長江干流安慶段浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征

劉明典，李鵬飛，2，曾澤國，黃 翠，劉紹平

(1.中國水產(chǎn)科學(xué)研究院長江水產(chǎn)研究， 武漢 430223；2.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院，武漢 430070)

長江干流安慶段浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征

劉明典1，李鵬飛1，2，曾澤國1，黃 翠1，劉紹平1

(1.中國水產(chǎn)科學(xué)研究院長江水產(chǎn)研究， 武漢 430223；2.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院，武漢 430070)

為了解長江干流安慶段浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征，分別于2015年4月(春季)、7月(夏季)和9月(秋季)對長江干流安慶段浮游植物進(jìn)行了調(diào)查。結(jié)果顯示：本次調(diào)查共檢出浮游植物5門22科33屬54種(含變種)。以硅藻門種類最多，占總種數(shù)的46.30%；其次是藍(lán)藻門和綠藻門，分別占24.07%和22.22%；黃藻門和甲藻門的種類相對較少，占5.56%和1.85%。優(yōu)勢種為藍(lán)藻門的小顫藻(Oscillatoriatenuis)、極大螺旋藻(Spirulinamaxima)、湖沼色球藻(Chroococcusminutus)，綠藻門的小球藻(Chlorellavulgaris)、集星藻(Actinastrumhantzschii)以及硅藻門的尖針桿藻(Synedraacus)。浮游植物密度為1.228×104～33.002×104ind./L，均值為9.453×104ind./L；生物量為0.005～0.512 mg/L，均值為0.157 mg/L。密度和生物量最高值均出現(xiàn)在皖河口采樣斷面(7月)、最低值均出現(xiàn)在楊家套采樣斷面(4月)。研究結(jié)果表明：浮游植物密度和生物量在空間分布上差異均不顯著，季節(jié)變化上則均表現(xiàn)出顯著性差異。利用Shannon-Wiener指數(shù)和Pielou 均勻度指數(shù)分析浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征，Shannon-Wiener指數(shù)變化范圍為0.918～3.147，均值為2.539；Pielou 均勻度指數(shù)變化范圍為0.796～1.000，均值為0.893。Shannon-Wiener指數(shù)在空間分布和季節(jié)間均無顯著性差異；Pielou 均勻度指數(shù)在空間分布上無顯著性差異，但在季節(jié)間變化上則表現(xiàn)出顯著性差異。浮游植物多樣性指數(shù)結(jié)果表明長江干流安慶段水質(zhì)狀況介于清潔型/β-中污型。

浮游植物；群落結(jié)構(gòu)；生物多樣性；水質(zhì)狀況；長江安慶段

浮游植物是水生態(tài)系統(tǒng)中重要的組成部分，在物質(zhì)循環(huán)、能量流動和信息傳遞過程中起著至關(guān)重要的作用[1]。浮游植物作為水域生態(tài)系統(tǒng)中的初級生產(chǎn)者，可為濾食性魚類提供餌料，同時也是水體中比較敏感的指示生物，能夠反映水體生態(tài)狀況和營養(yǎng)狀態(tài)[2]。其種類組成、豐度以及多樣性指數(shù)等都是評價(jià)水體富營養(yǎng)化和污染狀況的重要指標(biāo)[3]。

安慶江段位于長江下游安徽省境內(nèi)，上與東流河段分界于吉陽磯，下至前江咀與太子磯河段相連，長約57 km，多沙洲，漁業(yè)資源豐富。安慶江段位于亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，具有四季分明、光照充足、雨量豐沛的特點(diǎn)。年均降水量1 389.2 mm，汛期主要集中在5-10月。目前關(guān)于長江下游浮游植物的研究尚有很多[4-9]，但關(guān)于安慶江段浮游植物的研究相對較少，僅見孟順龍等[10]對江蘇及安徽大范圍江段一個季節(jié)的研究報(bào)道。該江段分布有安慶市江豚自然生態(tài)保護(hù)區(qū)、長江刀鱭國家級水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)等重要生態(tài)敏感區(qū)，是魚類覓食、棲息的重要場所。因此該江段的浮游植物現(xiàn)狀直接關(guān)系到安慶江段漁業(yè)資源的可持續(xù)利用。本研究對長江干流安慶段浮游植物進(jìn)行比較全面的調(diào)查，以期揭示浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征及變動趨勢，進(jìn)而為長江干流安慶段漁業(yè)資源保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 采樣時間及斷面設(shè)置

