漢江下游干支流浮游植物群落特征及其對(duì)水質(zhì)的指示評(píng)價(jià)

余業(yè)鑫,李 艷,向羅京,柳滿森,趙恩民,郭益銘,王海軍,5

1.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院,湖北 武漢 430070

2.中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所,淡水生態(tài)與生物技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北 武漢 430072

3.湖北省環(huán)境科學(xué)研究院,湖北 武漢 430073

4.中國(guó)地質(zhì)大學(xué),湖北 武漢 430074

5.云南大學(xué)生態(tài)與環(huán)境學(xué)院高原湖泊生態(tài)與治理研究院,云南 昆明 650504

浮游植物作為河流生態(tài)系統(tǒng)的主要初級(jí)生產(chǎn)者,對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)有著重要影響[1-2]。 一方面,浮游植物可吸收利用水中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),將水中的無(wú)機(jī)物轉(zhuǎn)化為有機(jī)物帶入食物鏈;另一方面,浮游植物可作為浮游動(dòng)物及濾食性魚(yú)類(lèi)的食物,將能量向上一級(jí)傳遞[3]。 浮游植物對(duì)水環(huán)境的變化比較敏感,常被用于水質(zhì)評(píng)價(jià)及預(yù)警等[4-6]。 運(yùn)用浮游植物評(píng)估水質(zhì)狀況可以彌補(bǔ)物理和化學(xué)監(jiān)測(cè)的局限,并且可以根據(jù)藻類(lèi)的動(dòng)態(tài)變化,全面、真實(shí)地反映水質(zhì)的優(yōu)劣,掌握污染的發(fā)展趨勢(shì)[7]。 國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者利用浮游植物對(duì)河流、湖泊和海洋水質(zhì)進(jìn)行了評(píng)價(jià)[8-10]。BORICS 等[11]提出了應(yīng)用浮游藻類(lèi)對(duì)大型河流富營(yíng)養(yǎng)化狀況進(jìn)行評(píng)估的思路和方法。 SABATE等[12]利用浮游藻類(lèi)特征對(duì)河流生態(tài)狀況進(jìn)行了評(píng)價(jià)。 WU 等[6]通過(guò)調(diào)查河流浮游植物生物完整性指數(shù),評(píng)估了人類(lèi)活動(dòng)對(duì)河流浮游植物群落的干擾。 孟東平等[13]通過(guò)測(cè)定汾河太原段34 個(gè)優(yōu)勢(shì)藻種的生態(tài)位寬度和生態(tài)位重疊,分析了該區(qū)域浮游藻類(lèi)群落的穩(wěn)定性。 此外,浮游植物群落特征也被應(yīng)用于河流生態(tài)修復(fù)工程效果評(píng)估。

漢江是長(zhǎng)江最長(zhǎng)的一級(jí)支流,有著十分重要的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。 丹江口水庫(kù)以上為漢江上游,丹江口至鐘祥為中游,鐘祥至漢口為下游。 漢江下游干流沿途經(jīng)過(guò)6 個(gè)縣市,全長(zhǎng)382 km。 漢江生物多樣性比較豐富,如漢江干流及秦嶺南麓5 條支流含有底棲動(dòng)物約240 種(其中水生昆蟲(chóng)209 種)[14],干流含有浮游動(dòng)物約86 種[15],中下游含有魚(yú)類(lèi)約79 種[16-17]。 此外,漢江下游流域是我國(guó)重要的糧食生產(chǎn)基地,也是長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶重要的組成部分,2012 年湖北漢江流域GDP 總額占全省的41.51%。 因此,無(wú)論是從生物學(xué)還是經(jīng)濟(jì)學(xué)角度,漢江都具有十分重要的價(jià)值[18]。

