長江武漢段和漢江武漢段浮游藻類群落比較研究

(. ， 43000；.市第六中學(xué)， 43000)

1 研究背景

浮游藻類作為水生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)者，個(gè)體較小，對于環(huán)境的變化較敏感，其群落組成和豐度能反映短期水體的富營養(yǎng)化水平，起到指示作用。2000年以來，歐盟國家在“水框架指令”的推動下，已經(jīng)開始按照河流的不同類型分別進(jìn)行健康評估和保護(hù)，而是否能夠達(dá)到良好的效果，與所選擇的浮游藻類參數(shù)密切相關(guān)[1]。

我國已開始河流健康評價(jià)的研究，所采用的指標(biāo)較單調(diào)，更多的是借鑒國外相關(guān)指標(biāo)，這些指標(biāo)是否適用于我國河流還有待考證。目前，適應(yīng)我國內(nèi)陸河流健康評價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)尚未建立，必須進(jìn)行河流水生態(tài)系統(tǒng)中浮游藻類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的收集[2]。 國內(nèi)河流健康評價(jià)的研究對象大多為單一河流[3-4]，而我國大多數(shù)河流分支較多，水網(wǎng)復(fù)雜，很難對某一河流進(jìn)行單一判定。選取某一時(shí)期干流和支流健康狀況及相關(guān)影響因子進(jìn)行比較的研究較少。

長江是我國第一大河，已有學(xué)者對其浮游藻類群落構(gòu)成進(jìn)行了研究，多集中于三峽庫區(qū)和河口區(qū)域等有大型水利工程或者地形較特殊區(qū)域。張馨月2015年對宜昌江段進(jìn)行研究，結(jié)果顯示長江江段優(yōu)勢種為硅藻、藍(lán)藻、綠藻，因季節(jié)的變化所占比例有所不同[5]。吳波對長江口區(qū)藻類分布格局進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)長江口主河道以硅藻門為主，其次為綠藻[6]。漢江作為長江的最大支流，浮游藻類研究更多的偏向于漢江水華，研究結(jié)果顯示，數(shù)次水華的優(yōu)勢種均為硅藻[7-11]。

目前，我國分別研究長江、漢江浮游藻類群落結(jié)構(gòu)的成果較多，但是同一時(shí)期將兩者進(jìn)行比較研究的較少。長江武漢段屬于長江中游，離三峽庫區(qū)和河口距離均較遠(yuǎn)，但長江最大的支流漢江在武漢龍王廟匯入。武漢四季分明，年平均氣溫16℃～18℃，夏季前后受季風(fēng)影響降水增多，每年5～10月為汛期。長江武漢段和漢江武漢段氣象條件相同，但由于水利工程的調(diào)控導(dǎo)致河流水動力條件和含沙量存在較大差異，匯合處分界明顯，汛期甚至?xí)霈F(xiàn)“頂托”現(xiàn)象。本研究于2016年開始，選擇2個(gè)典型斷面逐月監(jiān)測浮游藻類群落結(jié)構(gòu)及相關(guān)環(huán)境因子，希望對同一區(qū)域同一河流的干流和支流進(jìn)行同步監(jiān)測，了解氣候相同但水文和水質(zhì)條件存在差異的干流和支流浮游藻類群落結(jié)構(gòu)是否存在較大差異及其與環(huán)境因子的關(guān)系，為今后進(jìn)行河流健康評價(jià)提供參考依據(jù)。

2 研究方法

2.1 研究對象

長江武漢段水體渾濁，含沙量高，水流速度快，江面寬闊；漢江武漢段水體清澈，流速較小，江面窄。

該研究根據(jù)地形特點(diǎn)設(shè)置2個(gè)采樣斷面：集家嘴斷面和37碼頭斷面。集家嘴斷面是國家重要水質(zhì)基本斷面，也為漢江入長江河口控制斷面，距離河口0.8 km；37碼頭斷面處于長江，是國家重點(diǎn)水質(zhì)基本斷面，為武漢河段控制斷面，處于集家嘴斷面匯入口的下游。監(jiān)測斷面地理位置圖見圖1。

圖1 監(jiān)測斷面位置

2.2 試驗(yàn)方法

2016年7至2017年5月，每月上旬采樣監(jiān)測一次。每個(gè)采樣斷面設(shè)置3條垂線，用有機(jī)玻璃采樣器取水面下0.5 m水樣，等量混勻之后取1 000 mL用于定量檢測。采集的樣品立即用魯哥氏液固定，用量為水樣體積1%～1.5%。經(jīng)24 h沉淀濃縮至50 mL，用0.1 mL浮游藻類計(jì)數(shù)框在10×40倍光學(xué)顯微鏡下觀察計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)方法參考水庫漁業(yè)資源調(diào)查規(guī)范(SL167-2014)。

