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摘要[目的]研究沿岸浮游植物与环境因子的关系。[方法]于2015年1～12月在巢湖西半湖万年埠进行了浮游植物统计和相关环境因子监测分析。应用CANOCO 4.5软件对获得的浮游植物数据和环境因子数据进行了RDA分析，并作出了物种分布和环境因子关系的二维排序图。[结果]共鉴定出浮游植物8门43属63种，群落组成以蓝藻、硅藻、隐藻和绿藻为主，月藻类密度为1.51×106～20000×106个/L。RDA分析表明，1～4月，微囊藻和鱼腥藻主要受TN和NO3-N的影响，而5～10月，微囊藻和鱼腥藻主要受T、pH、TP、PO4-P、DTP和TN的影响。[结论]该研究为巢湖水华治理提供了科学依据。
关键词巢湖；浮游植物；环境因子；RDA分析
中图分类号S181.3文献标识码A文章编号0517-6611（2016）27-0102-04
Abstract[Objective] To study on the relationship between phytoplankton and related environmental factors. [Method] Statistics and environmental factors analysis of phytoplankton were carried in the littoral zone of Wannianbu， Chaohu Lake from January to October in 2010. Redundancy analysis was applied to explore the relationship between phytoplankton and related environmental factors using CANOCO 4.5. The speciesenvironment biplots were drawn based on the result of RDA. [Result] The results showed that phytoplankton had 63 species belong to 43 genera of 8 phyla. The phytoplankton community was dominated by Cyanophyta， Cyanophyta， Cryptophyta and Chlorophyta. The phytoplankton had an abundance ranging from 1.51×106 to 20000×106 cells/L. Microcystis and Anabaena were remarkably affected by TN and NO3N during Jan.-Apr.. However， Microcystis and Anabaena were remarkably affected by T， pH， TP， PO4P， DTP and TN During May-Oct. [Conclusion] The study can provide scientific basis for algal bloom control in Chaohu Lake.
Key wordsChaohu Lake； Phytoplankton； Environmental factors； Redundancy analysis
浮游植物是淡水生态系统中重要的初级生产者，在淡水生态系统的能量流动、物质循环和信息传递中起着至关重要的作用[1]。浮游植物与环境之间有着密切关系，其种类的组成和分布变化对环境的变化具有指示作用，同时环境条件的改变也直接或间接地影响浮游植物的群落结构[2]。由于人类活动、生活污水和工业废水的排放，使浅水湖泊氮、磷含量急剧增加，藻类大量繁殖，形成水华[3-5]，巢湖受到富营养化的危害。
巢湖是我国五大淡水湖泊之一，水域面积800 km2[6]。巢湖西半湖受城市污染较多，水质处于劣V类水标准。近年来，西半湖水华发生时间提前，持续时间延长，严重影响人们的生产生活。有关水华暴发的原因很多，至今尚无确切的理论。笔者对巢湖浮游植物群落的种类组成、优势种及浮游植物密度的时空分布规律进行研究，并结合相关环境因子数据，探讨了浮游植物密度与环境因子之间的关系，旨在为水华暴发成因研究提供基础资料。
