嘉陵江浮游生物群落結(jié)構(gòu)研究

任麗平，馬永紅

西華師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院珍稀動植物研究所西南野生動植物資源保護教育部重點實驗室，南充637009

浮游生物作為水體物質(zhì)代謝和能量流動的初級生產(chǎn)者，在水生態(tài)系統(tǒng)中起著十分重要的作用，是水生態(tài)系統(tǒng)食物鏈及生產(chǎn)力的一個重要環(huán)節(jié)。浮游生物個體小，對水體的變化和污染物侵入能迅速作出響應(yīng)。水環(huán)境的變化將直接影響到浮游生物群落結(jié)構(gòu)和功能的變化，因此，浮游生物群落結(jié)構(gòu)特征的變化與水質(zhì)變化密切相關(guān)，通過浮游生物個體、種群或群落變化來分析水環(huán)境，即從生物學(xué)角度評價水質(zhì)狀況，是生物環(huán)境監(jiān)測的重要方法之一，在國內(nèi)外有著較為廣泛的應(yīng)用［1-3］。

嘉陵江流域是西南地區(qū)生態(tài)安全屏障的重要組成部分，是長江水系中流域面積最大的支流。嘉陵江梯級渠化是我國第一個內(nèi)河全渠化工程，近10年，嘉陵江四川段從北向南建設(shè)相互銜接的梯級航電樞紐工程12個。水電開發(fā)在對當(dāng)?shù)亟?jīng)濟發(fā)展起積極作用的同時，也對流域的生態(tài)環(huán)境、生物多樣性和水質(zhì)產(chǎn)生了不良影響。尤其是近年來隨著經(jīng)濟的發(fā)展，污染加劇，嚴(yán)重影響了水生態(tài)環(huán)境及水生生物多樣性。

水電工程的環(huán)境影響受到國內(nèi)外重視，有關(guān)水生態(tài)環(huán)境影響的研究也較多。對于嘉陵江流域水生生物和環(huán)境評價的研究工作也相繼展開［4-7］，但是缺乏對浮游生物的系統(tǒng)監(jiān)測以及相應(yīng)的水質(zhì)評價。本文調(diào)查研究了嘉陵江四川段浮游生物的群落結(jié)構(gòu)以及由此反映的水質(zhì)狀況，旨在為嘉陵江流域水生生物資源保護以及水環(huán)境的保護治理和流域水電可持續(xù)開發(fā)提供一定的理論與實踐依據(jù)。

圖1 采樣點分析Fig.1 Distribution of sampling points

1 材料與方法

1.1 采樣時間和采樣點的設(shè)置

依據(jù)《淡水浮游生物研究方法》和《水環(huán)境監(jiān)測規(guī)范》等的相關(guān)技術(shù)和要求，于2010年1～2月(枯水期)和9～10月(豐水期)對亭子口、蒼溪、沙溪、金銀臺、紅巖子、新政、金溪、鳳儀、小龍門、青居、東西關(guān)、桐子壕電站壩上、壩下共24個點進行水樣、浮游生物的野外采集，采樣點見圖1。

按常規(guī)采樣方法分別采集24個采樣點浮游生物樣品:用25#浮游生物網(wǎng)采集定性樣品，加入魯哥氏液固定保存。用深水采樣器采集河流表層和底層水樣各10 L，用25#浮游生物網(wǎng)過濾、濃縮成1升水樣，加入魯哥氏液固定后，用3%～4%的甲醛密封保存，作定量計數(shù)。

1.2 研究方法

物種鑒定參照文獻［8］。定量樣品沉淀、濃縮后，取0.1 mL均勻樣品于生物計數(shù)框中定量計數(shù)，每個樣品計數(shù)3片，各片之間相差不大于15%，取其平均值。

有關(guān)計算方法，采用Shannon-Wiener多樣性指數(shù)的H=-∑Pilog2Pi［9］、Margalef豐富度指數(shù)的d= (S-1)/lnN［10］及Pielou均勻度指數(shù)J=H/Hmax［11］、優(yōu)勢集中性指數(shù)［12］C=∑(ni/N)2，式中d表示物種豐富度指數(shù)，S為物種的總數(shù)目，N為所有物種個體總和，ni表示樣品中第i種生物的個體數(shù)，H表示物種多樣性指數(shù)，Pi為第i物種出現(xiàn)的概率，J表示均勻度指數(shù)，Hmax為log2S。Shannon-WienerH指數(shù)、Margalef d指數(shù)和均勻度J指數(shù)的水質(zhì)評價標(biāo)準(zhǔn)，見表1。