隨著各類(lèi)水利工程的興建和投入使用,加上營(yíng)養(yǎng)鹽的大量輸入,漢江下游水生態(tài)環(huán)境發(fā)生了很大變化,浮游植物群落也發(fā)生了較大改變,主要表現(xiàn)為生物量的增加和物種多樣性的降低[19]。近年來(lái),漢江頻繁發(fā)生硅藻水華事件,對(duì)下游的生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定和人民生命財(cái)產(chǎn)安全造成了極大威脅[20-21]。 因此,有必要持續(xù)開(kāi)展以浮游植物等水生生物為研究對(duì)象的漢江水環(huán)境質(zhì)量調(diào)查與評(píng)估。 本研究于2019 年3—12 月對(duì)漢江下游干流及主要支流(引江濟(jì)漢運(yùn)河和漢北河)開(kāi)展了浮游植物群落特征及水環(huán)境因子狀況調(diào)查,旨在分析漢江下游及主要支流浮游植物群落特征的主要影響因子,并根據(jù)浮游植物群落結(jié)構(gòu)對(duì)漢江下游水質(zhì)進(jìn)行生物學(xué)評(píng)價(jià),從而為漢江下游水質(zhì)評(píng)估、預(yù)測(cè)及水環(huán)境安全管理提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域及采樣點(diǎn)

漢江下游主要指鐘祥至漢口段,河道長(zhǎng)382 km,流域面積1.7×104km2。 本研究主要針對(duì)漢江下游干流及主要支流,干流為沙洋至漢口宗關(guān)段,支流為引江濟(jì)漢運(yùn)河和漢北河。 在干流設(shè)置6 個(gè)采樣點(diǎn),包括沙洋(SY)、澤口(ZK)、仙桃(XT)、漢川(HC)、新溝交界(XGJ)、宗關(guān)(ZG);支流采樣點(diǎn)設(shè)置在靠近漢江的一端,每條支流設(shè)置1 個(gè)采樣點(diǎn),即引江濟(jì)漢運(yùn)河(YH)和漢北河(XG)(圖1)。 野外采樣于2019 年3—12 月進(jìn)行,每月采樣1 次。 根據(jù)前期調(diào)查情況,漢江冬季藻類(lèi)相對(duì)較少,所以本研究?jī)H采集1 個(gè)月的冬季樣品,即以12 月為代表。

圖1 漢江下游干流及主要支流采樣點(diǎn)分布示意圖Fig.1 Distribution of sampling sites in the mainstream and main tributaries of the lower reaches of Hanjiang River

1.2 浮游植物樣品采集與分析

使用5 L 有機(jī)玻璃采水器在每個(gè)采樣點(diǎn)的表層、中層和底層分別采集水樣,混合均勻后取1 000 mL 置于采樣瓶中,現(xiàn)場(chǎng)按照1%的體積比加入魯哥試劑對(duì)浮游植物進(jìn)行固定。 將樣品帶回實(shí)驗(yàn)室并靜置48 h 后,利用虹吸法緩慢吸去上清液,將下層的浮游植物樣品定容至50 mL,并加入4%的甲醛溶液保存。 取0.1 mL 濃縮液置于浮游植物計(jì)數(shù)框內(nèi),在顯微鏡(×400 倍)下鑒定藻類(lèi)種類(lèi)并計(jì)數(shù)。 浮游植物種類(lèi)鑒定參照《中國(guó)淡水藻類(lèi)——系統(tǒng)、分類(lèi)及生態(tài)》[22]和《中國(guó)淡水藻志》[23]進(jìn)行。 計(jì)算藻類(lèi)生物量時(shí),將藻類(lèi)看作與其相似的幾何體,然后測(cè)量該幾何體的邊長(zhǎng)、高或直徑等,計(jì)算出該幾何體的體積作為該藻類(lèi)的體積。 藻類(lèi)生物量計(jì)算公式:

