漳衛(wèi)南運(yùn)河流域浮游植物群落結(jié)構(gòu)的特征

李　俊，張　云，劉曉光，徐　寧，趙　習(xí)，胡思帆，鄧金釵，馬徐發(fā)

(1.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院，武漢　430070;

2.水利部海河水利委員會(huì)漳衛(wèi)南運(yùn)河管理局，河南鄧州　253009;

3.水利部海河水利委員會(huì)水資源保護(hù)科學(xué)研究所，天津　300170)

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漳衛(wèi)南運(yùn)河流域浮游植物群落結(jié)構(gòu)的特征

李俊1，張?jiān)?，劉曉光2，徐寧3，趙習(xí)1，胡思帆1，鄧金釵1，馬徐發(fā)1

(1.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院，武漢430070;

2.水利部海河水利委員會(huì)漳衛(wèi)南運(yùn)河管理局，河南鄧州253009;

3.水利部海河水利委員會(huì)水資源保護(hù)科學(xué)研究所，天津300170)

摘要：2011—2012年對(duì)漳衛(wèi)南運(yùn)河流域19個(gè)采樣位點(diǎn)的浮游植物群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)查研究。結(jié)果顯示：共鑒定出浮游植物395種(變種)，隸屬于8門131屬。其中，綠藻門的種類最多(159種)，硅藻門次之(110種)，再次為裸藻門(56種)和藍(lán)藻門(49種)。浮游植物的細(xì)胞密度年平均值為2 167.2×104 cells/L，夏季最高為3350×104 cells/L，秋季最低為1221×104 cells/L，其中綠藻門最多，為1167×104 cells/L；浮游植物生物量年平均值為25.96 mg/L，夏季最高為54.43 mg/L，秋季最少為6.33 mg/L，其中綠藻門最多，為11.09 mg/L。浮游植物的Shannon多樣性指數(shù)為3.05～3.93，Margalef豐富度指數(shù)為2.14～3.47，Pielou均勻度指數(shù)為0.50～0.62。結(jié)果表明，該流域浮游植物生物多樣性在夏季最高，春季次之。

關(guān)鍵詞：浮游植物；密度；生物量；漳衛(wèi)南運(yùn)河流域；生物多樣性

漳衛(wèi)南運(yùn)河流域是海河流域五大河系之一，流域面積37 584 km2，河道總長(zhǎng)777.5 km。其作為海河流域典型河流，曾經(jīng)是河道縱橫、湖泊密布的地方。然而，近些年來(lái)由于水資源開發(fā)利用程度的提高和降水減少，其生態(tài)環(huán)境惡化不斷加劇，很多河道全部成為季節(jié)性河流，大量水生物種因此滅絕，水的自然循環(huán)系統(tǒng)遭到破壞，嚴(yán)重影響北京、天津等地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的持續(xù)健康發(fā)展。浮游植物作為食物鏈和營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，有些可直接用來(lái)作為環(huán)境監(jiān)測(cè)的指示生物[1]，其密度、生物量、種類組成以及多樣性可更好地反映出水體的營(yíng)養(yǎng)水平[2-3]。本研究旨在通過對(duì)漳衛(wèi)南運(yùn)河流域浮游植物展開全面調(diào)查，為河流內(nèi)源污染治理以及生態(tài)退化診斷和修復(fù)評(píng)價(jià)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1材料與方法

1.1調(diào)查區(qū)域與樣品采集處理

根據(jù)漳衛(wèi)南運(yùn)河流域地形以及生態(tài)特性，設(shè)置19個(gè)采樣位點(diǎn)，分別于2011年夏季(7月)(以下用Ⅰ代替)、2011年秋季(11月)(以下用Ⅱ代替)、2012年春季(4月)(以下用Ⅲ代替)進(jìn)行采樣。

浮游植物的調(diào)查研究方法按照《淡水浮游生物研究方法》[4]進(jìn)行，浮游植物的鑒定主要依據(jù)《中國(guó)淡水藻類》[5]。浮游植物定性水樣用25#浮游生物網(wǎng)在采水點(diǎn)水下“∞”字型拖10 min，定量水樣用有機(jī)玻璃采水器在采水點(diǎn)上、中、下水層采集混合樣后取1 L，用15 mL魯哥氏液固定，帶回室內(nèi)沉淀48 h，濃縮至50 mL保存待檢。浮游植物定量計(jì)數(shù)時(shí)，要充分搖勻濃縮樣品，用移液器取0.1 mL樣品置于浮游植物計(jì)數(shù)框內(nèi)，輕輕蓋上蓋玻片(不能有氣泡)，用目鏡視野法在10×40倍光學(xué)顯微鏡下進(jìn)行計(jì)數(shù)[6-8]。每瓶標(biāo)本至少計(jì)數(shù)兩片，每片計(jì)數(shù)50個(gè)視野，同一樣品的兩次結(jié)果與平均數(shù)之差不大于±15%，即為有效結(jié)果，取其平均值。浮游植物由于個(gè)體小，用細(xì)胞體積法來(lái)估算該種藻類的生物量(109μm3 = 1 mg)。為減少誤差，同一種類的大型與小型個(gè)體要分別測(cè)量體積和計(jì)數(shù)。

