三峽庫區(qū)源頭溪流灣灘河浮游植物群落特征

摘要： 為探討山地河流源頭溪流浮游植物群落的空間格局和生物多樣性維持機(jī)制，對(duì)灣灘河流域浮游植物群落空間結(jié)構(gòu)變化特征及其與環(huán)境因子的關(guān)系進(jìn)行研究；在三峽庫區(qū)湯溪河上游的灣灘河干支流設(shè)置9個(gè)樣地，調(diào)查浮游植物物種組成和環(huán)境變量，進(jìn)行Spearman相關(guān)性分析。結(jié)果表明：豐水期和枯水期的浮游植物物種組成均主要以硅藻-綠藻型為主；均勻度指數(shù)和Simpson生物多樣性指數(shù)變化不大，水質(zhì)較為清潔；豐水期和枯水期浮游植物密度分別為1.985 6×104～5.726 3×104，2.033 2×104～6.006 0×104 cells·L-1；pH值、溶解氧（DO）、總磷（TP）、海拔是影響灣灘河浮游植物特征指數(shù)變化的關(guān)鍵因子。

關(guān)鍵詞： 浮游植物； 群落特征； 空間格局； 生物多樣性； 灣灘河； 三峽庫區(qū)

中圖分類號(hào)： Q 948.8文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A"" 文章編號(hào)： 1000-5013（2024）05-0661-06

Phytoplankton Community Characteristics of Headstream Wantan River in Three Gorges Reservoir Area

Abstract： In order to explore the spatial pattern and biodiversity maintenance mechanism of phytoplankton community in headstream of mountain rivers and streams， the spatial structure change characteristics of phytoplankton community in Wantan River basin and their relationship with environmental factors were studied. Nine plots were set up in Wantan River tributaries in the upper reaches of Tangxi River in the Three Gorges Reservoir Area. The phytoplankton species composition and environmental variables were investigated， and Spearman correlation and other analyses were performed. The results showed that the phytoplankton species composition was mainly diatomic-green algae type in both wet and dry periods； evenness index and Simpson biodiversity index changed little， and the water quality was relatively clean； the phytoplankton densities in wet and dry periods were 1.985 6×104-5.726 3×104 and 2.033 2×104-6.006 0×104 cells·L-1respectively； the pH value， dissolved oxygen （DO）， total phosphorus （TP） and altitude were key factors affecting the variation of phytoplankton characteristic index in the Wantan River.

Keywords： phytoplankton； community characteristics； spatial pattern； biodiversity； Wantan River； Three Gorges Reservoir area

在水庫建設(shè)和形成過程中，隨著水動(dòng)力學(xué)條件的變化，水生物群落也發(fā)生巨大變化。對(duì)我國三峽建壩后的浮游植物群落變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)生物多樣性格局與水庫調(diào)度和水體滯留時(shí)間密切相關(guān)，而浮游植物作為生產(chǎn)者，是形成水域生產(chǎn)力基礎(chǔ)之一［1-2］，在維持水域生態(tài)系統(tǒng)平衡、物質(zhì)循環(huán)及能量流動(dòng)等方面起著重要的作用［3］。由于浮游植物對(duì)水環(huán)境的變化十分敏感，河流連續(xù)性及庫區(qū)水生態(tài)環(huán)境的改變通常會(huì)導(dǎo)致浮游植物種類組成及群落結(jié)構(gòu)發(fā)生變化［4］。

目前，長(zhǎng)江支游浮游植物的野外調(diào)查主要從環(huán)境因子對(duì)浮游植物群落結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行研究。朱愛民等［5］對(duì)長(zhǎng)江干流和支流未淹沒區(qū)與回水區(qū)的浮游植物進(jìn)行調(diào)查，研究表明三峽工程蓄水對(duì)回水區(qū)浮游植物與水質(zhì)的影響比長(zhǎng)江干流大；朱愛民等［6］對(duì)水庫浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)對(duì)淹沒支流河口，浮游植物群落組成特點(diǎn)明顯改變，組成成分發(fā)生明顯變化，硅藻優(yōu)勢(shì)種類占比、最高優(yōu)勢(shì)度明顯下降；張靜等［7］對(duì)長(zhǎng)江干支流的浮游植物進(jìn)行調(diào)查，認(rèn)為總磷（TP）和總氮（TN）與浮游植物密度呈現(xiàn)顯著正相關(guān)；朱永鋒等［8］對(duì)三峽水庫進(jìn)行了大范圍調(diào)查，發(fā)現(xiàn)硝態(tài)氨（NO3-N）、水溫是影響支流庫灣浮游植物群落結(jié)構(gòu)的主要環(huán)境因子。