式中:BPhyt為藻類(lèi)生物量,mg/L;S為藻類(lèi)種類(lèi)數(shù);ρ為藻類(lèi)質(zhì) 量密度,10-9mg/μm3;Vi為種類(lèi)i的體積,μm3;Di為種類(lèi)i的數(shù)量密度,cells/L。

1.3 水體物理化學(xué)指標(biāo)分析

水體溫度、溶解氧、pH 和電導(dǎo)率使用多參數(shù)水質(zhì)測(cè)量?jī)x(美國(guó)YSI,ProPlus)在中層水深處進(jìn)行原位測(cè)量。 在每個(gè)采樣點(diǎn)的表層、中層和底層分別采集水樣,取1 000 mL 混合水樣帶回實(shí)驗(yàn)室,測(cè)定水體總氮、總磷、氨氮、硝態(tài)氮和總硅酸鹽等。 總氮用過(guò)硫酸鉀氧化-紫外分光光度法測(cè)定,總磷使用鉬銻抗分光光度法測(cè)定,氨氮用納氏試劑分光光度法測(cè)定,硝態(tài)氮用紫外分光光度法測(cè)定,總硅酸鹽用鉬酸鹽比色法測(cè)定[24]。

1.4 分析方法

使用浮游植物群落的Shannon-Wiener 多樣性指 數(shù)(H′)[25]、 Pielous 均 勻 度 指 數(shù)(J)[26]和Margalef 物種豐富度指數(shù)(d)[27]對(duì)水質(zhì)進(jìn)行生物學(xué)評(píng)價(jià)。 上述評(píng)價(jià)方法計(jì)算結(jié)果指示的水質(zhì)狀況判別標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1[28]。

表1 浮游植物多樣性指數(shù)及水質(zhì)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Evaluation standards of phytoplankton diversity index and water quality

利用McNaughton 優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(Y)來(lái)描述浮游植物種類(lèi)的優(yōu)勢(shì)度,將Y>0.02 的浮游植物定義為優(yōu)勢(shì)種,計(jì)算公式如下:

式中:ni為第i種物種的個(gè)體數(shù);N為樣品中所有物種的總個(gè)體數(shù);fi為該物種出現(xiàn)的頻率。

數(shù)據(jù)處理在Microsoft Excel 2016 中完成,數(shù)據(jù)分析用R 4.0.5 完成,圖表繪制用R 4.0.5、GraphPad Prism 8 和ArcGIS 10.2 完成。 經(jīng)檢驗(yàn),水體營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)和浮游植物多樣性指數(shù)的數(shù)據(jù)不服從正態(tài)分布,因此,采用多個(gè)獨(dú)立樣本比較的Kruskal-Wallis 方法來(lái)檢驗(yàn)不同區(qū)域間的差異性。利用R 軟件中的vegan 包對(duì)浮游植物與環(huán)境因子進(jìn)行排序分析。 對(duì)環(huán)境因子進(jìn)行常用對(duì)數(shù)(lg)轉(zhuǎn)換,并對(duì)浮游植物密度數(shù)據(jù)進(jìn)行去趨勢(shì)對(duì)應(yīng)分析(Detrended Correspondence Analysis)。 分 析 結(jié) 果顯示,排序軸梯度最大值小于3,因此,采用基于線性的冗余分析(Redundancy Analysis)對(duì)浮游動(dòng)物與環(huán)境因子的關(guān)系做進(jìn)一步分析[29]。 顯著性標(biāo)準(zhǔn)為P<0.05。

2 結(jié)果分析

2.1 水體營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)變化

調(diào)查顯示(圖2),就水體總氮含量而言,漢江下游干流略低于引江濟(jì)漢運(yùn)河和漢北河,但差異不顯著。 總磷與總氮的變化規(guī)律類(lèi)似,同樣是漢江下游干流最低,但各區(qū)域之間沒(méi)有顯著差異。

圖2 2019 年3—12 月漢江下游干流及主要支流總氮和總磷平均值Fig.2 Mean values of total nitrogen and total phosphorus in the mainstream and main tributaries of the lower reaches of Hanjiang River during March-December 2019

