結果表明，多數水體處于輕污或者中度污染水平，采樣點3具有最小值，浮游植物物種種類為11種屬，其浮游植物群落結構多樣性水平較低，從密度和生物量的角度來看，具有富營養化的趨勢。有報道指出，一般水體所受污染越嚴重，Shannon-Wiener多樣性指數越低，而浮游植物種類種數越接近，Pielou均勻度指數越高[25]。Shannon-Wiener多樣性指數、Pielou均勻度指數和Margalef指數評價結果有一定的差別，有研究指出，Shannon-Wiener指數和Pielou指數對浮游植物群落多樣性有較好的解釋，而用Margalef指數解釋浮游植物群落多樣性時應謹慎[26]。

物種聚類和排序的結果反映了物種的分布和數量，非度量多維標度分析是以排序為手段的統計分析方法來研究群落組成和演替與環境因子的關系[17]，主要思想是使用盡可能少的排序軸（通常是2～3軸）充分展示不同樣方群落結構的距離關系。將聚類分析與排序結合在一起使用，2種方法相輔相成，能更好、更直觀地解釋物種之間的相似性關系。聚類和NMDS分析顯示，樣本點可分為2組。由于不同采樣點的環境差異造成了浮游植物群落的組成差異，夏季沭河和沂河流域具有不同的浮游植物群落結構。除此之外，水庫和沂河的浮游植物群落結構相似性較高，究其原因主要是由于水庫采樣點較少或沭河下游駱馬湖湖區浮游植物的生活環境和水庫的生活環境有一定的相似性。

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