摘　要　為探究星云湖微囊藻密度周年變化及其與水質指標的關系. 基于2017年12月至2018年11月星云湖浮游藻類密度和部分水質理化指標的監測數據，分析了微囊藻密度和優勢度周年變化特征，通過Pearson相關分析和多元逐步回歸分析探討了星云湖微囊藻密度周年變化與水質指標間的相互關系. 結果表明，微囊藻是星云湖浮游藻類群落組成的絕對優勢屬，周年內優勢度高達0.821—0.995. 微囊藻密度月度變化明顯，變化范圍4.97×107—7.79×108cells·L−1，年均2.94×108cells·L−1，最大值出現在2018年6月，最小值出現在2018年3月. 從季節上看，夏秋季密度相對較高，分別達4.55×108cells·L−1和3.90×108cells·L−1;春季次之，為2.09×108cells·L−1;冬季最低，為1.21×108cells·L−1. Pearson相關性分析和多元逐步回歸分析結果表明，WT、TP、BOD5和N/P是與星云湖微囊藻密度周年變化密切相關的主要水質指標.

　　關鍵詞　星云湖，微囊藻，水質指標，多元逐步回歸分析.

　　藍藻水華暴發是湖泊富營養化的典型特征[1]. 藍藻水華的暴發不僅影響水體自然景觀和城市供水，而且有毒藍藻產生的微囊藻毒素(microcystin，MC)嚴重危害著水生態系統的安全[2]. 能夠形成藍藻水華的藻類包括微囊藻(Microcystis)、魚腥藻(Anabaena)、顫藻(Oscillatoria)和束絲藻(Aphanizomenon)等，有時直鏈硅藻(Melosira)也伴隨藍藻大量滋生[3]，但微囊藻水華是被公認為發生最多、影響范圍最廣的藍藻水華[4]. 我國眾多湖庫均有微囊藻水華暴發的報道[4−7].藻類密度是湖庫水質和營養型評價中最基本的藻類生物學指標之一[8]. 藻類密度是直接反映水體中藻類聚集程度的指標，而浮游藻類的生長受到多種環境因子的制約[9]. 特定的水體中，環境因子對藻類的影響作用各不相同.

　　近年來，學者們對不同水體微囊藻密度時空分布及其影響因素開展了大量研究[10−12]，但這些研究主要集中在微囊藻水華期間進行，對于微囊藻密度在較長時間尺度下的變化及其與水質因子的關系研究較為少見.星云湖(24°17′—24°24′N，102°45′—102°49′E)是云南省九大高原湖泊之一，屬于珠江流域南盤江水系源頭湖泊，水域面積34.7 km2，平均水深7 m[13]. 隨著流域內社會經濟的快速發展，入湖污染負荷總量不斷增加，星云湖水體富營養化程度不斷加劇. 根據玉溪市環境監測站資料，自2002年以來，星云湖以微囊藻為絕對優勢類群的藍藻水華頻繁發生，湖泊生態系統日益惡化. 因此，有必要對星云湖微囊藻種群數量變化及其機制進行研究.

　　目前，已有學者[14−15]對星云湖浮游藻類群落結構進行了調查，并對微囊藻密度及優勢度進行了分析，但以上調查只是針對部分月份進行，并不能全面表征星云湖微囊藻種群數量的動態變化;同時，星云湖微囊藻密度變化與水質指標的相關性研究也尚未見報道.本研究基于2017年12月至2018年11月星云湖藻類密度及部分水質理化指標監測數據，分析了星云湖微囊藻密度及優勢度周年變化特征，同時篩選出了與微囊藻密度變化密切相關的水質指標，旨在為星云湖微囊藻水華的防控及治理提供基礎資料.

　　1 材料與方法(Materialsandmethods)

　　1.1 數據來源

　　本研究用于分析的數據來源于玉溪市環境監測站2017年12月至2018年11月例行監測數據，具體包括微囊藻密度、藻類總密度、水溫(WT)、pH值、電導率(Cond)、氨氮(NH3-N)、總氮(TN)、總磷(TP)、溶解氧(DO)、高錳酸鹽指數(CODMn)、五日生化需氧量(BOD5)、化學需氧量(CODCr)和氮磷比(N/P)等13項生物、理化指標.全湖共設置3個例行監測點位，其中S1位于湖泊南部(省控點)，S2位于湖泊中心(國控點)，S3位于湖泊北部(省控點).

