海口市美舍河豐水期浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征及其水質(zhì)評(píng)價(jià)

彭曾樺，朱為菊

1.瓊臺(tái)師范學(xué)院理學(xué)院，海南?？?571127；

2.瓊臺(tái)師范學(xué)院海南熱帶生物多樣性與資源利用實(shí)驗(yàn)室，海南?？?571127；

3.瓊臺(tái)師范學(xué)院學(xué)前教育學(xué)院，海南?？?71127

浮游植物是水體中主要的初級(jí)生產(chǎn)者，是水生態(tài)系統(tǒng)食物鏈的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，其群落結(jié)構(gòu)特征影響著水生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能[1,2]。由于浮游植物群落結(jié)構(gòu)對(duì)水環(huán)境的變化響應(yīng)敏感，研究其群落結(jié)構(gòu)組成以及多樣性等指標(biāo)可以準(zhǔn)確的反應(yīng)水體環(huán)境質(zhì)量狀況[3]，以彌補(bǔ)利用水環(huán)境理化指標(biāo)評(píng)價(jià)水質(zhì)的不足[4]。目前，利用浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征對(duì)水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)的研究是國(guó)內(nèi)外的重要研究方向。城市河流作為水資源和環(huán)境的載體，對(duì)城市的生存和發(fā)展以及環(huán)境質(zhì)量有著重要的影響。與自然河流相比較，城市河流受到人工干擾的影響較大，隨著城市化進(jìn)程的推進(jìn)以及經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市河流受人為活動(dòng)以及污水廢水排入的影響，致使河流水質(zhì)惡化，水生生物群落所面臨的水環(huán)境壓力升高，城市河流生態(tài)系統(tǒng)健康受到了嚴(yán)重威脅。因此研究城市河流浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征，以及在此基礎(chǔ)上的水體環(huán)境質(zhì)量分析與評(píng)價(jià)，對(duì)城市河流生態(tài)修復(fù)具有重要的意義。目前，關(guān)于美舍河的研究涉及重金屬化學(xué)性狀特征[5]、水質(zhì)狀況[6]、景觀植物多樣性[7]，而對(duì)于美舍河浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征的報(bào)道尚缺乏系統(tǒng)的研究。該研究以?？谑忻郎岷痈∮沃参餅檠芯繉?duì)象，通過(guò)野外調(diào)查、室內(nèi)實(shí)驗(yàn)等方法，分析沿著河流人為干擾梯度下的浮游植物種類數(shù)、細(xì)胞密度、多樣性指數(shù)等指標(biāo)，并對(duì)美舍河的水體環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，為美舍河水生生物多樣性保護(hù)和生態(tài)修復(fù)提供基礎(chǔ)資料和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 采樣點(diǎn)概況

美舍河地處低緯度熱帶北緣，其所在區(qū)域具有熱帶海洋性季風(fēng)氣候，其是?？谑芯G色生態(tài)系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵性、基礎(chǔ)性的廊道，從上游的沙坡水庫(kù)流至和平北路橋東側(cè)，流進(jìn)海甸溪，最終從新碼頭歸入瓊州海峽，流經(jīng)龍華、瓊山、美蘭3 個(gè)區(qū)，除美舍河上游外，河流的中游和下游主要位于城區(qū)，受污水直排和底泥污染影響，水環(huán)境質(zhì)量較差。美舍河是?？谑械哪赣H河，全長(zhǎng)23.86km，流域面積為50.16 萬(wàn)km2，沿線居民33 萬(wàn)人，占主城區(qū)總?cè)丝诘?0%。該文以美舍河流域?yàn)檠芯繀^(qū)域，在上游沙坡水庫(kù)設(shè)置4 個(gè)樣點(diǎn)，美舍河共設(shè)置了10 個(gè)采樣點(diǎn)，樣點(diǎn)的基本信息見(jiàn)表1。

