贛江中下游浮游藻類時空分布特征及水質(zhì)評價

王俊頡,夏 雨,于新平,劉金福,2,李瀚成,陳宇煒①

(1.南昌工程學(xué)院水利與生態(tài)工程學(xué)院,江西 南昌 330099;2.江西省水利科學(xué)院,江西 南昌 330029)

贛江是長江八大支流之一,也是鄱陽湖水系的第一大河流,它起源于閩贛交界的武夷山區(qū),自南向北流經(jīng)贛州、萬安、吉安、樟樹、豐城、南昌等地匯入鄱陽湖,干流全長766 km,共有13條主要支流匯入,流域面積占江西省國土面積54%,占鄱陽湖流域面積50.6%。贛江流域?qū)儆趤啛釒Ъ撅L(fēng)濕潤氣候區(qū),降水量豐沛,水資源總量豐富,平均水資源總量為686億m3。流域內(nèi)外洲水文站以上流域面積80 948 km2,占江西省土地面積的48.5%,耕地面積和居住人口占江西省的一半。贛江水利樞紐眾多,萬安、峽江水利樞紐是流域內(nèi)2個較大的水利工程,擔(dān)任著贛江中下游防洪以及航運(yùn)、灌溉、水庫養(yǎng)殖等任務(wù),是綜合效益比較顯著的大型水利水電樞紐工程。贛江流域是周邊城市工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及生活用水的主要來源,其水質(zhì)好壞至關(guān)重要。近年來,隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,贛江流域的水污染問題愈發(fā)嚴(yán)重,例如工業(yè)污水和生活污水的過量排放、河道大規(guī)模采砂導(dǎo)致水體渾濁等對贛江流域水質(zhì)破壞很大[1]。

目前,國內(nèi)對于贛江流域浮游植物群落結(jié)構(gòu)的調(diào)查已有一些報道。胡美琴等[2]對萬安大壩截流前的浮游植物群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)查,發(fā)現(xiàn)贛江流域內(nèi)工廠對贛江水質(zhì)污染較大;張萌等[3]利用硅藻生物指數(shù)法對贛江水系的水質(zhì)健康狀況進(jìn)行了生物監(jiān)測評價,顯示贛江下游的袁河段和干流下游是超富營養(yǎng)化狀態(tài)出現(xiàn)的主要區(qū)域;計(jì)勇等[4]研究表明,贛江中下游流域的水質(zhì)總體處于輕度污染至較嚴(yán)重污染狀態(tài);楊威等[5]研究表明,贛江中下游水體已處于富營養(yǎng)化狀態(tài),并處于中度-重度污染狀態(tài)。前人雖已對贛江中下游進(jìn)行了研究,但這些研究大多時間跨度小,或者沒有結(jié)合水化學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,僅靠浮游植物群落結(jié)構(gòu)對水質(zhì)進(jìn)行了判斷,結(jié)論較為片面。筆者選取贛江中下游13個采樣點(diǎn),對其4個區(qū)域進(jìn)行劃分,將水庫以及水利樞紐對贛江中下游浮游植物的影響納入空間分布進(jìn)行考量,并將浮游植物水質(zhì)生物學(xué)評價與理化因子相結(jié)合對水質(zhì)進(jìn)行綜合評價,使結(jié)論更具科學(xué)性。