1.2多樣性分析

浮游植物多樣性指數(shù)采用Shannon-Winner指數(shù)：

物種豐富度指數(shù)采用Margalef指數(shù)：

D=(S-1)/log2N

物種均勻度指數(shù)采用Pielou指數(shù)：

J=H′/log2S

上述各式中，S為樣品中的種類總數(shù)，N為樣品中所有種類的總個(gè)體數(shù)，Pi為第i個(gè)物種的個(gè)體數(shù)與樣品中的總個(gè)體數(shù)的比值。

2結(jié)果與分析

2.1浮游植物種類組成

經(jīng)鑒定，本次調(diào)查所采集的浮游植物共有8門131屬395種。其中綠藻門有159種，所占百分比最多，為40.3%；硅藻門有110種，所占百分比次之，為27.8%；裸藻門和藍(lán)藻門分別有56種和49種，所占百分比分別為14.20%和12.4%；隱藻門、甲藻門、金藻門、黃藻門種類數(shù)很少，分別有3種、5種、9種和4種，所占百分比分別為0.8%、1.3%、2.3%和1.0%。

夏季采集浮游植物種類最多，共7門105屬296種，其中藍(lán)藻(37種)、硅藻(67種)、綠藻(132種)、裸藻(50種)、甲藻(4種)、隱藻(3種)和黃藻(3種)分別占12.5%、22.6%、44.6%、16.9%，1.4%、1.0%和1.0%；秋季采集浮游植物種類次之，共8門102屬274種，其中藍(lán)藻(33種)、硅藻(75種)、綠藻(112種)、裸藻(33種)、金藻(9種)、甲藻(3種)、隱藻(3種)和黃藻(2種)分別占12.0%、27.4%、40.9%、12.0%、3.3%、1.1%、1.1%和0.7%；春季采集浮游植物種類最少，共8門85屬180種，其中藍(lán)藻(13種)、硅藻(58種)、綠藻(72種)、裸藻(25種)、金藻(5種)、甲藻(2種)、隱藻(2種)和黃藻(3種)分別占7.2%、32.2%、40%、13.9%、2.8%、1.1%、1.1%和1.7%。

2.2浮游植物細(xì)胞數(shù)量的分布特征

2011年7月至2012年4月所監(jiān)測(cè)區(qū)域浮游植物平均細(xì)胞密度為2 167×104cells/L，綠藻門最多，其密度為1 167×104cells/L，所占百分比為53.83%；硅藻門其次，密度為509.3×104cells/L，所占百分比為23.5%；隱藻門的密度為256.4×104cells/L，所占百分比為11.83%；藍(lán)藻門的密度為137.6×104cells/L，所占百分比為6.35%；裸藻門的密度為41.3×104cells/L，所占百分比為1.91%；金藻門的密度為49.5×104cells/L，所占百分比為2.28%；甲藻門的密度為5.5×104cells/L，所占百分比為0.26%；黃藻門的密度為0.5×104cells/L，所占百分比僅為0.02%。

可以看出，夏季采樣的浮游植物平均密度最大，為3 350×104cells/L；春季采樣的平均密度最小，為1 221×104cells/L；秋季采樣的平均密度略高，為1 924×104cells/L。各監(jiān)測(cè)位點(diǎn)在水平分布上變化較大，下游河段細(xì)胞密度整體高于上游河段。整體上漳衛(wèi)南運(yùn)河流域以綠藻和硅藻數(shù)量最多，裸藻、甲藻、金藻和黃藻數(shù)量很少，這些河流浮游植物常見種季節(jié)變化明顯，不同河段在相同季節(jié)差異相對(duì)不明顯(圖1)。

圖1　漳衛(wèi)南運(yùn)河流域浮游植物細(xì)胞密度的水平分布

2.3浮游植物生物量的分布特征

漳衛(wèi)南運(yùn)河流域浮游植物生物量(濕重)的季節(jié)變化如下：浮游植物平均生物量為25.96 mg/L，其中夏季平均生物量最大，為54.43 mg/L；秋季最小，為6.53 mg/L。生物量密度的變化與細(xì)胞密度的變化趨勢(shì)基本上是一致的(圖2)。

