江陰市主要河流夏季浮游藻類的群落結(jié)構(gòu)及多樣性

宋曉蘭，呂偉明，卞金良，張　潔，黃振榮，鄭　科，奚海明

江陰市環(huán)境監(jiān)測站，江蘇 江陰 214400

江陰市位于太湖流域北部，境內(nèi)河網(wǎng)眾多，由若干座涵、閘、泵站控制調(diào)引長江水進(jìn)入內(nèi)河，北引南排，使骨干河道進(jìn)行水體置換，且錫澄運(yùn)河、白屈港河、張家港河等均為“引江濟(jì)太”調(diào)水工程的重要沿線河道。但是，作為全國百強(qiáng)縣的首位，經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展也給江陰市的河流帶來了較大的污染負(fù)荷，嚴(yán)重影響了水生態(tài)環(huán)境[1-2]。浮游藻類是水體主要的初級生產(chǎn)者，對水環(huán)境變化的反應(yīng)靈敏，通過對浮游藻類群落結(jié)構(gòu)及多樣性變化趨勢的研究，能夠綜合反映水環(huán)境的污染程度，近年來得到了廣泛應(yīng)用[3-5]。目前，對該地區(qū)浮游藻類的研究較少[6]。該文旨在通過研究江陰地區(qū)主要河流夏季浮游藻類群落結(jié)構(gòu)及多樣性，為經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)城市河流藻類多樣性保護(hù)及水環(huán)境的生物學(xué)監(jiān)測提供一定的理論和實(shí)踐依據(jù)。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1采樣點(diǎn)分布

錫澄運(yùn)河、白屈港河與張家港河為江陰中部和東部主要的南北向主干河道，3條河道均北起長江，是太湖流域錫澄地區(qū)主要的通江引排河道和優(yōu)良航道。東橫河、西橫河和應(yīng)天河為江陰市區(qū)主要的東西向河道，主要承擔(dān)著區(qū)域水量調(diào)動、內(nèi)河運(yùn)輸和景觀娛樂等功能。根據(jù)河流的形態(tài)和水文特性，同時(shí)參考了江陰地區(qū)國省控監(jiān)測點(diǎn)位，沿著6條內(nèi)河的上游至下游，共設(shè)置了20個(gè)采樣點(diǎn)(圖1，X為錫澄運(yùn)河，B為白屈港河，Z為張家港河，Y為應(yīng)天河，Xh為西橫河，Dh為東橫河)，于2011年6、7、8月每月采樣1次。

1.2理化指標(biāo)

1.3浮游藻類

按照《淡水浮游生物研究方法》[7]采集、定性和定量分析浮游藻類樣品：用25號浮游生物網(wǎng)采集定性樣本；用采水器取1 L混合均勻后的定量樣品，現(xiàn)場加1％魯哥氏液固定，回實(shí)驗(yàn)室后經(jīng)48 h沉淀濃縮至30 mL，取0.1 mL濃縮樣品于計(jì)數(shù)框內(nèi)，在40×10倍顯微鏡下用視野法計(jì)數(shù)，一般計(jì)數(shù)50～100個(gè)視野，使所得細(xì)胞數(shù)在300以上。浮游植物的鑒定主要參照《中國淡水藻類》[8]。由于浮游植物的相對密度接近1，故可以直接由浮游植物的體積換算為生物量(濕重)，即生物量為浮游植物的數(shù)量乘以各自的平均體積，單位為 mg/L，單細(xì)胞的生物量主要根據(jù)浮游植物個(gè)體形狀測量分析。

1.4數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計(jì)方法

運(yùn)用Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H′)、Simpson多樣性指數(shù)(D)、Margalef豐富度指數(shù)(M)和Pielou均勻度指數(shù)(J)評價(jià)浮游植物的群落多樣性，計(jì)算公式：

(1)

(2)

M=(S-1)/lnN

(3)

J=H′/lnS

(4)

式中pi=ni/N,ni為第i種的平均生物量,S為浮游藻類種類數(shù),N為同一樣品中的平均總生物量。

多樣性指數(shù)與主要環(huán)境因子間的相關(guān)關(guān)系采用Pearson相關(guān)分析(P<0.05)。相關(guān)分析之前通過直方圖和Kolmogorov-Smirnov Test檢驗(yàn)數(shù)據(jù)是否符合正態(tài)分布，將不符合的數(shù)據(jù)進(jìn)行對數(shù)轉(zhuǎn)換，使其符合正態(tài)分布。分析統(tǒng)計(jì)軟件為SPSS 19.0。

