長(zhǎng)江中下游干流浮游藻類空間分布特征初探

李 歡，趙偉華，林 莉

(長(zhǎng)江科學(xué)院 a.流域水環(huán)境研究所;b.流域水資源與生態(tài)環(huán)境科學(xué)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430010)

1 研究背景

浮游藻類是水生態(tài)系統(tǒng)中初級(jí)生產(chǎn)力的主要來(lái)源，能夠?qū)λw營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)的變化作出迅速的反應(yīng)。浮游藻類的多樣性指數(shù)、細(xì)胞豐度、群落結(jié)構(gòu)的變化趨勢(shì)等特征都是預(yù)警和分析水體富營(yíng)養(yǎng)化程度以及評(píng)價(jià)水生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的科學(xué)依據(jù)［1－2］，此外一些浮游藻類還被廣泛地用作水體受污染狀況的指示物種［3－4］。近年來(lái)，隨著長(zhǎng)江流域經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和周邊人口的增長(zhǎng)，長(zhǎng)江水系的生態(tài)環(huán)境狀況受到了威脅和破壞:三峽水庫(kù)上游及支流的富營(yíng)養(yǎng)化趨勢(shì)日益明顯，支流硅藻、隱藻、甲藻“水華”頻發(fā)，而漢江(武漢段)自20世紀(jì)90年代以來(lái)，硅藻“水華”頻發(fā);2004年7—8月富春江水庫(kù)以及錢塘江(杭州段)100多公里水面暴發(fā)了嚴(yán)重的有毒藍(lán)藻(銅綠微囊藻)“水華”。浮游藻類水華給水生態(tài)環(huán)境和人類健康帶來(lái)了巨大危害，因此，對(duì)環(huán)境敏感的浮游藻類的群落結(jié)構(gòu)變化越來(lái)越受到國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者的重視［5－6］。

近幾年，對(duì)長(zhǎng)江浮游藻類特征的研究主要集中在三峽庫(kù)區(qū)的上下游以及長(zhǎng)江河口區(qū)域［7－9］，且專門針對(duì)長(zhǎng)江中下游干流的浮游藻類分布特征也有一定研究，主要集中在長(zhǎng)江江蘇段［10］、鎮(zhèn)江段［11］以及宜昌—城陵磯段［12］和安徽—江蘇段［13］。這些已有的研究主要側(cè)重于對(duì)長(zhǎng)江干流某個(gè)江段浮游藻類群落結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀調(diào)查，以及浮游藻類隨季節(jié)的周年變化情況，目前針對(duì)整個(gè)長(zhǎng)江中下游干流浮游藻類缺乏大范圍的連續(xù)性調(diào)查數(shù)據(jù)。為此，本研究通過(guò)2014年夏季對(duì)長(zhǎng)江中下游干流的武漢—上海河口段，全長(zhǎng)超過(guò)1 200 km流域進(jìn)行了浮游藻類以及水質(zhì)的調(diào)查，研究了長(zhǎng)江武漢—河口段浮游藻類的種群結(jié)構(gòu)及其空間分布特征，以期相關(guān)部門更好地了解長(zhǎng)江武漢—河口段水生生物資源現(xiàn)狀，為武漢—河口段的生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)和綜合開發(fā)利用提供一定科學(xué)依據(jù)，同時(shí)也為研究武漢—河口段的浮游藻類群落結(jié)構(gòu)變化趨勢(shì)積累資料。

2 調(diào)查方案與分析方法

2.1 樣點(diǎn)設(shè)置

2014年5月對(duì)長(zhǎng)江干流從武漢至長(zhǎng)江河口段的浮游藻類和部分水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行了調(diào)查，共設(shè)置了19個(gè)調(diào)查斷面，包括武漢上游(WHS)、武漢下游(WHX)、九江上游(JJS)、九江下游(JJX)、九江湖口(JJH)、安慶上游(AQS)、安慶下游(AQX)、大通中游(DTZ)、蕪湖中游(WUZ)、南京上游(NJS)、南京中游(NJZ)、南京下游(NJX)、鎮(zhèn)江上游(ZJS)、鎮(zhèn)江下游(ZJX)、南通上游(NTS)、南通下游(NTX)、上海上游(SHS)、上海下游(SHX)、上海河口(SHH)。其中上游和下游是以主城區(qū)為參照點(diǎn)，分別距主城區(qū)3～5 km的江段，且全部在江段的中間進(jìn)行采樣。樣點(diǎn)采用全球衛(wèi)星定位儀(GPS)對(duì)各樣點(diǎn)進(jìn)行衛(wèi)星定位，采樣點(diǎn)設(shè)置見(jiàn)圖1。