表1 美舍河采樣點(diǎn)信息Tab.1 The Sampling Sites Information of Meishe River

1.2 樣品的采集與鑒定

浮游植物樣品的采集參照《淡水浮游生物研究方法》[8]，其中定性樣品的采集使用25#浮游生物網(wǎng)進(jìn)行采集，使用時(shí)在水面下0.5m 左右呈“∞”字狀撈取藻類，現(xiàn)場(chǎng)加入濃度為4%～5%的甲醛溶液進(jìn)行固定；定量樣品的采集使用5L 容量的不銹鋼采水器，在水面下0.5m 處采集，采集后置于聚乙烯瓶中，用15mL 魯格氏溶液固定，靜置24h 后用吸管小心吸取上清溶液，至樣品濃縮為20mL～30mL。浮游植物鑒定時(shí)取均勻樣品1mL 注入浮游植物計(jì)數(shù)框中，在光學(xué)顯微鏡下進(jìn)行觀察，浮游植物的鑒定主要參照《中國(guó)淡水藻類—系統(tǒng)、分類與生態(tài)》[9]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)（H’）和Pielou 均勻度指數(shù)（J）來(lái)描述浮游植物群落結(jié)構(gòu)多樣性指數(shù)，計(jì)算公式如下：

式中，N 為所有個(gè)體的總數(shù)；ni為第i 種個(gè)體數(shù)占總個(gè)體數(shù)的比例；H 為Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)；S為浮游植物總種類數(shù)。

表2 基于生物多樣性指數(shù)的水質(zhì)評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Tab.2 Water Quality Assessment Criteria of Diversity Indexes

2 結(jié)果

2.1 浮游植物種類組成和豐度變化

采集鑒定浮游植物共89 種，隸屬于7 門(mén)58 屬，種類組成主要集中在綠藻門(mén)、硅藻門(mén)和藍(lán)藻門(mén)這三大門(mén)類，其中綠藻門(mén)42 種（47.2%）、硅藻門(mén)20 種（22.5%）、藍(lán)藻門(mén)15 種（16.9%），約占總數(shù)的86.6%，而裸藻門(mén)6 種（6.7%）、隱藻門(mén)3 種（3.4%）、甲藻門(mén)2種（2.2%），金藻門(mén)1 種（1.1%)占比較少（圖1）。

圖1 美舍河浮游植物種類組成Fig.1 The Species Composition of Phytoplankton in Meishe River

浮游植物細(xì)胞豐度在39.07×104個(gè)/ L～7814.01×104個(gè)/L 之間，最低值出現(xiàn)在美舍河下游國(guó)興大道段，僅為39.07×104個(gè)/L，最高值出現(xiàn)在美舍河上游的沙坡水庫(kù)，為7814.01×104個(gè)/L。從浮游植物組成來(lái)看，沙坡水庫(kù)以藍(lán)藻門(mén)為主，占浮游植物細(xì)胞豐度的79%～88%之間；美舍河上游的大樣村段以綠藻門(mén)和藍(lán)藻門(mén)為主，占浮游植物細(xì)胞豐度的47%和34%；美舍河龍昆南路段以硅藻門(mén)和綠藻門(mén)為主，占浮游植物細(xì)胞豐度的46%和37%；美舍河椰海大道段以隱藻門(mén)和綠藻門(mén)為主，占浮游植物細(xì)胞豐度的36%和30%；美舍河鳳翔路段以藍(lán)藻門(mén)和綠藻門(mén)為主，占浮游植物細(xì)胞豐度的61%和35%；美舍河中山路段以隱藻門(mén)、藍(lán)藻門(mén)、綠藻門(mén)為主，占浮游植物細(xì)胞豐度的53%、23%和25%；美舍河河口路段以藍(lán)藻門(mén)、綠藻門(mén)、硅藻門(mén)為主，占浮游植物細(xì)胞豐度的45%、31%和16%；美舍河國(guó)興大道段和白龍路段均以硅藻門(mén)為主，占浮游植物細(xì)胞豐度的65%和85%；美舍河文明東段以藍(lán)藻門(mén)和綠藻門(mén)為主，占浮游植物細(xì)胞豐度的41%和38%；美舍河長(zhǎng)提路段以藍(lán)藻門(mén)為主，占浮游植物細(xì)胞豐度的86%。

圖2 美舍河浮游植物細(xì)胞密度組成Fig.2 The Composition of Phytoplankton Cell Density in Meishe River

