银川犀牛湖浮游植物群落结构与多样性

摘要 为探究银川市犀牛湖浮游植物的群落结构与多样性，于2020年冬季（1月）、春季（4月）、夏季（7月）、秋季（10月）对犀牛湖水体的浮游植物进行定性、定量采样分析，研究其种类组成、密度、生物量、时空分布特征，计算其多样性指数。结果表明，2020年全年共检出浮游植物8门87种，绿藻门种类最多（30种），其次是硅藻门、蓝藻门（25、17种），偶见隐藻门、黄藻门、甲藻门和金藻门种类。夏季优势类群为绿藻门，秋季为绿藻门和硅藻门，春季、冬季则为硅藻门。浮游植物全年平均密度为7.12×106 cell/L，年均生物量为5.19 mg/L，二者均在夏季达到峰值，春秋季持平，冬季最低。Shannon-Wiener多样性指数（H′）为2.793～4.520，Margalef丰富度指数（D）为1.171～3.385。水质生物学评价综合分析表明犀牛湖水质总体较好，4个季节水质均在中度污染水平及以下。

关键词 浮游植物；群落结构；密度；生物量；多样性指数

中图分类号 X173 文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2023）22-0066-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.22.017

Phytoplankton Community Structure and Diversity of Xiniu Lake in Yinchuan

LI Hua1，DUAN Jie-reng2，LI Ji-ning3

Abstract To explore the community structure and diversity of phytoplankton in Xiniu Lake in Yinchuan City，qualitative and quantitative sampling analysis was conducted on the phytoplankton in the water body of Xiniu Lake in winter （January），spring （April），summer （July） and autumn （October） in 2020. The species composition，density，biomass，spatiotemporal distribution characteristics and diversity index were studied.The results showed that a total of 87 species of phytoplankton from 8 phyla were detected in 2020，among which 30 species were chlorophyta，25 species were diatoms，17 species were cyanophyta，and cryptophyta，xanthophyta，pyrrophyta and chrysophyta were occasionally observed.The dominant groups were chlorophyta in summer，chlorophyta and bacillariophyta in autumn，and bacillariophyta in spring and winter.The annual average density of phytoplankton was 7.12×106 cell/L，and the annual average biomass was 5.19 mg/L，both of which reached the peak in summer，stayed the same in spring and autumn，and reached the lowest in winter.The shannon-wiener diversity index （H′） was 2.793-4.520，and Margalef richness index （D） was 1.171-3.385.The comprehensive analysis of water quality biological evaluation showed that the water quality of Xiniu Lake was generally good，and the water quality in the four seasons was at or below the moderate pollution level.

Key words Phytoplankton;Community structure;Density;Biomass;Diversity index

浮游植物作为水域生态系统里的初级生产者，为水生生态系统的物质与能量流动奠定基础［1］。浮游植物摄入水中的营养盐用于自身生长，当水体富营养化后，营养盐激增，引发浮游植物大幅度增长，可视为水体富营养化的标志之一［2］。浮游植物自身结构简单，较为脆弱，极易受到外界环境变化的影响，对水域生境变化敏感，因此可根据浮游植物的动态变化推测水域生境的变化，是水环境变化的指示物种之一［3］。浮游植物自身独特的生存策略决定了浮游植物群落结构变化的迅速与精准性［4］，在不同地理位置、营养结构下，浮游植物群落结构差异显著［5］。浮游植物群落结构关系到水生生态系统的稳定，了解其群落结构可为水生态保护提供依据［6］。

银川市地处我国西北干旱、半干旱地区，湖泊是极其珍贵的自然资源和生态景观，对宁夏以及周边地区的生态安全和生态恢复具有重大的战略意义。浮游植物是水生生态系统的重要组成部分，可反映水体水质与生境的变化。该研究利用经典方法与定性定量分析手段，研究银川犀牛湖浮游植物群落动态变化与结构特性，为该地区水质评价、生态环境保护提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域与样点布设