浮游植物是河流生態(tài)系統(tǒng)中極其重要的生物類群,在河流中的能量流動與物質(zhì)循環(huán)過程中發(fā)揮著不可忽視的作用[6-7],其生產(chǎn)力又是水域生態(tài)系統(tǒng)中重要的組成部分,河流水質(zhì)變化的重要依據(jù)之一就是數(shù)量和種類的變化。對浮游植物的種類組成和時空分布進(jìn)行研究是水生生態(tài)環(huán)境研究的基礎(chǔ)工作,同時也是水質(zhì)判斷的重要方面。根據(jù)歐盟水框架指令建議,當(dāng)?shù)乇硭|(zhì)達(dá)到化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)的同時,也應(yīng)該注重生態(tài)標(biāo)準(zhǔn),即采用生物群落數(shù)據(jù)對水質(zhì)進(jìn)行評價。由于浮游植物具有個體小,生活周期短,繁殖速度快,易受環(huán)境中各種因素的影響而在較短周期內(nèi)發(fā)生改變的特性,因此常被用來指示水質(zhì)環(huán)境的變化,國內(nèi)外很多學(xué)者都利用浮游植物來評價監(jiān)測水質(zhì)[8-10]。該研究通過對贛江中下游流域4個季節(jié)進(jìn)行調(diào)查,揭示浮游植物群落結(jié)構(gòu)的時空變化,對水質(zhì)狀況進(jìn)行綜合評價,以期為贛江流域的水環(huán)境治理和生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供寶貴的科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 采樣時間與地點(diǎn)設(shè)置

根據(jù)贛江中下游年內(nèi)季節(jié)變化,選擇2019年1月(冬季)、4月(春季)、7月(夏季)和10月(秋季)分4次對贛江中下游流域進(jìn)行野外調(diào)查采樣,共設(shè)置贛州至鄱陽湖入湖口共13個采樣點(diǎn),自上游至下游依次為貢水、章江、儲潭、羅塘、萬安水庫、吉安市區(qū)、峽江水庫、拖船鎮(zhèn)、豐城小港鎮(zhèn)、外洲文站、贛江南支口、贛江中支口、贛江主支口(圖1)。

根據(jù)贛江中下游沿岸企業(yè)分布情況、居民區(qū)位置及水庫分布情況,將采樣點(diǎn)劃分為4個河段:河段Ⅰ包括GJ1～GJ4,位于萬安水庫上游,周圍有居民居住區(qū)域;河段Ⅱ包括GJ5～GJ7,位于萬安水庫下游至峽江水庫庫區(qū),兩岸居民區(qū)和企業(yè)較少;河段Ⅲ包括GJ8～GJ10,為贛江主支至贛江主支分叉口;河段Ⅳ包括GJ11～GJ13,為鄱陽湖3個入湖口位置,周圍工廠居民較多。

1.2 浮游樣品采集與鑒定

采集浮游植物定性樣品時用25號浮游生物網(wǎng)在水下0.15m處作“∞”字型拖拽3～5 min,收集到的浮游植物裝進(jìn)50 mL容量瓶中,加入2 mL魯哥試劑固定,貼上標(biāo)簽,并做好各項(xiàng)記錄;定量樣品采集時,用5 L有機(jī)玻璃采水器每隔0.5 m水深分3層等量取水,共取1 L混合水樣,現(xiàn)場加入10 mL魯哥試劑固定浮游植物樣品,帶回實(shí)驗(yàn)室靜置沉淀48 h后用虹吸管吸掉上層清液,將樣品濃縮至約30 mL。取濃縮后的0.1 mL樣品在顯微鏡下放大400倍進(jìn)行種類鑒定和計(jì)數(shù),浮游植物種類鑒定參照文獻(xiàn)[11]。浮游植物生物量根據(jù)細(xì)胞體積計(jì)算,將1 mm3細(xì)胞體積換算成1 mg鮮重生物量[12]。

1.3 理化指標(biāo)水樣采集與處理

采集水樣前在實(shí)驗(yàn)室中將采樣容器用清水和洗滌劑清洗,除去一般的灰塵、油垢后用自來水洗凈,然后用w為10%的硝酸(或鹽酸)浸泡8 h,取出瀝干后用自來水沖洗3次,并用蒸餾水充分淋洗干凈。

現(xiàn)場用HachDS5X多參數(shù)水質(zhì)儀測定表層(約0.5 m處)水溫(WT)、pH值、溶解氧(DO)濃度等。水樣用5 L有機(jī)玻璃采水器在水深0.5 m處采集,冷藏保存帶回實(shí)驗(yàn)室做進(jìn)一步測定;總氮(TN)濃度、總磷(TP)濃度、化學(xué)需氧量(COD)參照《水和廢水監(jiān)測分析方法》測定[13]。