表1 多樣性指數(shù)的評價標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Assessment standard of diversity indexes

2 結(jié)果與分析種類組成

通過對嘉陵江四川段的24個樣點的水樣觀察，初步統(tǒng)計到浮游植物共8門42科95屬171種(包括變種)(見表2)?？菟诘臉悠分泄步y(tǒng)計到7門29科101種，豐水期監(jiān)測到8門37科66屬123種。

表2 浮游植物的組成Table 2 Phytoplankton species composition

共統(tǒng)計到浮游動物4綱、9目、21科、30屬、62種組成(見表3)，分別隸屬于原生動物門(Protozoa)、假體腔動物門(Pseudocoeloma)和節(jié)肢動物門(Arthropoda)?？菟诠茶b定浮游動物43種，豐水期共鑒定出61種。

表3 浮游動物的組成Table 3 Zooplankton species composition

2.2 浮游生物的水平分布和季節(jié)特征

分析浮游植物群落組成結(jié)果顯示，各采樣點均以硅藻門、綠藻門和藍藻門為優(yōu)勢類群，其中硅藻和綠藻的物種數(shù)量最為豐富。優(yōu)勢種類組成季節(jié)變化和水平分布變化圖(圖2)表明:在季節(jié)變化方面，豐水期(9～10月)浮游植物的物種豐富度、細胞密度、優(yōu)勢物種類群等指標(biāo)顯著高于枯水期(1～2月)，硅藻門植物在各個斷面的數(shù)量指標(biāo)均占絕對優(yōu)勢，最大值在金溪電站。除了上述的三個優(yōu)勢類群外，其余5個藻類植物分類群的物種數(shù)量和種群密度在各個樣點都較少。調(diào)查結(jié)果與鄧洪平(2008)［5］等相比，硅藻的物種數(shù)量急劇減少，嘉陵江水環(huán)境的改變已經(jīng)顯著影響到藻類群落結(jié)構(gòu)，且上下河段無顯著差異，微生境異質(zhì)性減弱，在部分?jǐn)嗝?亭子口、金銀臺、紅巖子)，藍藻門和綠藻門藻類物種數(shù)量、密度顯著增加，浮游藻類植物群落有向湖泊型藻類分布特點演替的趨勢。

圖2 各采樣點不同時期浮游植物的種數(shù)Fig.2 The species of phytoplankton of every sample in different time

分析浮游動物群落組成結(jié)果顯示，豐水期浮游動物的種類數(shù)比枯水期的種類數(shù)較為豐富，如圖3，各采樣點浮游動物的種數(shù)在季節(jié)分布上的趨勢基本一致，都是豐水期＞枯水期。其主要原因是豐水季節(jié)，水溫逐漸升高，農(nóng)村面源污染等污染物隨雨水進入河流，藻類等食物較豐富，一些浮游動物種類大量繁殖，導(dǎo)致整個豐水季節(jié)浮游動物種類和數(shù)量明顯增加。

圖3 各采樣點不同時期浮游動物的種數(shù)Fig.3 The species of zooplankton of every sample in different time

2.3 浮游動物的優(yōu)勢種

天然水體環(huán)境受到一定程度的污染后，根據(jù)其特點可以將水體劃分為多污水體(p)、α-中污帶(強中污帶)、β-中污帶(弱中污帶)及寡污帶(o)。不同污染程度的水體中生活著不同的浮游動物優(yōu)勢種類。嘉陵江四川段梯級水電開發(fā)江段的優(yōu)勢種類有21種，其中原生動物門有8種，輪蟲有4種，甲殼綱9種，這些種類大多數(shù)在豐水期出現(xiàn)，出現(xiàn)的采樣點和數(shù)量高峰期不完全相同。嘉陵江優(yōu)勢種種類大多數(shù)都是生活在中污性環(huán)境的種類，見表4，此現(xiàn)象表明嘉陵江的水質(zhì)不甚清潔，嘉陵江四川段梯級水電開發(fā)江段水環(huán)境質(zhì)量基本處于中度污染狀態(tài)。

