浮游植物在水生态系统中扮演着至关重要的生产者角色，对于整个水生态系统的平衡与稳定具有决定性的影响^[1-4]。其群落结构的演变速度相当快，能够敏锐地反映出水环境条件的细微变化，因此，在河流、湖库水生态学研究和水质评价中得到了广泛应用^[5-15]。通过深入研究浮游植物群落结构的变化，能够更加深入地了解水体的生态状况，预测水质的变化趋势，为水资源的科学保护和管理提供坚实的科学依据^[16]。湿地在维持地区生态平衡、调节气候、改善水质等方面发挥着不可替代的作用，被称为“地球之肾”，但天然湿地数量较少，且多分布于远离城市的地区，所以城市湿地成为生态文明城市建设的重要补充^[17-18]。城市湿地一般都经过精心规划、设计、建设和运营，其同样具备蓄水、泄洪、固碳、净水和防止土壤流失等天然湿地的生态功能^[19-20]。城市湿地公园作为人工湿地或自然湿地的集合，能够为野生动物提供栖息地，同时在美化环境、旅游观光和科普教育等方面发挥了重要作用，实现了资源保护与可持续发展的平衡^[21]。

济西国家湿地位于山东省济南市西部，总面积约33.4 km²，湿地水源主要是黄河水和玉清湖水库侧渗。内有大小岛屿100多座，水生植物丰富，经过湿地植物的净化，水质可达到Ⅱ类水标准^[22]。济西国家湿地是济南市最大的湿地区域，同时也是黄河下游最大的人工城市湿地，在济南市水生态系统中具有重要的生态地位。本研究以浮游植物为研究对象，分析济西国家湿地浮游植物群落结构周年变化规律及其与水质响应的关系，为济西国家湿地浮游植物群落动态变化规律、群落结构特征与水质因子关系提供参考，为城市湿地生态系统的保护和管理提供科学依据。

1 研究方法 1.1 采样时间及采样点设置

根据济西国家湿地生境特点及规划，在湿地区域内设置6个采样点位(JX1—JX6)，采样区域包含4种功能分区。其中，JX1、JX2和JX5位于合理利用区，JX4位于科普宣教区，JX3位于生态保育区，JX6位于生态恢复区(图 1)。采样时间为2020年4月至2021年3月，采样频次为每月1次，均为每月下旬采样。

1.2 样品采集和鉴定

根据济西国家湿地各采样点水深情况，按照《内陆水域浮游植物监测技术规程》^[23]对浮游植物进行定性和定量采样。定性样品采用25#浮游生物网在水下0.3 m处呈“∞”型循回拖动3 min后，将活塞内样品置于定性样品中。由于济西国家湿地所有采样点水深均＜5 m，故定量样品用2.5 L有机玻璃采样器在水面下0.5 m处采集，采集的样品置于1 L聚乙烯样品瓶中，加入1%鲁哥氏液保存。样品带回实验室后，倒入沉淀器中静置沉淀48 h，用虹吸管浓缩至50 mL。样品浓缩完毕后，取0.1 mL样品于浮游生物定量框中，在显微镜下进行物种鉴定和计数，物种鉴定参照文献[24-27]。

水质样品检测可以分为野外和实验室检测2个环节。现场检测指标中，水温、电导率、溶解氧、pH值使用A329型便携式多参数测定仪(赛默飞世尔奥立龙)检测，透明度使用透明度盘测量。实验室测定指标须采集样品回实验室按照标准方法检测，水质样品按照《水环境监测规范》(SL 219—2013)采集和保存^[27-28]。

1.3 数据分析和处理

采用香农-维纳(Shannon-Weiner)多样性指数(H′)，皮耶罗(Pielou)均匀度指数(J)，优势度(Y)描述济西国家湿地浮游植物群落结构特征。计算公式见式(1)—(3)。

$ H^{\prime}=\sum-\left(n_i / N\right) \times \log _2\left(n_i / N\right) $

(1)

$ J=H^{\prime} / \ln S $

(2)

$ Y=\left(n_i / N\right) \times f_i $

(3)

式中：n_i——第i个物种的个体数目，个；N——群落中所有物种的个体总数，个；S——物种数，种；f_i——第i个物种出现的样点数与总样点数的比值。Y≥0.02为优势种^[15]。

水质评价标准：N≥10 000为重度水华，5 000≤N < 10 000为中度水华，1 000≤N < 5 000为轻度水华，200≤N < 1 000为无明显水华，0≤N < 200为无水华，N单位为10⁴个/L(单位体积内的细胞个数，下同)^[29]。