1.4 數(shù)據(jù)處理方法

Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H)、Pielou均勻度指數(shù)(J)、Margalef豐富度指數(shù)(D)計(jì)算公式為

(1)

D=(S-1)/lnN,

(2)

J=H/lnS。

(3)

式(1)～(3)中,pi為第i個物種密度占總密度的比例,%;S為樣品種類總數(shù);N為所有物種個體數(shù)。

浮游植物優(yōu)勢種的確定采用優(yōu)勢度(Y)計(jì)算公式為

Y=Pifi。

(4)

式(4)中,Pi為第i個物種個體數(shù)占總個體數(shù)的比例,%;fi為物種i出現(xiàn)的頻率;以Y≥0.02的種類為優(yōu)勢種。

通過Origin 2017、SPSS 20軟件對結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理。浮游生物多樣性指數(shù)評價水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)分為4個等級[14](表1)。

表1 Shannon-Wiener指數(shù)、Pielou指數(shù)和Margalef指數(shù)的評價標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果與分析

2.1 理化指標(biāo)分析

贛江中下游段采樣點(diǎn)的理化指標(biāo)見表2。贛江水體偏弱堿性,變化幅度為6.86～8.79,平均值為7.74。pH值的季節(jié)變化規(guī)律不明顯,從變化趨勢看,冬季pH值比較低,秋季較高。TN濃度表現(xiàn)出明顯的空間差異,河段Ⅰ以及河段Ⅳ的TN濃度一直保持在較高水平,而河段Ⅱ、Ⅲ則較低,冬季河段Ⅳ的ρ(TN)達(dá)到最高,為2.59 mg·L-1;夏季各個河段均ρ(TN)都顯著下降,河段Ⅳ的ρ(TN)達(dá)到最低值,為1.17mg·L-1。水體總ρ(TP)范圍為0.03～0.10 g·L-1,同樣在冬季入湖口河段Ⅳ的TP濃度達(dá)到最高,并且河段Ⅰ也保持著較高的濃度。DO濃度表現(xiàn)出明顯的季節(jié)差異(P<0.05),在秋、冬季保持較高值,而春、夏季達(dá)到最低值。水溫和葉綠素(Chl-a)濃度保持相同趨勢,當(dāng)溫度上升時,葉綠素濃度增長;溫度下降時,葉綠素濃度降低。河段Ⅳ的COD在4個月份均保持最大值,表明在贛江水體在入湖口位置受污染最為嚴(yán)重。根據(jù)GB 3838—2002《地表水水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》,贛江中下游水體水質(zhì)為Ⅴ類。

表2 贛江中下游各調(diào)查斷面的水體水質(zhì)因子年均值調(diào)查結(jié)果

2.2 浮游植物群落結(jié)構(gòu)

2.2.1浮游植物種類

調(diào)查期間共發(fā)現(xiàn)贛江中下游浮游植物6門53屬,由藍(lán)藻門、硅藻門、隱藻門、裸藻門、甲藻門、綠藻門6大類組成,其中綠藻門25屬,占總物種數(shù)的47.17%;硅藻門16屬,占總物種數(shù)的30.19%;藍(lán)藻門6屬,占總物種數(shù)的11.32%;裸藻門3屬,占總物種數(shù)的5.66%;甲藻門2屬,占總物種數(shù)的3.77%;隱藻門1屬,占總物種數(shù)的1.89%。

從浮游植物種類季節(jié)分布(表3)上看,春夏兩季浮游植物種類最少,物種數(shù)均為26種,占總物種數(shù)的65%;冬季物種數(shù)明顯增加,物種數(shù)為33種,占60.87%;秋季物種數(shù)達(dá)最大(39種),占總物種數(shù)的60%。總體來看,隨著季節(jié)變化,物種數(shù)呈先增后減的趨勢。