表4 浮游動物指示種Table 4 Indicator species of zooplankton

圓形盤腸溞 Chydorus sphaericus β-α中污帶長額象鼻溞 Bosiminia longirosms β-α中污帶簡弧象鼻溞 Bosiminia coregoni Baird o寡污帶多次裸腹溞 Moina macrocopa Straus p多污帶老年低額溞 SimocephalusVetulusSchoedler o寡污帶中華原鏢水蚤 Eodiaptomus sinensis β-α中污帶透明溫劍水蚤 Thermocyclops hyalinus β-α中污帶廣布中劍水蚤 Mescocyclops leuckarti β-α中污帶

2.4 浮游生物的生物多樣性指數(shù)分析

浮游植物Shannon多樣性指數(shù)(H)、Margalef豐富度指數(shù)(d)、Pielou均勻度指數(shù)(J)計算結(jié)果見圖4，可以看出，枯水期和豐水期各指數(shù)在各采樣點的趨勢基本一致，均為豐水期＞枯水期。各斷面中指數(shù)最大的是金溪航電樞紐;最差的是新政航電樞紐。

浮游動物Shannon多樣性指數(shù)(H)、Margalef豐富度指數(shù)(d)、Pielou均勻度指數(shù)(J)計算結(jié)果見圖5，可以看出，枯水期和豐水期各指數(shù)的平均值在各樣點趨勢基本一致，尤其是多樣性指數(shù)H值和豐富度指數(shù)d均為豐水期大于枯水期，且整個水平分布規(guī)律相一致，豐水期的最大值在沙溪電站，最小值在鳳儀電站;枯水期的最大值在金溪電站，最小值在東西關(guān)電站。

浮游生物多樣性指數(shù)的計算結(jié)果參照表1，水質(zhì)評價結(jié)果見表5，豐水期水質(zhì)好于枯水期水質(zhì)，各斷面中水質(zhì)較好的是沙溪、金溪航電樞紐，為輕污或無污染;最差的是新政航電樞紐，全年均為α-中污～β-中污。綜合以上3種生物多樣性指數(shù)的評價結(jié)果，可以看出嘉陵江受到污染，水質(zhì)屬于β-中污，有向α-中污過度的趨勢，屬于中富營養(yǎng)化。

表5 生物多樣性指數(shù)評價結(jié)果Table 5 The result of Biological diversity index evaluation

浮游動物 β-中污帶 β-中污帶 α-中污帶 α-中污帶 重污染 重污染紅巖子 浮游植物 β-中污帶 β-中污帶 α-中污帶 α-中污帶 重污染 重污染浮游動物 β-中污帶 β-中污帶 α-中污帶 α-中污帶 重污染 重污染新政 浮游植物 α-中污帶 β-中污帶 重污染 α-中污帶 重污染 β-中污帶浮游動物 α-中污帶 β-中污帶 重污染 α-中污帶 重污染 β-中污帶金溪 浮游植物 輕污或無污染 輕污或無污染 β-中污帶 輕污或無污染 β-中污帶 輕污或無污染浮游動物 輕污或無污染 輕污或無污染 β-中污帶 輕污或無污染 β-中污帶 輕污或無污染鳳儀 浮游植物 β-中污帶 β-中污帶 α-中污帶 α-中污帶 重污染 α-中污帶浮游動物 β-中污帶 β-中污帶 α-中污帶 α-中污帶 重污染 α-中污帶小龍門 浮游植物 β-中污帶 β-中污帶 α-中污帶 β-中污帶 α-中污帶 β-中污帶浮游動物 β-中污帶 β-中污帶 α-中污帶 β-中污帶 α-中污帶 β-中污帶青居 浮游植物 β-中污帶 α-中污帶 α-中污帶 α-中污帶 α-中污帶 α-中污帶浮游動物 β-中污帶 α-中污帶 α-中污帶 α-中污帶 α-中污帶 α-中污帶東西關(guān) 浮游植物 β-中污帶 β-中污帶 α-中污帶 α-中污帶 α-中污帶 α-中污帶浮游動物 β-中污帶 β-中污帶 α-中污帶 α-中污帶 α-中污帶 α-中污帶桐子壕 浮游植物 β-中污帶 β-中污帶 β-中污帶 β-中污帶 α-中污帶 β-中污帶浮游動物 β-中污帶 β-中污帶 β-中污帶 β-中污帶 α-中污帶 β-中污帶