2.2 浮游藻類(lèi)種類(lèi)組成

本研究共鑒定出7 門(mén)110 種浮游藻類(lèi),其中以綠藻門(mén)(49 種)和硅藻門(mén)(33 種)為主,其次為藍(lán)藻門(mén)(11 種),隱藻門(mén)種類(lèi)數(shù)最少(3 種)。 漢江下游干流浮游藻類(lèi)種類(lèi)數(shù)最多,共鑒定出101 種,綠藻門(mén)所占比例最大(43%),其次為硅藻門(mén)(31%)和藍(lán)藻門(mén)(10%)[圖3(a)]。 在引江濟(jì)漢運(yùn)河水樣中,共鑒定出52 種浮游藻類(lèi),硅藻門(mén)所占比例最大(42%),其次為綠藻門(mén)(31%)和藍(lán)藻門(mén)(13%)[圖3(b)]。 在漢北河水樣中,共鑒定出71 種浮游藻類(lèi),綠藻門(mén)所占比例最大(45%),其次為硅藻門(mén) ( 24%) 和藍(lán)藻門(mén) ( 13%)[圖3(c)]。

圖3 2019 年3—12 月漢江下游干流及主要支流浮游植物種類(lèi)數(shù)占比Fig.3 Percentage contribution of various phytoplankton phytum in species number in the mainstream and main tributaries of the lower reaches of Hanjiang River

2.3 浮游植物密度和生物量分布特征

調(diào)查顯示,浮游植物密度和生物量的空間分布特征相似,均是漢北河最高,引江濟(jì)漢運(yùn)河最低,漢江干流介于二者之間(圖4)。

圖4 2019 年3—12 月漢江下游干流及主要支流各采樣點(diǎn)位浮游植物密度和生物量Fig.4 Distributions of phytoplankton density and biomass in the mainstream and main tributaries of the lower reaches of Hanjiang River during March-December 2019

從浮游植物密度來(lái)看,漢江下游干流以硅藻門(mén)所占比例為最大(38.77%),其次為綠藻門(mén)(31.84%)和藍(lán)藻門(mén)(24.01%);在引江濟(jì)漢運(yùn)河,綠藻門(mén)所占比例最大(36.91%),其次為硅藻門(mén)(34.69%)和藍(lán)藻門(mén)(23.35%);在漢北河,藍(lán)藻門(mén)所占比例最大(57.44%),其次為綠藻門(mén)(26.48%)和藍(lán)藻門(mén)(11.25%)。 從浮游植物生物量來(lái)看,漢江下游干流及主要支流均為硅藻門(mén)占比最大(49.15% ～82.59%)。 除硅藻門(mén)外,在漢江下游干流, 綠藻門(mén)(7.63%) 和隱藻門(mén)(6.39%)占比較大;在引江濟(jì)漢運(yùn)河,綠藻門(mén)(10.18%)和甲藻門(mén)(7.08%)占比較大;在漢北河,隱藻門(mén)(20.61%)和綠藻門(mén)(14.22%)占比較大。

2.4 浮游植物優(yōu)勢(shì)種分布差異

調(diào)查結(jié)果顯示,漢江下游優(yōu)勢(shì)物種主要集中在硅藻門(mén)、藍(lán)藻門(mén)和綠藻門(mén),但在不同的調(diào)查區(qū)域有所差異(表2)。 在漢江下游干流,優(yōu)勢(shì)種集中在硅藻門(mén)、綠藻門(mén)、藍(lán)藻門(mén)和隱藻門(mén),其中,硅藻門(mén)的種數(shù)較多(4 種),以直鏈藻的優(yōu)勢(shì)度為最大(0.19),其次為冠盤(pán)藻(0.13)。 在引江濟(jì)漢運(yùn)河,優(yōu)勢(shì)種主要集中在綠藻門(mén)和硅藻門(mén),優(yōu)勢(shì)度最大的為綠藻門(mén)的球衣藻(0.14)。 在漢北河,優(yōu)勢(shì)種主要集中在藍(lán)藻門(mén)、綠藻門(mén)和硅藻門(mén),優(yōu)勢(shì)度最大的為藍(lán)藻門(mén)的偽魚(yú)腥藻(0.24)。 相比漢江下游干流,兩個(gè)支流的浮游植物優(yōu)勢(shì)種的數(shù)量均較少。

