遼河太子河水系的浮游植物種類多樣性研究

李慶南,趙文、2,殷旭旺、2,張遠(yuǎn),孟偉

(1.大連海洋大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,遼寧大連16023;2.大連海洋大學(xué)遼寧省水生生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,遼寧大連16023; 3.中國(guó)環(huán)境科學(xué)院,北京100012)

遼河太子河水系的浮游植物種類多樣性研究

李慶南1,趙文1、2,殷旭旺1、2,張遠(yuǎn)3,孟偉3

(1.大連海洋大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,遼寧大連16023;2.大連海洋大學(xué)遼寧省水生生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,遼寧大連16023; 3.中國(guó)環(huán)境科學(xué)院,北京100012)

于2009年5月和8月對(duì)遼河太子河水系的浮游植物進(jìn)行了野外調(diào)查研究。結(jié)果表明:遼河太子河水系的浮游植物主要由硅藻、綠藻和藍(lán)藻組成,共鑒定出浮游植物195種,其中硅藻門種類最多,共鑒定出97種;綠藻門次之,共鑒定出55種;藍(lán)藻門居第3位,共鑒定出25種;藻類的密度具有明顯變化,從5月開始總藻類密度開始減少,而藍(lán)藻門的藻類密度卻明顯上升,從占總藻類密度的7%上升到17%;從浮游植物多樣性指數(shù)分布上看,太子河水系不同區(qū)域浮游植物多樣性的差異性顯著,太子河水系上游地區(qū)浮游植物多樣性小于下游地區(qū)。

太子河;浮游植物;物種多樣性

由于諸多環(huán)境條件的差異,浮游植物在空間區(qū)域的物種組成、多樣性分布等方面表現(xiàn)出不同的特性,因此浮游植物可作為河流生態(tài)系統(tǒng)的重要生物類群,其群落結(jié)構(gòu)和多樣性具有反映不同化學(xué)、生物和物理影響的能力[1]。國(guó)內(nèi)外有許多學(xué)者對(duì)浮游植物的群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析和研究[2-5]。20世紀(jì)80年代以來,隨著區(qū)域經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展以及工業(yè)化、城市化程度的不斷提高,遼河太子河流域環(huán)境遭到了嚴(yán)重破壞,流域內(nèi)出現(xiàn)大量污染源,飲用水水源水質(zhì)也受到威脅,一些珍稀物種相繼消失。近年來,對(duì)其開展了一系列生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)和修復(fù)工作。本研究中,作者調(diào)查和研究了太子河水系浮游植物的種類組成、多樣性及空間異質(zhì)性,旨在為太子河生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)和修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 采樣點(diǎn)設(shè)置

太子河水系的源頭分為南北兩支,南支的源頭位于本溪縣東營(yíng)坊鄉(xiāng)羊湖溝草帽頂子山麓,北支的源頭位于新賓滿族自治縣平頂山鎮(zhèn)鴻雁溝。兩條支流在本溪縣馬家崴子匯合,經(jīng)本溪縣、本溪市區(qū),到燈塔市雞冠山鄉(xiāng)瓦子峪村進(jìn)入遼陽(yáng)市境。由雞冠山南行至孤家子,逶迤西下,經(jīng)安平、西大窯、沙滸、小屯、望水臺(tái)、沙嶺、黃泥洼、柳壕、穆家、唐馬寨等18個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn),至唐馬寨出境,經(jīng)海城三岔河入遼河,由營(yíng)口入渤海。太子河全長(zhǎng)464 km,流域面積為4 000 km2,占整個(gè)遼河流域面積的18.19%[6],年平均徑流量為26.86×108m3。本調(diào)查中,采樣點(diǎn)設(shè)置從太子河上游南北支到營(yíng)口入?？趨^(qū)域內(nèi),通過柵格法和實(shí)際地理情況,干流上每5～10 km設(shè)一采樣站點(diǎn),并在主要支流上加設(shè)采樣站點(diǎn),共計(jì)66個(gè)采樣站點(diǎn)(圖1)。