2.2 浮游植物優(yōu)勢(shì)種

美舍河流域的優(yōu)勢(shì)種共有11 種，分別為藍(lán)藻門(mén)的細(xì)小平裂藻（Merismopedia tenuissima）、加德納鞘絲藻（Lyngbya gardneri）、細(xì)鞘絲藻（Leptolyngbyaceaesp.）、環(huán)圈項(xiàng)圈藻（Anabaenopsis circularis）、螺旋魚(yú)腥藻（Anabaena spiroides），硅藻門(mén)的梅尼小環(huán)藻（Cyclotella meneghiniana）、異極藻（Gomphonemasp.）、谷皮菱形藻（Nitzschia palea），隱藻門(mén)的尖尾藍(lán)隱 藻（Chroomonas acuta），綠藻門(mén)的球衣藻（Chlamydomonas globosa）和小球藻（Chlorella vulgar）。從空間變化來(lái)看，上游以細(xì)小平裂藻為主要優(yōu)勢(shì)種，中游以梅尼小環(huán)藻、尖尾藍(lán)隱藻、小球藻為主，下游以細(xì)鞘絲藻和谷皮菱形藻為主。

圖3 美舍河浮游植物優(yōu)勢(shì)種Fig.3 The Dominant Species of Phytoplankton in Meishe River

2.3 浮游植物多樣性指數(shù)

浮游植物Shannon-Wiener 指數(shù)在0.6～2.43之間波動(dòng)，平均值為1.79。其中最高值在美舍河龍昆南路段，為2.43；最低值在美舍河長(zhǎng)堤路段，為0.6。浮游植物Pielou 均勻度指數(shù)在0.29～0.9 之間波動(dòng)，平均值為0.61。其中最高值在美舍河國(guó)興大道段，為0.9，最低值在美舍河長(zhǎng)堤路段，為0.29。

該研究基于浮游植物多樣性對(duì)美舍河進(jìn)行水質(zhì)評(píng)價(jià)表明，14 個(gè)采樣點(diǎn)中1 個(gè)站點(diǎn)處于重度污染狀態(tài)，13 個(gè)站點(diǎn)處于中度污染，多數(shù)樣點(diǎn)的水質(zhì)處于中度污染狀態(tài)。

2.4 NMDS 排序分析

基于浮游藻類群落結(jié)構(gòu)的排序分析表明（圖4），浮游植物群落結(jié)構(gòu)存在一定的空間差異。各樣點(diǎn)浮游藻植物群落可分為4 組，一組為美舍河上游的沙坡水庫(kù)（SP1#、SP2#、SP3#、SP4#），一組為美舍河上游及其中游（MH1#、MH2#、MH3#、MH5#、MH6#），一組為美舍河的下游（7#、8#、9#），一組為美舍河鳳翔路段（MH4#）和長(zhǎng)堤路段（MH10#）。

圖4 基于浮游植物群落結(jié)構(gòu)的NMDS 排序分析(Stress=0.128)Fig.4 The Analysis of Nmds Ordination Based on the Phytoplankton Community Structure

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

(1) 美舍河及其上游沙坡水庫(kù)浮游植物有89種，種類組成以綠藻、硅藻和藍(lán)藻為主。浮游植物群落結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)一定的空間變化，優(yōu)勢(shì)種主要為廣布種如：細(xì)小平裂藻、梅尼小環(huán)藻、尖尾藍(lán)隱藻、小球藻、細(xì)鞘絲藻和谷皮菱形藻。采用浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征對(duì)美舍河水質(zhì)評(píng)價(jià)顯示，處于中污染狀態(tài)。

(2)美舍河上游主要面臨農(nóng)業(yè)污染；中游與下游流經(jīng)居民區(qū)，主要面臨生活污染。應(yīng)做好美舍河濕地公園的水生植物的養(yǎng)護(hù)，并及時(shí)清除植物殘?bào)w，以避免水體營(yíng)養(yǎng)鹽水平的升高。

3.2 討論

美舍河浮游植物種類數(shù)呈現(xiàn)出上游較多、下游較少的空間變化格局。美舍河上游為沙坡水庫(kù)，水庫(kù)水體相對(duì)河流較為穩(wěn)定，為浮游植物的生長(zhǎng)創(chuàng)造了適宜的條件，因此浮游植物種類豐富，細(xì)胞豐度較大，而美舍河下游周邊環(huán)境主要為居民區(qū)，河流渠道化嚴(yán)重，受生活污水排放的影響[5]，水體透明度低，光照條件弱，不適宜浮游植物的生長(zhǎng)。該研究期間美舍河藍(lán)藻門(mén)、硅藻門(mén)、綠藻門(mén)的種類為浮游植物群落豐度組成的主要貢獻(xiàn)類群，與國(guó)內(nèi)外河流豐水期浮游植物群落結(jié)構(gòu)組成較為一致[10-12]。

