長江河上游浮游生物群落結構與水質評價

王錄生 梁陽陽 張國慶 盧文軒

摘要 為了解長江河流域浮游生物群落結構，評價水生態(tài)環(huán)境質量，于2021年9月對長江河上游典型區(qū)段15個采樣站點的水體理化性質和浮游生物群落現(xiàn)狀進行調查，分析浮游生物群落結構組成，并開展流域水質狀況評價。結果表明，長江河上游監(jiān)測到浮游植物共68種，隸屬于6門43屬；浮游動物共15種，其中輪蟲類12種、枝角類2種、橈足類1種?；谒w理化參數(shù)與浮游生物學評價表明，長江河上游整體水質處于Ⅱ～Ⅲ類，為中污染狀態(tài)。

關鍵詞 浮游生物；群落結構；水質；長江河上游

中圖分類號 X 17? 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2024）12-0071-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.12.014

Plankton Community Structure and Water Quality Evaluation in Upper Changjiang River

WANG Lu-sheng1， LIANG Yang-yang2， ZHANG Guo-qing2 et al

（1.Agricultural and Rural Bureau of Jinzhai County，Jinzhai，Anhui 237300;2.Fisheries Research Institute， Anhui Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Freshwater Aquaculture and Enhancement of Anhui Province， Hefei， Anhui 230001）

Abstract In order to understand the structure of the plankton community， evaluate the water ecological environment quality， the physical and chemical properties of the water body and the status of the plankton community of 15 sampling sites in typical sections of upper Changjiang River? in September 2021 were investigated，the composition of the plankton community structure was analyzed and the water quality status of the basin was evaluated.The result showed that 68 species of phytoplankton were detected in upper Changjiang River， belonging to 43 genera and 6 phyla.There were 15 species of zooplankton， including 12 species of Rotifera， 2 species of Cladocera and 1 species of Copepoda.Based on the physical and chemical parameters of water quality and plankton biological evaluation， the overall water quality of upper Changjiang River was in class Ⅱ-Ⅲ， which was in the state of medium pollution

Key words Plankton;Community structure;Water quality;Upper Changjiang River

基金項目 安徽省水產(chǎn)產(chǎn)業(yè)技術體系（皖農(nóng)科函〔2021〕711號）；安徽省農(nóng)業(yè)科學院濕地生態(tài)與應用技術創(chuàng)新團隊 （2021YL055）。

作者簡介 王錄生（1972—），男，安徽金寨人，工程師，從事大水面生態(tài)漁業(yè)研究。*通信作者，研究員，碩士，從事漁業(yè)環(huán)境研究。

收稿日期 2023-08-02

微型浮游生物是水生生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，包括浮游植物和浮游動物，它們對生活環(huán)境變化敏感，與水環(huán)境因子關系密切，對維持生態(tài)系統(tǒng)的結構和功能具有重要作用［1-2］。近年來，微型浮游生物在水污染監(jiān)測中的指示作用受到重視，多地開展了湖泊和河流水污染的調查［3-4］。浮游生物群落的組成與水污染密切相關［5］。浮游植物方面，水體營養(yǎng)負荷的過度增長而導致的富營養(yǎng)化，最明顯的表現(xiàn)是浮游植物大量繁殖，形成“水華”。Bohuslav等［6］在1971年提出了河流水流的污染水生物系統(tǒng)，并列出了4個不同污染帶的各種浮游植物的指示種。浮游動物方面，當水體受到各種有毒物質污染時，原生動物對有毒物質的耐受性不同，會導致敏感物種的數(shù)量發(fā)生相應的變化。水生生物能夠吸收、轉移和積累污染物，在水質指示和監(jiān)測方面具有重要意義［7］。通過檢測水環(huán)境理化參數(shù)和水生浮游生物個體、種群和群落的種類組成、多樣性和穩(wěn)定性［8］，及時、全面地監(jiān)測浮游生物生態(tài)狀況和掌握水環(huán)境生態(tài)質量的特征，為水資源保護、水環(huán)境管理、水污染防治和決策提供可靠的依據(jù)。