灣灘河是三峽庫區(qū)左岸一級(jí)支流湯溪河的上游河段，干流長(zhǎng)46.2 km，流域面積633.8 km2，截止目前灣灘河干流規(guī)劃和建成的電站有18座，在我國西南山地河流梯級(jí)水電開發(fā)中具有典型的代表性。因此，針對(duì)灣灘河開展浮游植物群落結(jié)構(gòu)研究對(duì)于西南山地河流和三峽庫區(qū)河流水質(zhì)安全和生態(tài)系統(tǒng)完整性具有重要意義。本文通過開展灣灘河浮游植物采樣調(diào)查及水質(zhì)評(píng)價(jià)，分析枯水期、豐水期灣灘河浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征及其與環(huán)境因子間的相關(guān)性，探明灣灘河水生態(tài)狀況，以期為灣灘河水生態(tài)保護(hù)提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 采樣點(diǎn)設(shè)置

灣灘河流域徑流主要來源于降雨和地下水，徑流的年內(nèi)變化與降雨一致。每年3月下旬開始，隨著降雨增加，徑流也相應(yīng)增大，4月為汛前過渡期，5-9月流域進(jìn)入主汛期，徑流量大增，10月為汛后過渡期，降雨減少，徑流也逐漸減少，11月至次年2月很少降雨，徑流主要由地下水補(bǔ)給。于2020年7月（豐水期）和2020年12月（枯水期）在灣灘河共布設(shè)9個(gè)采樣點(diǎn)，涵蓋回龍電站（S1）、魚泉電站（S2）、匯合口（S3）、中源一級(jí)電站水壩（S4）、中源二級(jí)電站水壩（S5）、紅池壩鎮(zhèn)下（S6）、游家河匯口上（S7）、溫水（S8）、轉(zhuǎn)角樓（S9），如圖1所示。樣地特征一覽表，如表1所示。表1中：L為距電站水壩距離；H為海拔；θ為溫度；ρ（DO）為溶解氧（DO）的質(zhì)量濃度；ρ（NH4N）為氨氮質(zhì)量濃度；ρ（TP）為總磷的質(zhì)量濃度。

1.2 樣品采集和處理

1） 水樣定性。在調(diào)查水體的各采樣點(diǎn)采集浮游植物定性水樣，樣品用質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%的魯哥氏液固定后帶回實(shí)驗(yàn)室觀察，并進(jìn)行浮游植物種類鑒別，確定水體中浮游植物的優(yōu)勢(shì)種。

2） 水樣定量。將同一采樣斷面3個(gè)采樣點(diǎn)水樣混合后取1 000 mL，加15 mL魯哥氏液進(jìn)行固定。

3） 室內(nèi)觀察與處理。種類鑒定參照《中國淡水藻類： 系統(tǒng)、分類及生態(tài)》，通過 0.1 mL浮游生物計(jì)數(shù)框計(jì)數(shù)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用優(yōu)勢(shì)度指數(shù)（Y）確定浮游植物的優(yōu)勢(shì)種，當(dāng)優(yōu)勢(shì)度指數(shù)Y≥0.02時(shí)，認(rèn)定為優(yōu)勢(shì)種［9］。優(yōu)勢(shì)度指數(shù)的計(jì)算式為

2 研究結(jié)果與分析

2.1 灣灘河浮游植物群落結(jié)構(gòu)時(shí)空分布特征

2.1.1 浮游植物的種類組成與優(yōu)勢(shì)種 灣灘河豐水期和枯水期浮游植物種類數(shù)（k），如圖2所示。由圖2可知：灣灘河豐水期共檢出浮游植物7門86種，硅藻門種類最為豐富，共47種，綠藻門次之，有22種；枯水期共檢出浮游植物7門71種，以硅藻門為主，共42種，其次是綠藻門16種。豐水期浮游植物種類數(shù)量比枯水期的種類數(shù)多。

調(diào)查期間，灣灘河豐水期和枯水期浮游植物優(yōu)勢(shì)種及優(yōu)勢(shì)度，如表2所示。由表2可知：不論豐水期還是枯水期，優(yōu)勢(shì)物種的種類均以藍(lán)藻門的小顫藻為主，豐水期和枯水期浮游植物優(yōu)勢(shì)種種類相同。

2.1.2 浮游植物密度及生物量 灣灘河豐水期和枯水期浮游植物密度和生物量變化，如圖3所示.圖3中：P為浮游植物密度；wB為生物量。

由圖3可知：豐水期浮游植物密度為1.985 6×104～5.726 3×104 cells·L-1，生物量為0.017 8～0.068 8 mg·L-1；枯水期浮游植物密度為 2.033 2×104～6.006 0×104 cells·L-1，生物量為0.020 7～0.072 6 mg·L-1 ；不論是豐水期還是枯水期，采樣點(diǎn)S4浮游植物密度及生物量最高，采樣點(diǎn)S3次之，采樣點(diǎn)S5的浮游植物密度及生物量最低。