圖1 長(zhǎng)江中下游干流采樣點(diǎn)設(shè)置Fig.1 Distribution of sampling stations in the middle-low reaches of mainstream Yangtze River

2.2 樣品采集和分析方法

2.2.1 浮游藻類樣品采集與分析

定性樣品的采集用25#浮游生物網(wǎng)采集表層水樣，現(xiàn)場(chǎng)加入10%的甲醛固定;定量樣品的采集用1 L聚乙烯塑料瓶采集表層水樣，加1%的魯哥試劑固定，帶回實(shí)驗(yàn)室靜置36 h之后濃縮成50 mL，在ZEISS顯微鏡下進(jìn)行鑒定和計(jì)數(shù)。用目鏡視野法在10×40倍下計(jì)數(shù)，根據(jù)藻類的數(shù)量選擇需要計(jì)數(shù)的視野數(shù)量，一般為50個(gè)視野，最終計(jì)數(shù)的細(xì)胞總數(shù)不能低于100個(gè)，當(dāng)藻類個(gè)體比較少時(shí)，需要計(jì)數(shù)更多的視野。每個(gè)樣品計(jì)數(shù)2片，取平均值，若2片計(jì)數(shù)結(jié)果相差15%以上，則要計(jì)數(shù)第3片，取其中個(gè)體數(shù)相近的2片的平均值。浮游藻類樣品的采集與鑒定參照文獻(xiàn)［14］。

2.2.2 水質(zhì)樣品采集與分析

水樣采集用1 L有機(jī)玻璃采水器采集表層水樣1 L，帶回實(shí)驗(yàn)室測(cè)定總氮(TN)、總磷(TP)。TN測(cè)定方法采用堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法測(cè)定，參照國(guó)標(biāo)GB11894—89;TP用過(guò)硫酸鉀消解鉬酸銨分光光度法進(jìn)行測(cè)定，參照國(guó)標(biāo)GB11893—89。

2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析方法

浮游藻類優(yōu)勢(shì)度采用Mcnaughton優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(Y，Mcnaughton index)計(jì)算，即

式中:ni為第i種浮游藻類的數(shù)量;N為每升水中浮游藻類的總數(shù)量;fi為第i種在各站出現(xiàn)的頻率。優(yōu)勢(shì)度Y＞0.02則定為優(yōu)勢(shì)種。

浮游藻類多樣性用 Shannon－Weaver多樣性指數(shù)來(lái)計(jì)算，即

采用Origin8.5對(duì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)作圖，采用Spss13.0軟件對(duì)浮游藻類的數(shù)量進(jìn)行聚類分析。

3 調(diào)查結(jié)果分析

3.1 長(zhǎng)江中下游干流水質(zhì)TN與TP的變化

圖2為長(zhǎng)江中下游干流水體TN與TP的變化。

圖2 長(zhǎng)江中下游干流水體TN與TP的變化Fig.2 TN and TP of water in the middle-low reaches of mainstream Yangtze River

由圖2可知，長(zhǎng)江中下游干流TN，TP變化范圍分別為0.846～2.348 mg/L 和0.124～0.263 mg/L，TN最高值出現(xiàn)在武漢上游江段，最低值出現(xiàn)在九江下游;TP最高值出現(xiàn)在上海下游江段，最低值出現(xiàn)在上海河口江段。各江段的TN，TP波動(dòng)性較大，沒(méi)有一致性的變化規(guī)律。

3.2 種類組成及優(yōu)勢(shì)種

本次調(diào)查共檢出浮游藻類6個(gè)門，共66個(gè)種屬。其中藍(lán)藻(Cyanophyta)15種，占總種類數(shù)的23%;綠藻(Chlorophyta)23種，占35%;硅藻(Bacillariophyta)24種(未列出變種和變型)，占36%;甲藻(Pyrrophyta)2種，隱藻(Cryptophyta)和裸藻(Euglenophyta)各1種，硅藻為長(zhǎng)江中下游干流的優(yōu)勢(shì)類群。種類最多的江段為九江上游、九江湖口(31種)，最少的江段為鎮(zhèn)江上游(13種)，詳見(jiàn)表1。

表1 長(zhǎng)江中下游干流浮藻類優(yōu)勢(shì)種屬及優(yōu)勢(shì)度Table 1 Dominant species and Y values of phytoplankton in the middle-low reaches of mainstream Yangtze River

由表1可知，19個(gè)江段共檢出藻類優(yōu)勢(shì)種3門6種，分別為直鏈藻(Melosira sp.)、柵藻(Scenedesmus sp.)、絲藻(Ulothrix sp.)、平裂藻(Merismopedia sp.)、十字藻(Crucigenia sp.)和中肋骨條藻(Skeletonemacostatum)，武漢段的優(yōu)勢(shì)種類為綠藻，上海上游段為藍(lán)藻，中肋骨條藻為上海河口段的優(yōu)勢(shì)種類，其他江段的優(yōu)勢(shì)種都為直鏈藻。