表3 贛江中下游浮游植物種類組成

根據(jù)贛江中下游各采樣點(diǎn)位的記錄(圖2),浮游植物硅藻門、綠藻門和隱藻門分布最為廣泛,在每個采樣點(diǎn)位均有存在,浮游植物藍(lán)藻門和裸藻門只在一個采樣點(diǎn)位沒有被發(fā)現(xiàn),甲藻門分布最少。贛江中下游主支浮游植物種類組成表現(xiàn)為硅藻和綠藻占據(jù)主要優(yōu)勢。從空間分布上看, 萬安水庫上游GJ4和贛江南支口GJ11浮游植物物種數(shù)達(dá)到最大值,為27種,占總物種數(shù)的50.94%;其次是GJ13采樣點(diǎn),物種數(shù)為25種(屬),占47.16%;GJ1、GJ2、GJ3、GJ10采樣點(diǎn)物種最少,為15種,占28.30%。

圖2 贛江中下游各季節(jié)浮游植物種類組成Fig.2 Species composition of phytoplankton in different seasons in the middle and lower reaches of Ganjiang River

2.2.2浮游植物豐度和生物量的時空分布

總體而言,可以將贛江中下游浮游植物生物量劃分為4個區(qū)段(表4),其中GJ1～GJ4區(qū)間呈遞增趨勢,平均生物量為1.38 mg·L-1,且在GJ4采樣點(diǎn)達(dá)到最大值,為1.93 mg·L-1;GJ5～GJ7為第2個浮游植物生物量遞增區(qū)間,平均生物量為0.99 mg·L-1;GJ8～GJ10采樣點(diǎn)為第3個區(qū)段,該區(qū)域位于峽江水庫下游至贛江主支分叉口,生物量變化趨勢不明顯;GJ11～GJ13接近湖泊入湖口,GJ11和GJ13生物量顯著增長,只有GJ12生物量最低,為0.76 mg·L-1,;贛江中下游年平均生物量為1.16 mg·L-1,大部分點(diǎn)位都是硅藻占主導(dǎo),綠藻和隱藻次之。GJ4采樣點(diǎn)甲藻和硅藻占比相近,綠藻和隱藻次之;GJ6較為特殊,為甲藻占主導(dǎo),其生物量超過了硅藻。其中硅藻門在每個點(diǎn)位都具有較高的生物量,綠藻門由于具有25屬,累計(jì)生物量較高;隱藻門雖然只有1屬,但生物量也較高;藍(lán)藻門在GJ1點(diǎn)的生物量較低,裸藻門生物量普遍較低。

表4 贛江中下游浮游植物豐度和生物量空間分布

贛江中下游浮游植物的豐度與生物量分布較為相似,上游和下游采樣點(diǎn)豐度高,中游采樣點(diǎn)豐度低。其中GJ11細(xì)胞豐度最大,約為2.35×106L-1,且GJ11在夏季出現(xiàn)了水華現(xiàn)象;豐度最低的點(diǎn)位為GJ1點(diǎn),約為4.02×105L-1。從群落結(jié)構(gòu)上看,上游GJ1～GJ4硅藻細(xì)胞豐度占優(yōu)勢,綠藻次之;中游GJ5～GJ10綠藻占主要優(yōu)勢,硅藻次之;GJ11～GJ13和上游相似,變成硅藻細(xì)胞占主要優(yōu)勢,綠藻次之。總之,從細(xì)胞豐度而言,硅藻門、綠藻門為贛江中下游的優(yōu)勢門類。

從時間變化看,浮游植物生物量呈先降低后升高的趨勢,冬季最高,為2.29 mg·L-1;夏季最低,為0.66 mg·L-1。細(xì)胞豐度與生物量的變化趨勢一致(圖3),冬季最高,為1.28×106L-1;春季最低,為4.65×105L-1。

圖3 贛江中下游浮游植物生物量和豐度的季節(jié)分布Fig.3 Seasonal distribution of phytoplankton biomass and abundance in the middle and lower reaches of Ganjiang River

