嘉陵江南充出境江段枯水期浮游生物群落結(jié)構(gòu)及水質(zhì)評價

龔彥超 何春 李錦 羅川 任麗平

DOI：10.16246/j.issn.1673-5072.2024.04.002

收稿日期：2023-05-20? 基金項目：國家自然科學(xué)基金項目（31901219）;西華師范大學(xué)博士科研啟動項目（15E011）；西華師范大學(xué)英才基金項目（17YC548）

作者簡介：龔彥超（1999—），男，碩士研究生，主要從事流域水生態(tài)研究。

通信作者：任麗平（1971—），女，博士，教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事流域污染控制與生態(tài)修復(fù)研究。E-mail：renlp@cwnu.edu.cn

引文格式：龔彥超，何春，李錦，等.嘉陵江南充出境江段枯水期浮游生物群落結(jié)構(gòu)及水質(zhì)評價［J］.西華師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2024，45（4）：350-360.［GONG Y C，HE C，LI J，et al.Plankton community structure and water quality assessment of Nanchong outbound section of Jialing River in dry season ［J］.Journal of China West Normal University （Natural Sciences），2024，45（4）：350-360.］

摘? 要：為了解嘉陵江南充出境段枯水期水質(zhì)狀況及浮游生物群落結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀，于2022年冬季在嘉陵江南充出境江段調(diào)查了9項常規(guī)理化指標(biāo)，并計算了多樣性指數(shù)，結(jié)果表明：枯水期嘉陵江南充出境江段水質(zhì)符合單指標(biāo)評價Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)；浮游植物共126種（變種），隸屬于7門19目33科66屬，水體屬于硅藻-綠藻-藍藻型，浮游植物的總平均密度為（42.55±13.81）×104 ind.·L-1，總平均生物量為（0.551 56±0.163 07）mg·L-1；浮游動物共37種，以輪蟲為主（占48.56%），總平均密度為（47.80±14.78）ind.·L-1，總平均生物量為（0.162 61±0.066 35）mg·L-1；著生藻類共74種（變種），隸屬于5門14目20科32屬，總平均密度為（15.31±4.81）×104 ind.·cm-2，總平均生物量為（0.284 70±0.093 90）mg·cm-2；群落結(jié)構(gòu)和多樣性指數(shù)研究表明，該江段屬于寡污型且處于中營養(yǎng)狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：嘉陵江；浮游動物；浮游植物；著生藻類；多樣性指數(shù)

中圖分類號：X824??? 文獻標(biāo)志碼：A??? 文章編號：1673-5072（2024）04-0350-11

浮游植物和著生藻類是水環(huán)境中的初級生產(chǎn)者，浮游動物為水環(huán)境中的初級消費者，它們在物質(zhì)循環(huán)和能量流動中發(fā)揮著重要作用［1-2］，對水體的變化和污染物的侵入能迅速作出響應(yīng)，其現(xiàn)存量、種類組成和多樣性能反映水體的狀況［3-4］，是水環(huán)境中的生態(tài)指示器。傳統(tǒng)的水質(zhì)評價根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）中理化指標(biāo)的情況來劃分等級，20世紀(jì)初，德國學(xué)者首次利用水體自凈能力對水質(zhì)進行分區(qū)［5］，此后其他學(xué)者也相繼采用浮游生物評價水質(zhì)［6-9］，發(fā)展至今，已有多樣性指數(shù)、單因子指數(shù)［10］、完整性指數(shù)［11］和Q指數(shù)［12］等水質(zhì)評價方法，成為水質(zhì)理化指標(biāo)評價的重要補充。

南充位于四川盆地東北部，是嘉陵江沿岸的重要城市之一。嘉陵江南充段水質(zhì)狀況對流域水生態(tài)的影響不可忽視，相關(guān)研究結(jié)果顯示該江段富營養(yǎng)化［13］、干流水質(zhì)下降［14］等諸多環(huán)境問題日益突出。學(xué)者們主要以水質(zhì)理化指標(biāo)和浮游植物為主［15-17］對該江段水質(zhì)進行了評價研究，而浮游動物［18-20］相關(guān)研究相對較少且大多年代較為久遠，著生藻類近乎沒有，缺乏現(xiàn)狀的相關(guān)數(shù)據(jù)研究。

枯水期作為三大水期之一，因降水量減少，地表水量枯竭而具有較小的流動性，了解枯水期的河流水體狀況對流域管理具有重要意義。基于此，本研究在枯水期對嘉陵江南充出境江段的綜合生物群落結(jié)構(gòu)特征進行研究，分析浮游生物和著生藻類的多樣性指數(shù)，輔以水質(zhì)理化指標(biāo)，綜合評價該江段水質(zhì)現(xiàn)狀，以期為流域水環(huán)境保護提供相關(guān)數(shù)據(jù)資料。