3.3 細(xì)胞豐度

圖3為長(zhǎng)江中下游干流細(xì)胞豐度及其百分比變化。由圖3(a)可知，長(zhǎng)江中下游干流浮游藻類細(xì)胞豐度在(5.19～23.18)×104cell/L 范圍內(nèi)，最高值出現(xiàn)在武漢上游段，最低值出現(xiàn)在上海河口段，浮游藻類細(xì)胞豐度從中游(武漢段)向下游(上海河口段)逐漸遞減，然而在上海上游細(xì)胞豐度顯著升高。從藻類密度相對(duì)百分比(圖3(b))來(lái)看，武漢段為綠藻占優(yōu)勢(shì)，從中游至下游，綠藻所占比例逐漸減少，硅藻比例增加;長(zhǎng)江下游(南通—上海段)藍(lán)藻、綠藻比例增加，硅藻比例下降。除了武漢和上海段外，其他江段硅藻相對(duì)豐度都超過(guò)了65%，南京中游段達(dá)到了81%，而武漢段綠藻相對(duì)豐度為70%，上海上游藍(lán)藻相對(duì)豐度占了40%，綠藻占了47%。

圖3 長(zhǎng)江中下游干流浮游藻類細(xì)胞豐度及其百分比變化Fig.3 Variations of cell abundance and its percentage of phytoplankton in the middle-low reaches of mainstream Yangtze River

3.4 多樣性指數(shù)

圖4為長(zhǎng)江中下游干流浮游藻類香農(nóng)多樣性指數(shù)變化。由圖4可知，長(zhǎng)江中下游干流浮游藻類香農(nóng)多樣性指數(shù)變化范圍為2.72～4.10，上海上游的多樣性指數(shù)最低，南京下游最高。其中武漢段、九江段和南通段的多樣性指數(shù)為上游高于下游，而安慶段、南京段和上海段則為上游低于下游。

3.5 聚類分析

由基于藻類數(shù)量組成的二值歐式距離平方聚類分析結(jié)果(圖5)可以看出:各江段大致聚為3類。蕪湖—南通段(不包括南京下游)及上海河口在距離4處聚為一類，這幾個(gè)江段浮游藻類的細(xì)胞豐度最低，為(8.25 ±2.10)×104cell/L，硅藻門為優(yōu)勢(shì)類群，相對(duì)豐度均值為69.18%，其次為綠藻門，相對(duì)豐度均值為22.80%。藍(lán)藻的細(xì)胞豐度都較低，其中，蕪湖—南京中游和南通下游浮游藻類群落結(jié)構(gòu)更接近，在距離1處聚合成一類，鎮(zhèn)江—南通上游段和上海河口也在距離1處聚為一類。武漢上游和上海上游在1處聚為單獨(dú)的一類，這2個(gè)江段的細(xì)胞豐度最高，為(22.40 ±1.10)×104cell/L，綠藻為優(yōu)勢(shì)類群，相對(duì)豐度均值為69.18%，其次為藍(lán)藻，相對(duì)豐度均值為20.50%，其中上海上游段的藍(lán)藻細(xì)胞豐度較高，相對(duì)豐度占了40%，再次為硅藻，相對(duì)豐度較低，均值為18.30%。武漢下游—大通及南京下游和上海下游在距離5處聚為一大類，這一類的江段細(xì)胞豐度為(16.46 ±2.13)×104cell/L，硅藻相對(duì)豐度均值為55.53%，綠藻為37.66%，藍(lán)藻為6.37%，其中安慶—大通段和南京下游在1處聚類，武漢下游和九江下游在1處聚類，九江上游、九江湖口和上海下游在1處聚類。

圖4 長(zhǎng)江中下游干流浮游藻類香農(nóng)多樣性指數(shù)變化Fig.4 Variation of Shannon’s diversity index of phytoplankton in the middle-low reaches of mainstream Yangtze River

圖5 基于藻類數(shù)量對(duì)各江段的聚類分析Fig.5 Clustering analysis based on cell abundance of phytoplankton

4 討論

長(zhǎng)江中下游浮游藻類主要以硅藻、綠藻為主，大部分江段優(yōu)勢(shì)種為硅藻門中的種類，這與孟順龍等［13］的研究結(jié)果一致。綜合郝媛媛等［15］和王曉臣等［16］分別對(duì)黑河和黃河下游的浮游藻類的調(diào)查研究結(jié)果表明，硅藻是河流水生態(tài)系統(tǒng)中的優(yōu)勢(shì)類群，因?yàn)樵诹鲃?dòng)的水體中，往往能快速繁殖的藻類如柵藻、硅藻更具競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)［17］。

