济南流域浮游植物群落生态分布及时空格局

    杨增元 朱中竹 梁晶晶 孟云飞 李庆南 殷旭旺

    摘要：以济南流域为研究区域，分别于2014年5月、8月和11月对济南全流域范围内31个样点的浮游植物群落进行跟踪调查，分析济南流域浮游植物群落生态分布及时空格局。结果表明，济南流域浮游植物类群差异显著；从济南全区域的年物种分布变化上看，济南市水生态南北两侧物种数多于济南主城区，点位平均物种数为20种，浮游植物总物种数在5月份达到峰值，随后逐渐呈现下降的趋势。

    关键词：浮游植物；生态分布；时空格局

    济南市地貌类型特殊，水资源丰富，典型河流较多，国内许多学者在济南开展水文、水利以及水生态研究调查测量；其中水生态调查的水生生物主要是浮游植物、浮游动物、大型底栖动物和鱼类，浮游植物作为水域生态系统的生产者，其群落结构、分布特征和空间格局都直接或间接影响着水域生态系统的结构功能[1-2]；浮游植物是水域生态系统中一个重要环节，浮游植物群落最能真实反映水体的生态条件和营养状态，它与富营养化关系密切，是整个生态系统物质量循环和能量流动的基础[3-5]。流域中浮游植物的群落分布状况和物种多样性情况，也反映水域水质的理化特性，对于流域生态评价具有重要的意义[6-11]；而且对浮游植物群落深层次的物质循环、能量流动和信息传递的研究，能从理论上指导水域生态系统的生态修复和保护[12-13]。本研究通过调查济南流域浮游植物的生态分布和时空格局，探明济南流域浮游植物群落状况，为济南流域保护、利用和管理提供技术支持。

    1材料和方法

    1.1研究区域概况

    济南市位于北纬36°40′，东经117°00′；济南市以泉城著称，是由于特殊的地貌类型，南北海拔差1 100 m有余，造成了地表水和地下水在城区汇集形成泉水；济南市属于温带季风气候，四季分明，年平均气温13.8 ℃年，平均降水量685 mm；此外，济南市水文资源、矿产资源和林业资源丰富；流域生态系统由于经济发展和城市化推进被严重破坏，水生物多样性退化。根据以往的研究经验和实际情况，本研究在济南市及其周边流域共设定31个调查站位（如图1），2014年进行了三次的水生态取样调查。

    1.2浮游植物样品采集

    在 2014年5月、8月和11月分别对各个采样站位进行取样调查，采用MAGELLAN全球定位系统（eXplorist-200）现场测定各采样点经纬度；用采水器在河流中层采集浮游植物混合水样2 L于样品中，并加入鲁哥氏液10～15 mL进行样品固定，将水样运送到实验室沉淀48 h后，进行浓缩、虹吸定容至50 mL倒入50 mL标准样品瓶中，利用光学显微镜和浮游植物计数框进行分类、鉴定和计数。

    1.3数据整理、分析和处理

    通过显微镜鉴定浮游植物之后，整理、分析各样点的浮游植物数据，其中香农多样性指数H'的计算：

    H'=-ΣPi×log2Pi

    其中Pi表示在群落中第i个物种的个体数占总个体数的百分比。

    通过数据整理、分析和处理在Microsoft office 2010上完成济南流域物种、密度年变化规律的柱状图；而济南流域浮游植物群落结构图在ArcMap 9.3上完成。

    2结果

    2.1浮游植物群落结构演变特征

    济南市水生态周年调查共鉴定出浮游植物142种，分属于八大门中。在所鉴定的物种中，硅藻门种类最多，共鉴定出硅藻65种，占整个物种比例的46%；其次是绿藻门的物种，共鉴定出43种，占整个物种比例的30%；位于第三位的是蓝藻门，共鉴定出15种，占整个物种比例的11%。从济南整个流域浮游植物物种年分布状况来看，济南市所有点位平均物种数为20种。从各个点位上浮游植物物种分布状况来看，济南北部8月份物种数较多，各个点位月变化之间无一致性规律（如图2）。