現(xiàn)場測定環(huán)境因子水溫、pH值、電導(dǎo)率、溶解氧，使用酸度計(jì)、電導(dǎo)率儀和溶氧儀等；高錳酸鹽指數(shù)、總磷、氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮，采集樣品后加相應(yīng)保存劑固定，送實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢測，檢測方法采用國家標(biāo)準(zhǔn)、環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)或者水利標(biāo)準(zhǔn)。

本文統(tǒng)計(jì)軟件使用SPSS19，繪圖使用OriginPro 8。

3 結(jié)果分析

3.1 浮游藻類生物量變化

按季節(jié)分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，集家嘴斷面浮游藻類冬季增多，夏季減少。浮游藻類生物量最高值(0.442 mg/L)出現(xiàn)在3月，最低值(0.010 mg/L)出現(xiàn)在11月，平均浮游藻類生物量0.156 mg/L，硅藻生物量所占比例達(dá)到62%以上。37碼頭斷面浮游藻類冬季增多，夏季減少。浮游藻類生物量最高值(0.281 mg/L)出現(xiàn)在4月，最低值(0.007 mg/L)出現(xiàn)在11月，平均浮游藻類生物量0.107 mg/L，硅藻生物量所占比例達(dá)到76%。

全年2個(gè)斷面的浮游藻類生物量基本保持一致，集家嘴斷面春季因綠藻的大量繁殖，浮游藻類生物量較37碼頭明顯增多，見圖2。

我呆呆地看著父親，不知道他到底想說什么。父親拍了拍我的后腦勺說：“你心里的煩惱就像這些小草，怎么鋤都不能使它們真正消失。所以，最好的辦法就是不要去理會它們，時(shí)間長了，你會發(fā)現(xiàn)自己曾經(jīng)歷的煩惱也可以是生命中的一道風(fēng)景。每當(dāng)你有了煩惱時(shí)，不如試著享受眼前的時(shí)光，比如你現(xiàn)在雖然不能去朋友家了，但是不是可以站在門口好好欣賞一下雨中的田園，或者讀一本書？”我看著門外田野里的雨景，漸漸地領(lǐng)會到了父親的意思。

圖2 浮游藻類生物量變化

3.2 優(yōu)勢藻種分析

2個(gè)斷面的全年浮游藻類群落結(jié)構(gòu)基本一致，優(yōu)勢種均為硅藻，其余監(jiān)測到的浮游藻種有甲藻、綠藻、藍(lán)藻和裸藻等。逐月監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，硅藻每月都有檢出；甲藻秋季最少，甲藻細(xì)胞數(shù)量少但個(gè)體較大，因而生物量占浮游藻類總生物量比例較大，常見藻種為多甲藻，偶見角甲藻和薄甲藻；綠藻春季大量增長，監(jiān)測資料顯示集家嘴斷面爆發(fā)式增長的綠藻種類主要為水綿和盤星藻；藍(lán)藻增長出現(xiàn)于夏季，常見種類為顫藻，偶見色球藻和魚腥藻。

硅藻生物量按季度取均值進(jìn)行比例分析(見圖3)：

(1)夏季。2個(gè)斷面優(yōu)勢種均為直鏈藻。集家嘴斷面直鏈藻占比例較大，超過48%，其他藻種占比例較??；37碼頭斷面直鏈藻雖為優(yōu)勢種，但與脆桿藻、舟形藻、小環(huán)藻所占比例差距不大。

(2)秋季。2個(gè)斷面優(yōu)勢種均為直鏈藻。集家嘴斷面直鏈藻占比超過85%；37碼頭斷面藻類群落結(jié)構(gòu)組成與夏季差別不大。

(3)冬季。集家嘴斷面優(yōu)勢種為直鏈藻，37碼頭斷面優(yōu)勢種為小環(huán)藻。集家嘴斷面小環(huán)藻占比增多，直鏈藻占比降至65.9%；37碼頭斷面直鏈藻和小環(huán)藻占比均大幅提升，合計(jì)比例超過95%。