1材料与方法
1.1研究地点与采样时间
万年埠位于巢湖西半湖，常年受东南风影响，水体严重富营养化，无水生植被。夏季蓝藻水华暴发，优势种为铜绿微囊藻和水华鱼腥藻。为研究浮游植物群落结构与环境因子的关系，于2015年1～12月进行定点采样。为减少采样时间不同带来的误差，每天（重要节日除外）的采样工作于8：30开始，采样点S（坐标31.687 3，117309 9）设置如图1所示。
1.2样品采集与分析
按《淡水浮游生物研究方法》[7]，浮游藻类定性样品用25#浮游生物网采集表层水。定量样品用德国进口柱状采水器在图1中S采样点取水样500 mL，用鲁哥氏液固定，固定剂用量为水样的1%，带回实验室沉淀48 h后，用虹吸法吸取上清液，浓缩至30～50 mL。镜检时用量筒量取浓缩样品，充分摇匀，取0.1 mL浓缩液置于浮游植物计数框中，在40倍物镜下全片计数。夏季蓝藻水华暴发时，用细胞破碎仪将藻类群体打散为单个细胞，然后采用视野法计数，种类鉴定依据《中国淡水藻类》[3]。
1.3水样理化指标的测定
采集水样的同时，现场测定采样点的水温（T）、pH、溶氧量（DO）和透明度（SD）。根据《水和废水监测分析方法》[8]，测定总磷（TP）、可溶性磷（DTP）、正磷酸盐（PO4-P）、总氮（TN）、氨态氮（NH4-N）、硝态氮（NO3-N）和亚硝态氮（NO2-N）。 1.4数据统计
在Excel 2007中对数据进行整理，利用CANOCO 4.5软件包进行浮游植物种类与环境的关系分析。先对物种数据进行DCA分析，分析完成后在“Log View”窗口找到各特征值分布部分“Lengths of gradient”信息，4个轴中梯度最大值小于3，因此选择线性模型中的冗余分析方法（RDA）。为使浮游植物的细胞密度数据获得正态分布，将其进行log（x+1）转换。
2结果与分析
2.1水体理化指标
由表1可知，不同季节水温变化幅度较大，从1月开始逐渐上升，到8月最大，平均为31.0 ℃，然后随着时间的推移水温逐渐下降；pH变化幅度不大，全年平均为7.84，呈弱碱性；DO先下降，8月降至最低，平均为4.35 mg/L，其后随着水温的下降，DO逐渐上升；8月藻类大量繁殖，使SD降低为8 cm。
TP、DTP和PO4-P随时间的推移呈先升高后降低的趋势。TP变化范围为0183～0.352 mg/L，最高值出现在7月；DTP、PO4-P的最高值均出现在6月，其变化范围分别为0.030～0.083、0010～0.047 mg/L。
TN、NH4-N和NO3-N最高值均出现在2月，分别为4.520、1.507和1.217 mg/L。
2.2浮游植物种类组成及细胞密度
2015年定性、定量鉴定的浮游植物包括蓝藻门、绿藻门、硅藻门、甲藻门、金藻门、裸藻门、隐藻门和黄藻门8个门类，共计43属63种（含变种）。其中，以绿藻的种类数最多，为15属26种；其次是硅藻，10属12种；蓝藻的种类数位居第3，6属10种；裸藻4属6种，隐藻2属3种，甲藻3属3种，金藻2属2种，黄藻1属1种。由表2可知，巢湖万年埠沿岸浮游植物种类数以5月为多，达到56种，8月种类数最少，为26种。这是由于一般情况下随着水温的升高，浮游植物繁殖加快，种类也增加，而当气温非常高时，优势种占主导地位，导致其他物种减少。
浮游植物细胞密度是水生生态系统功能和水质评价的重要指标之一，通过镜检计数，计算巢湖万年埠沿岸周年浮游植物的细胞密度。由表3可知，巢湖万年埠沿岸浮游植物细胞密度以8月最高，达200.00×106个/L，3月最少，为151×106个/L。从全年浮游植物细胞密度来看，巢湖万年埠沿岸富营养化现象严重。
2.3浮游植物种类与环境因子RDA分析
根据浮游植物密度，选取14种浮游植物（表4），并以浮游植物密度为响应变量，以T、pH、DO、TP、DTP、PO4-P、TN、NH4-N和NO3-N 9种环境因子为解释变量，用CANOCO 4.5进行冗余分析（RDA）。
由表5可知，水华前和水华后1轴中浮游植物种类与环境因子的相关性均较高，分别为0.790和0.681。从图2可以看出，巢湖水华前，与微囊藻、鱼腥藻、束丝藻和小环藻呈显著正相关的是TN、NO3-N和DO，呈显著负相关的是TP 、PO4-P和DTP；与隐藻、蓝隐藻呈显著正相关的是TP和PO4-P；与栅藻、盘星藻和舟行藻呈显著正相关的是NO3-N、DTP和pH。从图3可以看出，巢湖发生水华后，与微囊藻、鱼腥藻、颤藻、舟行藻和空球藻呈明显正相关的是T、pH、TP、DTP和TN；与栅藻、盘星藻、裸藻和针杆藻呈明显正相关的是NO3-N。