1.2 方法

1.2.1 浮游植物的采集方法 浮游植物采集使用不銹鋼采水器,在河流中層取水樣2 L,置同一容器中混合,充分搖勻后取10～15 mL魯哥氏液進(jìn)行固定。藻類定量樣品按常規(guī)方法沉淀48 h以上,去除上清液,收集藻類細(xì)胞,定容至50 mL,用浮游植物計(jì)數(shù)框在光學(xué)顯微鏡(40×10)下進(jìn)行觀察和計(jì)數(shù)[6-11],并根據(jù)具體藻類密度選擇所計(jì)視野數(shù),呈梅花形選格,然后按相關(guān)公式換算成每升水樣中藻類的細(xì)胞個(gè)數(shù)[12-13]。

1.2.2 多樣性指數(shù)的計(jì)算

式中:H′為香農(nóng)-威納指數(shù),即群落的多樣性指數(shù);Pi為樣品中第i種個(gè)體所占比例;N為樣品總個(gè)體數(shù),ni為第i種個(gè)體數(shù);J為均勻性指數(shù); H′max為香農(nóng)-威納指數(shù)最大值;S為種數(shù)。

2 結(jié)果

2.1 浮游植物的種類分布

遼河太子河水系5月份、8月份浮游植物的種類分布見表1。從表1可見:遼河太子河水系兩個(gè)月的浮游植物種類顯現(xiàn)出不同的分布特征,8月份所采集的浮游植物種類數(shù)要少于5月份。

表1 浮游植物種類的鑒定結(jié)果Tab.1 The phytoplankton species identified in Taizi River

續(xù)表1 浮游植物種類的鑒定結(jié)果Cont.Tab.1 The phytoplankton species identified in Taizi River

2.2 浮游植物的種類組成

兩次調(diào)查中共鑒定出浮游植物195種,其中硅藻門種類最多,共鑒定出97個(gè)種;綠藻門次之,共鑒定出55種;藍(lán)藻門居第3位,共鑒定出25種。其它各門種類為18種。

在5月份的采樣調(diào)查中,全流域66個(gè)采樣點(diǎn)共鑒定出藻類7門78屬166種(表1),其中硅藻29屬86種,綠藻27屬46種,藍(lán)藻14屬18種,裸藻3屬7種,隱藻2屬3種和金藻2屬5種,黃藻門僅1屬1種,全流域各門藻類種類所占比例見圖2。

在8月份的采樣調(diào)查中,太子河流域各采樣點(diǎn)共記錄到藻類6門58屬117種(表1)。其中,硅藻門的種數(shù)依然居各門之首,有20屬56種,占總種數(shù)的47%。其次是綠藻門19屬34種和藍(lán)藻11屬15種,分別占總種數(shù)的29%和13%。裸藻2屬3種,隱藻2屬3種,甲藻2屬2種,金藻2屬4種。全流域各門藻類種類所占比例見圖2。

2.3 浮游植物多樣性分布

太子河浮游植物多樣性指數(shù)H′,5月份為0.585～4.421,8月份為0～4.162;而均勻性指數(shù)J,5月份為0.126～0.964,8月份為0.001～1 (圖3)。

3 討論

太子河流域各采樣點(diǎn)的藻類組成以天然河流性藻類為主,硅藻的種類最多,其比例分別占各站總種類數(shù)的63%。上下游各采樣點(diǎn)都表現(xiàn)出自己的優(yōu)勢(shì)群落分布特點(diǎn),上游站點(diǎn)主要以橋彎藻屬種類居多,下游站點(diǎn)主要以小環(huán)藻屬居多,種間差別明顯。從整體出現(xiàn)頻率和數(shù)量分布來看,硅藻門的顆粒直鏈藻最窄變種M.granulata var.angustissima、具星小環(huán)藻Cyclotella stelligera、偏腫橋彎藻C.ventricosa、舟形藻Navicula sp.、縊縮異極藻G.constrictum、脆桿藻Fragilaria sp.、針桿藻Synedra sp.、扁圓卵形藻Cocconeis placentula,綠藻門的柵藻Scenedesmus sp.、小球藻Chlorella sp.、衣藻Chlamydomonassp.、鐮形纖維藻奇異變種A.flacatus var.mirabilis、河生集星藻Actinastrum fluviatile,藍(lán)藻門的巨顫藻Oscillatoria princeps、優(yōu)美平裂藻Merismopedia sineca和細(xì)浮鞘絲藻Planktolyngbya subtilis,隱藻門的尖尾藍(lán)隱藻Chroomona acuta、嚙蝕隱藻Cryptomona erosa以及裸藻門的綠裸藻E.viridis等是主要種類,各采樣站點(diǎn)出現(xiàn)較多,且在數(shù)量分布上亦占一定比例。