表2 2019 年3—12 月漢江下游干流及主要支流的浮游植物優(yōu)勢(shì)種及其優(yōu)勢(shì)度Table 2 The dominant species and dominance-index of phytoplankton in the mainstream andmain tributaries of the lower reaches of Hanjiang River during March-December 2019

2.5 浮游植物多樣性指數(shù)分布特征及水質(zhì)評(píng)價(jià)

浮游植物多樣性中,漢江下游干流Shannon-Wiener 指數(shù)的年均值為2.15,引江濟(jì)漢運(yùn)河和漢北河分別為2.16 和2.37(圖5,表3)。 根據(jù)表1可知,漢江下游干流、漢北河和引江濟(jì)漢運(yùn)河水質(zhì)都處于β-中污染狀態(tài)。 漢江下游干流Pielou 均勻度指數(shù)的年均值為0.77,引江濟(jì)漢運(yùn)河為0.80,漢北河為0.74,表明3 處水域的水質(zhì)均處于輕度污染狀態(tài)。 漢北河Margalef 物種豐富度指數(shù)的年均值最大(1.54),其次為漢江下游干流(1.24)和引江濟(jì)漢運(yùn)河(1.07),表明3 處水域的水質(zhì)均處于α-中污染狀態(tài)。

圖5 2019 年3—12 月漢江下游干流及主要支流浮游植物多樣性指數(shù)箱線圖Fig.5 The boxplots of diversity index in the mainstream and main tributaries of the lower reaches of Hanjiang River during March-December 2019

表3 2019 年3—12 月漢江下游干流及主要支流浮游植物多樣性指數(shù)平均值及水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果Table 3 Water quality evaluation based on the mean values of diversity index in the mainstream and main tributaries of the lower reaches of Hanjiang River during March-December 2009

2.6 浮游植物與環(huán)境因子的關(guān)系

冗余分析結(jié)果表明,影響漢江下游浮游植物群落結(jié)構(gòu)的主要環(huán)境因子分別為硝態(tài)氮、硅酸鹽和氨氮(P<0.05)(圖6)。 同時(shí),硅藻門(mén)密度與流速、水溫、硅酸鹽、總氮呈正相關(guān),藍(lán)藻門(mén)密度與總磷、磷酸鹽、氨氮、溶解氧呈正相關(guān),綠藻門(mén)密度與水溫、氨氮呈正相關(guān)。 斯皮爾曼分析結(jié)果表明,漢江下游優(yōu)勢(shì)藻類(lèi)硅藻門(mén)的密度主要與溫度呈顯著正相關(guān)(P<0.05)(圖7)。

圖6 2019 年3—12 月漢江下游干流及主要支流浮游植物和環(huán)境因子冗余分析結(jié)果Fig.6 Redundancy analysis for the relationships between phytoplankton composition and environmental variables in the lower reaches of Hanjiang River during March-December 2019

圖7 2019 年3—12 月漢江下游干流及主要支流浮游植物密度、生物量和環(huán)境因子斯皮爾曼分析結(jié)果Fig.7 Spearman rank correlation analysis between density and biomass of phytoplankton and environmental variables in the lower reaches of the Hanjiang River during March-December 2019