2.1.3 浮游植物特征指數(shù) 灣灘河豐水期和枯水期浮游植物特征指數(shù)變化，如圖4所示。圖4中：δH為多樣性指數(shù)；δJ為均勻度指數(shù)。

由圖4（a）可知：豐水期各采樣點(diǎn)浮游植物多樣性指數(shù)的變化范圍為3.489 6～5.236 4，平均值為4.461 6；枯水期多樣性指數(shù)在3.987 6～5.528 6波動(dòng)，平均值為4.750 2。由圖4（b）可知：豐水期各采樣點(diǎn)浮游植物均勻度指數(shù)為0.412 8～0.497 9，平均值為0.448 1；枯水期均勻度指數(shù)為0.454 7～0.510 5，平均值為0.488 1。

2.1.4 Simpson生物多樣性指數(shù) 灣灘河豐水期和枯水期浮游植物Simpson生物多樣性指數(shù)變化，如圖5所示。圖5中：δD為Simpson生物多樣性指數(shù)。由圖5可知：豐水期各采樣點(diǎn)浮游植物Simpson生物多樣性指數(shù)為0.489 6～0.587 9，平均值為0.534 8；枯水期均勻度指數(shù)為0.518 7～0.610 2，平均值為0.567 5；枯水期Simpson生物多樣性指數(shù)略高于豐水期。

2.2 灣灘河豐水期和枯水期浮游植物密度與環(huán)境因子關(guān)系

灣灘河豐水期和枯水期浮游植物密度及特征指數(shù)與環(huán)境影響因子的Spearman相關(guān)性分析熱圖，如圖6所示。圖6中：t為時(shí)間；r為Spearman相關(guān)系數(shù)。

由圖6可知：豐水期δJ與pH值呈顯著負(fù)相關(guān)（r=-0.667，plt;0.05），枯水期δJ與wDO（r=-0.703，Plt;0.05）呈顯著負(fù)相關(guān)，δJ與wTP呈顯著正相關(guān)（r=0.683，Plt;0.05）。

3 討論

3.1 灣灘河浮游植物的時(shí)空分布特征

豐水期和枯水期的浮游植物物種組成均主要以硅藻-綠藻型為主。豐水期和枯水期浮游植物群落組成差異較小（圖2），豐水期和枯水期浮游植物優(yōu)勢(shì)種種類相同。多樣性指數(shù)和優(yōu)勢(shì)種也可用于水體污染程度劃分及水質(zhì)評(píng)價(jià)［10-11］，枯水期采樣點(diǎn)S4，S5，S7，S9的水質(zhì)類型為清潔-寡污型，其余采樣點(diǎn)在不同水情期的水質(zhì)類型均為β-中污型。

從時(shí)間尺度分析，豐水期小顫藻的優(yōu)勢(shì)度明顯高于其他物種，豐水期優(yōu)勢(shì)度指數(shù)明顯高于枯水期（表2），枯水期浮游植物的多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)普遍高于豐水期，枯水期Simpson生物多樣性指數(shù)也略高于豐水期。說明在豐水期的浮游植物物種數(shù)量分布較不均勻，生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)趨于簡(jiǎn)單化，而枯水期浮游植物物種數(shù)量分布均勻，異質(zhì)度較高。此外，枯水期水溫適宜，有利于浮游植物生長(zhǎng)，使得枯水期的浮游植物密度高于豐水期。

從空間采樣點(diǎn)分析，采樣點(diǎn)S6浮游植物的多樣性指數(shù)最低，采樣點(diǎn)S4的多樣性指數(shù)最高；從各采樣點(diǎn)的均勻度指數(shù)變化來看，豐水期采樣點(diǎn)S7浮游植物的均勻度指數(shù)最高，采樣點(diǎn)S3最低，而枯水期采樣點(diǎn)S7浮游植物的均勻度指數(shù)最高，采樣點(diǎn)S1最低。采樣點(diǎn)S1海拔較高；采樣點(diǎn)S7，S8與電站水壩距離較遠(yuǎn)，受人類活動(dòng)影響較少，因此浮游植物密度都較低；采樣點(diǎn)S3由于處于干流支流匯合處，浮游植物密度較高；采樣點(diǎn)S4，S9位于灣灘河的支流，且采樣點(diǎn)S4位于上游位置，水流流速較緩、泥沙淤積、營養(yǎng)物質(zhì)含量增加，導(dǎo)致浮游植物密度增加。