犀牛湖位于银川市西夏区镇北堡镇良渠稍村、同庄村，面积160 hm 水生生物资源丰富，生态物种多样。人工池塘与自然湖泊交织，典型生境包括自然湖泊生境与人工鱼塘生境。该研究设置4个取样点（图1）。于2020年冬季（1月）、春季（4月）、夏季（7月）、秋季（10月）分4次取样，对水体里浮游植物进行定性定量分析。

1.2 浮游植物采样与鉴定

浮游植物样品采集参照《湖泊富营养化调查规范》（第二版）［7］、水库渔业资源调查规范（SL 167—2014）、水生生物调查技术规范（DB11/T 1721—2020）进行。浮游植物鉴定参照《淡水微型生物图谱》［8］和《中国淡水藻类》［9］进行。所采标本鉴定到属或种，计数并计算生物量。

1.3 浮游植物多样性指数

采用Shannon-Wiener物种多样性指数（H′）和Margalef物种丰富度指数（D）分析犀牛湖水生生物物种多样性［10］。计算公式如下：

D=（S-1）/log2N（1）

H′=-∑（ni/N）log2（ni/N）（2）

式中：S为种类数；N为浮游植物总个体数；ni为第i种浮游植物的个体数。

2 结果与分析

2.1 浮游植物种类组成

2020年犀牛湖共检出浮游植物8门87种，其中蓝藻门17种，硅藻门25种，绿藻门30种，裸藻门7种，甲藻门2种，隐藻门2种，金藻门2种，黄藻门2种，以绿藻门种类居多，硅藻门、蓝藻门次之，偶见隐藻门、黄藻门、甲藻门和金藻门种类，见表1。

2020年犀牛湖浮游植物种类数为23～73种。春季物种数为52种，蓝藻门占比26.92%，硅藻占比32.69%，绿藻门占比28.85%。夏季物种数为64种，蓝藻门占比23.44%，硅藻占比23.44%，绿藻门占比34.38%。秋季物种数为73种，蓝藻门占比23.29%，硅藻占比32.88%，绿藻门占比32.88%。冬季物种数为23种，蓝藻门占比8.69%，硅藻门占比65.22%，绿藻门占比26.09%。硅藻门是犀牛湖冬季和春季浮游植物的主要类群，夏季为绿藻门，秋季为绿藻门和硅藻门。冬季到春季物种数目的增加主要在于蓝藻门和绿藻门物种数目的增加。

2.2 浮游植物密度与生物量

2020年犀牛湖浮游植物全年平均密度为7.12×106 cell/L，全年平均生物量为5.19 mg/L。从图2可以看出，春季浮游植物平均密度为6.86×106 cell/L，平均生物量为4.46 mg/L；夏季浮游植物平均密度为12.13×106 cell/L，平均生物量为8.71 mg/L;秋季浮游植物平均密度为7.71×106 cell/L，平均生物量为5.88 mg/L;冬季浮游植物平均密度为1.78×106 cell/L，平均生物量为1.71 mg/L;浮游植物密度和生物量冬季最低，夏季最高，春秋季持平。

2.3 浮游植物多样性指数及优势类群

2020年犀牛湖浮游植物Shannon-Wiener多样性指数（H′）、Margalef丰富度指数（D）与优势类群见表2。H′指数为2.793～4.520，D指数为1.171～3.385。冬季、春季优势类群为硅藻门，夏季优势类群为绿藻门，秋季优势类群为绿藻门和硅藻门。

2.4 水质生物学评价

按照浮游植物丰度方法评价［11］，2020年犀牛湖全年水质总体处于轻度污染，夏季水质最差，达到中度污染；冬季水质最好，接近清洁。按照浮游植物多样性指数（H′）评价［12］，犀牛湖全年水质总体保持清洁，冬季水质出现轻度污染，秋季最好。若根据丰富度指数（D）判断［12］，全年犀牛湖水质处于中度污染，冬季水质最差，秋季最好。