　　于每月上旬對各點位浮游藻類及理化指標進行表層(水面下0.5 m)和深層(水面下6 m)采樣分析. 其中，浮游藻類定量樣品為表層和深層混合樣(各0.5 L)，樣品處理參考《水和廢水監測分析方法(第四版)》[16]進行，浮游藻類鑒定參考《中國淡水藻類—系統、分類及生態》[17]等資料進行，樣品鑒定到屬水平. 理化指標樣品不進行表深層混合，同一點位表深層樣品分別測定后取算術平均值代表該點位值. WT采用現場溫度計法測定;pH采用玻璃電極法測定;Cond采用實驗室電導率儀法測定;NH3-N采用納氏試劑分光光度法測定;TN采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測定;TP采用鉬酸銨分光光度法測定;DO采用碘量法測定;CODMn采用酸性高錳酸鉀法測定;BOD5采用稀釋與接種法測定;CODCr采用重鉻酸鹽法測定.

　　1.2 數據處理及分析

　　根據微囊藻密度占比及出現率計算其優勢度(Y)，公式為：Y=Ni/N×fi，式中，Ni為微囊藻密度，N為藻類總密度，fi為微囊藻的出現率.微囊藻密度、優勢度及水質理化指標取月均值(3個點位算術平均值)進行周年變化分析. 將所有數據在Excel2003中建立基礎數據庫，采用SPSS13.0對微囊藻密度和11項水質指標進行Pearson相關性分析和多元逐步回歸分析，篩選出與星云湖微囊藻密度周年變化密切相關的水質指標. 相關分析前，經K-S方法檢驗，所有變量均滿足正態分布.

　　2 結果與討論(Resultsanddiscussion)

　　2.1 水質指標周年變化

　　星云湖水質理化指標周年變化情況. 其中，WT波動范圍為10.5—23.6 ℃，年均18.8 ℃，最低出現在2月，最高出現在7月. pH值變化范圍8.89—9.40，年均9.16，顯示了星云湖水體呈弱堿性，最低出現在3月，最高出現在11月. NH3-N濃度變化范圍為0.118—0.546 mg·L−1，年均0.246 mg·L−1，最低出現在11月，最高出現在3月.TN濃度在0.96—1.79 mg·L−1間變化，年均1.24 mg·L−1，最低為12月，最高為7月. TP濃度在0.10—0.36 mg·L−1間變化，年均0.23 mg·L−1，2月最低，7月最高. N/P變化范圍3.4—12.9，年均6.5，11月最低，2月最高. BOD5變化范圍1.1—7.1 mg·L−1，年均3.0 mg·L−1，最低出現在2月，最高出現在6月.

　　2.2 微囊藻密度及優勢度周年變化

　　星云湖微囊藻密度周年變化見圖3a. 結果顯示，周年內星云湖微囊藻密度存在明顯的月際變化特征，變化范圍4.97×107—7.79×108cells·L−1，年均2.94×108cells·L−1. 12月、1月微囊藻密度水平基本一致，2月、3月明顯降低，3月為全年最低值，4月后密度呈指數增長，6月達最高，7月密度雖有所降低，但仍處于較高值，7—11月間波動不大. 孫千千等[18]對太湖梅梁灣和貢湖灣微囊藻周年(2010年7月至2011年6月)變化研究發現，兩灣微囊藻平均密度在7月達最高，7—10月間，微囊藻密度雖起伏變化，但總體維持在較高水平，11月后密度大幅降低，次年1—4月水體微囊藻較少，5—6月密度開始逐漸增大.