3 討論

共采集到浮游植物共8門42科95屬171種，浮游動物的組成共有4綱9目21科30屬62種;浮游動物優(yōu)勢種類有21種。浮游生物水質(zhì)評價結(jié)果為，水質(zhì)受到一定程度的污染，其污染程度為β-中污，有些地方有向α-中污過度的趨勢，其中，金銀臺電站、紅巖子電站、新政電站水質(zhì)較差。以閬中沙溪電站和金銀臺電站之間的金沙庫區(qū)為例，2006年-2010年南充市水資源公報顯示，金沙庫區(qū)水質(zhì)總體為Ⅲ類，主要超標(biāo)項目為總氮、總磷和糞大腸桿菌，出境水水質(zhì)低于入境水水質(zhì)，這與浮游生物多樣性評價結(jié)果相吻合。同時，新政航電樞紐位于南充儀隴縣下游，據(jù)南充市水資源公報數(shù)據(jù)顯示，2010年儀隴全縣人口111.13萬人，入河污水量為0.1171億m3，屬于全市人口大縣和排污大縣，水質(zhì)污染較嚴(yán)重，這應(yīng)是新政浮游植物指數(shù)較低的主要原因。在實地調(diào)查中金溪河段兩岸生態(tài)環(huán)境較好，自然河段較長，受人為因素干擾小，因此水質(zhì)狀況較好指數(shù)評價較高。

浮游生物評價在河流水環(huán)境評價中具有重要作用，可以為更全面的評估提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。其特點在于能快速評估河流系統(tǒng)的現(xiàn)狀和特征，能及時提供必需的信息，浮游生物評價水質(zhì)可操作性強，能反映水質(zhì)的短期變化，敏感性強。通過斯皮爾曼(Spearman)相關(guān)性分析，Shannon多樣性指數(shù) d、Margalef豐富度指數(shù)H具有顯著相關(guān)的，以此評價該水體較均勻度指數(shù)J更合適?？傊∮紊锶郝浣Y(jié)構(gòu)特征很好地反映了水環(huán)境狀況。

1 Legender P，Balewx B，Troussellier M.Dynamics of pollutionindicator and heterotrophic bacteria in sewage treatment lagoons.Appl Environ Microbio1，1984，48:586-593.

2 Hong S(洪松)，Chen JS(陳靜生).Structure characteristics of aquatic community from the main rivers in China.Acta Hydrobiologica Sinica，2002，26:295-305.

3 Zhang ZS(章宗涉)，Huang XF(黃祥飛).Methods for the Plankton Study in Freshwater.Beijing:Science Press，1991.

4 Deng HP(鄧洪平)，Chen F(陳鋒)，Wang MS(王明書).Community stucture of diatom in Nanchong section of Jialing River and analysis of its water environment.Acta Hydrobiologica Sinica(水生生物學(xué)報)，2008，32:586-591.

5Deng HP(鄧洪平)，Chen F(陳鋒)，Wang MS(王明書)，et al.Community structure and species diversity of diatom in downstream of Jialing River.Acta Hydrobiologica Sinica(水生生物學(xué)報)，2010，34:330-335.

6 Zou XB(鄒小兵)，Zeng T(曾婷)，Trina Mackie，et al.Characteristics of phytoplankton and water pollution in lower reaches of Jialing river in spring.Resources and Environment in the Yangtze Basin(長江流域資源與環(huán)境)，2008，17:613-618.

7Long TY(龍?zhí)煊?，Meng GH(蒙國湖)，Wu L(吳磊)，et al.Numerical simulation for effects of hydrodynamic condition on algae growth in Chongqing reaches of Jialing River.Environm Sci(環(huán)境學(xué))，2010，31:1498-1503.

8 Koste W，Shiel RJ.Rotifera from Australian Inland Waters II Epiphanidae and Brachionidae(Rotifera:Monogononta).Invertebr Taxon，1987，7:949-1021.

9 Shannnon CE，Weaver W.The mathe matical theory of communication.Urbana:Univ.of Illinois Press，1949.

10 Margalef DR.Inpersproctivesi marine biology(A Buzzati-Traversoed).Univ.Calif Press，1958.323-347.

11 Pielou EC.Ecological Diversity.John Wiley and Sons Inc，1975.