圖2　漳衛(wèi)南運(yùn)河流域浮游植物生物量的水平分布

2.4浮游植物的優(yōu)勢(shì)種

漳衛(wèi)南運(yùn)河流域浮游植物的優(yōu)勢(shì)種如下，從時(shí)空變化來(lái)看，綠藻和硅藻的優(yōu)勢(shì)明顯，甲藻和黃藻很少出現(xiàn)，在優(yōu)勢(shì)種季節(jié)演替方面，各季節(jié)優(yōu)勢(shì)種演替明顯。各季節(jié)優(yōu)勢(shì)種共21種，其中多數(shù)為綠藻(8種)，其次為硅藻(6種)，小環(huán)藻和小球藻多次出現(xiàn)在各季節(jié)的研究區(qū)域內(nèi)，小環(huán)藻與錐囊藻為貧營(yíng)養(yǎng)型水體的優(yōu)勢(shì)藻類，說明監(jiān)測(cè)區(qū)域水環(huán)境多為貧營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，而個(gè)別河段顆粒直鏈藻和四尾柵藻成為優(yōu)勢(shì)藻類，說明部分河段出現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化(表1)。

表1　漳衛(wèi)南運(yùn)河流域浮游植物優(yōu)勢(shì)種

注：Dr、Pr分別代表密度優(yōu)勢(shì)度、生物量?jī)?yōu)勢(shì)度

2.5浮游植物的多樣性指數(shù)

從表2可以看出，漳衛(wèi)南運(yùn)河流域的Shannon指數(shù)全年為3.05～3.93，研究區(qū)域內(nèi)水體環(huán)境為貧—中營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)。

Margalef指數(shù)全年在2.14～3.47，平均值在3.01，漳衛(wèi)南運(yùn)河流域水體污染程度為中污染型。

研究區(qū)域內(nèi)Pielou指數(shù)全年為0.50～0.62，平均值為0.55，各季節(jié)差異不明顯，說明浮游植物群落全年處于成熟和穩(wěn)定的狀態(tài)下。

表2　漳衛(wèi)南運(yùn)河流域浮游植物的多樣性指數(shù)

注：03.30為貧營(yíng)養(yǎng)化[14]；D值評(píng)價(jià)水體污染程度的標(biāo)準(zhǔn)[11]：0～1重度污染，1～2嚴(yán)重污染，2～4中度污染，4～6輕度污染。

3討論

從漳衛(wèi)南運(yùn)河浮游植物種類組成和數(shù)量來(lái)看，整個(gè)水域中主要以硅藻門和綠藻門為主，隱藻門、甲藻門、金藻門易生活在清潔、流動(dòng)水體中的藻類比較少見，在岳城水庫(kù)、四女寺和辛集閘，隱藻門的尖尾藍(lán)隱藻和嚙蝕隱藻以及金藻門的圓筒錐囊藻成為優(yōu)勢(shì)種，說明其水體比較清潔。在北方寒冷地區(qū)季節(jié)間溫差大，硅藻能夠適應(yīng)多變的環(huán)境條件，容易成為水體主要種類；夏、秋兩季水溫升高，光照充足，營(yíng)養(yǎng)鹽豐富，適合綠藻大量繁殖，因此，硅藻和綠藻成為漳衛(wèi)南運(yùn)河流域浮游植物的主要類群。

浮游植物是水生生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn)者，它對(duì)水體營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)的變化能迅速做出響應(yīng)[12]。浮游植物群落結(jié)構(gòu)與水體營(yíng)養(yǎng)水平存在相關(guān)性[13]。漳衛(wèi)南運(yùn)河流域春、夏、秋三季浮游植物群落結(jié)構(gòu)組成存在一定差異，由夏季的綠藻——硅藻——藍(lán)藻型發(fā)展到秋季的硅藻——綠藻型再到春季的綠藻——硅藻型。一般來(lái)說，以金藻和黃藻類為主的水體多屬貧營(yíng)養(yǎng)型水體，以甲藻、隱藻和硅藻類為主的水體多為中營(yíng)養(yǎng)型水體，以綠藻和藍(lán)藻類為主的水體多為富營(yíng)養(yǎng)型水體[14]。而漳衛(wèi)南運(yùn)河浮游植物按照生物量大小排序主要由綠藻、硅藻、隱藻、藍(lán)藻和裸藻組成，其群落組成主要為綠藻——硅藻類型，這種群落類型的水體指示水體環(huán)境為貧——中營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，貧——中營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)的指示種類在漳衛(wèi)南運(yùn)河流域也有出現(xiàn)，如金藻門的圓筒錐囊藻。但由于河流生態(tài)環(huán)境惡化，大量水生物種滅絕，研究區(qū)域不同點(diǎn)位的浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征顯示，有些水體已經(jīng)有一定程度的富營(yíng)養(yǎng)化，出現(xiàn)了富營(yíng)養(yǎng)化的指示種類，例如經(jīng)常分布在富營(yíng)養(yǎng)化水體的四尾柵藻在研究周期內(nèi)出現(xiàn)頻率較高，因此，應(yīng)采取相應(yīng)的措施改善和保護(hù)漳衛(wèi)南運(yùn)河流域生態(tài)環(huán)境，防治水生態(tài)環(huán)境的惡化。