3.2 灣灘河浮游結(jié)構(gòu)的主要影響因子

相關(guān)性分析表明，pH值、溶解氧（DO）、總磷（TP）、海拔是影響灣灘河浮游植物特征指數(shù)變化的關(guān)鍵因子（圖6）。采樣點(diǎn)S4的浮游植物密度及生物量最高，采樣點(diǎn)S5的最低（圖3）。采樣點(diǎn)S4位于采樣點(diǎn)S5上游，入庫河流帶來部分營養(yǎng)鹽和有機(jī)質(zhì)，導(dǎo)致上游營養(yǎng)鹽豐富，浮游植物群落大量繁殖，且人口活動(dòng)相對(duì)較密集，生活污水排入其中，有機(jī)物含量相對(duì)高，為浮游植物的生長(zhǎng)提供了一定的營養(yǎng)條件，有利于部分藻類生長(zhǎng)，因此，浮游植物的數(shù)量和生物量增大；采樣點(diǎn)S5人口稀疏、無大型工廠、有機(jī)污染少、營養(yǎng)鹽含量低、水溫相對(duì)低，限制了浮游植物的生長(zhǎng)。DO和TP是影響浮游植物均勻度指數(shù)變化的主要環(huán)境影響因子，因?yàn)樵孱惿L(zhǎng)繁殖過程消耗水體中的DO，水體中DO質(zhì)量濃度降低，浮游植物密度增加，藻類競(jìng)爭(zhēng)作用導(dǎo)致DO成為關(guān)鍵影響因子［12-13］；而高TP質(zhì)量濃度導(dǎo)致部分浮游植物快速增長(zhǎng)，這與張靜等［7］的研究結(jié)果一致。此外，水體pH值對(duì)浮游植物的組成和分布有一定的影響［14］。豐水期和枯水期平均pH值分別為7.6和7.5，影響了部分浮游植物的生長(zhǎng)，與浮游植物群落結(jié)構(gòu)變化表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)關(guān)系。

浮游植物群落結(jié)構(gòu)不僅受pH值、溶解氧（DO）、總磷（TP）等因素的限制，還受水文條件的影響較大。電站建成后，庫區(qū)因?yàn)樗w變深、增大，流速減小，庫區(qū)河段的水生生態(tài)將發(fā)生較大的變化。此外，采樣點(diǎn)所處位置附近的電站水壩運(yùn)行時(shí)間為4～5 a，生物趨向于適應(yīng)新的環(huán)境，并與新環(huán)境之間達(dá)到新的平衡。根據(jù)調(diào)查結(jié)果，灣灘河流域內(nèi)浮游植物以硅藻為主，硅藻屬于流水型浮游植物，庫區(qū)硅藻數(shù)量將減少，而適宜靜水的藍(lán)藻門、綠藻等其他門類的種類將會(huì)增加并成為優(yōu)勢(shì)種，生活于急流淺水區(qū)的著生藻類將會(huì)因水環(huán)境的快速改變而消失［15］，這與朱愛民等［5］的研究結(jié)果一致。因而，采樣點(diǎn)與電站的距離和浮游植物密度呈正相關(guān)關(guān)系。

此外，回龍電站、魚泉電站、中源一級(jí)電站、中源二級(jí)電站等依次分布于灣灘河的梯級(jí)電站，在各水電站下游采集的浮游植物樣品分析結(jié)果表明，雖然各梯級(jí)小電站浮游植物豐度存在一定差別，但優(yōu)勢(shì)種均相同，且浮游植物組成占比較為相似。浮游植物的生長(zhǎng)、繁殖、休眠都在水體中，由于同一河流水系的連續(xù)性，即使存在水電站阻隔，同一河流水系水生生物種屬來源仍可表現(xiàn)一定的趨同性［16］。

4 結(jié)論

1） 豐水期和枯水期的浮游植物物種組成均主要以藍(lán)藻-硅藻型為主，豐水期共檢出浮游植物7門86種，枯水期共檢出浮游植物7門71種。豐水期和枯水期共有優(yōu)勢(shì)種為小顫藻、尖針桿藻、線性舟形藻、簡(jiǎn)單舟形藻、膨脹橋彎藻、黃群藻、普通水綿。

2） 灣灘河浮游植物具有時(shí)空異質(zhì)性，枯水期的浮游植物密度、多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)均高于豐水期。中源一級(jí)電站水壩（S4）浮游植物密度及生物量最高，中源二級(jí)電站水壩（S5）浮游植物密度及生物量最低。

3） pH值、溶解氧（DO）、總磷（TP）、海拔是影響灣灘河浮游植物特征指數(shù)變化的關(guān)鍵因子。

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