H′＞3为清洁，2＜H′≤3为轻度污染，1＜H′≤2为中度污染，0＜H′≤1为重度污染。

J＞0.8为清洁，0.5＜J≤0.8为轻度污染，0.3＜J≤0.5为中度污染，0＜J≤0.3为重度污染^[30-32]。

使用Excel 2010计算生物多样性指数，使用Canoco for Windows 5.0软件对济西国家湿地浮游植物数据进行去趋势对应分析(DCA)，选用浮游植物密度作为物种数据，由于济西国家湿地浮游植物种类较多，选取Y≥0.02的优势种进行排序分析。结果显示，浮游植物4个轴长度中最大值为4.34(＞3)，故选用典范对应分析(CCA)对浮游植物与水质因子的相应关系进行分析^[11]，以浮游植物优势种密度和水质指标结果为基础，分别建立物种矩阵和环境矩阵，除pH值外所有环境因子均进行log(x+1)转换。

2 结果与分析 2.1 浮游植物群落组成

调查期间，济西国家湿地共鉴定出浮游植物8门9纲17目41科71属166种(属)。其中，绿藻门的物种数最多，有72种，占比43.37%；其余依次是蓝藻门47种，占比28.31%；硅藻门20种，占比12.05%，裸藻门13种，占比7.83%，甲藻门5种，占比3.01%，隐藻门、金藻门和黄藻门均为3种，占比1.81%。济西国家湿地浮游植物物种种类见表 1。由表 1可见，从季节分布来看，夏季物种数最多，春、秋两季物种数与夏季差别不大，冬季物种数明显变少。从空间分布来看，JX3点位物种数最多，这可能是因为JX3位于济西国家湿地水域出水口，不同区域水体最后在此处交汇，且此点位位于生态保育区，人为影响较少。

2.2 浮游植物密度组成

济西国家湿地各点位浮游植物密度为32.65×10⁴~6 008×10⁴个/L，平均值为1 102×10⁴个/L(图 2)。由图 2可见，秋季浮游植物平均密度最高，为2 459×10⁴个/L，其次为夏季(1 500×10⁴个/L)和春季(669.8×10⁴个/L)，冬季的浮游植物密度水平最低，只有277.6×10⁴个/L。在6个采样点位中，JX3点位浮游植物平均密度最高(1 650×10⁴个/L)，其次是JX2(1 259×10⁴个/L)、JX4(1 052×10⁴个/L)，JX5点位浮游植物平均密度最低(730.6×10⁴个/L)。根据浮游植物密度评价济西国家湿地水华程度可知，济西国家湿地水体冬、春无明显水华，夏、秋季属于轻度水华，全年均值属于轻度水华。在6个采样点位中，JX1—JX4属于轻度水华，JX5—JX6无明显水华。

2.3 浮游植物多样性

济西国家湿地浮游植物多样性指数时空变化见图 3(a)(b)。由图 3可见，各点位浮游植物的H′为1.21~4.25，平均值为2.82，J为0.52~1.37，平均值为1.04。济西国家湿地浮游植物生物多样性空间分布变化趋势大体一致，都是JX4点位最高，JX6点位最低，其他点位差别不大。从季节变化趋势来看，济西国家湿地浮游植物生物多样性季度变化趋势大体一致，均在夏季达到最大值，冬季为最小值。其中H′数值差异最大，夏季比冬季高51.00%。综合H′和J来看，济西国家湿地夏、秋两季生物多样性相对较好。浮游植物生物多样性指数常用于评价各种不同水体水质情况，一般认为生物多样性越高，水质就越好^[34-36]。参照H评价济西国家湿地水质情况，春、秋两季处于清洁状态，秋、冬两季处于轻度污染状态；参照J′评价济西国家湿地水质情况，全年均为清洁状态。参照H′评价济西国家湿地水质情况，所有点位年均值均处于轻度污染状态；参照J评价济西国家湿地水质情况，所有点位年均值均为清洁状态。济西国家湿地水体处于清洁-轻度污染水平，JX1和JX4点位生物多样性指数优于JX3和JX6点位，可能是因为JX1和JX4点位位于合理利用区和科普宣教区，水面面积较大，大型水生植物较少，利于浮游植物生长，而JX3和JX6位于生态保育区和生态恢复区，水面较小，大型水生植物较多，两者存在竞争关系，不利于浮游植物生长。

2.4 浮游植物优势种

济西国家湿地浮游植物优势种季节变化见表 2。由表 2可见，各季节浮游植物优势种共16种，秋季优势种种类较多，共10种，Y值最大的为小席藻；春、夏季优势种均为6种，其中春季Y值最大的为尖针杆藻，夏季Y值最大的为细小平裂藻；冬季优势种只有4种，Y值最大的为密集锥囊藻。4个月均出现的优势种只有硅藻门的尖针杆藻1种。绿藻门在浮游植物优势种中占比最多，有8种；其次为蓝藻门，有4种；硅藻门和金藻门各有2种优势种。