2　結(jié)果與討論

2.1浮游藻類的群落組成與生物量變化

調(diào)查期間共鑒定出藻類6門137屬種，不同河流的藻類組成顯示出一定差異，白屈港河種類數(shù)最多，東橫河最少(表1)。

表1　江陰6條調(diào)查河道夏季浮游藻類的種類組成

浮游藻類平均生物量為2.38 mg/L，其中藍(lán)藻、綠藻、硅藻分別占72.3％、10.2％和8.41％。調(diào)查的6條河流間差異不顯著(圖2)，張家港河最大3.73 mg/L，西橫河最小為1.24 mg/L。藍(lán)藻門在所有調(diào)查河流中均為絕對優(yōu)勢類群，其在張家港河的比例達(dá)87.8％，綠藻門和硅藻門在各個(gè)河流中不同程度地為次要優(yōu)勢類群，其次為隱藻門和裸藻門(圖3)。就時(shí)間變化來看，平均生物量6—8月呈遞增趨勢，各月分別為0.35、2.61和4.18 mg/L，且6月的優(yōu)勢類群依次為綠藻(44.8％)、硅藻(27.0％)和隱藻(15.2％)，7月和8月藍(lán)藻占絕對優(yōu)勢，平均生物量比例均大于70％，硅藻和綠藻為次要優(yōu)勢類群。

圖2　2011年6—8月江陰主要河流浮游藻類生物量和多樣性指數(shù)

圖3　2011年6—8月江陰主要河流浮游藻類群落結(jié)構(gòu)

調(diào)查期間的優(yōu)勢種群為藍(lán)藻門巨顫藻(Oscillatoriaprinceps)、阿氏浮絲藻(Planktothrixagardhii)、假魚腥藻屬(Pseudanabaenasp.)、硅藻門梅尼小環(huán)藻(Cyclotellameneghiniana)和綠藻門卵囊藻屬(Oocystissp.)，平均生物量比例分別為49.7％、12.3％、8.12％、5.26％和5.06％，河流之間優(yōu)勢種群的構(gòu)成差異不大，主要也為以上種類，屬于α、β中污帶指示生物。6月與7、8月之間存在顯著差異，6月優(yōu)勢種群為綠藻門卵囊藻屬(23.4％)、衣藻屬(Chlamydomonassp.，12.0％)、鼓藻屬(Cosmariumsp.，5.08％)、硅藻門梅尼小環(huán)藻(20.3％)、隱藻門藍(lán)隱藻(Chroomonasacuta，10.3％)和嚙噬隱藻(Cryptomonaserosa， 4.90％)、裸藻門裸藻屬(Euglenasp.，4.20％)及藍(lán)藻門阿氏浮絲藻(4.68％)，7、8月藍(lán)藻門巨顫藻取代成為最大優(yōu)勢種群，平均生物量比例達(dá)50％，其他優(yōu)勢種群主要為藍(lán)藻門阿氏浮絲藻(14.0％)、假魚腥藻屬(8.0％)、硅藻門梅尼小環(huán)藻(5.25％)和綠藻門卵囊藻屬(4.03％)。

2.2浮游藻類的多樣性

一般而言，種類越豐富或各物種的個(gè)體數(shù)量分布越均勻，群落物種的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H′)就越大，也即意味著群落結(jié)構(gòu)復(fù)雜，穩(wěn)定性越高，水生態(tài)和水體質(zhì)量越好；反之，水體受到污染，敏感種消失，種類豐富度減小，或者耐污種大量繁殖，種類分布均勻性降低，都將導(dǎo)致H′變小，群落結(jié)構(gòu)趨于簡單，水生生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性和水質(zhì)變差[9]。而Simpson多樣性指數(shù)(D)則反映了群落在所研究區(qū)域內(nèi)的空間異質(zhì)性。由圖2可見，調(diào)查的6條河流之間各多樣性指數(shù)值差異很小，H′、M、J分別為3.34～3.59、4.75～6.40和0.73～0.75，根據(jù)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[9]，H′>3、M>5、J=0.5～0.8均代表水體處于輕或無污染狀態(tài)；調(diào)查河流浮游藻類的D值也較為相近，說明群落構(gòu)成的空間差異較小。

由于多樣性指數(shù)受到評價(jià)水體類型、計(jì)數(shù)方法和鑒定水平等因素的影響，其與水質(zhì)的關(guān)系復(fù)雜，因此，一般至少選擇2種或2種以上的指標(biāo)來評價(jià)河流指標(biāo)[10]。根據(jù)郭沛涌等[11]利用指示性浮游植物類群劃分的污染等級：藍(lán)藻門占70％以上，耐污種大量出現(xiàn)，為多污帶；藍(lán)藻門占60％左右，一般為α中污帶；硅藻門和綠藻門為優(yōu)勢類群，各占30％左右，為β中污帶；硅藻門為優(yōu)勢類群，占60％以上為寡污帶。據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)，江陰的主要河流6月處于β中污帶類型，7、8月份則為α中污帶-多污帶。