長江河位于金寨縣北部，是淮河水系上游支流，發(fā)源于金寨縣湯家匯鎮(zhèn)西部邊界的金剛臺，流經(jīng)鐵沖鄉(xiāng)、全軍鄉(xiāng)、梅山鎮(zhèn)，于梅山鎮(zhèn)匯入史河，河道全長48.5 km，下游是安徽省與河南省的界河。長江河流域面積246.0 km2，其中安徽省境內(nèi)199.1 km2，流域內(nèi)以山林為主，為典型的山區(qū)型河流［9］。長江河漁業(yè)資源豐富，2013年由原農(nóng)業(yè)部批準在長江河上游區(qū)域設立“長江河寬鰭鱲馬口魚國家級水產(chǎn)種質資源保護區(qū)”。目前，針對長江河流域水質狀況和浮游生物多樣性等相關研究較少，浮游生物的基本組成尚不清楚。該研究通過對長江河上游保護區(qū)開展調查，初步掌握浮游生物群落結構組成、豐度與多樣性，并通過對浮游生物進行分析，從水體理化因子和水生生物學角度對長江河上游水質狀況進行評價，為長江河水生生物積累本底資料。

1 材料與方法

1.1 樣點設置

參照《淡水浮游生物調查技術規(guī)范》［10］，結合長江河水域環(huán)境特點，布設監(jiān)測站點。為保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的全面性與準確性，于水域內(nèi)干流（CJ1～9）和3條支流（LC1～2、JH1～2、TC1～2）布設15個采樣點（圖1），各樣點使用GPS定位經(jīng)緯度。2021年9月10—11日開展浮游生物單次調查監(jiān)測，并對水體相關理化參數(shù)進行測定。

1.2 水體理化監(jiān)測

采用5 L的Patalas有機玻璃采水器于各樣點位采集水樣，取1 L裝于廣口瓶中帶回實驗室，用于測定總氮（TN）、總磷（TP）、氨氮（NH3-N）、化學需氧量（COD）、葉綠素a（Chl-a）等指標。利用多水質參數(shù)儀YSI，現(xiàn)場測定水溫（WT）、溶解氧（DO）、pH等。水樣總氮、總磷、氨氮、化學需氧量、葉綠素等測定參照《地表水環(huán)境質量標準》［11］。

1.3 浮游生物采集與鑒定

以25#浮游生物網(wǎng)（網(wǎng)眼孔徑為64 μm）在水體表面呈“□”字形撈取5 min，將濾取樣品放入標本瓶中用于浮游生物定性分析。浮游植物定量樣品以1 L的Patalas有機玻璃采水器采集1 L水樣。浮游動物定量樣品以5 L的Patalas有機玻璃采水器采集15 L水樣，通過浮游生物網(wǎng)過濾濃縮至100 mL廣口瓶中。浮游植物定性和定量樣品各加入水樣體積1.5%魯哥氏液固定，浮游動物定性和定量樣品各加入水樣體積4%甲醛溶液固定。浮游生物樣品帶回實驗室進行沉淀濃縮，在Olympus BX53顯微鏡下進行鑒定、計數(shù)。浮游植物鑒定參考《中國淡水藻類∶系統(tǒng)、分類及生態(tài)》［12］，浮游動物鑒定參考《淡水微型生物與底棲動物圖譜》［13］。

1.4 生態(tài)指標

根據(jù)參考文獻提供的Shannon-Wiener指數(shù)（H′）［14］、Simpson指數(shù)（D）［15］ 、Pielou指數(shù)（J）［16］、Margalef指數(shù)（K）［17］和優(yōu)勢度（Y）［8］對群落結構特征進行描述，具體公式如下：