2.5 浮游植物与水质因子响应情况

为探讨济西国家湿地浮游植物组成与水质因子响应关系，分别对济西国家湿地四季优势种密度数据与水质因子进行CCA分析。水质因子选择水温、透明度、pH值、电导率、溶解氧、总氮、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、高锰酸盐指数、总磷、磷酸盐、叶绿素a、悬浮物这14项水质指标。

济西国家湿地不同季节浮游植物优势种与水质因子CCA排序见图 4(a)—(d)。由图 4(a)可见，春季前两轴特征值分别为0.617 7和0.434 9，物种排序轴与水质因子排序轴之间的相关系数分别为0.971 2和0.989 5，共解释浮游植物群落变化与水质因子变化的89.9%。由分析结果可知，总氮和硝酸盐氮、水温和磷酸盐、悬浮物和总磷夹角较小，相关性较强，呈明显正相关。亚硝酸盐氮对小球藻有显著影响，透明度对肥壮蹄形藻有显著影响，电导率对密集锥囊藻有显著影响，硝酸盐氮和总氮对尖针杆藻有显著影响，悬浮物和总磷对膨大曲壳藻、四角十字藻、镰形纤维藻有显著影响，水温和磷酸盐对小席藻、多棘栅藻、双对栅藻、四尾栅藻、分歧锥囊藻有显著影响。

由图 4(b)可见，夏季前两轴特征值分别为0.458 7和0.205 1，物种排序轴与水质因子排序轴之间的相关系数分别为0.956 2和0.873 1，共解释浮游植物群落变化与水质因子变化的79.9%。由分析结果可知，水温和溶解氧、透明度和悬浮物、总氮和硝酸盐氮夹角较小，相关性较强，呈明显正相关。电导率对多棘栅藻、镰形纤维藻、尖针杆藻有显著影响，叶绿素a对小席藻、螺旋藻有显著影响，氨氮对细小平裂藻有显著影响，总磷对四尾栅藻有显著影响。

由图 4(c)可见，秋季前两轴特征值分别为0.413 6和0.221 20，物种排序轴与水质因子排序轴之间的相关系数分别为0.980 6和0.982 8，共解释浮游植物群落变化与水质因子变化的88.4%。由分析结果可知，溶解氧和电导率、总氮和硝酸盐氮、悬浮物和高锰酸盐指数、总磷和磷酸盐夹角较小，相关性较强，呈明显正相关。氨氮对分歧锥囊藻、银灰平裂藻有显著影响，水温和总磷对细小平裂藻、小球藻有显著影响，悬浮物和高锰酸盐指数对多棘栅藻、四角十字藻、四尾栅藻、镰形纤维藻、螺旋藻、肥壮蹄形藻有显著影响，溶解氧和电导率对尖针杆藻有显著影响。

由图 4(d)可见，冬季前两轴特征值分别为0.498 7和0.366 2，物种排序轴与水质因子排序轴之间的相关系数分别为0.981 0和0.772 6，共解释浮游植物群落变化与水质因子变化的73.1%。由分析结果可知，电导率和氨氮、悬浮物和叶绿素a夹角较小，相关性较强，呈明显正相关。硝酸盐氮对尖针杆藻有显著影响，透明度对实球藻有显著影响，总氮对小席藻有显著影响，悬浮物和叶绿素a对双对栅藻、肥壮蹄形藻、密集锥囊藻、膨大曲壳藻有显著影响，电导率和氨氮对螺旋藻、小球藻、四尾栅藻有显著影响。

本次调查可知，总磷、水温、氨氮和电导率对浮游植物密度影响较为明显，原因可能是磷是浮游植物赖以生存的基本营养盐之一^[36]，大部分浮游藻类生长的适宜温度为14~28 ℃^[37]。同时有研究表明，浮游植物优先吸收氨氮为氮源^[38-39]，而电导率可间接表示水中离子成分总浓度。总体来说，总磷、水温、氨氮和电导率对济西国家湿地浮游植物群落结构影响显著。

3 结论

(1) 济西国家湿地浮游植物群落结构时空差异明显，济西国家湿地水体属于轻度水华，轻度污染状态。

(2) CCA分析结果表明，总磷、水温、氨氮和电导率对济西国家湿地浮游植物群落结构影响显著。

(3) 为保护济西国家湿地水生态环境，建议从保障湿地进水水质，减少人为污染干扰，增加净水植被提高自净能力这3个方面加强保护工作。