辽河太子河水系的浮游植物种类多样性研究

李庆南,赵文、2,殷旭旺、2,张远,孟伟

(1.大连海洋大学生命科学与技术学院,辽宁大连16023;2.大连海洋大学辽宁省水生生物学重点实验室,辽宁大连16023; 3.中国环境科学院,北京100012)

辽河太子河水系的浮游植物种类多样性研究

李庆南1,赵文1、2,殷旭旺1、2,张远3,孟伟3

(1.大连海洋大学生命科学与技术学院,辽宁大连16023;2.大连海洋大学辽宁省水生生物学重点实验室,辽宁大连16023; 3.中国环境科学院,北京100012)

于2009年5月和8月对辽河太子河水系的浮游植物进行了野外调查研究。结果表明:辽河太子河水系的浮游植物主要由硅藻、绿藻和蓝藻组成,共鉴定出浮游植物195种,其中硅藻门种类最多,共鉴定出97种;绿藻门次之,共鉴定出55种;蓝藻门居第3位,共鉴定出25种;藻类的密度具有明显变化,从5月开始总藻类密度开始减少,而蓝藻门的藻类密度却明显上升,从占总藻类密度的7%上升到17%;从浮游植物多样性指数分布上看,太子河水系不同区域浮游植物多样性的差异性显著,太子河水系上游地区浮游植物多样性小于下游地区。

太子河;浮游植物;物种多样性

由于诸多环境条件的差异,浮游植物在空间区域的物种组成、多样性分布等方面表现出不同的特性,因此浮游植物可作为河流生态系统的重要生物类群,其群落结构和多样性具有反映不同化学、生物和物理影响的能力[1]。国内外有许多学者对浮游植物的群落结构进行了分析和研究[2-5]。20世纪80年代以来,随着区域经济的迅速发展以及工业化、城市化程度的不断提高,辽河太子河流域环境遭到了严重破坏,流域内出现大量污染源,饮用水水源水质也受到威胁,一些珍稀物种相继消失。近年来,对其开展了一系列生态系统的保护和修复工作。本研究中,作者调查和研究了太子河水系浮游植物的种类组成、多样性及空间异质性,旨在为太子河生态系统的保护和修复提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 采样点设置

太子河水系的源头分为南北两支,南支的源头位于本溪县东营坊乡羊湖沟草帽顶子山麓,北支的源头位于新宾满族自治县平顶山镇鸿雁沟。两条支流在本溪县马家崴子汇合,经本溪县、本溪市区,到灯塔市鸡冠山乡瓦子峪村进入辽阳市境。由鸡冠山南行至孤家子,逶迤西下,经安平、西大窑、沙浒、小屯、望水台、沙岭、黄泥洼、柳壕、穆家、唐马寨等18个乡镇,至唐马寨出境,经海城三岔河入辽河,由营口入渤海。太子河全长464 km,流域面积为4 000 km2,占整个辽河流域面积的18.19%[6],年平均径流量为26.86×108m3。本调查中,采样点设置从太子河上游南北支到营口入海口区域内,通过栅格法和实际地理情况,干流上每5～10 km设一采样站点,并在主要支流上加设采样站点,共计66个采样站点(图1)。

1.2 方法

1.2.1 浮游植物的采集方法 浮游植物采集使用不锈钢采水器,在河流中层取水样2 L,置同一容器中混合,充分摇匀后取10～15 mL鲁哥氏液进行固定。藻类定量样品按常规方法沉淀48 h以上,去除上清液,收集藻类细胞,定容至50 mL,用浮游植物计数框在光学显微镜(40×10)下进行观察和计数[6-11],并根据具体藻类密度选择所计视野数,呈梅花形选格,然后按相关公式换算成每升水样中藻类的细胞个数[12-13]。

1.2.2 多样性指数的计算

式中:H′为香农-威纳指数,即群落的多样性指数;Pi为样品中第i种个体所占比例;N为样品总个体数,ni为第i种个体数;J为均匀性指数; H′max为香农-威纳指数最大值;S为种数。

2 结果

2.1 浮游植物的种类分布

辽河太子河水系5月份、8月份浮游植物的种类分布见表1。从表1可见:辽河太子河水系两个月的浮游植物种类显现出不同的分布特征,8月份所采集的浮游植物种类数要少于5月份。

表1 浮游植物种类的鉴定结果Tab.1 The phytoplankton species identified in Taizi River

续表1 浮游植物种类的鉴定结果Cont.Tab.1 The phytoplankton species identified in Taizi River

2.2 浮游植物的种类组成

两次调查中共鉴定出浮游植物195种,其中硅藻门种类最多,共鉴定出97个种;绿藻门次之,共鉴定出55种;蓝藻门居第3位,共鉴定出25种。其它各门种类为18种。

在5月份的采样调查中,全流域66个采样点共鉴定出藻类7门78属166种(表1),其中硅藻29属86种,绿藻27属46种,蓝藻14属18种,裸藻3属7种,隐藻2属3种和金藻2属5种,黄藻门仅1属1种,全流域各门藻类种类所占比例见图2。

