殷大聰,許繼軍,金 燕,許 珍
(1.長江科學院 流域水資源與生態(tài)環(huán)境科學湖北省重點實驗室,武漢 430010;2.普洱市水務局,云南 普洱市 665000)
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長江源與瀾滄江源區(qū)浮游植物組成與分布特性研究
殷大聰1,許繼軍1,金 燕2,許 珍1
(1.長江科學院 流域水資源與生態(tài)環(huán)境科學湖北省重點實驗室,武漢 430010;2.普洱市水務局,云南 普洱市 665000)
2012年夏季,長江科學院組織了江源科學考察團,對長江源和瀾滄江源區(qū)的水體浮游植物進行了系統(tǒng)的采樣調查,本次調查共鑒定出浮游植物29種,其中硅藻門17種,占種類數的54.83%,其次是綠藻門,共檢測出7種,占種類數的24.14%;藍藻門3種,隱藻門1種,甲藻門1種。各個采樣位點的浮游植物密度均相對較低(密度范圍為(9.14~13.60)×104個/L)。本次調查的長江源和瀾滄江源區(qū)水體浮游植物的種類和密度沒有明顯差別,研究結果與2010年長江水利委員會組織的江源科學考察結果相接近。研究結果顯示,目前江源地區(qū)水生態(tài)環(huán)境整體狀況良好,繼續(xù)深入開展江源地區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況研究對于江源區(qū)的生態(tài)環(huán)境保護與修復具有十分重要的意義。
三江源;長江源;瀾滄江源;浮游植物;藻類
長江源與瀾滄江源區(qū)位于青海省西南部,位于三江源自然保護區(qū)內,地處海拔3 000 m以上的青藏高原。氣候地理環(huán)境特殊,這里氣溫日變幅大,紫外線輻射強烈,高寒缺氧,物種豐富度低,植被稀少,自然環(huán)境和生態(tài)環(huán)境條件十分惡劣。由于其特殊的氣候地理環(huán)境條件,導致這里的生態(tài)系統(tǒng)自我修復能力低。隨著全球氣候變化及人類活動的加劇,對江源地區(qū)的生態(tài)環(huán)境產生一定的影響。如冰川退縮、野生物種生存威脅、臭氧層空洞擴大等問題。但近年來,隨著江源地區(qū)生態(tài)環(huán)境保護工作的開展,特別是三江源自然保護區(qū)和可可西里自然保護區(qū)的設立和建設,及高原牧區(qū)的退牧還草及禁牧、休牧、輪牧工作的開展,江源地區(qū)的生態(tài)環(huán)境得到一定的改善,江源地區(qū)野生生物的種類得到較好的保護,物種數量呈顯著增加[1]。
全球氣候變化對江源地區(qū)的氣候和生態(tài)環(huán)境產生一定的影響,而江源地區(qū)的氣候變化是中國乃至世界氣候變化的晴雨表,雙方呈現一定的互饋關系。因此,江源地區(qū)的生態(tài)環(huán)境狀況是近年來氣象學[2]、生態(tài)環(huán)境學[3-7]、地質學[8]、水文學[9-13]等研究領域的前沿熱點。
藻類作為水體生態(tài)系統(tǒng)的初級生產者,對水體的理化特性變動較為敏感,對水生態(tài)環(huán)境的健康狀況具有一定的指示作用[14]。通過研究江源地區(qū)的浮游植物的種類與分布狀況,可間接反映水體生態(tài)環(huán)境的健康狀況。由于江源地區(qū)地處高原,地理環(huán)境條件和氣候條件的特殊性制約了這一地區(qū)水生態(tài)環(huán)境的研究工作。迄今為止,針對江源地區(qū)水生態(tài)環(huán)境的研究還十分匱乏,而針對水體浮游植物群落結構的研究成果更是十分少見[15],迫切需要開展江源地區(qū)水體浮游植物的研究工作,積累江源地區(qū)水生態(tài)環(huán)境基礎資料,為江源地區(qū)的水資源開發(fā)利用和生態(tài)環(huán)境保護提供參考。
2.1 采樣時間及位點設置
于2012年7月27日至8月12日,長江科學院對長江源和瀾滄江源區(qū)的水體浮游植物進行了現場采樣調查[16]。調查的位點分布在瀾滄江源區(qū)的雜多縣雜多大橋斷面、囊謙香達大橋斷面2個站點和長江源區(qū)的直門達水文站斷面、曲麻萊大橋斷面、楚瑪爾大橋斷面及沱沱河大橋斷面,共計6個位點,進行了水質、浮游植物的調查分析,采樣位點所在河流及位點坐標海拔信息見表1。
表1 各個采樣位點位置坐標
2.2 樣品采集及分析處理