H′=-Ni/N×ln（Ni/N）（1）

D=1-（Ni/N）2（2）

J=H′/lnS（3）

K=（S-1）/lnN（4）

Y=（Ni/N）/fi（5）

式中：Ni為第i種（屬）細胞數(shù)量;N為總的細胞數(shù)量;S為水樣中總種（屬）數(shù);fi為第i種（屬）出現(xiàn)頻率。參考況琪軍等［18］文獻參數(shù)判定水質狀況。取Y>0.02為優(yōu)勢浮游生物。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

使用ArcGIS Pro軟件對試驗數(shù)據(jù)制圖，利用GraphPad Prism7.0 軟件統(tǒng)計并分析數(shù)據(jù)。

2 結果與分析

2.1 水體理化參數(shù)

2021年9月調查期間，長江河上游水體水位低，清澈見底。水溫在22.8～29.3 ℃，平均值為26.5 ℃，同一時期各點位水溫無明顯差異。水體葉綠素a含量為0.5～7.9 mg/L，平均值為3.2 mg/L；亞硝態(tài)氮含量為0.002～0.037 mg/L（圖2）；水體溶解氧為5.9～9.7 mg/L，平均值為7.7 mg/L；pH為6.52～8.27。

單因子評價分析，COD含量為9～23 mg/L，總體達地表水Ⅲ類標準（≤20 mg/L），少數(shù)樣點滿足地表水Ⅳ類標準（≤30 mg/L）。氨氮含量0.08～0.32 mg/L，均值為0.15 mg/L，總體達地表水Ⅱ類標準（≤0.50 mg/L）?？偭缀繛?.01～0.07 mg/L，平均值為0.03 mg/L，各樣點均達地表水Ⅱ類標準（≤0.10 mg/L）?？偟繛?.41～1.36 mg/L，平均值為0.82 mg/L，總體達地表水Ⅲ類標準（≤1.0 mg/L），少數(shù)樣點滿足地表水Ⅳ類標準（≤1.5 mg/L）。綜合評價，長江河上游整體處于Ⅱ～Ⅲ類水質。

2.2 浮游植物

根據(jù)現(xiàn)場調查結果，調查水域共鑒定出浮游植物68種，隸屬于6門43屬。其中，綠藻門26種，占總種數(shù)的38.24%；硅藻門24種，占總種數(shù)的35.30%；藍藻門7種，占總種數(shù)的10.29%；裸藻門6種，占總種數(shù)的8.82%；甲藻門3種，占總種數(shù)的4.41%；隱藻門2種，占總種數(shù)的2.94%。調查期間，浮游植物優(yōu)勢種為細小平裂藻（Merismopedia tenuissima）（Y=0.052）、水華束絲藻（Aphanizomenon flosaquae）（Y=0.030）、短小曲殼藻（Achnanthes exigua）（Y=0.024）。

此次調查期間，長江河上游各點位浮游植物的豐度為0.20×106～4.20×106 cells/L，平均為2.40×106 cells/L。采樣站點各門豐度所占比例（圖3a）表明，全年藍藻門的相對豐度為58.29%，為絕對的優(yōu)勢類群，硅藻門和綠藻門的相對豐度分別為22.69%、14.75%，裸藻門的相對豐度為3.30%，甲藻門和隱藻門的相對豐度較低，分別為0.54%、0.43%。

長江河上游各點位浮游植物的生物量為0.09～5.49 mg/L，平均值為2.81 mg/L。其中，藍藻門相對生物量為5.66%，硅藻門相對生物量為49.34%，綠藻門相對生物量為17.45%，裸藻門相對生物量為20.40%，甲藻門相對生物量為5.85%，隱藻門相對生物量較低，為1.30%（圖3b）。

長江河上游浮游植物Simpson指數(shù)（D）為0.20～0.94，均值為0.79。浮游植物Shannon-Wiener指數(shù)（H′）為0.35～2.95，均值為2.16;根據(jù)H′值水質評價標準，判定長江河上游水質為β中污型。浮游植物Margalef指數(shù)（K）為0.08～1.47，均值為 0.91;參照K值水質評價標準，判定長江河上游水質為α中污型。浮游植物Pielou指數(shù)（J）為0.50～0.97，均值為0.85；參照J值水質評價標準，判定長江河上游水質為輕度污染。