與5月份采樣相比,8月份硅藻門藻類密度在各采樣點(diǎn)所占的比例明顯減少,而藍(lán)藻門藻類密度的比例卻大幅增加,藍(lán)藻門藻類密度占總藻類密度的比例,從夏季的7%上升到17%。在太子河流域后期采樣中鑒定到的藍(lán)藻多是一些適應(yīng)性強(qiáng)、分布較廣的常見種類,如光輝色球藻、銀輝平裂藻和細(xì)浮鞘絲藻等,而硅藻和綠藻種類則相應(yīng)的出現(xiàn)減少。這主要與季節(jié)的變化有關(guān)。進(jìn)入8月份后溫度升高,水中藍(lán)藻進(jìn)入繁殖高峰期,一些常見種類的藍(lán)藻大量繁殖。藻類的細(xì)胞密度是水生態(tài)系統(tǒng)功能和水質(zhì)評(píng)價(jià)的重要參數(shù)之一。計(jì)算結(jié)果顯示,各采樣點(diǎn)浮游植物的細(xì)胞密度差別較大。5月份,太子河浮游植物的細(xì)胞密度的最大值出現(xiàn)在海城河下游T59站點(diǎn),為3.51×107個(gè)/L;浮游植物的細(xì)胞密度最低值出現(xiàn)在T51站點(diǎn),為1.05×105個(gè)/L,所有采樣點(diǎn)平均密度值為4.18×106個(gè)/L。8月份,對(duì)太子河流域浮游植物定量計(jì)數(shù)的結(jié)果表明,全流域藻類的細(xì)胞密度波動(dòng)在1.32×104～2.53×107個(gè)/L,平均細(xì)胞密度為2.79×106個(gè)/L。從數(shù)據(jù)上可以看出,8月份太子河浮游植物的密度較5月份呈現(xiàn)降低的趨勢(shì),這與8月份降水量較少有關(guān)。8月份浮游植物密度最大值出現(xiàn)在T57站點(diǎn),最小值出現(xiàn)在T7站點(diǎn),兩站點(diǎn)分別位于太子河的下游和上游,變化規(guī)律和5月份太子河密度分布基本相吻合。通過對(duì)浮游植物的香農(nóng)威納指數(shù)和均勻度指數(shù)的計(jì)算(圖3),可以發(fā)現(xiàn)太子河水系5月份水中浮游植物的種類豐富,太子河上游地區(qū)多樣性要少于中下游地區(qū)。

圖1 遼河太子河流域采樣點(diǎn)分布示意圖Fig.1 Distribution of sampling sites in Taizi tributary in Liao River

圖2 2009年5月份和8月份浮游植物種類組成及各門藻類所占比例Fig.2 Composition and percentage of algae in Taizi River Watershed in May and August,2009

圖3 2009年5月份和8月份浮游植物香農(nóng)威納指數(shù)和均勻度指數(shù)的分布Fig.3 Shannon-wiener index and evenness index in Taizi River Watershed in May and August,2009