1? 材料與方法

1.1? 研究區(qū)域概況與采樣點布設(shè)

嘉陵江從廣元入川，廣元以上為上游，廣元到合川為中游，嘉陵江南充段地處中游，全長298 km，多年平均徑流量為668.56億m3［21］，南北貫穿整個南充境內(nèi)。在嘉陵江南充出境江段和廣安武勝入境江段設(shè)置2個采樣點（圖1），每個采樣點分別布設(shè)3個斷面，每個斷面間隔500 m。采樣時間為2022年12月。

1.2? 水體理化指標(biāo)的測定

本次調(diào)查涉及的理化指標(biāo)有pH、溫度、溶解氧、電導(dǎo)率、渾濁度、NH3-N、CODMn、TP和流速共9項，水樣的采集和理化指標(biāo)檢測依照《水和廢水監(jiān)測分析方法》［22］中規(guī)定的方法進行。在采樣現(xiàn)場使用便攜式溶解氧測定儀（HACH-HQ4200）測定pH、水溫、溶解氧和電導(dǎo)率，使用濁度計（CN60M-200）測定水體渾濁度，使用流速儀（LS300-A）測定水體流速。利用有機玻璃采水器（2 L）采集水面下0.5 m表層水樣帶回實驗室，NH3-N用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法（GB 11894—89）測定，CODMn利用高錳酸鹽指數(shù)（GB 11892—89）測定，TP用鉬酸銨分光光度法（GB 11893—89）測定。

1.3? 生物數(shù)據(jù)的收集和處理

1.3.1? 樣品采集與鑒定

浮游生物的采集按照《內(nèi)陸浮游生物多樣性調(diào)查與評估技術(shù)規(guī)定》中的方法進行。浮游生物的定性樣品采集使用25#浮游生物網(wǎng)在每個斷面水面下0.5 m水深勻速按∞字循環(huán)拖拽5 min，經(jīng)清洗后裝入定性樣品瓶中；定量樣品使用采水器采集10 L水樣，經(jīng)浮游生物網(wǎng)過濾濃縮后裝入定量樣品瓶中。浮游植物樣品加入水樣體積1.5%的魯哥氏液固定，浮游動物樣品加入水樣體積5%的甲醛溶液固定。

采集著生藻類的定量樣品時，挑選長時間淹沒于水體的卵石或礫石為基質(zhì)，將所挑選的基質(zhì)在水中輕輕晃動，取出并置于潔凈搪瓷盤中，將塑料框（邊長為4 cm，面積為16 cm2）覆蓋在基質(zhì)上，使用干凈的硬毛牙刷用力刷框內(nèi)基質(zhì)表面30 s以上，至少刷3個不同基質(zhì)表面；刷的過程中用純凈水沖洗基質(zhì)表面，將刷取得到的著生藻類生物膜收集于樣品瓶中。定性樣品采集方法同上，只是不測算刷洗面積，但至少刷洗5個以上不同基質(zhì)。定性樣品和定量樣品采集后，加入水樣體積1%的魯哥氏液固定保存。

浮游植物及著生藻類的分類鑒定參照《中國淡水藻類——系統(tǒng)、分類及生態(tài)》［23］，浮游動物的分類鑒定主要參照文獻［24］。

1.3.2? 浮游生物和著生藻類的密度和生物量

浮游植物密度計算公式參照文獻［16］。浮游動物密度（M/（ind.·L-1））的計算公式為：M=nV′/CV，式中V′為樣品濃縮后的體積（mL）；V為采樣體積（L）；C為計數(shù)樣品體積（mL）；n為計數(shù)所獲得的個數(shù)（ind.）。

著生藻類密度（N/（ind.·cm-2））的計算公式為：N=∑Ni， Ni=niV1/V2S，式中Ni為第i種密度，ni為第i種計數(shù)個數(shù)；V1為樣品定容體積（mL）；V2為樣品鏡檢觀察體積（mL）；S為采樣面積（cm2）。

浮游生物和著生藻類生物量的計算采用體積換算法，根據(jù)不同種類的體形，按最近似的幾何體形測量其體積，換算成生物量（設(shè)比重為1）［25-26］。

1.3.3? 多樣性指數(shù)

多樣性指數(shù)包括Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Pielous均勻度指數(shù)、Margalef豐富度指數(shù)。