2015年4、7和9月(分別代表春季、夏季和秋季)對長江干流安慶段浮游植物進(jìn)行調(diào)查，參照SC/T 9102.3-2007布設(shè)采樣斷面、垂線和采樣點(diǎn)。充分考慮河段長度和多項(xiàng)環(huán)境因子，從上游至下游按適當(dāng)間距設(shè)置楊家套(Ⅰ)、皖河口(Ⅱ)、沙漠洲(Ⅲ)、江心洲(Ⅳ)和前江口(Ⅴ)共5個斷面(表1，圖1)，基于水面寬度，每個斷面設(shè)置左中右三個采樣斷面。

圖1 長江干流安慶段采樣斷面示意圖Fig.1 Sampling section in Anqing section of the Yangtze River表1 長江干流安慶段浮游植物采樣斷面的設(shè)置Tab.1 The setting of Anqing section of the Yangtze River phytoplankton sampling section

采樣斷面名稱采樣斷面序號經(jīng)緯度楊家套ⅠN30°29.069',E117°00.062'皖河口ⅡN30°29.556',E117°00.513'沙漠洲ⅢN30°29.761',E117°01.233'江心洲ⅣN30°29.385',E117°10.053'前江口ⅤN30°31.895',E117°14.008'

1.2 樣品采集與測定

浮游植物定性樣品：用25#浮游生物網(wǎng)，在水面 0.5 m 處作“∞”字型緩慢拖拉 5 min，帶回實(shí)驗(yàn)室置于顯微鏡10×40 倍下觀察，并進(jìn)行種屬鑒定。定量樣品：用10 L 采水器采集樣品，樣品采完后立即帶回實(shí)驗(yàn)室并加入魯哥試劑(15%)和福爾馬林(4%)固定，沉淀 24 h 后濃縮于 50 mL小瓶中進(jìn)行分類計(jì)數(shù)。浮游植物在顯微鏡下進(jìn)行計(jì)數(shù)，先用虹吸管吸去上清液，最后將樣品定容到 30 mL，搖勻后取0.1 mL置于計(jì)數(shù)框內(nèi)計(jì)數(shù)，每個樣品計(jì)數(shù)兩片取其平均值，若兩片計(jì)數(shù)結(jié)果和平均數(shù)之差大于其均值10%，則需計(jì)數(shù)第三片，取計(jì)數(shù)結(jié)果和平均數(shù)之差在其均值10%以內(nèi)的兩片結(jié)果的平均值，并換算出每個樣品中浮游植物的個體密度。

浮游植物定性定量樣品的采集和處理方法參照文獻(xiàn)[11-12]，浮游藻類種類鑒定參照[13-14]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

浮游植物的優(yōu)勢種和群落結(jié)構(gòu)特征指數(shù)的變化在一定程度上反映出環(huán)境的變化。研究中用于分析浮游植物多樣性的指數(shù)方法有很多，本研究選用浮游植物多樣性通用計(jì)算指標(biāo)[15-16]，優(yōu)勢度(Y)、Shannon-Wiener指數(shù)(H)和Pielou 均勻度指數(shù)(J)。

(1)優(yōu)勢度指數(shù)

Y=(Ni/N)×Fi

當(dāng)Y>0.02 時，即為優(yōu)勢種

(2)Shannon-Wiener指數(shù)

H=-∑(Ni/N)log2(Ni/N)

(3)Pielou均勻度指數(shù)