(4)春季。2個(gè)斷面優(yōu)勢種均變?yōu)樾…h(huán)藻。集家嘴斷面小環(huán)藻占62%，直鏈藻占比降至約20%；37碼頭斷面群落結(jié)構(gòu)恢復(fù)多樣性，小環(huán)藻和直鏈藻相較于冬季占比減小，其他藻種所占比例增大。

(5)全年。37碼頭斷面的群落結(jié)構(gòu)組成相較于集家嘴斷面浮游藻類種類更多，僅冬季與集家嘴斷面差異不大；集家嘴斷面除春季外，直鏈藻均占據(jù)絕對優(yōu)勢。

圖3 硅藻群落結(jié)構(gòu)

表1 環(huán)境因子監(jiān)測數(shù)據(jù)

3.3 環(huán)境因子分析

表1對2個(gè)斷面逐月監(jiān)測的環(huán)境因子進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，并使用圖4的“垂直盒”圖標(biāo)進(jìn)行了表述，每個(gè)盒子代表了60%的數(shù)據(jù)變動范圍，盒中實(shí)線為平均值，上下范圍代表95%置信區(qū)間?？梢钥闯黾易鞌嗝婧?7碼頭斷面電導(dǎo)率、懸浮物、硝酸鹽氮、總磷差異較大，逐月監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，2個(gè)斷面的水溫、溶解氧和氨氮波動較大，季節(jié)性變化明顯。

圖4 環(huán)境因子變化

表2將監(jiān)測斷面浮游藻類生物量和監(jiān)測的環(huán)境因子進(jìn)行了Pearson相關(guān)性研究，結(jié)果顯示集家嘴斷面的甲藻生物量和氨氮含量的變化顯著相關(guān)；37碼頭斷面浮游藻類總生物量的變化與pH值和氨氮含量顯著相關(guān)，其中硅藻生物量與水溫、pH值、溶解氧、硝酸鹽氮、氨氮含量顯著相關(guān)，甲藻生物量與總磷含量顯著相關(guān)，綠藻生物量與硝酸鹽氮含量顯著相關(guān)，藍(lán)藻生物量與高錳酸鹽指數(shù)含量顯著相關(guān)。分析監(jiān)測的環(huán)境因子之間的Pearson相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)與水溫顯著相關(guān)的環(huán)境因子有pH值、溶解氧和氮含量。

4 討 論

從以上結(jié)果可以看出，長江武漢段和漢江武漢段浮游藻類的季節(jié)性變化趨勢一致，2個(gè)斷面雖然有部分環(huán)境因子(電導(dǎo)率、懸浮物、硝酸鹽氮和總磷)存在差異，但有差異的環(huán)境因子大部分與浮游藻類的生物量變化無顯著相關(guān)性，存在相關(guān)性的環(huán)境因子與硅藻生物量的變化有關(guān)，因2個(gè)斷面的優(yōu)勢種群均為硅藻，因而不影響浮游藻類生物量的變化趨勢。

2個(gè)監(jiān)測斷面的優(yōu)勢浮游藻類均為硅藻，該研究分析結(jié)果與已有長江、漢江浮游藻類群落結(jié)構(gòu)研究結(jié)果一致[12- 13]。黎佛林對江西水系包含的數(shù)條不同水動力條件的河流硅藻分布進(jìn)行了研究，研究結(jié)果顯示影響硅藻生長的最主要因子是流速，直鏈藻和小環(huán)藻在大江中豐度較大，緩流水體適合大多數(shù)藻類生長[14]。該研究結(jié)果中集家嘴斷面直鏈藻和小環(huán)藻在不同季節(jié)交替占據(jù)優(yōu)勢，37碼頭斷面直鏈藻和小環(huán)藻都占據(jù)主導(dǎo)地位，與此研究結(jié)論吻合。

表2 監(jiān)測斷面環(huán)境因子與浮游藻類生物量的Pearson相關(guān)性

注：**在0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)，*在0.05水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。

況琪軍等人的調(diào)查結(jié)果顯示，小環(huán)藻在低溫條件下也能很好的生長，而直鏈藻適宜于春末夏初的水溫條件[12]。該研究中水溫較低的季節(jié)冬季和春季小環(huán)藻均有大量生長，所占比例較大，與其研究結(jié)論一致。

研究顯示，氮磷比11.8∶1～15.5∶1之間有利于硅藻大量繁殖[12]，比較各季度2個(gè)斷面的氮磷比，37碼頭斷面均處于此范圍內(nèi)，而集家嘴斷面氮磷比均不在此范圍內(nèi)，但差距不大，因而37碼頭硅藻種類群落結(jié)構(gòu)相較于集家嘴斷面更多樣，可能一部分來自于氮磷比的差別，一部分來自于2個(gè)斷面流速的差異，后期可以進(jìn)行相關(guān)研究。