1.4? 水質(zhì)評價標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）分析各常規(guī)理化指標(biāo)的測定值；根據(jù)每升水中浮游植物密度和優(yōu)勢種來評價江段營養(yǎng)類型［27-29］關(guān)系見表1；水質(zhì)污染情況采用多樣性指數(shù)進行評價［30］，具體計算公式依據(jù)參考文獻［31-32］，評價標(biāo)準(zhǔn)見表2。

1.5? 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)處理在Excel 2016中完成；在SPSS 23中使用獨立樣本t檢驗判斷樣點間各理化指標(biāo)、浮游生物和著生藻類組成的差異性；圖形由Origin 2019b制作。數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 水體理化指標(biāo)

2個采樣點的常規(guī)理化指標(biāo)測定結(jié)果如表3所示：水體呈弱堿性，僅溫度和渾濁度在樣點間存在顯著差異（P<0.05）。根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002），樣點1和2的溶解氧和CODMn符合Ⅰ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，NH3-H和TP符合Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，總體而言，嘉陵江南充出境江段枯水期水質(zhì)在單指標(biāo)評價體系下滿足Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

2.2? 浮游植物現(xiàn)狀

2.2.1? 浮游植物種類組成情況

本次調(diào)查共采集到浮游植物126種（變種），隸屬于7門19目33科66屬（附表1）。其中，硅藻門（Bacillariophyta）種類數(shù)最多，為65種，占全部浮游植物總種類數(shù)的51.6%；其次為綠藻門（Chlorophyta），共30種，占23.8%；藍藻門（Cyanophyta）共發(fā)現(xiàn)有18種，占14.3%，裸藻門（Euglenophyta）6種，隱藻門（Cryptophyta）3種，甲藻門（Dinophyta）和金藻門（Chrysophyta）各2種。樣點1共采集到浮游植物89種（變種），樣點2采集到91種（變種），差異性分析結(jié)果表明樣點間門水平上浮游植物組成無顯著差異。

2.2.2? 浮游植物密度和生物量

調(diào)查江段浮游植物總平均密度為（42.55±13.81）×104 ind.·L-1。硅藻門的平均密度最高，為（27.60±8.52）×104 ind.·L-1；綠藻門次之，為（8.04±3.65）×104 ind.·L-1；再次為藍藻門，為（3.96±0.97）×104 ind.·L-1；其余的裸藻門、金藻門、隱藻門和甲藻門的平均密度均很低，分別為（1.24±0.32）、0.96、（0.43±0.20）、（0.32±0.14）×104 ind.·L-1（圖2）。

調(diào)查江段浮游植物總平均生物量為（0.551 56±0.163 07） mg·L-1。硅藻門藻類的平均生物量最大，為（0.325 85±0.100 67） mg·L-1；藍藻門次之，為（0.118 23±0.028 93） mg·L-1；再次為綠藻門，為（0.058 78±0.026 72） mg·L-1；其余的金藻門、甲藻門、隱藻門和裸藻門的平均生物量均很低，分別為（0.03232、0.010 77±0.004 66）、（0.003 12±0.001 45）、（0.002 49±0.000 64） mg·L-1（圖2）。

該江段水體屬于硅藻-綠藻-藍藻類型，水體浮游植物總密度大于30×104 ind·L-1，優(yōu)勢種為硅藻，根據(jù)水體營養(yǎng)劃分標(biāo)準(zhǔn)（表1）判斷，該江段水體處于中營養(yǎng)狀態(tài)。

2.2.3? 浮游植物多樣性指數(shù)

浮游植物多樣性分析結(jié)果如表4所示，根據(jù)多樣性指數(shù)和水質(zhì)污染類型的關(guān)系（表2），樣點1和2的Margalef指數(shù)均大于4，表明2個采樣點水樣均為清潔型，Pielou指數(shù)和樣點1的Shannon-Wiener指數(shù)都表明該江段均屬于寡污型，而樣點2的Shannon-Wiener指數(shù)表明該江段屬于β-中污型。

2.3? 浮游動物現(xiàn)狀

2.3.1? 浮游動物種類組成情況

本次調(diào)查共采集到浮游動物37種（附表2），其中輪蟲（Rotifer）種類最多，有18種，占該區(qū)域浮游動物種類總數(shù)的48.65%；其次是原生動物（Protozoa）11種，占29.73%；橈足類（Copepoda）有5種，占13.51%；枝角類（Cladocera）最少，僅有3種，占8.11%。樣點1共采集到浮游動物23種，樣點2采集到31種，各樣點間浮游動物組成無顯著差異。