J=H/log2S

式中：N為樣品中的總個體數(shù)；Ni為第i種的個體總數(shù)；Fi為第i種個體在各采樣斷面出現(xiàn)的頻率；S為樣品中種類總數(shù)。

通過SPSS 21.0進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)(one-way ANOVA)以及對密度、生物量等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 浮游植物種類組成及優(yōu)勢種

調(diào)查共檢出浮游植物5門22科33屬54種(含變種)(附表)。其中硅藻門7科13屬25種，占浮游植物總種類數(shù)的46.30%；藍(lán)藻門6科8屬13種，占24.07%；綠藻門7科10屬12種，占22.22%；黃藻門1科1屬3種，占5.56%；甲藻門1科1屬1種，占1.85%(圖2)。從各采樣站點(diǎn)浮游植物的種類分布看，浮游植物種類多少排序依次為：Ⅱ(30種)>Ⅰ(27種)>Ⅳ(17種)>Ⅴ(14種)>Ⅲ(13種)。

根據(jù)浮游植物優(yōu)勢度的計(jì)算結(jié)果(表2)，長江干流安慶段浮游植物優(yōu)勢種有6種，分別為藍(lán)藻門的小顫藻(Oscillatoriatenuis)、極大螺旋藻(Spirulinamaxima)、湖沼色球藻(Chroococcusminutus)，綠藻門的小球藻(Chlorellavulgaris)、集星藻(Actinastrumhantzschii)以及硅藻門的尖針桿藻(Synedraacus))。浮游植物優(yōu)勢種在各季節(jié)間有所變動，小顫藻、小球藻在4、7和9月均為優(yōu)勢種；極大螺旋藻、湖沼色球藻、集星藻在7月和9月為優(yōu)勢種；尖針桿藻為4月和7月為優(yōu)勢種。

圖2 長江干流安慶段各門浮游植物種類數(shù)所占比例Fig.2 The proportion of various types of phytoplankton in Anqing section of the Yangtze River表2 長江干流安慶段浮游植物優(yōu)勢種類Tab.2 The dominant species of the phytoplankton in Anqing section of the Yangtze River

種類4月7月9月尖針桿藻Synedraacus++小顫藻Oscillatoriatenuis+++極大螺旋藻Spirulinamaxima++湖沼色球藻Chroococcusminutus++集星藻Actinastrumhantzschii++小球藻Chlorellavulgaris+++

(注：+表示優(yōu)勢種)

2.2 密度與生物量時空變化

長江干流安慶段浮游植物密度為1.228×104～33.002×104ind./L，均值為9.453×104ind./L，最高值出現(xiàn)在7月采樣斷面Ⅱ，最低值出現(xiàn)在4月采樣斷面Ⅰ；生物量為0.005～0.512 mg/L，均值為0.157 mg/L，最高和最低點(diǎn)亦分別出現(xiàn)在采樣斷面Ⅱ(7月)和Ⅰ(4月)(圖3)。比較發(fā)現(xiàn)，浮游植物密度在水平分布上差異不顯著(P>0.05)，季節(jié)變化上則表現(xiàn)出顯著性差異(P<0.05)。生物量在水平分布上差異不顯著(P>0.05)，季節(jié)變化上則表現(xiàn)出顯著性差異(P<0.05)。

圖3 長江干流安慶段浮游植物密度和生物量時空變化Fig.3 Temporal and spatial variation of phytoplankton cell density and biomass in Anqing section of the Yangtze River

2.3 浮游植物群落多樣性分析

長江干流安慶段各采樣斷面浮游植物種類多樣性指數(shù)和均勻性指數(shù)分析結(jié)果表明(圖4)，5個采樣斷面Shannon-Wiener指數(shù)(H)為0.918～3.147，均值為2.539，采樣斷面Ⅳ最低(9月)，采樣斷面Ⅳ最高(4月)；Pielou均勻性指數(shù)(J)為0.796～1.000，均值為0.893，采樣斷面Ⅴ最低(4月)，采樣斷面Ⅲ最高(9月)。Shannon-Wiener指數(shù)(H)在空間分布和季節(jié)間差異均不顯著(P>0.05)。Pielou均勻性指數(shù)(J)在空間分布上差異不顯著(P>0.05)，但在季節(jié)間變化上則表現(xiàn)出顯著性差異(P<0.05)。