2.3 浮游動物

此次調查期間，共鑒定出輪蟲12種，枝角類2種，橈足類1種。浮游動物主要以輪蟲為主，優(yōu)勢種為螺形龜甲輪蟲（Keratella cochlearis）（Y = 0.061）、前節(jié)晶囊輪蟲（Asplachna priodonta）（Y = 0.091）、囊形單趾輪蟲（Monostyla bulla）（Y=0.043）。

長江河上游浮游動物的豐度為0.17～1.33個/L，平均為0.80個/L；輪蟲類的相對豐度為71.43%，橈足類、枝角類相對豐度分別為25.71%、2.86%。浮游動物生物量為0～0.01 mg/L，平均為0.01 mg/L；橈足類、輪蟲類相對生物量分別為55.06%、41.92%，枝角類相對生物量僅為3.02%（圖4）。

長江河上游浮游動物Shannon-Wiener指數(shù)（H′）為0～2.87，均值為1.79；Pielou指數(shù)（J）為0～1.15，均值為0.75；Margalef指數(shù)（K）為0～2.82，均值為1.62；Simpson指數(shù)（D）為0～0.85，均值為0.60。

3 結論與討論

水體中浮游生物群落結構的演替受環(huán)境因素的調控，浮游生物的種類組成和豐度通常能反映水生生境特征和水質營養(yǎng)狀況［1］。對長江河上游水質狀況和浮游生物群落結構進行調查，初步掌握了該水域水質狀況和浮游生物的種類組成、豐度和多樣性水平。調查區(qū)內(nèi)硅藻門和綠藻門為主要優(yōu)勢類群，綜合水體理化參數(shù)和浮游生物多樣性參數(shù)結果，判定長江河上游為中營養(yǎng)型湖泊。

調查表明，長江河上游水體中浮游植物種（屬）數(shù)、豐度和優(yōu)勢度均以硅藻門為主要優(yōu)勢門類，綠藻門次之。浮游植物群落組成與安徽省山區(qū)河流新安江流域屯溪段［1］和水西河［5］浮游植物的組成相似。浮游動物主要以輪蟲為主，優(yōu)勢種為螺形龜甲輪蟲、前節(jié)晶囊輪蟲、囊形單趾輪蟲。浮游動物群落組成與巢湖流域浮游動物［19-20］的組成相似。甲藻、黃藻、裸藻、金藻較易生活在清潔、流動水體中的浮游植物比較少見［12］。浮游植物密度水平較湖泊、池塘低。調查區(qū)段水體特征為水體混合良好淺水水體、無分層現(xiàn)象，且水流流速平緩，從功能群的角度，此類水體生境特征適宜硅藻門、綠藻門浮游植物類群生長。根據(jù)浮游動物多樣性指數(shù)的分級評價標準，長江河流域多樣性比較豐富；根據(jù)均勻度指數(shù)，群落形成較穩(wěn)定結構。

浮游植物物種多樣性指數(shù)表明，長江河上游整體水質情況為輕污染。Shannon-Wiener多樣性指數(shù)越大，浮游生物群落結構越復雜，水生系統(tǒng)穩(wěn)定性越好，水質越好；當多樣性降低時，情況則相反［8］。水體營養(yǎng)狀況可以顯著影響浮游生物群落的變化，而浮游生物作為水生生態(tài)系統(tǒng)中重要的初級生產(chǎn)者，具有生命周期短、能量代謝速度快、對水質變化敏感等特點［6］，其生物量及種群群落結構動態(tài)能很好地反映水體水質現(xiàn)狀。單因子評價長江河上游整體處于Ⅱ～Ⅲ類水質，浮游生物多樣性參數(shù)表明水體為中污型。綜合水體理化參數(shù)和浮游生物多樣性參數(shù)結果［18］，判定長江河上游為中污染的中營養(yǎng)型河流。