　　李原等[5]對滇池微囊藻密度年變化(2001年9月至2002年7月)的研究表明，滇池微囊藻密度從9月份開始呈下降趨勢，1月份降至最低，而后又逐漸升高，7月份達到最高值. 以上表明星云湖與太湖梅梁灣和貢湖灣、滇池水體中微囊藻密度周年變化特征有所相似. 從季節上看，夏季(6—8月)和秋季(9—11月)微囊藻密度平均值相對較高，分別達4.55×108cells·L−1和3.90×108cells·L−1;春季(3—5月)次之，為2.09×108cells·L−1;冬季(12—2月)最低，為1.21×108cells·L−1.

　　表明星云湖微囊藻密度具有明顯的季節性變化特征，這種變化趨勢與微囊藻水華發生規律較為吻合，夏秋季為星云湖微囊藻水華暴發期，細胞密度較高，而冬春季水華發生頻次和規模相對較小，因此微囊藻密度水平也相對較低;星云湖微囊藻水華一年四季均有出現，相同的情況在滇池[5]和太湖[19]也有發生.周年內星云湖微囊藻密度占藻類總密度比例極高，其優勢度高達0.821—0.995.

　　微囊藻屬是星云湖各月份浮游藻類組成的絕對優勢類群，其密度水平決定了星云湖浮游藻類密度的總水平. 星云湖浮游藻類優勢種群無季節演替，這與Sommer等[20]提出的PEG模型中，浮游藻類冬春季以硅藻和隱藻占優，夏季以綠藻占優，夏末秋初則以藍藻占優，秋季硅藻再次占優的季節演替規律完全不符，分析認為這可能與湖泊營養狀態有關. 同時，對比前人研究還發現，星云湖微囊藻密度及優勢度水平遠高于太湖[21]和滇池[5,22]等富營養型湖泊. 根據況琪軍等[8]湖泊營養類型評價中藻類密度指標標準，僅從微囊藻密度加以評價，周年內星云湖除2月、3月水體營養狀態為中富營養型外，其余10個月份均為極富營養型，表明星云湖水體受污染程度尤為嚴重.

　　本研究中，周年內星云湖微囊藻密度及優勢度水平均處于較高值，分析認為引起這種現象的原因可能是多方面的：一是湖泊內外源污染嚴重，湖濱帶生態功能退化. 羅玉等[23]研究表明，近20年來，星云湖水體中N、P污染指標呈明顯上升趨勢，這與流域內面源污染負荷的產生量和入湖量顯著增加相關，“十五”、“十一五”和“十二五”期間，星云湖流域TP污染負荷年均產生量分別為382.20 、589.87 、346.80 t，TN污染負荷年均產生量分別為2694.90、3292.44、1827.11t. 自2000年至今，星云湖濕地建設工作雖持續開展，但湖濱帶的建設總體較為分散零星，且缺乏后續的管護資金投入，導致已建成的河口濕地物種組成單一，生物多樣性受損，湖濱帶生態功能退化[24]，失去了應有的緩沖、攔截作用.

　　同時，出流改道后星云湖自西南角出水，微囊藻吸收了水體中營養鹽后隨常年盛行的西南風逆吞吐水流移動，不利于營養鹽隨水流輸出，導致營養鹽在湖體中形成富集機制[15]，又一次為微囊藻的生長提供了營養物質. 二是沉水植物退化消亡嚴重. 沉水植物是維護水生態系統多樣性的基礎，能夠消耗水中大量的氮、磷等物質，對有毒藻類的生長具有明顯的抑制作用[25]. 研究表明，星云湖沉水植物分布面積和分布深度分別由1984年的7.85 km2和4.2 m以內縮減至2000年的0.72 km2和2.5 m以內[26];而2008年星云湖沉水植物分布面積約為0.6 km2，蓋度約1.8%[14]. 三是大型浮游動物種群數量減少.

　　施海彬等[27]研究表明，在太湖新銀魚捕食壓力增強的背景下，星云湖橈足類與枝角類等浮游動物的生物量受到了捕食壓力的抑制作用，但橈足類下降更為明顯;2005年以來，星云湖象鼻溞(Bosmina)個體大小出現明顯波動并呈總體下降趨勢，同時象鼻溞與Daphnialongispinagroup生物量總體下降. 由此，來自浮游動物對微囊藻的捕食壓力也隨之減小. 四是微囊藻自身生存特點. 群體微囊藻對營養鹽、溫度和DO等具有較廣的適應范圍[28]. 微囊藻細胞聚集成較大群體后，可以有效抵御浮游動物的捕食，在一定程度上促使小型單細胞綠藻、硅藻等生物量的降低，使得大型或群體的藻類占優勢[21].