在8月份的采样调查中,太子河流域各采样点共记录到藻类6门58属117种(表1)。其中,硅藻门的种数依然居各门之首,有20属56种,占总种数的47%。其次是绿藻门19属34种和蓝藻11属15种,分别占总种数的29%和13%。裸藻2属3种,隐藻2属3种,甲藻2属2种,金藻2属4种。全流域各门藻类种类所占比例见图2。

2.3 浮游植物多样性分布

太子河浮游植物多样性指数H′,5月份为0.585～4.421,8月份为0～4.162;而均匀性指数J,5月份为0.126～0.964,8月份为0.001～1 (图3)。

3 讨论

太子河流域各采样点的藻类组成以天然河流性藻类为主,硅藻的种类最多,其比例分别占各站总种类数的63%。上下游各采样点都表现出自己的优势群落分布特点,上游站点主要以桥弯藻属种类居多,下游站点主要以小环藻属居多,种间差别明显。从整体出现频率和数量分布来看,硅藻门的颗粒直链藻最窄变种M.granulata var.angustissima、具星小环藻Cyclotella stelligera、偏肿桥弯藻C.ventricosa、舟形藻Navicula sp.、缢缩异极藻G.constrictum、脆杆藻Fragilaria sp.、针杆藻Synedra sp.、扁圆卵形藻Cocconeis placentula,绿藻门的栅藻Scenedesmus sp.、小球藻Chlorella sp.、衣藻Chlamydomonassp.、镰形纤维藻奇异变种A.flacatus var.mirabilis、河生集星藻Actinastrum fluviatile,蓝藻门的巨颤藻Oscillatoria princeps、优美平裂藻Merismopedia sineca和细浮鞘丝藻Planktolyngbya subtilis,隐藻门的尖尾蓝隐藻Chroomona acuta、啮蚀隐藻Cryptomona erosa以及裸藻门的绿裸藻E.viridis等是主要种类,各采样站点出现较多,且在数量分布上亦占一定比例。

与5月份采样相比,8月份硅藻门藻类密度在各采样点所占的比例明显减少,而蓝藻门藻类密度的比例却大幅增加,蓝藻门藻类密度占总藻类密度的比例,从夏季的7%上升到17%。在太子河流域后期采样中鉴定到的蓝藻多是一些适应性强、分布较广的常见种类,如光辉色球藻、银辉平裂藻和细浮鞘丝藻等,而硅藻和绿藻种类则相应的出现减少。这主要与季节的变化有关。进入8月份后温度升高,水中蓝藻进入繁殖高峰期,一些常见种类的蓝藻大量繁殖。藻类的细胞密度是水生态系统功能和水质评价的重要参数之一。计算结果显示,各采样点浮游植物的细胞密度差别较大。5月份,太子河浮游植物的细胞密度的最大值出现在海城河下游T59站点,为3.51×107个/L;浮游植物的细胞密度最低值出现在T51站点,为1.05×105个/L,所有采样点平均密度值为4.18×106个/L。8月份,对太子河流域浮游植物定量计数的结果表明,全流域藻类的细胞密度波动在1.32×104～2.53×107个/L,平均细胞密度为2.79×106个/L。从数据上可以看出,8月份太子河浮游植物的密度较5月份呈现降低的趋势,这与8月份降水量较少有关。8月份浮游植物密度最大值出现在T57站点,最小值出现在T7站点,两站点分别位于太子河的下游和上游,变化规律和5月份太子河密度分布基本相吻合。通过对浮游植物的香农威纳指数和均匀度指数的计算(图3),可以发现太子河水系5月份水中浮游植物的种类丰富,太子河上游地区多样性要少于中下游地区。

图1 辽河太子河流域采样点分布示意图Fig.1 Distribution of sampling sites in Taizi tributary in Liao River

图2 2009年5月份和8月份浮游植物种类组成及各门藻类所占比例Fig.2 Composition and percentage of algae in Taizi River Watershed in May and August,2009

图3 2009年5月份和8月份浮游植物香农威纳指数和均匀度指数的分布Fig.3 Shannon-wiener index and evenness index in Taizi River Watershed in May and August,2009