2.2.3優(yōu)勢種組成

贛江中下游4個季節(jié)共發(fā)現(xiàn)浮游植物優(yōu)勢種9種(表5),以硅藻門為主,其中硅藻門3種,藍(lán)藻門3種,綠藻門2種,隱藻門1種。從季節(jié)優(yōu)勢出現(xiàn)頻度來看,卵形隱藻(Cryptomonasovata)、顆粒直鏈硅藻(Aulacoseiragranulate)、小環(huán)藻(Cyclotellaspp.)、小球藻(Chlorellaspp.)為常見優(yōu)勢種,綠藻門的小球藻(Chlorellaspp.)為全年優(yōu)勢種(F≥75%)。浮游植物優(yōu)勢種組成在季節(jié)上存在差異,夏季3種,春、秋季5種,冬季6種,春、冬兩季顆粒直鏈硅藻(Aulacoseiragranulate)占絕對優(yōu)勢,而夏、秋兩季小球藻(Chlorellaspp.)占主要優(yōu)勢。

表5 贛江中下游浮游植物優(yōu)勢種組成及季節(jié)分布[15]

2.3 群落生物多樣性指數(shù)及水質(zhì)生物學(xué)評價

由圖4可知,贛江中下游各采樣點(diǎn)全年的Shannon-Wiener指數(shù)(H)、Pielou均勻度指數(shù)(J)和Margalef指數(shù)(D)均存在時空差異性。H變化范圍為0.3～2.35;J為0.19～0.96;D為0.15～1.13。從空間上看,GJ4采樣點(diǎn)浮游植物的多樣性指標(biāo)中的H和M值最大,D值也較高,所以可以認(rèn)為GJ4采樣點(diǎn)水體中浮游植物群落多樣性最高,且種群分布均勻。GJ1～3采樣點(diǎn)H和M值都較低,群落多樣性最差,該區(qū)域污染較為嚴(yán)重。

采樣點(diǎn)

表6顯示,調(diào)查區(qū)域水質(zhì)狀況整體處于中污染狀態(tài)。冬季H為1.31～2.35,春季為0.89～1.92,夏季為0.3～1.91,秋季為1.08～2.28,根據(jù)評價標(biāo)準(zhǔn),采樣點(diǎn)水域水質(zhì)處于中污染至重污染狀態(tài)。冬季J為0.67～0.89,春季為0.67～0.88,夏季為0.19～0.96,秋季為0.67～0.94,水體處于清潔-寡污狀態(tài)。冬季D為2.29～0.9,春季為0.16～0.79,夏季為0.15～1.05,秋季為0.29～1.13,春、冬季水質(zhì)處于重污染狀態(tài),夏、秋季轉(zhuǎn)為中污染至重污染狀態(tài),物種豐富度很低。

表6 贛江中下游浮游植物水質(zhì)評價

3 討論

3.1 水環(huán)境質(zhì)量分析

氮磷營養(yǎng)鹽濃度、pH值、溫度、光照條件等環(huán)境因子是影響浮游植物的群落結(jié)構(gòu)演替、豐度變化和時空分布的主要驅(qū)動因子,營養(yǎng)鹽濃度往往則是造成水體富營養(yǎng)化的關(guān)鍵因子[16],當(dāng)營養(yǎng)鹽濃度較高時會使某種優(yōu)勢藻類異常增殖,爆發(fā)水華現(xiàn)象。此外,流速常常也被認(rèn)為是水華形成的重要原因,保證足夠的流量是抑制水華發(fā)生的重要措施之一[17]。對贛江中下游的水質(zhì)研究發(fā)現(xiàn),贛江常規(guī)污染指標(biāo)呈現(xiàn)兩端大中間小的特點(diǎn)[4]。贛江中下游TN、TP濃度在不同季節(jié)呈顯著差異(P<0.05)。ρ(TN)為 1.17～2.59 mg·L-1,最大值超過地表水Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn);ρ(TP)為0.03～0.10 mg·L-1,最大值屬于地表水Ⅳ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(表2)。河段Ⅰ(GJ1～GJ3)污染最嚴(yán)重,這主要是因?yàn)樵摵佣吻?個采樣點(diǎn)地處贛州市中心,大量工業(yè)廢水以及城市生活廢水排放導(dǎo)致營養(yǎng)鹽濃度顯著升高,僅2005年贛州市城鎮(zhèn)污水氨氮排放量達(dá)4 636 t。河段Ⅱ、Ⅲ污染較輕,主要有兩方面的原因:一方面萬安水庫減緩了水流流動,且攔截了氮磷等營養(yǎng)鹽;另一方面,河段Ⅱ、Ⅲ兩岸人口和企業(yè)較少,工業(yè)污染物和生活污水排入量少,因此水體氮磷等營養(yǎng)鹽負(fù)荷輕。目前,入湖河流的氮磷污染水平是我國湖泊富營養(yǎng)化程度的重要影響因素[18]。贛江作為鄱陽湖入湖河道之一,其氮磷污染輸入比其他河流大[19]。河段Ⅳ位于入湖口位置,在夏季出現(xiàn)了水華現(xiàn)象,藻類豐度以及葉綠素a濃度均遠(yuǎn)超于其他月份。水體呈弱堿性不僅可以提高浮游藻類的光合作用效率,而且可以提高硅藻對鐵元素的吸收,促進(jìn)硅藻的繁殖[20]。程兵芬等[21]研究發(fā)現(xiàn),流量和水溫是影響漢江中下游河流水質(zhì)指標(biāo)的重要因素,這意味著在適宜的溫度以及水流流速等自然條件下浮游植物會快速繁殖生長,甚至造成水華爆發(fā)。