3结论与讨论
（1）该研究结果表明，巢湖万年埠沿岸微囊藻和鱼腥藻主要受TN和NO3-N的影响，而5～10月微囊藻和鱼腥藻主要受T、pH、TP、PO4-P、DTP和TN的影响。从全年浮游植物细胞密度来看，巢湖万年埠沿岸带富营养化严重，其细胞密度高于1.00×106个/L。水华前浮游植物主要种类有蓝藻、硅藻、隐藻和绿藻，发生水华后主要种类是蓝藻中的微囊藻，隐藻和绿藻较少出现。水华前和水华后浮游植物主要种类存在差异，这一方面是由于微囊藻可以分泌他感物质并使其他藻类具有较低的生长率[9-10]；另一方面，巢湖万年埠水华前平均TN/TP值为16.1，发生水华后TN/TP值为7.7。因此，微囊藻分泌的他感物质和较低TN/TP值可能是发生水华后隐藻和绿藻较少出现的原因。
（2）Steinberg等[11]研究表明，在TP浓度超过10 μg/L时，蓝藻的生长很大程度上受物理因子的影响。孔繁翔等[12]研究提出，形成水华的主导因子是水文条件、气象因素。该研究中，湖水中TP处于富营养化水平，浓度远远超过10 μg/L，因此，TP不是巢湖浮游植物生长的限制因素。发生水华后，微囊藻与T相关性最高，这与Steinberg等[11-12]的结论相吻合。水华前，巢湖水体中出现大量的鱼腥藻，可能与巢湖水体TN/TP值较低有关[13]。
（3）巢湖万年埠位于西半湖，属亚热带气候，发生水华一般在7～8月，但2013年水华提前在5月发生。蓝藻水华发生的水温条件一般大于20.0 ℃。在温室效应的影响下，2013年5月平均水温为22.4 ℃，且这一时期降水量小，为91.8 mm，水体稳定性强，并具备营养盐基础，因此蓝藻迅速繁殖，形成水华。
（4）研制环保型化肥，提高土壤对氮、磷的吸收率，从而控制氮、磷流向水体。要求巢湖流域周边企业实行达标排放，施行对外源污染的控制，以控制氮、磷水平。采用人工捞取、生物操纵、底质清淤和种植湿地植物方法，控制浮游植物大量繁殖。然而，对于大型浅水湖泊富营养化问题，不能单方面考虑，须因地制宜，因时制宜，统筹兼顾。
参考文献
[1] 张婷.熊河水库浮游藻类群落结构的周年变化[J].生态学报，2009，29（6）：2971-2979.
[2] LEPIST L，HOLOPAINEN A L，VUORISTO H.Typespecific and indicator taxa of phytoplankton as a quality criterion for assessing the ecological status of Finnish boreal lakes[J].Limnologica，2004，34：236-248. [3] 胡鸿钧，魏印心.中国淡水藻类：系统、分类及生态[M].北京：科学出版社，2006.
[4] SCHLESINGER W H.Biogeochemistry：An analysis of global chang [M].San Diego：Academic Press，1991.
[5] VITOUSEK P M，MOONEY H A，LUBCHENKO J，et al.Human domination of earth’s ecosystems[J].Science，1997，277：494-499.
[6] 王成贵，曹勇，汪海波.巢湖西半湖水体富营养化污染状况及防治对策[J].安徽农业科学，2005，33（8）：1475-1476.
[7] 章宗涉，黄祥飞.淡水浮游生物研究方法[M].北京：科学出版社，1991.
[8] 国家环境保护总局，水和废水监测分析方法编委会.水和废水监测分析方法[S].4版.北京：科学出版社，2002.
[9] WALSBY A E，KINSMAN R，GEORGE K I.The measurement of gas vesicle and buoyant density in planktonic bacteria[J].Journal of microbiology methods，1992，15：293-309.
[10] WALSBY A E.Gas vesicles[J].Microbiol research，1994，58：94-101.
