贵州舞阳河景区夏季浮游植物群落特征及水质评价

2015-03-20刘之威晏妮任启飞陈椽

湖北农业科学 2015年2期

刘之威+晏妮+任启飞+陈椽

摘要：2012年8月对贵州舞阳河风景区浮游植物进行了调查，并对水体的水质进行了评价。结果表明，调查期间鉴定出的浮游植物属于5门58属共149种，其中硅藻种数最多，占总种数的46.31%。舞阳河夏季浮游植物细胞密度平均值为16.7×105个/L，生物量平均值为1.58 mg/L。使用指示生物法和多样指数法，表明舞阳河水质总体处于α-中污带与β-中污带之间。

关键词：贵州舞阳河;浮游植物;群落结构;水质评价

中图分类号：X824 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2015）02-0326-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.02.018

Phytoplankton Community Structure and Water Quality of Wuyang River

Scenic Area of Guizhou Province in Summer

LIU Zhi-wei1， YAN Ni1， REN Qi-fei2， CHEN Chuan1

（1.School of Life Sciences，Guizhou Normal university，Guiyang 550001，China;2. Guizhou Institute of Botany，Guiyang 550001，China）

Abstract： The phytoplankton community structure and water quality of Wuyang River scenic area of Guizhou province in August of 2012 was studied. The resules showed that a total of 149 species phytoplankton belonged to 58 genera of 5 phyla were indentified. Bacillariophyta accounted for 46.30% of the total. The average of phytoplankton cell density was 16.7×105 cells/L of Wuyang River in summer. The average of biomass was 1.58 mg/L. Bio-indicator and biological index proved that the water quality of Wuyang River was between α-mesosaprobic zone and β-mesosaprobic zone.

Key words： Guizhou Wuyang River; phytoplankton; community structure; water quality evaluation

浮游植物是水体中的初级生产者，在水体生态系统的物质和能量转化中起着重要作用，其群落结构直接影响水生系统的功能和结构，并能对环境变化迅速做出响应，故浮游植物的群落结构与其生活水域的水质状况密切相关，在一定程度上反映了水体的生态环境状况，因此利用浮游植物评价和监测水质得到了广泛的应用[1]。

舞阳河全长400多千米，发源于贵州省瓮安县谷才村，流经黔东南州黄平、施秉、镇远、岑巩和铜仁地区玉屏县，出湖南新晃、黔阳等地汇入洞庭湖。舞阳河国家级风景区属于舞阳河施秉县段，以县城为中心向东、北、西呈扇形展开，该区域属中亚热带湿润季风气候区，景区内森林茂密，植物种类丰富。风景区水域包括上舞阳三峡、下舞阳三峡及杉木河等。近年来对景区水域的浮游植物研究较少，仅有陈椽等[2]对风景区水域的藻类植物区系组成做过初步研究。目前，对风景区水域内浮游植物群落结构的研究以及利用浮游植物评价和检测水质基本属于空白状态。本研究对舞阳河风景区不同水域浮游植物的群落结构进行了详细论述，并利用系统聚类法与浮游植物评价的方法对不同水域的水质进行了评价和检测。

1 材料与方法

1.1 采样点设置

本研究根据舞阳河国家级风景区的水域分布，选取了9个采样点（图1）。

在舞阳河干流上取6个点。前3个点位于大坝上游，属于上舞阳景区，为水库水体，点1位于上舞阳小塘河支流的入水口;点2位于河流主干道;点3位于大坝前方50 m处。后3个点在大坝下游，为河流水体，点4位于施秉县城内;点5位于下舞阳景区的游轮码头;点6位于镇远青龙洞。水流方向与采样点序号从小到大的排列方向相同。

在舞阳河支流上取3个点。点7和点8均位于舞阳河的支流杉木河上，水流较快。点7位于漂流河段，在点8的上游。点8位于杉木河口，距离舞阳河杉木河入水口约1 km。点9位于下舞阳河支流相见河的游轮码头。

在9个采样点中，位于杉木河上的点7、点8和位于施秉县城内的点4水位较浅，肉眼可见河床，且流速较大。处于漂流河段的点7进行漂流的游人很多。同为游轮码头的点5和点9游轮和游人较多。

1.2 采样和分析方法

理化监测项目有透明度（SD）、化学耗氧量（COD）、总氮（TN）、总磷（TP）。透明度采用塞氏圆盘法;溶解氧浓度采用HANNA 1 HI91410型溶解氧测定仪测定;其余理化项目采集后带回实验室测定，依照《水质分析方法（国家）标准汇编》规定的方法进行。叶绿素a浓度的测定采用分光光度法。浮游植物采集及定性定量分析依照《淡水浮游生物研究方法》进行。endprint

多样性指数根据Margalef多样性指数公式d=（S-1）/lnN（其中S为种类数，N为个体数），求得浮游植物的多样性指数d值。按照Shannon-Weaver 多样性指数公式H=-∑■■（Pilog2Pi）（Pi=Ni /N）求得浮游植物的多样性指数H值（H为Shannon-Weaver多样性指数，S为种类数）。按照Evennes Index指数公式e=H/log2S，求得浮游植物的均匀度指数e值[3]。以浮游植物种类和细胞数量组成原始数据矩阵，矩阵的样本为所监测的9个采样点，矩阵的变量为每个站点中的浮游植物种类。应用Prime软件，通过Bray-Curtis相似性测定，建立每个采样点的等级相似矩阵，并在此基础上建立聚类分析图[4，5]。