該研究重點關注調查區(qū)浮游生物多樣性和水質狀況。

在此基礎上，后期研究將進一步結合水體理化參數(shù)和生物指標進行長期監(jiān)測，系統(tǒng)分析影響長江河浮游生物群落結構演變規(guī)律和主導影響因素，為長江河流域水生態(tài)保護提供基礎數(shù)據(jù)和理論支持。

參考文獻

［1］ 張國慶，楊雨玲，唐愛國，等.新安江流域 （屯溪段） 浮游植物群落結構及其與環(huán)境因子的關系［J］.生態(tài)學雜志，2020，39（2）：527-540.

［2］ 陳紅，劉清，潘建雄，等.灞河城市段浮游生物群落結構時空變化及其與環(huán)境因子的關系［J］.生態(tài)學報，2019，39（1）：173-184.

［3］ 黃琪，高俊峰，張艷會，等.長江中下游四大淡水湖生態(tài)系統(tǒng)完整性評價［J］.生態(tài)學報，2016，36（1）：118-126.

［4］ 郭匿春，馬友華，李堃，等.東巢湖湖濱農(nóng)田生態(tài)攔截溝中浮游植物群落結構［J］.湖泊科學，2014，26（2）：277-287.

［5］ 張國慶，董麗麗，楊雨玲，等.新安江流域水西河 （黃山學院段） 浮游植物群落結構周年調查［J］.黃山學院學報，2019，21（5）：40-45.

［6］ BOHUSLAV F，OTTO G H.Algenkunde［M］.Stuttgart：Fischer，1971.

［7］ 國家環(huán)保局《水生生物監(jiān)測手冊》編委會.水生生物監(jiān)測手冊［M］.南京：東南大學出版社，1993.

［8］ 金相燦，屠清瑛.湖泊富營養(yǎng)化調查規(guī)范［M］.2版.北京：中國環(huán)境科學出版社，1990.

［9］ 舒鵬鵬，王慧萍.金寨長江河治理及反思［J］.安徽水利水電職業(yè)技術學院學報，2016，16（3）：51-53.

［10］ 中華人民共和國農(nóng)業(yè)部.淡水浮游生物調查技術規(guī)范：SC/T 9402—2010［S］.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2011.

［11］ 國家環(huán)境保護總局，國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局.地表水環(huán)境質量標準：GB 3838—2002［S］.北京：中國環(huán)境科學出版社，2002.

［12］ 胡鴻鈞，魏印心.中國淡水藻類：系統(tǒng)、分類及生態(tài)［M］.北京：科學出版社，2006.

［13］ 周鳳霞，陳劍虹.淡水微型生物與底棲動物圖譜［M］.2版.北京：化學工業(yè)出版社，2011.

［14］ SHANNON C E，WEAVER W.The mathematical theory of communication［M］.Urbana，IL：University of Illinois Press，1963.

［15］ SIMPSON E H.Measurement of diversity［J］.Nature，1949，163：688.

［16］ PIELOU E C.The measurement of diversity in different types of biological collections［J］.J Theor Biol，1966，13：131-144.

［17］ MARGALEF D R.Information theory in ecology［J］.Gen Syst，1957，3：36-71.

［18］ 況琪軍，馬沛明，胡征宇，等.湖泊富營養(yǎng)化的藻類生物學評價與治理研究進展［J］.安全與環(huán)境學報，2005，5（2）：87-91.

［19］ 李懷國，楊長明，王育來.巢湖水質現(xiàn)狀及浮游生物群落結構特征［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學，2017，45（22）：13-16.

［20］ 吳利，周明輝，沈章軍，等.巢湖及其支流浮游動物群落結構特征及水質評價［J］.動物學雜志，2017，52（5）：792-811.