    2.2济南水域浮游植物密度分布年变化

    从济南整个流域浮游植物密度比例年分布状况来看（如图3），5月份济南整个流域浮游植物密度最低，进入8月份浮游植物总密度达到最高，达到7亿个/L，到11月份浮游植物的总密度略有下降。其中蓝藻门的总密度在全年中所占比例始终最大，各次占所鉴定浮游植物总密度的比例都在45%以上，其中密度高的物种有优美平列藻、小颤藻、静水柱胞藻等一些富营养化藻类；位于第二位的是硅藻门，绿藻门总密度位于第三位，从整体上看，济南整体水质呈现富营养化趋势。从济南整个流域浮游植物密度年分布状况来看，济南市浮游植物整体平均密度值为9 400万个/L。在8月份，位于济南北部水域的营子闸，在8月份浮游植物密度最高，达到15 600万个/L，其中小颤藻为优势物种，属蓝藻门，该物种形成稳定群落，优势度明显。在11月份，位于济南南部崮头水库浮游植物密度优势明显，达到18 880万个/L，主要优势物种为小席藻和中华尖头藻，均属蓝藻门，适合在富营养化的水体中大量繁殖。

    2.3济南水域浮游植物多样性分布年变化

    香浓维纳多样性指数能够很好的反应水体的健康状态，在国内外多数流域的调查中得到广泛应用。一般认为香浓维纳指数大于3的点位，水体的健康程度较高。济南整个流域全年浮游植物多样性平均值为2.2，健康状况一般。月变化不大，从5月份济南整个流域浮游植物多样性来看，点位刘家堡桥多样性最高，香濃维纳多样性指数值为3.88，该区域浮游植物物种种类多，各物种密度低，多样性丰富，水体的健康程度较好。从8月份济南整个流域浮游植物多样性来看，垛石街附近河流多样性最高，垛石街位于济南北部区域，其香浓维纳多样性指数值为4.35，该区域浮游植物物种种类多，密度低，多样性丰富。进入11月份，济南全流域浮游植物仍然保持较高的多样性，多样性最大值出现在济南黄台桥，多样性值为359。在全年里位于并渡口、卧虎山水库附近的支流一直显示了较高的浮游植物多样性（如图4）。

    3讨论

    济南市是特殊的地貌类型以及各水域不同程度的污染状况等，都是造成济南水域生态系统的独特性的原因，同时，也是浮游植物空间分布差异的主要原因；浮游植物是水生态系统中重要的一部分，在水域生态系统能量传递、信息交流中起着不可替代的作用，所以物种出现情况及数量、密度的大小和多样性指数等都直接或间接地影响着济南水域生态系统的结构和功能；通过分析济南水域生态系统浮游植物的时空分布情况，可以掌握济南市水域的水质状况和污染情况，及时采取措施予以保护。济南浮游植物群落总物种数在5月份达到最高值，随后逐渐呈现下降趋势，与内陆型湖泊浮游植物群落季节变化相似。从济南全区域的年物种分布变化上看，济南市水生态南北两侧物种数多于济南主城区，点位平均物种数为20种。在8月份，位于济南北部水域的营子闸密度最高，小颤藻为优势物种；在11月份，位于济南南部崮头水库浮游植物密度最高，主要优势物种为小席藻和中华尖头藻。这两个点位分别位于济南的南、北兩侧，都属于水库型流域，优势物种均为蓝藻门的浮游植物，这些浮游植物适合在营养盐含量高的水体中进行大量繁殖，应予以足够重视，定期进行监测防控，控制污染源的渗入。从济南全流域浮游植物多样性分布状况来看，并渡口、卧虎山水库附近的支流浮游植物多样性较高，主要物种为放射舟形藻、曲壳藻、二形栅藻、镰形纤维藻等贫营养性物种，当水体中进入污染物 ，这些物种就会消失，所以应加以重点保护。

    参考文献：

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