在5月份的采樣調(diào)查中,香農(nóng)威納指數(shù)最大值為4.421,出現(xiàn)在T42站點(diǎn),該點(diǎn)位于遼陽(yáng)市燈塔縣羊角村,北沙河中下游地區(qū)。該地區(qū)河流受當(dāng)?shù)卮迩f影響較大,水中營(yíng)養(yǎng)鹽豐富,總氮含量達(dá)6.63 mg/L,總磷含量達(dá)0.24 mg/L。而均勻度指數(shù)的最大值為0.97,出現(xiàn)在T28站點(diǎn),該點(diǎn)位于遼陽(yáng)市寒嶺縣米家堡子村蘭河下游,葚窩水庫(kù)附近。該點(diǎn)位附近水庫(kù)蓄水,為附近河流帶來豐富的營(yíng)養(yǎng)鹽,其總氮含量高達(dá)15.84 mg/L,總磷含量高達(dá)0.41 mg/L。兩種多樣性指數(shù)的最小值均出現(xiàn)在T59站點(diǎn),香農(nóng)威納指數(shù)為0.585,均勻度指數(shù)為0.13,該站點(diǎn)位于海城市牛莊縣海城河下游,該點(diǎn)上游1 km處有一印染廠,污染嚴(yán)重,河流兩岸大約相聚500 m,均筑有大堤,兩岸均為農(nóng)田,有少面積草地,其總氮含量達(dá)6.93 mg/L,總磷含量達(dá)0.10 mg/L。受工業(yè)及生活污水的影響,這個(gè)點(diǎn)位浮游植物優(yōu)勢(shì)種特別明顯,種類單一,以廣緣小環(huán)藻為主,密度高達(dá)3.29×107個(gè)/L。由于太子河水系2009年8月份降水量較往年明顯降低,所以河流徑流量也隨之降低,浮游植物多樣性也發(fā)生了明顯的變化。從太子河水系浮游植物總體分布看,太子河水系上游地區(qū)浮游植物多樣性依然小于下游地區(qū),呈現(xiàn)出一定的空間分布;而與5月份浮游植物多樣性分布有所不同的是,8月份太子河浮游植物多樣性分布呈現(xiàn)出明顯的干流優(yōu)勢(shì),這與干流水量相對(duì)充足、流速緩慢、適合浮游植物生長(zhǎng)和繁殖等特點(diǎn)有關(guān),如T45、T46、T47、T48、T55、T57、T58站點(diǎn)。而相對(duì)應(yīng)的支流點(diǎn)位,如位于本溪市高官縣紅石村南沙河支流的T27站點(diǎn)和位于本溪市清厚縣大嶺溝村清河支流上的T20站點(diǎn),由于河道窄、河流流量小、流速快等影響浮游植物生長(zhǎng)及生存的不利因素,使得浮游植物多樣性水平顯著低于太子河干流地區(qū)。

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Phytoplankton diversity in Taizi River tributary in Liao River

LI Qing-nan1,ZHAO Wen1,2,YIN Xu-wang1,2,ZHANG Yuan3,MENG Wei3
(1.School of Life Science and Technology,Dalian Ocean University,Dalian 116023,China;2.Key Laboratory of Hydrobiology in Liaoning Province,Dalian Ocean University,Dalian 116023,China;3.Chinese Research Academy of Environmental Sciences,Beijing 100012,China)

This paper represents the investigation on phytoplankton in Taizi River watershed from May to August of 2009.The results showed that the phytoplankton was dominated by diatoms,green algae and blue-green algae.195 species of phytoplankton were identified,including 97 species of diatoms,55 species of green algae and 25 species of blue-green algae.The diatoms were the most important species,followed by green algae and blue algae in 2009. The cell densities of phytoplankton were found to be reduced quickly from May to August of 2009.However,the cell densities of blue algae were increased from 7%to 17%.Meanwhile,two kinds of diversity index were analyzed and compared in different regions of Taizi River tributary.There were significant differences in phytoplankton diversity, indicating that the diversity index was found less in the upstream than that in the downstream.

Taizi River;phytoplankton;species diversity

S932

A

2095-1388(2011)04-0322-06

2010-09-06

國(guó)家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)流域水生態(tài)功能評(píng)價(jià)與區(qū)分技術(shù)課題(2008ZX07526-001)

李慶南(1985-),男,碩士研究生。E-mail:liqingnan-2008@163.com

趙文(1963-),男,教授。E-mail:zhaowen@dlou.edu.cn