用2 L有機玻璃采水器,盡量采集離岸約5 m的3個位點的水樣,混合后取出1 L置于采樣瓶中,立即加入2 mL的魯哥氏液固定,用于浮游植物定量分析。另取500 mL混合水樣置于事先洗凈的聚乙烯塑料采樣瓶中,加入3~4滴分析純濃硫酸,使得pH<2,并儲存于4 ℃的便攜式冰箱中,帶回實驗室用于水體營養(yǎng)鹽的測定;浮游植物的定性樣品的采集方法是:用25號浮游植物網在水體表層進行“∞”字形拖動數次,將濃縮的藻樣收集儲存于30 mL的塑料瓶中,用于浮游植物的定性鑒定[17-18];采集500 mL的混合水樣于塑料瓶中,用于測定水體泥沙含量。
表2 各采樣位點水體及氣候環(huán)境參數
現場用水質多功能參數分析儀 (YSI556, USA)測定水體的水溫、pH、電導率、溶解氧;用Secchi Disc透明度盤測定水體的透明度;用Global Water (FP211 USA)型直讀式流速儀測定?;氐綄嶒炇液?,進行水體總氮、總磷及氨氮的營養(yǎng)鹽分析,先用濃度1 mol/L的NaOH溶液將pH調到7.0左右,放入4 ℃冰箱中靜置24 h后,取上清液作為氮磷營養(yǎng)鹽測定樣,采取國標方法進行水體的總氮、總磷和氨氮的測定。水體含泥沙量樣品經過烘干稱重,測定水體的懸移質含量。浮游生物定量樣品置于浮游生物沉淀器中靜置48 h后,采用虹吸的方法將上清液移出,濃縮水樣到30 mL左右,在顯微鏡下進行浮游植物定量計數。主要環(huán)境因子與浮游植物密度之間的相關性統(tǒng)計分析采用SPSS 13.0統(tǒng)計分析軟件。
3.1 主要環(huán)境因子分析
3.1.1 水體物理指標分析
整個科考期間,天氣狀況良好,只在沱沱河采樣時為陰雨天氣。采樣期間,江源地區(qū)的氣溫變幅較大,最高達到34.5 ℃(雜多縣,采樣時間為中午);最低為11 ℃(沱沱河),這是由于沱沱河海拔最高(達到4 536 m)及當時陰雨天氣所致。水溫的變化幅度比較大,從最低的8.9 ℃(沱沱河大橋)到18.8 ℃(楚瑪爾河大橋)。江源區(qū)地處高原,河流比降大、水流急,從調查的6個位點來看,水體流速較快,流速都達到1.0 m/s以上,其中流速最高的是金沙江的直門達水文站處,水體流速達到1.8 m/s左右;由于7—8月份為豐水期,降水較為豐富,各個位點的流速較快,加上江源地區(qū)植被退化,水土流失較為嚴重,河流泥沙含量高,導致水體透明度在0.20~0.25 m之間,見表2。盧素錦等[19]在2008年對長江源頭區(qū)進行了調查,調查結果顯示水體透明度較高,一般在3.5 m左右,遠高于本調查的結果。導致這種結果的主要原因是由于2012年科考期間,江源地區(qū)的降水量相對豐富,加上江源地區(qū)的水土流失嚴重,從而影響水體的透明度。
水體的pH變化不大,6個采樣位點的pH在8.09~8.43范圍內波動,長江流域和瀾滄江流域沒有明顯的差異。各個采樣位點水體的電導率變化較大,囊謙香達大橋位點的水體電導率最低(525.2 μS/cm),而楚瑪爾河水體的電導率最高(2 673.2 μS/cm)。與2010年長江水利委員會的科學考察監(jiān)測結果相比,兩者的pH值監(jiān)測結果相近,且電導率相似,即楚瑪爾河水體電導率也是各個監(jiān)測位點中電導率最高的監(jiān)測位點[4],高達3 307 μS/cm。電導率是間接顯示水體中溶解性離子濃度的差異,表明長江源頭區(qū)的各個位點水體可溶性離子濃度高于瀾滄江源區(qū)的2個位點。水體溶解氧的濃度變化也較為顯著,變動范圍為4.8~7.2 mg/L,總體趨勢是從上游向下游逐漸增加的趨勢;水體含沙量變化范圍較大,沱沱河大橋處水體含沙量最低,僅為0.28 kg/m3,而直門達水文站的含沙量達到了1.24 kg/m3,見表2。
3.1.2 水體氮磷營養(yǎng)鹽指標分析
水體的總氮、總磷和氨氮等營養(yǎng)鹽的濃度狀況是水體富營養(yǎng)化的重要指示參數,通過對水體主要氮磷營養(yǎng)鹽的測定,可反映水體的污染狀況和富營養(yǎng)化進程狀況,為水污染防治提供科學依據。