圖4 長江干流安慶段各采樣斷面浮游植物生物多樣性變化Fig.4 Variation of phytoplankton biodiversity index in Anqing section of the Yangtze River

2.4 水質(zhì)評價(jià)

應(yīng)用Shannon-Wiener指數(shù)、Pielou均勻性指數(shù)評價(jià)長江干流安慶段的水質(zhì)狀況。參考文獻(xiàn)[17-19]確定評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：Shannon-Wiener指數(shù)H>3為寡污-清潔型；1≤H≤3為β-中污型；H<1為α-中污型。Pielou均勻性指數(shù)J>0.5為清潔型或寡污-清潔型；0.3≤J≤0.5為β-中污型；J<0.3為α-中污型，基于各指數(shù)計(jì)算結(jié)果(表3)，長江干流安慶段水質(zhì)狀況介于清潔型/β-中污型其中采樣斷面Ⅱ與其他采樣斷面相比較水質(zhì)更優(yōu)。

表3 長江干流安慶段浮游植物多樣性指數(shù)及水質(zhì)狀況評價(jià)Tab.3 Phytoplankton diversity and Water Quality Evaluation Index in Anqing section of the Yangtze River

3 討論

3.1 種類組成與現(xiàn)存量

從長江干流安慶段浮游植物種類組成上看，主要是硅藻、藍(lán)藻和綠藻，共計(jì)占浮游植物種類數(shù)的92.59%，而黃藻和甲藻僅占7.41%，這與國內(nèi)許多河流浮游植物的結(jié)構(gòu)組成相似[20-22]。從浮游植物現(xiàn)存量上看，整個研究區(qū)域浮游植物密度和生物量平均值分別為9.453×104ind./L和0.157 mg/L，最高值和最低值分別出現(xiàn)在采樣斷面Ⅱ(7月)和Ⅰ(4月)。浮游植物密度和生物量存在明顯的季節(jié)變化，可能與7月氣溫較高，水中無機(jī)和有機(jī)營養(yǎng)物質(zhì)增加有關(guān)，藻類的豐度及群落結(jié)構(gòu)由水環(huán)境中污染物質(zhì)和營養(yǎng)鹽的含量所決定[23]。此外，采樣斷面Ⅱ位于皖河口，相對于其他采樣斷面，該區(qū)域水體流動性較小、泥沙含量低、營養(yǎng)物質(zhì)豐富，有利于浮游植物對營養(yǎng)鹽的利用，進(jìn)而生物量更豐富。

3.2 優(yōu)勢種群的變化

優(yōu)勢種對浮游植物群落結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有重要作用，優(yōu)勢種越多且優(yōu)勢度越小，則群落結(jié)構(gòu)越復(fù)雜、穩(wěn)定[24]。本研究表明長江干流安慶段的浮游植物優(yōu)勢種共計(jì)3門6種，優(yōu)勢種較少且優(yōu)勢度不高，表明長江干流安慶段的浮游植物群落結(jié)構(gòu)比較簡單。從優(yōu)勢種組成來看，孟順龍等[10]研究結(jié)果表明秋季浮游植物優(yōu)勢種為巴豆葉脆桿藻、意大利直鏈藻、隱頭舟形藻、小環(huán)藻，浮游植物優(yōu)勢種雖有一定差別，但均有硅藻門種類，可見硅藻始終處于優(yōu)勢地位，也說明該江段浮游植物群落結(jié)構(gòu)基本穩(wěn)定。

3.3 浮游植物多樣性指數(shù)與水質(zhì)評價(jià)