環(huán)境因子之間的相關(guān)性分析顯示，與水溫顯著相關(guān)的環(huán)境因子有pH值、溶解氧和氮含量。pH值通過測量電池電動勢獲得，電極的電位和水的電離平衡都受溫度的影響，所以水溫和pH值顯著相關(guān)。溶解氧測定的是水中溶解的分子態(tài)氧，水溫與溶解度直接相關(guān)，因而水溫是影響溶解氧的主要因素。水體中溫度升高會促進(jìn)微生物的生長，特別是硝化細(xì)菌，隨著水溫的增高，硝化細(xì)菌的硝化能力會增強(qiáng)，直接影響水體中各種氮的含量，因而水溫與氮含量顯著相關(guān)。

浮游藻類生物量與環(huán)境因子的相關(guān)性分析顯示，與浮游藻類生物量存在顯著相關(guān)性的環(huán)境因子在不同斷面間存在差異，考慮到2個(gè)斷面浮游藻類生物量均存在季節(jié)性差異，光照、水溫季節(jié)性變化較大，且水溫與大部分環(huán)境因子有顯著相關(guān)性，也有研究顯示15℃～20℃有利于硅藻生長，充分的日照使硅藻能進(jìn)行光合作用，大量繁殖[10]。藍(lán)藻在30℃生長最好，硅藻光照強(qiáng)度適應(yīng)范圍較廣，而藍(lán)藻只適宜于較低的光照強(qiáng)度[15]，所以水溫可能是影響浮游藻類群落結(jié)構(gòu)及生物量的重要環(huán)境因子。

長江武漢段和漢江武漢段的優(yōu)勢種均為硅藻，且種類多樣，國外多用硅藻指數(shù)進(jìn)行健康河流評價(jià)。美國已開發(fā)多種硅藻指數(shù)用于監(jiān)測河流富營養(yǎng)化狀態(tài)，研究顯示當(dāng)硅藻在浮游植物群落中占據(jù)優(yōu)勢時(shí)，硅藻指數(shù)的評價(jià)結(jié)果較優(yōu)[16]。富足的營養(yǎng)鹽、適宜的氣候條件、水文條件都具備時(shí)容易發(fā)生水華[11]。長江和漢江武漢段營養(yǎng)鹽和氣候條件均相似，差別最大的是水文條件，漢江1992，1998，2000，2003和2008年曾發(fā)生5次水華，主要優(yōu)勢種為小環(huán)藻，均出現(xiàn)在春季漢江下游流量較小，流速緩慢，水位較低，長江流量遠(yuǎn)大于漢江流量，發(fā)生“頂托”現(xiàn)象的時(shí)間段[11]，說明水文條件是關(guān)鍵因子?？梢詫⒋舜窝芯揩@得結(jié)果作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，后期利用硅藻指數(shù)等指標(biāo)對長江、漢江武漢段進(jìn)行河流健康評價(jià)，以期找出浮游藻類生長和水文條件之間的聯(lián)系，為預(yù)警水華做參考。

5 結(jié) 論

通過逐月監(jiān)測武漢區(qū)域長江、漢江江段浮游藻類的生物量及群落結(jié)構(gòu)，分析環(huán)境因子之間的相關(guān)性，比較2個(gè)斷面的監(jiān)測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)以下特點(diǎn)。

(1)2個(gè)斷面浮游藻類生物量變化趨勢由大到小依次為春季、 冬季 、夏季和秋季，春季達(dá)到峰值。集家嘴斷面平均浮游藻類生物量略高于37碼頭斷面，主要來自于春季綠藻大量的增長。

(2)2個(gè)斷面浮游藻類優(yōu)勢種均為硅藻，其中直

鏈硅藻為主要種類。37碼頭斷面地處長江，硅藻種類較多且占總生物量比例較大，春夏季節(jié)常見多甲藻，顫藻為藍(lán)藻常見種類。集家嘴斷面硅藻常見種為直鏈藻，其他硅藻種類偶有出現(xiàn)，群落構(gòu)成相對簡單；春季常見多甲藻。

(3)水溫、pH值、溶解氧和氮含量與浮游植物生物量變化顯著相關(guān)。相較于集家嘴斷面，37碼頭斷面浮游植物生物量的變化和環(huán)境因子的相關(guān)性更加顯著。

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