3.2 贛江中下游浮游植物群落結(jié)構(gòu)演變

河流生態(tài)系統(tǒng)不同于湖泊生態(tài)系統(tǒng),河流水常呈流動狀態(tài)。近一個世紀(jì)以來,河流生態(tài)系統(tǒng)中浮游植物種類組成與生態(tài)特征及其影響因素等受到很多學(xué)者的關(guān)注。大型河流中藻類的種類組成與湖泊相比穩(wěn)定性較差,但硅藻和綠藻通常被認(rèn)為是溫帶大型河流中的常見類群,硅藻在冬季的優(yōu)勢更明顯[22],而綠藻的優(yōu)勢在夏季更明顯[23]。

目前研究普遍認(rèn)為,硅藻代表貧營養(yǎng)型水體優(yōu)勢種,綠藻為中營養(yǎng)型水體優(yōu)勢種,而藍(lán)藻代表富營養(yǎng)型水體優(yōu)勢種。據(jù)《淡水漁業(yè)》記載,1980年代贛江流域共檢測出浮游植物8門19目119種,優(yōu)勢屬主要有直鏈藻、脆桿藻、雙菱藻、盤星藻、空球藻、新月藻等,優(yōu)勢門類為硅藻門[2]。張萌等[3]在贛江流域共檢測出浮游植物8門109屬312種,硅藻門和綠藻門為贛江流域的主要優(yōu)勢類群。與1980年代相比,優(yōu)勢種屬由α-β-中污染演替為β-中污染,水體較之前惡化。計(jì)勇等[4]2011年共觀察到浮游藻類7門38屬102種,其中針桿藻、團(tuán)藻、柵藻和舟形藻等屬種為贛江中下游各監(jiān)測斷面中浮游藻類優(yōu)勢種,豐水期綠藻占絕對優(yōu)勢,而枯水期硅藻占主要優(yōu)勢,多樣性指數(shù)顯示贛江中下游水質(zhì)總體處于輕度污染至較嚴(yán)重污染狀態(tài),污染程度加深。2016—2017年,楊威等[5]在贛江中下游共記錄浮游植物5門55屬95種,浮游植物物種數(shù)與本次調(diào)查數(shù)量相似,顯示藍(lán)藻為第一優(yōu)勢類群,贛江水體已處于富營養(yǎng)化狀態(tài),水質(zhì)為中度-重度污染狀態(tài)。前人對贛江中下游群落結(jié)構(gòu)的調(diào)查結(jié)果表明,優(yōu)勢種群由硅藻和綠藻轉(zhuǎn)變到藍(lán)藻為優(yōu)勢種群,污染程度不斷加深,水體富營養(yǎng)化程度愈加嚴(yán)重。研究共發(fā)現(xiàn)贛江中下游浮游植物6門53屬,綠藻門和硅藻門為主要優(yōu)勢種群,藍(lán)藻在夏季部分水域?yàn)閮?yōu)勢種群,浮游植物群落的豐富度與楊威等[5]的研究結(jié)果相比變化不大,但生物量較之前有了顯著的增長,這表明在2017年之后贛江水質(zhì)仍處于惡化之中,贛江中下游水體正面臨著污染侵蝕的危險。為避免未來更多區(qū)域發(fā)生水華,應(yīng)及時對贛江水體環(huán)境進(jìn)行治理與保護(hù)。