江源地區(qū)由于人口稀少,工礦企業(yè)少,污染排放較低,水體的營養(yǎng)鹽相對較低,見圖1。從本次調查的數據結果來看,江源地區(qū)水體氨氮濃度普遍較低,各個位點水體氨氮濃度變化不大,均滿足地表水Ⅰ類水質標準(≤ 0.15 mg/L),其中雜多位點的氨氮濃度最低(0.070 mg/L),沱沱河位點的氨氮濃度最高(0.113 mg/L);與2008年調查結果相比,直門達、楚瑪爾河大橋、曲麻萊大橋、沱沱河大橋這4個相同位點的氨氮濃度偏低[19],與黃河源區(qū)水環(huán)境相比,水體氨氮濃度均低于黃河源區(qū)水體氨氮濃度[9](平均為0.139 mg/L),由于本次氮磷營養(yǎng)鹽的測定是選擇水樣沉淀后的上清液測定,導致本次氮磷測定結果偏低??偟臐舛认鄬^低,最高值出現在直門達位點(0.710 mg/L),最低值出現在楚瑪爾河位點(0.347 mg/L),顯著低于1997年[7]和2010年[4]考察值;各個位點的總磷濃度均較低(0.018~0.037 mg/L),與2008年監(jiān)測結果相當[19]。從江源地區(qū)的水體氮磷營養(yǎng)鹽測定結果來看,江源地區(qū)水體基本上處于貧營養(yǎng)狀態(tài),水體污染較輕,應當加以保持和保護。
圖1 各個采樣位點營養(yǎng)鹽濃度
3.2 浮游植物種類組成與分布
江源地區(qū)浮游植物的種類及分布狀況見表3。
表3 長江源區(qū)和瀾滄江源區(qū)浮游植物種類空間分布
注:“+”表示標點浮游植物種類。定性樣品分析結果顯示,本次江源地區(qū)科考調查共檢測到浮游植物29種,其中硅藻門(Bacillariophyta)17種,占種類數的54.83%,其次是綠藻門(Chlorophyta),共檢測出7種,藍藻門(Cyanophyto)3種,隱藻門(Cryptophyta)1種、甲藻門(Pyrophyta)1種。
硅藻門的尖針桿藻、橋彎藻和舟型藻為常見種類,在6個采樣位點都有檢測出,這些種類都是適宜于流動環(huán)境水體的硅藻類群。其次常見種類為藍藻門的鞘絲藻屬、顫藻屬,雖然在很多位點都有出現,但其生物量相對較低,見圖2。隱藻門和甲藻門為偶見種類,耐污種較少,表明江源地區(qū)的水質較好。長江源區(qū)和瀾滄江源區(qū)浮游植物的種類沒有明顯區(qū)別。
圖2 長江源和瀾滄江源區(qū)水體浮游植物組成和豐度狀況
藻密度水溫流速透明度pH溶解氧電導率含沙量氨氮總磷藻密度水溫0.318流速-0.3820.009透明度-0.254-0.054-0.624pH-0.256-0.501-0.3870.710溶解氧-0.143-0.5200.765*-0.637-0.130電導率-0.0500.340-0.6050.902*0.554-0.799含沙量0.2030.4600.641-0.662-0.3660.368-0.348*氨氮-0.292-0.243-0.4940.958**0.838*-0.4050.805-0.613總磷0.136-0.409-0.5480.6860.900**-0.1680.564-0.4030.809*總氮-0.209-0.6440.689-0.601-0.0280.979-0.801**0.294-0.367-0.114
注:采用Pearson相關關系分析;“*”和“**”分別表示顯著水平為p<0.05和p<0.01。
江源地區(qū)由于地處高原,氣候條件惡劣,導致迄今為止有關江源地區(qū)的浮游植物的研究資料較少。有研究認為,青藏高原地區(qū)經過海陸變遷后,隨著地殼上升,氣候向高寒半干旱、干旱生態(tài)環(huán)境演變的過程中,物種產生了分化。李軼冰等[20]認為長江、黃河、瀾滄江上游河段有浮游植物種類34種,主要以硅藻、綠藻、藍藻3類為主,分別有21,6,6種,裸藻和黃藻各1種。早在1997年8月,舒儉民等[15]對長江源區(qū)的沱沱河、尕爾曲和楚瑪爾河進行了一次浮游生物考察,共鑒定出硅藻門和藍藻門的7個屬,其中硅藻門6個屬,藍藻門1個屬。2010年長江委組織的長江源綜合考察,共計鑒定出浮游植物42種,其中硅藻占絕對優(yōu)勢(88.10%),其次是藍藻(4.76%)[21]。浮游植物的種類受環(huán)境條件影響明顯,不同年份、不同季節(jié)、同一條河的不同河段都存在一定的差異,之所以采樣結果差異很大,主要是由于彼此的采樣季節(jié)不同,不同的采樣季節(jié)浮游植物的種類和數量差異較大。
3.3 浮游植物密度組成分析