2.3.2? 浮游動物的密度和生物量

調(diào)查江段浮游動物總平均密度為（47.80±14.78） ind.·L-1。原生動物平均密度最高，為（22.21±6.08） ind.·L-1；其次為輪蟲，為（14.51±4.02） ind.·L-1；再次為橈足類，為（6.82±2.90） ind.·L-1；最后為枝角類，為（4.26±1.78） ind.·L-1（圖3）。

調(diào)查江段浮游動物總平均生物量為0.162 61 mg·L-1。枝角類平均生物量最多，為（0.106 65±0.042 14） mg·L-1；其次為橈足類，為（0.045 89±0.021 46） mg·L-1；再次為輪蟲，為（0.007 85±0.002 35） mg·L-1；最后為原生動物，為（0.002 22±0.000 40） mg·L-1（圖3）。

2.3.3? 浮游動物多樣性指數(shù)

各樣點浮游動物多樣性指數(shù)如表5所示，根據(jù)多樣性指數(shù)評價標(biāo)準(zhǔn)（表2），2個樣點的Shannon-Wiener指數(shù)、Pielou指數(shù)及樣點1的Margalef指數(shù)表明該江段屬于寡污型，而樣點2的Margalef指數(shù)表明該江段屬于清潔型。

2.4? 著生藻類現(xiàn)狀

2.4.1? 著生藻類種類組成情況

本次采樣調(diào)查共采集到著生藻類74種（變種），隸屬于5門14目20科32屬（附表1）。其中，硅藻門種類最多，為56種，占該河段著生藻類總種類數(shù)的75.68%；其次為綠藻門，共9種，占12.16%；藍藻門7種，占9.46%；甲藻門和裸藻門最少，均僅有1種，分別占1.35%。樣點1共采集到著生藻類61種（變種），樣點2采集到52種（變種），各樣點間著生藻類門水平上種類組成無顯著差異。

2.4.2? 著生藻類的密度和生物量

調(diào)查江段著生藻類總平均密度為（15.31±4.81）×104 ind.·cm-2。硅藻門著生藻類的平均密度最高，為（13.59±3.76）×104 ind.·cm-2，其次為綠藻門，為（0.65±0.37）×104 ind.·cm-2；再次為藍藻門，為（0.62±0.54）×104 ind.·cm-2；其余為甲藻門和裸藻門，分別為0.26×104 ind.·cm-2和（0.19±0.13）×104 ind.·cm-2（圖4）。

調(diào)查江段著生藻類總平均生物量為（0.284 70±0.093 90） mg·cm-2。硅藻門的平均生物量最大，為（0.237 10±0.065 65） mg·cm-2；其次為藍藻門，為（0.027 22±0.023 84） mg·cm-2；再次為甲藻門，為0.012 79 mg·cm-2；其余為綠藻門和裸藻門，分別為（0.007 03±0.004 01）mg·cm-2和（0.000 56±0.000 39） mg·cm-2。

2.4.3? 著生藻類多樣性指數(shù)

各樣點著生藻類多樣性指數(shù)如表6所示，根據(jù)多樣性指數(shù)評價標(biāo)準(zhǔn)（表2），2個樣點的Shannon-Wiener指數(shù)及Pielou指數(shù)表明該江段屬于寡污型，Margalef指數(shù)均表明江段屬于清潔型。

3? 討? 論

浮游生物是水環(huán)境中的生產(chǎn)者和初級消費者，其個體小，在水中能起凈化作用且對水體變化反應(yīng)迅速，能迅速響應(yīng)水環(huán)境的脅迫，因此其群落分布情況能指示水質(zhì)的狀況［1-2］。從本次調(diào)查的浮游植物和著生藻類種類、密度和生物量分布情況可知，嘉陵江南充出境江段枯水期水體中硅藻門占絕對優(yōu)勢，這與許多前人的結(jié)果一致［33-35］，硅藻門主要是狹冷性物種，能在低溫條件下調(diào)節(jié)自身的生長代謝來適應(yīng)環(huán)境，以便于獲取競爭優(yōu)勢［36-38］。而在2018年［16］該江段第一優(yōu)勢類群為綠藻門，浮游植物總平均密度及水體評價均有較大跨度，這可能與水體營養(yǎng)程度變化有關(guān)。