浮游植物優(yōu)勢(shì)種的種類組成及其優(yōu)勢(shì)度對(duì)群落結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有著重要的作用。通常來(lái)講，優(yōu)勢(shì)種優(yōu)勢(shì)度低且種類數(shù)越多，群落結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定、復(fù)雜。美舍河浮游植物優(yōu)勢(shì)種從上游到下游呈現(xiàn)出種類數(shù)越來(lái)越少，優(yōu)勢(shì)度逐漸增大的趨勢(shì)，這也說(shuō)明了浮游植物群落結(jié)構(gòu)由穩(wěn)定、復(fù)雜到不穩(wěn)定、簡(jiǎn)單的空間變化。浮游植物優(yōu)勢(shì)種多為廣布種，細(xì)小平裂藻在美舍河上游、中游水體均為優(yōu)勢(shì)種，該種被認(rèn)為是富營(yíng)養(yǎng)化水體的種類[13]，且在湖泊中尤其是夏季易成為優(yōu)勢(shì)種[14]。錢(qián)志萍等[15]研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)小平裂藻在高溫、高光照的條件下易達(dá)到最佳生長(zhǎng)狀態(tài)。

隱藻類能耐受低光的環(huán)境，且生態(tài)位寬度較大，分布范圍廣，其中尖尾藍(lán)隱藻在美舍河中游成為優(yōu)勢(shì)種類，分布廣的物種通常被認(rèn)為具有較寬的生態(tài)位，其利用資源的能力和多樣化程度較高，競(jìng)爭(zhēng)能力較強(qiáng)。鞭毛藻類借助鞭毛的游動(dòng)，可以主動(dòng)尋找適宜的生長(zhǎng)環(huán)境，使其快速增長(zhǎng)[16]。谷皮菱形藻在美舍河下游占據(jù)一定的優(yōu)勢(shì)地位，下游的河道人口活動(dòng)密集主要是受生活污水的影響，透光度低，光線成為限制藻類生長(zhǎng)的主要因子[17]。谷皮菱形藻作為環(huán)境污染指示種，其密度增加與水體的高沉積物和總磷含量相關(guān)。通過(guò)該研究來(lái)看可將細(xì)小平裂藻、隱藻類等作為水體生態(tài)環(huán)境管理的生態(tài)指示物種，控制該藻類種群的生長(zhǎng)，有效維護(hù)美舍河水體的生態(tài)健康。

城市內(nèi)河水體交換和自凈能力較差，且受人類活動(dòng)的感染，如生活污水的排放。多數(shù)研究表明城市河流處于中度到重度污染的狀態(tài)[18]。也有一些研究表明，基于生物多樣性指數(shù)的水質(zhì)評(píng)價(jià)更適用于湖泊、河流等淺水水體，而在進(jìn)行深水水庫(kù)的水質(zhì)評(píng)價(jià)時(shí)存在局限性。從總體來(lái)看，沙坡水庫(kù)和美舍河上游河段具有較高的連通性，但是浮游植物群落結(jié)構(gòu)也不相同，這可能是由于生境條件的變化，進(jìn)而導(dǎo)致藻類群落結(jié)構(gòu)的不同。

NMDS 排序分析結(jié)果顯示，美舍河鳳翔路段（MH4#）和下游的長(zhǎng)堤路（MH10#）分別位于排序圖的最左側(cè)和最上側(cè)，其原因可能是，鳳翔路美舍河濕地公園中各類水濕生植物對(duì)水中的污染物質(zhì)進(jìn)行凈化[7]，浮游植物優(yōu)勢(shì)種主要以球衣藻、細(xì)鞘絲、細(xì)小平裂藻為主。而位于下游的長(zhǎng)堤路段由于受海淀河的倒灌影響，而為細(xì)鞘絲藻提供了有利的生長(zhǎng)環(huán)境[19]。