[11] STEINBERG C E W，HARTMANN H M.Plankton bloomforming cyanobacteria and the eutrophication of lakes and rivers[J].Freshwater biology，1988，20：279-287.
[12] 孔繁翔，高光.大型浅水富营养化湖泊中蓝藻水华形成机理的思考[J].生态学报，2005，25（3）：589-594.
[13] 姜霞，王书航，钟立香.巢湖藻类生物量季节性变化特征[J].环境科学，2010，31（9）：2056-2062.
关键词巢湖；浮游植物；环境因子；RDA分析
中图分类号S181.3文献标识码A文章编号0517-6611（2016）27-0102-04
Abstract[Objective] To study on the relationship between phytoplankton and related environmental factors. [Method] Statistics and environmental factors analysis of phytoplankton were carried in the littoral zone of Wannianbu， Chaohu Lake from January to October in 2010. Redundancy analysis was applied to explore the relationship between phytoplankton and related environmental factors using CANOCO 4.5. The speciesenvironment biplots were drawn based on the result of RDA. [Result] The results showed that phytoplankton had 63 species belong to 43 genera of 8 phyla. The phytoplankton community was dominated by Cyanophyta， Cyanophyta， Cryptophyta and Chlorophyta. The phytoplankton had an abundance ranging from 1.51×106 to 20000×106 cells/L. Microcystis and Anabaena were remarkably affected by TN and NO3N during Jan.-Apr.. However， Microcystis and Anabaena were remarkably affected by T， pH， TP， PO4P， DTP and TN During May-Oct. [Conclusion] The study can provide scientific basis for algal bloom control in Chaohu Lake.
Key wordsChaohu Lake； Phytoplankton； Environmental factors； Redundancy analysis
浮游植物是淡水生态系统中重要的初级生产者，在淡水生态系统的能量流动、物质循环和信息传递中起着至关重要的作用[1]。浮游植物与环境之间有着密切关系，其种类的组成和分布变化对环境的变化具有指示作用，同时环境条件的改变也直接或间接地影响浮游植物的群落结构[2]。由于人类活动、生活污水和工业废水的排放，使浅水湖泊氮、磷含量急剧增加，藻类大量繁殖，形成水华[3-5]，巢湖受到富营养化的危害。
巢湖是我国五大淡水湖泊之一，水域面积800 km2[6]。巢湖西半湖受城市污染较多，水质处于劣V类水标准。近年来，西半湖水华发生时间提前，持续时间延长，严重影响人们的生产生活。有关水华暴发的原因很多，至今尚无确切的理论。笔者对巢湖浮游植物群落的种类组成、优势种及浮游植物密度的时空分布规律进行研究，并结合相关环境因子数据，探讨了浮游植物密度与环境因子之间的关系，旨在为水华暴发成因研究提供基础资料。
1材料与方法
1.1研究地点与采样时间