本次采樣調(diào)查的浮游動物群落結(jié)構(gòu)較為簡單，其中輪蟲占半數(shù)的情況和國內(nèi)很多其他河流相似［39-41］，而浮游動物在水體中密度和生物量偏低的主要原因可能是水體營養(yǎng)物質(zhì)較少及水溫較低，水體環(huán)境不適合浮游動物的生長，而輪蟲因為其特殊的生理結(jié)構(gòu)和繁殖方式［42］使其能在水體中占據(jù)優(yōu)勢地位。

枯水期水位降至最低，此時水中溶解氧減少，營養(yǎng)物質(zhì)濃度增加，流速減緩的同時增加了暴露在陽光下的時長，容易引起水質(zhì)下降問題，給浮游生物的爆發(fā)創(chuàng)造了條件；然而在沒有污染排放的前提下，水位下降、水體流速減緩也對懸浮顆粒及雜質(zhì)的沉降有利，因此，枯水期對水質(zhì)和水生生態(tài)的影響不能一概而論，還需進一步具體分析。

浮游生物組成情況在樣點間均無顯著差異，其原因可能是兩樣點間地理位置較近。本研究樣點均在青居航電樞紐下游，地勢平緩，流速緩慢，加之遠離城區(qū)干擾，相似的生活環(huán)境可能導(dǎo)致了整個江段浮游生物和著生藻類的群落結(jié)構(gòu)組成較為相似，符合相鄰樣點具有一定群落結(jié)構(gòu)相似性的結(jié)果［43］。在今后的研究中應(yīng)多點位長時間對江段進行群落結(jié)構(gòu)檢測以獲得更全面的研究數(shù)據(jù)。

在研究江段2個樣點三類水生生物的3個多樣性指數(shù)共18個評價結(jié)果中，有1個為β-中污型，5個為清潔型，剩下12個為寡污型，因此總體判斷該江段水體為寡污型。與同河段早期研究［4，33］相比，嘉陵江南充出境江段水質(zhì)已有較好的改善，這可能與政府加強控污管理、優(yōu)化并落實河流治理政策有關(guān)。因此，科學(xué)合理地對江段進行管控對改善水生態(tài)環(huán)境具有積極意義。嘉陵江水質(zhì)現(xiàn)狀的監(jiān)測需要長時間進行，本研究結(jié)果為嘉陵江的治理和保護提供了更新的數(shù)據(jù)支撐材料，也對長江流域水質(zhì)安全保護工作有積極意義。

4? 結(jié)? 論

嘉陵江南充出境江段枯水期水質(zhì)為單指標(biāo)Ⅱ類水質(zhì)，水體處于中營養(yǎng)狀態(tài)，屬于硅藻-綠藻-藍藻型；三類水生生物多樣性指數(shù)總體顯示嘉陵江南充出境江段屬于寡污型，浮游植物、浮游動物和著生藻類多樣性指數(shù)評價水體具有一定的可行性；該江段水質(zhì)和生物多樣性指數(shù)的評價結(jié)果均已轉(zhuǎn)優(yōu)且具有一致性。

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Plankton Community Structure and Water Quality Assessmentof Nanchong Outbound Section of Jialing River in Dry Season

GONG Yan-chaoa，HE Chunb，LI Jinb，LUO Chuana，REN Li-pinga

（a.College of Environmental Science and Engineering，b.College of Life Science，China West Normal University，Nanchong Sichuan 637009，China）

Abstract：In order to know about the water quality and plankton community structure of Nanchong Outbound Section of Jialing River in dry season，nine conventional physical and chemical indicators of the river section were investigated in the winter of 2022 and the diversity index was also calculated.The results show that the water quality of Nanchong Outbound Section of Jialing River in the dry season has met Class II water quality standard of single index evaluation；there are 126 species （varieties） of phytoplankton，belonging to 7 phyla，19 orders，33 families，and 66 genera；the water body belongs to the diatom-green algae-cyanobacteria type；the total average density of phytoplankton is（42.55 ± 13.81）×104 ind.·L-1，and the total average biomass is（0.551 56±0.163 07）mg·L-1；there are 37 species of zooplankton，mainly rotifers （48.56%），and the total average density of zooplankton is（47.80±14.78）ind.·L-1 while the total average biomass is（0.162 61±0.066 35）mg·L-1 ; there are 74 species （varieties） of periphytic algae，belonging to 5 phyla，14 orders，20 families and 32 genera，and the total average density is（15.31±4.81）×104 ind.·cm-2 while the total average biomass is（0.284 70±0.093 90）mg·cm-2.The study of community structure and diversity index indicates that the river section is in a mesotrophic state，belonging to the oligotrophic type.

Keywords：Jialing River；zooplankton；phytoplankton；periphytic algae；diversity index