3 討論

3.1 漢江下游不同區(qū)域浮游植物群落特征

本研究在漢江下游干流、引江濟(jì)漢運(yùn)河和漢北河8 個(gè)斷面共檢測(cè)出浮游植物7 門(mén)105 種。 該結(jié)果與潘曉潔等[30]2010 年調(diào)查得到的64 種相比有上升趨勢(shì),與買(mǎi)占等[31]2017—2018 年調(diào)查得到的163 種相比有下降趨勢(shì)。 總體看來(lái),不同年份的漢江下游浮游植物種類(lèi)數(shù)存在差異。 一方面,浮游植物種類(lèi)數(shù)受到營(yíng)養(yǎng)鹽、氣候、水文等環(huán)境條件的影響;另一方面,浮游植物種類(lèi)數(shù)還受調(diào)查頻次、采樣點(diǎn)位數(shù)量等采樣情況的影響。 與漢江中上游相比(173 種[32]、114 種[33]),本次調(diào)查得到的浮游藻類(lèi)種類(lèi)數(shù)量更少,可能是因?yàn)橄掠嗡|(zhì)略差,導(dǎo)致浮游植物群落多樣性下降。

不同調(diào)查區(qū)域的浮游植物優(yōu)勢(shì)類(lèi)群及生物量中,硅藻門(mén)都占有很大的比例,主要為直鏈藻和冠盤(pán)藻,這與其他學(xué)者的調(diào)查結(jié)果相似[31-32,34]。 況琪軍等[35]在1998 年對(duì)漢江下游干流的調(diào)查顯示,該江段的優(yōu)勢(shì)種同樣主要為硅藻門(mén)的直鏈藻和冠盤(pán)藻。 這可能是因?yàn)闈h江下游干流流速較大,容易形成以硅藻為優(yōu)勢(shì)類(lèi)群的群落。 其他區(qū)域也呈現(xiàn)相似的浮游植物群落特征,如珠江支流東江、湖北香溪河和云南瀾滄江,其硅藻生物量所占比例均達(dá)56%以上[36-38]。 一般而言,硅藻易成為大型河流中的常見(jiàn)類(lèi)群,其密度和生物量可達(dá)藻類(lèi)總數(shù)的60%以上[39-40]。

在漢江支流漢北河和引江濟(jì)漢運(yùn)河,藍(lán)藻和綠藻也是優(yōu)勢(shì)類(lèi)群。 這可能是因?yàn)橹Я鞯牧魉傧鄬?duì)較小,并且受到的污染更嚴(yán)重,更易出現(xiàn)在中富營(yíng)養(yǎng)水體中占優(yōu)勢(shì)的藍(lán)綠藻[41]。 然而,本次調(diào)查在兩個(gè)支流僅各設(shè)置了一個(gè)采樣點(diǎn)。 河流中不同區(qū)域的污染物收納量、人為干擾程度、水動(dòng)力條件等的差異,可導(dǎo)致浮游植物種類(lèi)和數(shù)量產(chǎn)生較大差異,因此,后期研究中需增加采樣范圍,以更加準(zhǔn)確、全面地評(píng)估漢北河和引江濟(jì)漢運(yùn)河的浮游植物群落特征。

就藻類(lèi)總量而言,根據(jù)本研究調(diào)查結(jié)果,浮游植物密度和生物量呈現(xiàn)相似的變化規(guī)律,均是漢北河最高,引江濟(jì)漢運(yùn)河最低,漢江下游干流介于兩者之間。 本次調(diào)查顯示,漢江下游干流浮游植物年平均密度為9.36×106ind. /L。 根據(jù)以往調(diào)查可知,1977 年漢江下游干流的浮游植物年平均密度為3.87×105ind. /L,1996 年 為1.50×106ind. /L,2000 年為3.62×107ind. /L[16,42-43]。 對(duì)比結(jié)果表明,漢江下游干流浮游植物密度整體逐年增加,近年有所下降。 由以上研究可知,從浮游藻類(lèi)總量來(lái)看,近幾十年來(lái),漢江下游干流水體受污染物輸入量增加等因素的影響,水質(zhì)表現(xiàn)出逐漸惡化的趨勢(shì),但近年來(lái)呈一定程度的轉(zhuǎn)好趨勢(shì)。