万年埠位于巢湖西半湖，常年受东南风影响，水体严重富营养化，无水生植被。夏季蓝藻水华暴发，优势种为铜绿微囊藻和水华鱼腥藻。为研究浮游植物群落结构与环境因子的关系，于2015年1～12月进行定点采样。为减少采样时间不同带来的误差，每天（重要节日除外）的采样工作于8：30开始，采样点S（坐标31.687 3，117309 9）设置如图1所示。
1.2样品采集与分析
按《淡水浮游生物研究方法》[7]，浮游藻类定性样品用25#浮游生物网采集表层水。定量样品用德国进口柱状采水器在图1中S采样点取水样500 mL，用鲁哥氏液固定，固定剂用量为水样的1%，带回实验室沉淀48 h后，用虹吸法吸取上清液，浓缩至30～50 mL。镜检时用量筒量取浓缩样品，充分摇匀，取0.1 mL浓缩液置于浮游植物计数框中，在40倍物镜下全片计数。夏季蓝藻水华暴发时，用细胞破碎仪将藻类群体打散为单个细胞，然后采用视野法计数，种类鉴定依据《中国淡水藻类》[3]。
1.3水样理化指标的测定
采集水样的同时，现场测定采样点的水温（T）、pH、溶氧量（DO）和透明度（SD）。根据《水和废水监测分析方法》[8]，测定总磷（TP）、可溶性磷（DTP）、正磷酸盐（PO4-P）、总氮（TN）、氨态氮（NH4-N）、硝态氮（NO3-N）和亚硝态氮（NO2-N）。 1.4数据统计
在Excel 2007中对数据进行整理，利用CANOCO 4.5软件包进行浮游植物种类与环境的关系分析。先对物种数据进行DCA分析，分析完成后在“Log View”窗口找到各特征值分布部分“Lengths of gradient”信息，4个轴中梯度最大值小于3，因此选择线性模型中的冗余分析方法（RDA）。为使浮游植物的细胞密度数据获得正态分布，将其进行log（x+1）转换。
2结果与分析
2.1水体理化指标
由表1可知，不同季节水温变化幅度较大，从1月开始逐渐上升，到8月最大，平均为31.0 ℃，然后随着时间的推移水温逐渐下降；pH变化幅度不大，全年平均为7.84，呈弱碱性；DO先下降，8月降至最低，平均为4.35 mg/L，其后随着水温的下降，DO逐渐上升；8月藻类大量繁殖，使SD降低为8 cm。
TP、DTP和PO4-P随时间的推移呈先升高后降低的趋势。TP变化范围为0183～0.352 mg/L，最高值出现在7月；DTP、PO4-P的最高值均出现在6月，其变化范围分别为0.030～0.083、0010～0.047 mg/L。
TN、NH4-N和NO3-N最高值均出现在2月，分别为4.520、1.507和1.217 mg/L。
2.2浮游植物种类组成及细胞密度
2015年定性、定量鉴定的浮游植物包括蓝藻门、绿藻门、硅藻门、甲藻门、金藻门、裸藻门、隐藻门和黄藻门8个门类，共计43属63种（含变种）。其中，以绿藻的种类数最多，为15属26种；其次是硅藻，10属12种；蓝藻的种类数位居第3，6属10种；裸藻4属6种，隐藻2属3种，甲藻3属3种，金藻2属2种，黄藻1属1种。由表2可知，巢湖万年埠沿岸浮游植物种类数以5月为多，达到56种，8月种类数最少，为26种。这是由于一般情况下随着水温的升高，浮游植物繁殖加快，种类也增加，而当气温非常高时，优势种占主导地位，导致其他物种减少。
浮游植物细胞密度是水生生态系统功能和水质评价的重要指标之一，通过镜检计数，计算巢湖万年埠沿岸周年浮游植物的细胞密度。由表3可知，巢湖万年埠沿岸浮游植物细胞密度以8月最高，达200.00×106个/L，3月最少，为151×106个/L。从全年浮游植物细胞密度来看，巢湖万年埠沿岸富营养化现象严重。
2.3浮游植物种类与环境因子RDA分析
根据浮游植物密度，选取14种浮游植物（表4），并以浮游植物密度为响应变量，以T、pH、DO、TP、DTP、PO4-P、TN、NH4-N和NO3-N 9种环境因子为解释变量，用CANOCO 4.5进行冗余分析（RDA）。
由表5可知，水华前和水华后1轴中浮游植物种类与环境因子的相关性均较高，分别为0.790和0.681。从图2可以看出，巢湖水华前，与微囊藻、鱼腥藻、束丝藻和小环藻呈显著正相关的是TN、NO3-N和DO，呈显著负相关的是TP 、PO4-P和DTP；与隐藻、蓝隐藻呈显著正相关的是TP和PO4-P；与栅藻、盘星藻和舟行藻呈显著正相关的是NO3-N、DTP和pH。从图3可以看出，巢湖发生水华后，与微囊藻、鱼腥藻、颤藻、舟行藻和空球藻呈明显正相关的是T、pH、TP、DTP和TN；与栅藻、盘星藻、裸藻和针杆藻呈明显正相关的是NO3-N。
3结论与讨论