研究者以藻類種類數(shù)作為指標(biāo)，根據(jù)不同藻類類群與有機(jī)污染和營養(yǎng)物的大致關(guān)系，求出商值，劃分水體營養(yǎng)類型[9]。根據(jù)本次調(diào)查的藻類組成特點(diǎn)(鼓藻類的種類數(shù)太少)，選用硅藻商作為評價(jià)水體營養(yǎng)類型的依據(jù)，即中心綱的總個(gè)體數(shù)與羽紋綱的總個(gè)體數(shù)的比值。錫澄運(yùn)河、張家港河、白屈港河、應(yīng)天河、東橫河和西橫河的平均硅藻商分別為10.0、16.4、8.9、14.7、15.3、8.3，6、7、8月則分別為9.0、10.2、13.8。一般認(rèn)為，硅藻商越大，表示水體的營養(yǎng)程度越高[5]。因此，硅藻商和指示性浮游植物類群的評價(jià)結(jié)果較為一致，而與多樣性指數(shù)結(jié)果差異較大。

一般認(rèn)為，群落的多樣性指數(shù)與水質(zhì)呈正比，但在實(shí)際應(yīng)用中，也有很多爭議。有研究認(rèn)為優(yōu)勢種的個(gè)體數(shù)量較種類數(shù)意義更大[12]；多樣性指數(shù)在評價(jià)水質(zhì)時(shí)存在適用性問題，不經(jīng)過水體的適用性判斷，有的結(jié)果甚至?xí)?dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)論[13]；也有研究出現(xiàn)重污染區(qū)域的多樣性指數(shù)反而很高的矛盾結(jié)果[14]。筆者研究的多樣性指數(shù)與另外2個(gè)指數(shù)的評價(jià)結(jié)果并不一致，因此，需要進(jìn)行多樣性指數(shù)與環(huán)境因子的相關(guān)性計(jì)算，以判斷其適用性。

2.3浮游藻類多樣性與環(huán)境因子的相關(guān)性

對調(diào)查河流的理化因子和多樣性指數(shù)H′進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果見圖4。

圖4　2011年6—8月江陰主要河流浮游藻類H′與理化環(huán)境因子對數(shù)的相關(guān)分析(n=18)

由以上分析可見，江陰地區(qū)主要河流夏季浮游藻類的多樣性與水質(zhì)因子關(guān)系較弱，其主要影響因子是反映水文水動力條件的懸浮物。相關(guān)研究認(rèn)為，在影響浮游藻類多樣性的諸多環(huán)境因子中，物理擾動影響著資源在生境中的分布情況，同時(shí)由于浮游藻類本身對擾動的適應(yīng)性差異，導(dǎo)致優(yōu)勢種群的相應(yīng)演替，因此物理擾動(水文水動力條件)是最主要的影響因子[15]。根據(jù)Connell在1978年提出的中等干擾假設(shè)理論，在一定的時(shí)間尺度下，較低或較高強(qiáng)度和頻次的擾動下，物種多樣性將維持在較低水平；中等強(qiáng)度或頻度的擾動，使得各種種類都能適應(yīng)生長，但均無法維持充分的生長以形成絕對優(yōu)勢種群，因此物種多樣性將達(dá)到最大[16]。城市河流與天然河流(如長江、漢江等干流)相比，流量、流速明顯較小，但受降雨、潮汐、泵閘調(diào)水等來源影響，仍然具有一定的物理擾動強(qiáng)度和頻度。因此，盡管目前江陰城市河流的有機(jī)質(zhì)和營養(yǎng)鹽本底值較高，但是降雨、調(diào)水等因素促進(jìn)了河流生境的多樣性，進(jìn)而有利于浮游藻類群落多樣性的提高，避免了藍(lán)藻等單一種群累積性增長形成的“水華”現(xiàn)象。

3　結(jié)論

1)2011年6—8月江陰市6條主要河流共檢出浮游藻類6門137屬種，平均生物量2.38 mg/L，調(diào)查河流之間差異不顯著，藍(lán)藻、綠藻、硅藻為主要類群，優(yōu)勢種群為巨顫藻、阿氏浮絲藻假魚腥藻屬、梅尼小環(huán)藻和卵囊藻屬，屬于α、β中污帶指示生物。

2)Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Margalef豐富度指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)的變幅分別為3.34～3.59、4.75～6.40、0.73～0.75，表明水體處于輕或無污染狀態(tài)；根據(jù)指示性浮游植物類群劃分，河流處于α中污帶-β中污帶-多污帶；硅藻商變幅為8.3～16.4，表明水體營養(yǎng)程度較高。

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