浮游植物的種類組成能反映水體的污染狀態(tài)，特別是一些污染指示種[15-17]。從各采樣點(diǎn)優(yōu)勢(shì)種類來(lái)看，小環(huán)藻為出現(xiàn)頻率最高的優(yōu)勢(shì)種，顆粒直鏈藻也在某些水域成為優(yōu)勢(shì)種，而它們都是乙型中污水體的指示種類，可見，漳衛(wèi)南運(yùn)河流域處于乙型中污水體水平，這與漳衛(wèi)南運(yùn)河流域浮游值物種類組成、多樣性分析特點(diǎn)是一致的。

綜上所述，2011年7月—2012年4月，漳衛(wèi)南運(yùn)河流域研究區(qū)域內(nèi)的19個(gè)采樣點(diǎn)普遍處于貧——中營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，某些采樣點(diǎn)處于中度污染。通過對(duì)漳衛(wèi)南運(yùn)河流域春夏秋三季浮游植物群落組成及其分布特征的研究表明，漳衛(wèi)南運(yùn)河流域浮游植物種群的季節(jié)演替受各種生物因素影響。浮游植物群落結(jié)構(gòu)在監(jiān)測(cè)漳衛(wèi)南運(yùn)河流域水環(huán)境變化或富營(yíng)養(yǎng)化過程中具有一定的指示作用，可為河流內(nèi)源污染治理和生態(tài)退化、診斷和修復(fù)評(píng)價(jià)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。

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(責(zé)任編輯：鄧薇)

Community structure of phytoplankton in Zhangweinan canal

LI Jun1,ZHANG Yun1,LIU Xiao-guang2,XU Ning3,ZHAO Xi1,HU Si-fan1,DENG Jin-chai1,MA Xu-fa1

(1.CollegeofFishes,HuazhongAgricultureUniversity,Wuhan430070,China;2.ZhangweinanCanalAdministrationBureau,Dengzhou253009,Henan,China;3.WaterResourcesProtectionInstituteofHaiheRiverWaterConservancyCommissionMWR,Tianjin300170,,China)

Abstract：The community structure and biodiversity of phytoplankton of Zhangweinan canal were investigated at 19 sampling stations between 2011 and 2012.A Total of 395 species belonging to 131 genera,eight phyla were identified.The Chlorophyta had the most species (159) and the Bacillariophyta had the second (110),and the Euglenophyta and the Cyanophyta (56) ranked the third and the fourth (49).The average cell density of phytoplankton was 2 167×104 cell/L,with a maximum of 3 350×104 cell/L in summer and a minimum of 1 221×104 cell/L in autumn;the Chlorophyta had the maximum cell density (1167×104 cell/L) among all the eight phyla.The average biomass density of phytoplankton was 25.96 mg/L,with a maximum of 54.43 mg/L in summer and a minimum of 6.33 mg/L in autumn;similarly a maximum of 11.09 mg/L occurred in the Chlorophyta.Shannon index changed from 3.05 to 3.93,Margalef index ranged from 2.14 to 3.47,and Pielou index varied from 0.50 to 0.62.The result showed that the biodiversity of phytoplankton was the highest in the summer,followed by that in the spring.

Key words：phytoplankton;density;biomass;Zhangweinan canal;biodiversity

中圖分類號(hào)：S932.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1000-6907-(2016)02-0029-04

作者簡(jiǎn)介：第一李俊(1986-)，碩士研究生，主要從事水生生物研究。E-mail：310262773@163.com通訊作者：馬徐發(fā)。E-mail：xufama@gmail.com

收稿日期：2015-03-06；

修訂日期：2015-11-23

資助項(xiàng)目：水利部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目(201101018)