浮游植物是水生態(tài)系統(tǒng)中重要組成之一，在維持水生態(tài)系統(tǒng)的平衡中起著十分重要的作用。其群落結(jié)構(gòu)反映了水體所處的營養(yǎng)狀態(tài)，特別是那些在某種特定的營養(yǎng)環(huán)境條件下存在的藻類，在一定程度上可直接反映出水體的營養(yǎng)狀況[25-26]。因多樣性指數(shù)與水質(zhì)的關(guān)系復(fù)雜，受水體類型、計(jì)算方法和鑒定種類等多種因素的影響，通常選用2種及以上的指標(biāo)來綜合評價(jià)水質(zhì)，以確保評價(jià)結(jié)果的可靠性[27]。Shannon-Wiener多樣性指數(shù)可以反映水體的水質(zhì)狀況，通常情況下，Shannon-Wiener多樣性指數(shù)越大，顯示該群落結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，穩(wěn)定性越大，水質(zhì)越好[28]。Pielou均勻度指數(shù)反映了各物種個體數(shù)目分配的均勻程度[29]。本研究結(jié)果顯示H值在0.918～3.147，J值在0.796～1.000之間波動。從采樣斷面來看，采樣斷面Ⅱ的H值和最低(圖4)值均高于其他采樣斷面，生物多樣性更高，群落結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定。主要由于采樣斷面Ⅱ位于支流匯入口處，受長江干流上游的污染影響小，污染物沉積較少所致。根據(jù)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)可知長江干流安慶段的水質(zhì)狀況介于清潔型/β-中污型。

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(責(zé)任編輯：鄧 薇)

附表 長江干流安慶段浮游植物種類組成Sch.1 Species composition of phytoplankton in Anqing section of the Yangtze River

(注：+表示出現(xiàn))

The characteristic of phytoplankton community structure in Anqing section of the Yangtze River

LIU Ming-dian1,LI Peng-fei1,2,ZENG Ze-guo1,HUANG Cui1,LIU Shao-ping1

(1.YangtzeRiverFisheriesResearchInstitute,ChineseAcademyofFisherySciences,Wuhan430223,China;2.Collegeoffisheries,HuazhongAgriculturalUniversity,Wuhan430070,China)

The phytoplankton survey was carried out in Anqing section of the Yangtze River in April、July and September 2015 in order to understand the characteristic of phytoplankton community structure.The results showed that the obtained phytoplankton belonged to 5 phyla,22 families,33 genuses and 54 species (including varieties).Bacillariophyta was the main compositions of phytoplankton community,which accounted for 46.30% of the total number of algae species.Secondly,Cyanophyta and Chlorophyta accounted for 24.07% and 22.22%,respectively.The species of Xanthophyta and Pyrrhophyta were less,which accounted for 5.56% and 1.85%,respectively.Dominant species mainly includedOscillatoriatenuis、Chlorellavulgaris、Spirulinamaxima、Chroococcusminutus、ActinastrumhantzschiiandSynedraacus.Phytoplankton density ranged from 1.228×104ind./L to 33.002×104ind./L,with an average of 9.453×104ind./L;biomass was 0.005～0.512 mg/L,with an average of 0.157 mg/L.The highest and lowest sampling were pointed(July) and (April).Result showed that both Phytoplankton density and biomass did not change significantly in spatial distribution,but showed extremely significant difference between the seasons.The Shannon-Wiener index and Pielou evenness index were used to analyze the characteristic of phytoplankton community structure.Shannon-Wiener index ranged from 0.918 to 3.147,with an average of 2.539;Pielou evenness index ranged from 0.796 to 1.000,with an average of 0.893.Shannon-Wiener index did not change significantly both in spatial distribution and between the seasons;Pielou evenness index did not change significantly in spatial distribution,but extremely significant difference between the seasons.It was found that the water body of Anqing section of the Yangtze River belonged to clean/-ms type compared the phytoplankton biodiversity index.

phytoplankton;community structure;biodiversity;water quality;Anqing section of the Yangtze River

2016-03-11；

2017-03-22

國家自然科學(xué)基金(31201997)

劉明典(1980- )，男，助理研究員，研究方向?yàn)闈O業(yè)資源。E-mail：lmd800226@163.com

劉紹平。E-mail:lsp@yfi.ac.cn

S932.8

A

1000-6907-(2017)04-0029-08