3.3 贛江中下游水質(zhì)生物學(xué)評價

浮游植物多樣性可以用來衡量生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)力,預(yù)報并及早處理水華、赤潮等環(huán)境污染,控制及解決水體富營養(yǎng)化等一系列問題[24]。一般來講浮游植物的多樣性指數(shù)越高,其群落結(jié)構(gòu)越復(fù)雜,穩(wěn)定性越大,水質(zhì)也越好。國內(nèi)外很多學(xué)者都采用浮游藻類特征對河流的生態(tài)狀況進(jìn)行評價[25-26]。朱英等[27]在評價大蓮湖水域營養(yǎng)狀態(tài)時發(fā)現(xiàn),不同多樣性指數(shù)評價水質(zhì)時會出現(xiàn)結(jié)果不一致的現(xiàn)象,而采用與理化指標(biāo)相結(jié)合的方式評價水質(zhì)更為適合;劉冬燕等[28]對蘇州河浮游植物群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究時發(fā)現(xiàn),蘇州河多樣性指數(shù)高但污染程度和富營養(yǎng)化卻較為嚴(yán)重;由此可見,在利用多樣性指數(shù)評價水質(zhì)狀況時往往要結(jié)合理化指標(biāo)及其他因素來進(jìn)行綜合評價。該研究中,Shannon-Wiener多樣性指數(shù)和Margalef豐富度指數(shù)指示贛江中下游水質(zhì)大體處于中污染至重度污染狀態(tài),而Pielou均勻度指數(shù)與其他2種評價結(jié)果出入較大,其結(jié)果顯示水質(zhì)大多處于輕污染狀態(tài)。但結(jié)合水化學(xué)環(huán)境指標(biāo)、浮游植物密度及多種富營養(yǎng)化水體常見優(yōu)勢種可以看出,贛江中下游水體富營養(yǎng)化趨勢較為明顯,這說明Pielou均勻度指數(shù)得出的結(jié)論明顯與實(shí)際不吻合,因此選擇Shannon-Wiener多樣性指數(shù)以及Margalef豐富度指數(shù)作為水質(zhì)評價標(biāo)準(zhǔn)。

在空間上看,位于上游的河段Ⅰ以及下游的河段Ⅳ情況較為相似,浮游植物多樣性(H)和豐富度指數(shù)(J)較高。河段Ⅰ浮游植物多樣性指數(shù)以及浮游植物生物量達(dá)到最大值,這是因?yàn)樗畮鞂Φ?、磷營養(yǎng)鹽存在顯著滯留作用[29],并且水庫效應(yīng)會引起河流透明度增加、水流變緩,導(dǎo)致浮游藻類生物量增加。河段Ⅳ處于入湖口的位置,而近20 a鄱陽湖入湖懸移質(zhì)泥沙逐漸減少[30],因此導(dǎo)致藻類生物量增多,細(xì)胞豐度顯著增長,藍(lán)藻豐度達(dá)到極大值。2019年夏季GJ11采樣點(diǎn)出現(xiàn)了明顯的水華現(xiàn)象,且水質(zhì)評價結(jié)果也顯示為重污染,因此基于浮游植物的水質(zhì)評價是一種科學(xué)有效的方法[31]。