在5月份的采样调查中,香农威纳指数最大值为4.421,出现在T42站点,该点位于辽阳市灯塔县羊角村,北沙河中下游地区。该地区河流受当地村庄影响较大,水中营养盐丰富,总氮含量达6.63 mg/L,总磷含量达0.24 mg/L。而均匀度指数的最大值为0.97,出现在T28站点,该点位于辽阳市寒岭县米家堡子村兰河下游,葚窝水库附近。该点位附近水库蓄水,为附近河流带来丰富的营养盐,其总氮含量高达15.84 mg/L,总磷含量高达0.41 mg/L。两种多样性指数的最小值均出现在T59站点,香农威纳指数为0.585,均匀度指数为0.13,该站点位于海城市牛庄县海城河下游,该点上游1 km处有一印染厂,污染严重,河流两岸大约相聚500 m,均筑有大堤,两岸均为农田,有少面积草地,其总氮含量达6.93 mg/L,总磷含量达0.10 mg/L。受工业及生活污水的影响,这个点位浮游植物优势种特别明显,种类单一,以广缘小环藻为主,密度高达3.29×107个/L。由于太子河水系2009年8月份降水量较往年明显降低,所以河流径流量也随之降低,浮游植物多样性也发生了明显的变化。从太子河水系浮游植物总体分布看,太子河水系上游地区浮游植物多样性依然小于下游地区,呈现出一定的空间分布;而与5月份浮游植物多样性分布有所不同的是,8月份太子河浮游植物多样性分布呈现出明显的干流优势,这与干流水量相对充足、流速缓慢、适合浮游植物生长和繁殖等特点有关,如T45、T46、T47、T48、T55、T57、T58站点。而相对应的支流点位,如位于本溪市高官县红石村南沙河支流的T27站点和位于本溪市清厚县大岭沟村清河支流上的T20站点,由于河道窄、河流流量小、流速快等影响浮游植物生长及生存的不利因素,使得浮游植物多样性水平显著低于太子河干流地区。

[1] 赵文.中国北方内陆盐水的浮游植物[J].大连水产学院学报, 1992,7(2、3):49-64.

[2] 王西琴,张艳会.辽宁省辽河流域污染现状与对策[J].环境保护科学,2007,33(3):33-42.

[3] 熊金林.不同营养水平湖泊浮游生物和底栖动物群落多样性的研究[D].武汉:华中科技大学,2006.

[4] 雷平安,施之新,魏印心.武汉东湖浮游藻类物种多样性的研究[J].水生生物学报,2003,27(2):179-184.

[5] Sakamoto M.Primary production by phytoplankton community in some Japanese lakes and its dependence on lake depth[J].Hgdrobiology,1996,62:1-28.

[6] 毕列爵,胡征宇.中国淡水藻类志,第八卷,绿藻门,绿球藻目:上册[M].北京:科学出版社,2004.

[7] 郭玉洁,钱数本.中国海藻志,第五卷,硅藻门,第一册:中心纲[M].北京:科学出版社,2003.

[8] 胡鸿钧,李尧英,魏印心,等.中国淡水藻类[M].上海:上海科学技术出版社,1979.

[9] 金德祥,程兆第,林均民,等.中国海洋底栖硅藻类:上卷[M].北京:海洋出版社,1982.

[10] 齐雨藻,李家英.中国淡水藻类志,第十卷,硅藻门,羽纹纲[M].北京:科学出版社,2004.

[11] 齐雨藻.中国淡水藻类志,第四卷,硅藻门,中心纲[M].北京:科学出版社,1995.

[12] Xia Y C,Kuang Q J.Study on the phytoplankton in a large reservoir[J].Chin J Oceanol Limnol,1992,10.

[13] 饶钦止.湖泊调查基础知识[M].北京:科学出版社,1956.

Phytoplankton diversity in Taizi River tributary in Liao River

LI Qing-nan1,ZHAO Wen1,2,YIN Xu-wang1,2,ZHANG Yuan3,MENG Wei3
(1.School of Life Science and Technology,Dalian Ocean University,Dalian 116023,China;2.Key Laboratory of Hydrobiology in Liaoning Province,Dalian Ocean University,Dalian 116023,China;3.Chinese Research Academy of Environmental Sciences,Beijing 100012,China)

This paper represents the investigation on phytoplankton in Taizi River watershed from May to August of 2009.The results showed that the phytoplankton was dominated by diatoms,green algae and blue-green algae.195 species of phytoplankton were identified,including 97 species of diatoms,55 species of green algae and 25 species of blue-green algae.The diatoms were the most important species,followed by green algae and blue algae in 2009. The cell densities of phytoplankton were found to be reduced quickly from May to August of 2009.However,the cell densities of blue algae were increased from 7%to 17%.Meanwhile,two kinds of diversity index were analyzed and compared in different regions of Taizi River tributary.There were significant differences in phytoplankton diversity, indicating that the diversity index was found less in the upstream than that in the downstream.

Taizi River;phytoplankton;species diversity

S932

A

2095-1388(2011)04-0322-06

2010-09-06

国家水体污染控制与治理科技重大专项流域水生态功能评价与区分技术课题(2008ZX07526-001)

李庆南(1985-),男,硕士研究生。E-mail:liqingnan-2008@163.com

赵文(1963-),男,教授。E-mail:zhaowen@dlou.edu.cn