3 讨论

3.1 浮游植物种类、密度、生物量

银川犀牛湖属于西北内陆干旱半干旱地区典型浅水型湖泊，浮游植物群落丰度、密度和生物量变化很大，物种总数、主要功能群、优势种变化明显。犀牛湖浮游植物种类丰富，全年检出8门87种，变化幅度大，最低时只有23种，最高可达73种，呈现冬季低、秋季高的态势，其中，冬季到春夏季浮游植物物种数目的增加主要源自蓝藻门和绿藻门物种数目的增加。全年绿藻门、蓝藻门和硅藻门占据主要优势，蓝藻门集中于春季、夏季、秋季，而硅藻门四季分布较为均匀；绿藻门冬季分布最少，春季次之，夏季、秋季分布广泛。浮游植物优势种群变化明显，夏季的优势物种为绿藻门，春季、冬季的优势物种为硅藻门，秋季则为绿藻门和硅藻门，变化频率高。由此可见浮游植物群落主体结构为蓝-绿-硅藻型，属于典型高纬度冷水质水体。

浮游植物的现存量指的是某一瞬间单位水体中所存在的浮游植物的量，当采用数目单位（cell/L）时，一般指平均密度，而采用重量单位（mg/L）即指生物量。不同藻类间比重不同，因此二者数值间并无明显比例对应关系，但在变化趋势上基本相同。犀牛湖浮游植物密度和生物量以季节变化为主，呈现冬季低、夏季高、春秋季持平的特征，变化幅度大，密度与生物量最高值均是最低值的5倍以上。

从2020年全年整体数据看，浮游植物结构较为常见和合理，短期内物种的大量缺失和增加的可能性较小。横向对比上，选取的4个样点间物种差异性总体不大。冬季占优势的硅藻个体较大，沉积效应明显，生活水层较深，这表明藻类习性的差异与浮游植物群落根据具体生境的变化对自身结构组成的调整。

3.2 浮游植物多样性指数

多样性是表征群落稳定性的重要参数［13］，通常情况下，物种多样性越大，群落结构越复杂，群落稳定性越高。从Shannon-Wiener多样性指数（H′）来看，平均指数达到3.092，总体群落结构较为复杂;从Maegalef丰富度指数（D）来看，全年浮游植物数目分配较为均匀；综合两者可知，犀牛湖浮游植物群落结构复杂，多样性指数适中，物种分配合理。此外，这2种指数反映倾向不同，前者倾向群落复杂程度，后者倾向于物种分配均匀程度，在分析具体群落结构时，需结合具体情况进行分析。从多样性指数（H′）和丰富度指数（D）变化来看，冬季浮游植物多样性程度和丰富度均为最低，在春秋季回升，并在秋季达到峰值，冬季降至最低，多样性指数、丰富度指数与浮游植物物种数目变化趋势相近，藻类生态位重叠度适中，夏季藻类重叠性略高。从优势种群看，夏季绿藻门作为主要功能群，物种分布广泛，种类数多，促进了多样性指数和丰富度指数的增长；而作为冬季优势类群的硅藻门，硅藻门整体耐寒耐低营养盐环境，自身比重大且易沉积［14］，因此数量少、分布不均的硅藻门导致浮游植物多样性降低。物种的多样性指数高，说明自身调节能力的增强［15］，可见犀牛湖浮游群落在夏秋季结构处于较稳定时期，冬春季自身调节能力减弱。综合考察浮游植物的群落结构稳定性需结合多方面指标，从多样性来看，犀牛湖浮游植物群落结构在秋季最为复杂和稳定，冬季最差。从优势种群来看，优势种种类数越多且优势度越小，则群落的结构越复杂和稳定［16］，两方面均表明秋季是犀牛湖浮游植物群落结构最稳定时期。