從時間來看,多樣性指數(shù)在春夏季較低,進(jìn)入秋季開始逐漸升高,并在冬季達(dá)到最大值,這一變化與溫度的變化趨勢相反。究其原因,夏季光照充足,水溫極速上升,導(dǎo)致綠藻以及藍(lán)藻大量繁殖,因此造成多樣性值較低。均勻度指數(shù)變化不明顯,表現(xiàn)較為平緩。豐富度指數(shù)也有較為明確的變化趨勢,春、冬兩季低,而夏、秋兩季高,硅藻適宜在溫度較低的環(huán)境生存,所以春、冬季硅藻大量繁殖,藍(lán)藻和綠藻繁殖減少,因此豐富度指數(shù)升高。

與國內(nèi)其他河流相比,杜紅春等[32]利用多樣性指數(shù)以及Qr指數(shù)對漢江中下游水質(zhì)進(jìn)行評價,顯示流域內(nèi)水質(zhì)整體處于輕-中污染狀態(tài),春季常出現(xiàn)小環(huán)藻、梅尼小環(huán)藻等適合生活在富營養(yǎng)化水體中的藻類,硅藻水華頻發(fā),贛江春季小環(huán)藻同樣作為優(yōu)勢屬應(yīng)引起注意;俞秋佳等[33]利用優(yōu)勢種種類、多樣性指數(shù)和環(huán)境因子對水質(zhì)進(jìn)行評價,結(jié)果顯示蘇州河總體水質(zhì)呈中度污染,溫度和氮磷比是影響蘇州河浮游植物物種多樣性和密度的主要理化因子。而贛江中下游總氮和總磷濃度超標(biāo),為浮游植物提供了充足的營養(yǎng)鹽。為避免發(fā)生水華,應(yīng)對贛江外源氮磷輸入的控制引起重視;朱愛民等[34]對長江干流和支流進(jìn)行調(diào)查時發(fā)現(xiàn),三峽工程蓄水對回水區(qū)浮游植物影響較大,其密度和生物量比未淹沒區(qū)增加幾倍,并且回水區(qū)受污染最重,未淹沒區(qū)最輕,與筆者研究結(jié)果類似,即萬安水庫回水區(qū)浮游植物顯著增加,并且污染也更為嚴(yán)重;高遠(yuǎn)等[35]研究發(fā)現(xiàn),山東沂河河流水質(zhì)評價為β-中污型,水壩的建設(shè)降低了水流速度,導(dǎo)致浮游植物群落從河流相向湖泊相轉(zhuǎn)變。前人對不同河流研究結(jié)果表明贛江中下游河段已受到一定程度的污染,加之流域內(nèi)存在萬安水庫、峽江水利樞紐等大型水利設(shè)施,導(dǎo)致河流自凈能力下降,水質(zhì)狀況不容樂觀,應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)流域內(nèi)水污染綜合治理,防止水質(zhì)進(jìn)一步惡化。

4 結(jié)論

(1)贛江中下游共鑒定出浮游植物6門53屬,其中綠藻門種類最多,其次是硅藻門。冬季浮游植物種類最多,春夏季最少。浮游植物豐度年均值為93.1×104L-1,硅藻門為主,其次為綠藻門,浮游植物豐度呈向內(nèi)的弧形,冬季達(dá)到最大值,春季最低。

(2)贛江中下游優(yōu)勢種為藍(lán)藻門的浮游藍(lán)絲藻、隱藻門的卵形隱藻、硅藻門的顆粒直鏈硅藻和小環(huán)藻、綠藻門的小球藻

(3)贛江中下游Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Margalef豐富度指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)年均值分別為1.57、0.50、0.80。根據(jù)浮游植物生物多樣性指數(shù)評價標(biāo)準(zhǔn),贛江中下游流域處于輕度污染至重度污染狀態(tài),入湖口位置受污染最為嚴(yán)重。

(4)水質(zhì)調(diào)查結(jié)果顯示,贛江中下游水質(zhì)為Ⅳ～Ⅴ類,浮游植物評價水質(zhì)為α-中污型～β-中污型,污染現(xiàn)象有加重趨勢,應(yīng)引起有關(guān)部門重視并采取措施,以免爆發(fā)水華。