3.2 浮游植物群落特征主要影響因子

冗余分析結(jié)果表明,漢江下游干流及主要支流的浮游藻類(lèi)群落特征受多種環(huán)境因子的影響,但只有硝態(tài)氮、硅酸鹽和氨氮的影響達(dá)到了顯著水平。 硅藻主要受到水溫、流速和硅酸鹽的影響,與總氮、總磷等營(yíng)養(yǎng)鹽的關(guān)系不明顯;藍(lán)藻主要受到總磷、磷酸鹽和氨氮的影響;綠藻主要受水溫和氨氮的影響。 根據(jù)斯皮爾曼分析結(jié)果可知,浮游植物的密度和生物量主要與溫度呈顯著正相關(guān),而與總氮、總磷等營(yíng)養(yǎng)鹽呈負(fù)相關(guān)。 已有研究表明,漢江水華的優(yōu)勢(shì)藻種為硅藻,因此,探索漢江下游硅藻群落的主要環(huán)境影響因子,對(duì)于漢江下游的水質(zhì)生物學(xué)評(píng)價(jià)具有重要意義[44-45]。

水溫能夠控制硅藻呼吸作用的強(qiáng)度和光合作用酶促反應(yīng)的速率,從而影響硅藻的生長(zhǎng)和繁殖[46]。 有研究表明,大部分硅藻的最適生長(zhǎng)溫度為15～25 ℃,當(dāng)水溫大于10 ℃時(shí),硅藻繁殖速度較快[47]。 調(diào)查期間,漢江年平均水溫為23.0 ℃。在該溫度下,硅藻生長(zhǎng)較快。 杜紅春[15]、馬京久等[34]對(duì)漢江的研究結(jié)果也顯示,水溫是影響漢江下游浮游植物群落結(jié)構(gòu)和功能群分布的主要環(huán)境因子之一。

除溫度外,營(yíng)養(yǎng)鹽對(duì)漢江下游干流及主要支流的浮游植物群落特征也有很重要的影響。 然而,在河流生態(tài)系統(tǒng)中,浮游植物與營(yíng)養(yǎng)鹽之間在很多時(shí)候并不像湖泊生態(tài)系統(tǒng)一樣有明顯的相關(guān)性[41]。 在本研究中,硅藻與營(yíng)養(yǎng)鹽呈負(fù)相關(guān)。WEHR 和THORP[48]研究發(fā)現(xiàn),在密西西比河上游,適應(yīng)富營(yíng)養(yǎng)化水體的典型浮游植物的生物量很少與水體氮、磷含量相關(guān),甚至在其最大支流俄亥俄河中還出現(xiàn)了浮游植物生物量與水中氮、磷濃度呈負(fù)相關(guān)的現(xiàn)象。 馬京久等[34]在2016—2017 年對(duì)漢江的調(diào)查結(jié)果也顯示,營(yíng)養(yǎng)鹽與浮游植物生物量呈負(fù)相關(guān)。 杜紅春[15]在2018—2019年的調(diào)查中也發(fā)現(xiàn),漢江中的部分浮游植物功能群與營(yíng)養(yǎng)鹽呈負(fù)相關(guān)。 然而,潘曉潔等[31]在2014年的調(diào)查中發(fā)現(xiàn),漢江下游硅藻數(shù)量與磷酸鹽、總磷等呈正相關(guān)。 FRIEDRICH 等[49]發(fā)現(xiàn),萊茵河下游水體氮、磷含量的增加刺激了浮游植物種類(lèi)和數(shù)量的增長(zhǎng)。 這就表明在河流生態(tài)系統(tǒng)中,浮游藻類(lèi)與氮、磷含量的關(guān)系相對(duì)復(fù)雜。 在本次調(diào)查中,浮游植物的密度和生物量與總氮、總磷等呈負(fù)相關(guān)。 這主要是因?yàn)樵诤恿魃鷳B(tài)系統(tǒng)中,流速和溫度是決定浮游植物總量的更重要的因子。 一般而言,浮游植物在靜水中更容易大量繁殖。 當(dāng)流速增大后,浮游植物容易進(jìn)入水體下層,導(dǎo)致其受到的光照減少,不容易上升至較高水平[50-51]。除流速外,水溫也是影響漢江浮游植物生長(zhǎng)的主要環(huán)境因子。 水溫可以直接影響浮游植物的光合作用效率,光合作用效率與水溫在一定范圍內(nèi)呈正相關(guān),因此,適度的高溫有利于浮游植物有機(jī)質(zhì)的積累[46,52]。 以上原因?qū)е潞恿髦械母∮沃参锿c營(yíng)養(yǎng)鹽呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)或不相關(guān)。