　　同時，微囊藻在自然界中具有很多競爭優勢，如可以通過偽空胞調節自身浮力，以接受更多的光照;通過他感作用影響其他藻類的生長;其數量較大并趨向于水面分布時，還可以通過遮光效應導致其他種類的減少[29]. 綜合以上分析認為，星云湖多年的污染加劇及治理不善，使水體營養鹽等賦存量保持在較高水平，為藻類的生長繁殖提供了豐厚的物質基礎，隨著沉水植物及大型浮游動物的不斷減少，加之微囊藻自身所具備的生存優勢等一系列原因，導致了微囊藻成為周年內星云湖浮游藻類的絕對優勢類群，并具有較高的密度水平. 星云湖由草型湖泊轉變為典型的藻型湖泊，標志著星云湖水生態系統功能的嚴重退化.

　　2.3 微囊藻密度周年變化與水質指標的關系

　　2.3.1 相關性分析

　　對星云湖各月份微囊藻密度與11項理化指標進行了Pearson相關分析. 由于微囊藻具偽空胞，易自由漂浮，加之其易受風浪和湖流等影響而發生遷移，因此微囊藻密度的空間分布可能受自身生理特性以及采樣期間風向風速、水體流場、水體營養狀態等多種因素的共同影響.

　　本研究旨在時間尺度下分析星云湖微囊藻密度變化特征及其與水質指標的關系，為避免其它因素對分析結果帶來干擾，故微囊藻密度及水質指標取月均值進行分析. 分析數據顯示，微囊藻密度與TP和BOD5呈極顯著正相關(P<0.01)，與WT和Cond呈顯著正相關(P<0.05)，與NH3-N和N/P呈顯著負相關(P<0.05).

　　2.3.2 多元逐步回歸分析

　　根據相關性分析結果，以TP、BOD5、WT、Cond、NH3-N和N/P等6項與微囊藻密度具有顯著相關的水質指標為自變量，微囊藻密度為因變量，通過多元逐步回歸分析進一步篩選與星云湖微囊藻密度周年變化關系最為密切的水質指標，建立最優的多元線性回歸方程，并對其進行顯著性檢驗.入選星云湖微囊藻密度回歸方程的水質指標有TP、BOD5、N/P和WT，R值、F值和P值分別為0.981、45.428和0.000，顯示了回歸方程極顯著，表明分析結果可靠. 因此，TP、BOD5、N/P和WT為與星云湖微囊藻密度周年變化密切相關的水質指標.

　　環境論文投稿刊物：《環境科學學報》是中國環境科學與環境工程領域最具影響力的優秀學術期刊之一，所發表的論文反映了中國相關研究領域優秀的研究成果。于1981年創刊，為月刊，由中國科學院生態環境研究中心主辦，科學出版社出版。

　　3 結論(Conclusion)

　　(1)微囊藻是星云湖浮游藻類組成的絕對優勢類群，周年內優勢度高達0.821—0.995. 星云湖微囊藻密度月變化明顯，變化范圍4.97×107—7.79×108cells·L−1，年均2.94×108cells·L−1，最大值出現在2018年6月，最小值出現在2018年3月. 微囊藻密度夏秋季相對較高，春季次之，冬季最低.

　　(2)Pearson相關性分析和多元逐步回歸分析認為，WT、TP、BOD5和N/P是與星云湖微囊藻密度周年變化密切相關的4項水質指標.

　　(3)周年內星云湖微囊藻密度及優勢度均維持在較高水平，微囊藻水華全年均可暴發. 相關管理部門應高度重視，積極采取外源與內源治理并舉的措施，最大程度削減湖泊及入湖營養鹽輸入，尤其是磷輸入，逐步減少水華現象的發生，實現湖泊資源的可持續發展和利用.

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　　作者：劉紹俊*　施艷峰　翟竟余　周書祥　吉正元