浮游藻類群落結(jié)構(gòu)的相似程度在一定程度上反映了其棲息地生境的相似程度，長(zhǎng)江中下游干流是連續(xù)性的水體，理論上認(rèn)為在沒(méi)有特殊因素的影響下，距離越近則生境越相似［13］。從圖5中可以看出:基于浮游藻類數(shù)量的聚類結(jié)果大致與地理聚類相一致，說(shuō)明根據(jù)細(xì)胞數(shù)量的聚類能較真實(shí)反映出浮游藻類群落結(jié)構(gòu)的空間分布情況，但是仍然出現(xiàn)少數(shù)幾個(gè)站點(diǎn)跨地區(qū)聚類，如武漢上游和上海上游聚為一類?？赡芤?yàn)槲錆h段和上海段的優(yōu)勢(shì)類群都為綠藻和藍(lán)藻，且細(xì)胞豐度相對(duì)其他江段較高，表明這2個(gè)城市的江段出現(xiàn)了富營(yíng)養(yǎng)化趨勢(shì)，特別是上海上游，水華藍(lán)藻中的平裂藻優(yōu)勢(shì)度達(dá)到了0.4。此外長(zhǎng)江河口的優(yōu)勢(shì)種為中肋骨條藻，而骨條藻為長(zhǎng)江口的赤潮藻類，主要受到硅酸鹽、磷酸鹽、無(wú)機(jī)氮和鹽度的影響［18］，雖然目前的細(xì)胞數(shù)量還不高，但仍應(yīng)該受到重視。

本次調(diào)查的長(zhǎng)江中下游水體的TN，TP含量分別為(1.78 ± 0.32)mg/L 和(0.19 ± 0.04)mg/L，營(yíng)養(yǎng)鹽已達(dá)富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，而浮游藻類細(xì)胞豐度仍然較低，平均(13.43 ±5.34)×104cell/L，且多樣性指數(shù)較高，均值3.37±0.35，說(shuō)明影響長(zhǎng)江中下游干流浮游藻類現(xiàn)存量的主要環(huán)境因子可能并不是營(yíng)養(yǎng)鹽。曾輝［19］關(guān)于長(zhǎng)江干流浮游藻類與環(huán)境因子的關(guān)系研究結(jié)果表明:限制長(zhǎng)江中下游干流浮游藻類的主要環(huán)境因素并不是營(yíng)養(yǎng)鹽，而是光照、泥沙含量、水文情勢(shì)等其他水文條件。此外，研究表明若水流較慢，且沒(méi)有其他干擾，被水流夾帶的浮游藻類數(shù)量可增長(zhǎng)(1～2)倍/d，因此在河流的中下游河段因流速較慢浮游藻類數(shù)量可能顯著增加［20］，暴發(fā)“水華”，這與筆者的研究結(jié)果恰好相反，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能與流量有關(guān)。研究表明河流浮游藻類生物量與流量成反比［21－23］，而長(zhǎng)江下游河段流量較上游高，然而因?yàn)楸狙芯坎⑽传@得同時(shí)期的流量與流速數(shù)據(jù)，因此該推斷有待進(jìn)一步研究與驗(yàn)證。

5 結(jié)論

長(zhǎng)江中下游干流(武漢—河口段)共檢出藍(lán)藻、綠藻、硅藻、甲藻、隱藻、裸藻6門66種。其中，硅藻為整個(gè)長(zhǎng)江中下游干流流域的優(yōu)勢(shì)門類，浮游藻類數(shù)量變化范圍為(5.19～23.18)×104cell/L，其中武漢上游和上海上游細(xì)胞豐度相對(duì)較高，分別為23.18 ×104cell/L 和21.62 × 104cell/L，香農(nóng)多樣性指數(shù)變化范圍為2.72～4.10，其中上海上游最低。聚類分析結(jié)果表明武漢上游和上海上游細(xì)胞豐度較其他江段高。

從目前的情況來(lái)看，盡管長(zhǎng)江干流江段氮、磷含量水平較高，但可能因其水量充沛、流速較急、水體渾濁度較高的特點(diǎn)，水體初級(jí)生產(chǎn)力總體上處于較低水平，尚不充分具備富營(yíng)養(yǎng)化發(fā)生條件，然而武漢上游和上海上游段的浮游藻類細(xì)胞豐度與優(yōu)勢(shì)種都有富營(yíng)養(yǎng)化的趨勢(shì)，應(yīng)該受到重視。

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