3.3 浮游植物多樣性與水質(zhì)評(píng)價(jià)

根據(jù)本研究浮游植物多樣性指數(shù)計(jì)算結(jié)果可知,漢江下游整體處于中污染狀態(tài)。 該結(jié)果與其他學(xué)者在2016—2018 年的調(diào)查結(jié)果相似[32,34]。潘曉潔等[31]在2010 年對(duì)漢江中下游浮游植物的調(diào)查結(jié)果顯示,漢江中下游水體處于中污染狀態(tài)。劉智峰等[53]在2009 年4—6 月的調(diào)查中發(fā)現(xiàn),漢江中段水體處于β-中污染狀態(tài)。 況琪軍等[54]研究發(fā)現(xiàn),漢江中下游所含10 種屬于優(yōu)勢(shì)種類(lèi)的浮游植物中,有6 種為α-中污染種類(lèi)或β-中污染種類(lèi),漢江中下游水質(zhì)狀況為中污染。 有研究表明,20 世紀(jì)80 年代的漢江干流水質(zhì)良好,水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)等級(jí)為Ⅰ類(lèi)。 然而從1992 年開(kāi)始,漢江水質(zhì)逐步惡化,部分年份冬春季有水華發(fā)生[21]。 這主要是因?yàn)榻鼛资陙?lái),隨著周邊城鎮(zhèn)的快速發(fā)展,漢江水體受到了一定程度的污染。 近年來(lái),隨著國(guó)家及地方各管理部門(mén)多種控制和修復(fù)措施的實(shí)施,漢江水質(zhì)已有了逐漸轉(zhuǎn)好的跡象。

4 結(jié)論

根據(jù)本研究2019 年3—12 月調(diào)查結(jié)果,從浮游植物群落特征來(lái)看,漢江下游整體處于中度污染狀態(tài)。 與歷史調(diào)查數(shù)據(jù)相比,近幾十年來(lái),漢江下游干流水體受到了一定程度的污染,水質(zhì)表現(xiàn)出逐漸惡化的趨勢(shì)。 雖然近年來(lái)有所好轉(zhuǎn),但整體形勢(shì)仍不容樂(lè)觀。 漢江水質(zhì)狀況不僅影響著流域內(nèi)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量,而且還對(duì)區(qū)域內(nèi)的飲用水安全具有重要影響,因此,有必要持續(xù)開(kāi)展?jié)h江水環(huán)境質(zhì)量調(diào)查與評(píng)估。 就漢江下游水質(zhì)現(xiàn)狀而言,除加強(qiáng)監(jiān)測(cè)外,控制周邊水產(chǎn)養(yǎng)殖污水,農(nóng)村生活污水、生活垃圾、人畜糞便,以及工業(yè)尾水的輸入,也是恢復(fù)與維持漢江生態(tài)系統(tǒng)健康的重要手段之一。