上面定性分析結果表明,江源地區(qū)的浮游植物主要以硅藻為主。從浮游植物定量分析的結果來看(圖2),硅藻的數量占據絕對的優(yōu)勢(71.43%~91.67%),主要是以橋彎藻、舟型藻和針桿藻為主。各個位點的浮游植物密度普遍較低(9.14~13.60)×104個/L),其中曲麻萊大橋位點的浮游植物密度最高,達到13.60×104個/L,硅藻占絕對優(yōu)勢(91.67%),主要是舟型藻和橋彎藻;囊謙香達大橋站點的浮游植物的密度最低,為7.42×104個/L,本次調查的浮游植物密度明顯高于舒儉民等[15]的研究結果。2010年10月,長江水利委員會組織的長江源綜合考察過程中,采集6個位點的浮游植物的平均密度為2.6×105個/L[21],略高于本研究結果。相比平原區(qū)河湖庫水體而言,江源區(qū)的浮游植物的種類和密度都顯著較低,其主要原因是由于江源地區(qū)水體溫度低,營養(yǎng)鹽含量低,水體的泥沙含量大,透明度低等一系列不利條件抑制藻類增殖所致[22]。長江源區(qū)和瀾滄江源區(qū)調查點的浮游植物的密度組成沒有明顯的差別。
3.4 浮游植物密度與環(huán)境因子間相關性分析
浮游植物的密度與組成與其所處水體理化參數有著一定的相關性。長江源和瀾滄江源區(qū)各個采樣位點的浮游植物密度與水體理化參數的相關性分析結果見表4,可見,浮游植物密度與水溫(Pearson=0.318,Pearson為皮爾森相關系數)、含沙量(Pearson=0.203)、總磷(Pearson=0.136)呈正相關關系,但相關關系不顯著(p>0.05);與水體的流速(Pearson=-0.382)、透明度(Pearson=-0.254)、pH(Pearson=-0.256)、電導率(Pearson=-0.05)、氨氮(Pearson=-0.292)、總氮(Pearson=-0.209)呈負相關,但相關關系不顯著(p>0.05)。由于本次采樣點少,參與分析的樣本量較小,分析結果未能完全體現出浮游植物與環(huán)境之間的相關性。
江河源區(qū)通常位于人跡罕至的高山峽谷區(qū),受人為干擾小,其生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)相對較好,自我修復能力強。而源自于青藏高原的長江、黃河、瀾滄江的源頭區(qū),由于地處高海拔的特殊地理環(huán)境條件,其生態(tài)系統(tǒng)相對較為敏感且脆弱,容易受到外界干擾而導致生態(tài)系統(tǒng)功能的退化[23]。
浮游植物是水體的初級生產者,處于水生態(tài)系統(tǒng)的最低層級,是生態(tài)系統(tǒng)能量流的第一級。水體浮游植物的多寡,直接影響著整個水體生態(tài)系統(tǒng)的多樣性和穩(wěn)定性,某些浮游植物對水體理化環(huán)境較為敏感[24-25],水體理化性質的變化會直接影響水體浮游植物的結構、組成特性[26],因此浮游植物是研究水體生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的重要物種之一。
本次研究結果顯示,長江源和瀾滄江源頭區(qū),水體浮游植物的種類相對于平原區(qū)的河湖庫水體而言,種類明顯偏少、密度明顯偏低,耐污種也少,顯示了目前江源地區(qū)水環(huán)境狀況較好,基本處于自然狀態(tài),與舒儉民等研究結果相一致[15]。
在科考采樣過程中發(fā)現,江源地區(qū)很多地方還存在過度放牧影響水生態(tài)環(huán)境的問題[27];此外,隨著高原地區(qū)的旅游熱,到江源地區(qū)旅游的人越來越多,對江源地區(qū)的生態(tài)環(huán)境負荷將帶來巨大的考驗,因此,迫切需要繼續(xù)深入跟蹤調查研究江源地區(qū)的生態(tài)環(huán)境狀況,積累數據資料,為三江源地區(qū)的生態(tài)環(huán)境保護和水資源開發(fā)利用提供參考依據。
(1) 現場調研結果顯示,長江源和瀾滄江源區(qū)水體浮游植物的種類數相對較少,密度較低((9.14~13.60)×104個/L),以適宜流水環(huán)境的硅藻為優(yōu)勢門類,顯示了江源地區(qū)水體水質狀況較好。
(2) 長江源區(qū)和瀾滄江源區(qū)水體的浮游植物種類和密度沒有顯著差異,表明長江源和瀾滄江源水體的浮游植物生境差異不顯著。
(3) 長江源和瀾滄江源區(qū)的浮游植物密度與環(huán)境因子之間相關性分析結果顯示,浮游植物密度與水溫、含沙量、總磷呈現正相關關系,但相關關系不顯著;與水體流速、透明度、pH、電導率、氨氮、總氮呈現負相關關系,但相關關系也不顯著。