（1）该研究结果表明，巢湖万年埠沿岸微囊藻和鱼腥藻主要受TN和NO3-N的影响，而5～10月微囊藻和鱼腥藻主要受T、pH、TP、PO4-P、DTP和TN的影响。从全年浮游植物细胞密度来看，巢湖万年埠沿岸带富营养化严重，其细胞密度高于1.00×106个/L。水华前浮游植物主要种类有蓝藻、硅藻、隐藻和绿藻，发生水华后主要种类是蓝藻中的微囊藻，隐藻和绿藻较少出现。水华前和水华后浮游植物主要种类存在差异，这一方面是由于微囊藻可以分泌他感物质并使其他藻类具有较低的生长率[9-10]；另一方面，巢湖万年埠水华前平均TN/TP值为16.1，发生水华后TN/TP值为7.7。因此，微囊藻分泌的他感物质和较低TN/TP值可能是发生水华后隐藻和绿藻较少出现的原因。
（2）Steinberg等[11]研究表明，在TP浓度超过10 μg/L时，蓝藻的生长很大程度上受物理因子的影响。孔繁翔等[12]研究提出，形成水华的主导因子是水文条件、气象因素。该研究中，湖水中TP处于富营养化水平，浓度远远超过10 μg/L，因此，TP不是巢湖浮游植物生长的限制因素。发生水华后，微囊藻与T相关性最高，这与Steinberg等[11-12]的结论相吻合。水华前，巢湖水体中出现大量的鱼腥藻，可能与巢湖水体TN/TP值较低有关[13]。
（3）巢湖万年埠位于西半湖，属亚热带气候，发生水华一般在7～8月，但2013年水华提前在5月发生。蓝藻水华发生的水温条件一般大于20.0 ℃。在温室效应的影响下，2013年5月平均水温为22.4 ℃，且这一时期降水量小，为91.8 mm，水体稳定性强，并具备营养盐基础，因此蓝藻迅速繁殖，形成水华。
（4）研制环保型化肥，提高土壤对氮、磷的吸收率，从而控制氮、磷流向水体。要求巢湖流域周边企业实行达标排放，施行对外源污染的控制，以控制氮、磷水平。采用人工捞取、生物操纵、底质清淤和种植湿地植物方法，控制浮游植物大量繁殖。然而，对于大型浅水湖泊富营养化问题，不能单方面考虑，须因地制宜，因时制宜，统筹兼顾。
参考文献
[1] 张婷.熊河水库浮游藻类群落结构的周年变化[J].生态学报，2009，29（6）：2971-2979.
[2] LEPIST L，HOLOPAINEN A L，VUORISTO H.Typespecific and indicator taxa of phytoplankton as a quality criterion for assessing the ecological status of Finnish boreal lakes[J].Limnologica，2004，34：236-248. [3] 胡鸿钧，魏印心.中国淡水藻类：系统、分类及生态[M].北京：科学出版社，2006.
[4] SCHLESINGER W H.Biogeochemistry：An analysis of global chang [M].San Diego：Academic Press，1991.
[5] VITOUSEK P M，MOONEY H A，LUBCHENKO J，et al.Human domination of earth’s ecosystems[J].Science，1997，277：494-499.
[6] 王成贵，曹勇，汪海波.巢湖西半湖水体富营养化污染状况及防治对策[J].安徽农业科学，2005，33（8）：1475-1476.
[7] 章宗涉，黄祥飞.淡水浮游生物研究方法[M].北京：科学出版社，1991.
[8] 国家环境保护总局，水和废水监测分析方法编委会.水和废水监测分析方法[S].4版.北京：科学出版社，2002.
[9] WALSBY A E，KINSMAN R，GEORGE K I.The measurement of gas vesicle and buoyant density in planktonic bacteria[J].Journal of microbiology methods，1992，15：293-309.
[10] WALSBY A E.Gas vesicles[J].Microbiol research，1994，58：94-101.
[11] STEINBERG C E W，HARTMANN H M.Plankton bloomforming cyanobacteria and the eutrophication of lakes and rivers[J].Freshwater biology，1988，20：279-287.
[12] 孔繁翔，高光.大型浅水富营养化湖泊中蓝藻水华形成机理的思考[J].生态学报，2005，25（3）：589-594.
[13] 姜霞，王书航，钟立香.巢湖藻类生物量季节性变化特征[J].环境科学，2010，31（9）：2056-2062.