(4) 長江源和瀾滄江源區(qū)的生態(tài)環(huán)境狀況總體較好,但局部地區(qū)由于過度放牧、水土流失等問題較為突出,對于江源地區(qū)的生態(tài)環(huán)境構成一定的威脅,迫切需要持續(xù)深入調研,積累數據,為江原地區(qū)的生態(tài)環(huán)境保護和修復提供參考。
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(編輯:趙衛(wèi)兵)
Characteristics of Phytoplankton Assemblage and Distribution inthe Source Regions of the Yangtze River and Lancang River
YIN Da-cong1, XU Ji-jun1, JIN Yan2, XU Zhen1
(1.Hubei Provincial Key Laboratory of River Basin Water Resources and Eco-environmental Sciences, Yangtze River Sciences Research Institute, Wuhan 430010, China;2.Water Affairs Bureau of Pu’er City, Pu’er 665000, China)
Phytoplankton in the waters of the source regions of the Yangtze River and Lancang River was investigated in the summer of 2012. Altogether 29 species of phytoplankton were identified, consisting of diatom (17 species accounting for 54.83% of the total), green algae (7 species accounting for 24.14% of the total), blue-green algae (3 species), Cryptomonas (1 species) and Pyrroptata (1 species). The phytoplankton abundance at each sampling site was very low, only (9.14~13.60)×104/L. There was no apparent difference of assemblages and abundance of phytoplankton between the source regions of the Yangtze River and the Lancang River. The results are close to the investigation results by Changjiang Water Resources Commission in 2010. The results show that the ecological environmental condition in the source regions is good in general and further researches in this aspect are of vital significance.
sources of three rivers; source of the Yangtze River; source of the Lancang River; phytoplankton; algae
2015-10-20;
2015-12-22
國家自然科學基金項目(51279011);國家重點研發(fā)計劃資助項目(2016YFC0502201);中央級公益性科研院所基金項目(CKSF2012041/SZ)
殷大聰(1973-),男,湖北武漢人,高級工程師,博士,主要從事生態(tài)環(huán)境研究,(電話) 027-82927161(電子信箱)dcyin@126.com。
10.11988/ckyyb.20150878
2017,34(1):61-66
X826
A
1001-5485(2017)01-0061-06