2 结果与分析

2.1 舞阳河水质影响因子

根据国家环保总局和国家质量检验检疫总局发布的《地表水环境质量标准》（GB3838-2002），舞阳河TN含量为0.79～1.01 mg/L，除了点4的 TN含量超标外，其他采样点均在Ⅱ类水质标准之内; NH3-N含量为0.06～0.20 mg/L，所有采样点的NH3-N含量均在Ⅱ类水质标准之内。TP含量为0.06～0.18 mg/L，除了点8以外，其余8个采样点均未达到Ⅱ类水质标准; 其他各项监测指标均达Ⅱ类水质标准要求（表1）。

由表1可知，各采样点的TN变化幅度相对较小，TP则有较大变化。位于干流上游的3个采样点的TP含量小于干流下游的3个采样点，这可能是因为上游人烟稀少，含磷的化合物排入较少，故其含量较低。而下游3个采样点中，点4与点6均位于县城内，点5为游轮码头，人口稠密，生活污水和含有磷肥的地表水排入较多。而剩下的3个采样点中，点7位于杉木河上游，水流较急，水流侵蚀含磷矿石使得含磷化合物溶于水体导致TP含量升高。在水体流向下游的过程中，水流速度减缓，水体中含磷化合物逐渐沉积在河床上，故位于杉木河下游的点6的TP含量较点5减少。点9为相见河上的游轮码头，游人较多，生活污水的排入造成TP含量较大。

2.2 浮游植物种类组成和分布特征

对本次调查所采集的样品进行定性分析，初步鉴定出浮游植物属于5门7纲18目28科58属共149种。其中以硅藻门的属、种数及其所占比例最高，共计20属69种，占总种数的46.31%;其余依次为绿藻门21属46种，占总种数的30.87%;蓝藻门13属27种，占总种数的18.12%;隐藻门2属5种，占总种数的3.36%;甲藻门2属2种，占总种数的1.34%（图2）。

以9个采样点中至少出现4次的浮游植物为常见种。蓝藻门中的常见种包括不定微囊藻（Microcystisincerta），边缘微囊藻（Microcystismarginata），高氏隐球藻（Aphanocapsakoordensi）;硅藻门中的常见种包括眼斑小环藻（Cyclotellaocellata），科曼小环藻（Cyclotellacomensis），肘状针杆藻（Synedraulna），尖针杆藻（Synedraacusvar），短线脆杆藻（Fragilariabrevistriata），钝脆杆藻（Fragilariacapucina），短小舟形藻（Naviculaexigua）;甲藻门中的常见种包括角甲藻（Ceratiumhirundinella）;隐藻门中的常见种包括卵形隐藻（Cryptomonasorata），啮蚀隐藻（Cryptomonaserosa）;绿藻门中的常见种为球衣藻（Chlamydomonasglobosa），微球衣藻（Chlamydomonasmicrosphaerella），双对栅藻（Scenedesmusbijuga），柯氏并联藻（Quadrigulachodatii）[6-9]。

各采样点的浮游植物种数如表2所示。由表2中知，位于大坝上游的3个采样点，在种类上以蓝藻门和绿藻门为主，两者所占比例接近80.00%。位于相见河游轮码头的点9与上游3个采样点的种类组成相近，蓝绿藻种类占总种类的72.00%。干流上大坝下游的3个点，在种类上以硅藻门和绿藻门为主，硅藻门植物最多，绿藻门次之，硅藻门和绿藻门种类占总种数的80.77%～92.59%。在这3个点中，位于下舞阳景区游轮码头的点5的浮游植物种数最多，且每门浮游植物的种类大于其他两个点。杉木河上的点7和点8的种类组成相近，在种类上以硅藻门为主，硅藻门种数占总种数的75.00%以上。

2.3 浮游植物细胞密度、生物量的水平分布

由图3可知，舞阳河夏季浮游植物的平均细胞密度为16.68×105个/L，变化幅度为1.70×105～64.89×105个/L。各样点细胞密度的排列顺序为3>2>1>9>5>4>8>7>6。生物量的平均值为1.58 mg/L，变化幅度为0.23～3.80 mg/L。各样点生物量排列顺序为3>1>9>2>5>8>4>6>7（图4）。生物量的大小排序与细胞密度不尽相同，这主要是由于不同种类藻类的体积差异较大。如点9的总细胞密度小于点2，但其甲藻门密度相对较大，而甲藻门细胞体积相对较大，故其生物量大于点2。点4细胞密度大于点8，但点8中细胞体积较大的硅藻门和隐藻门密度较大，故点4生物量小于点8。由于点6含有较多细胞体积较大的绿藻门植物，故点6的生物量大于点7。

上游3个样点的平均细胞密度为39.27×105个/L，平均生物量为2.64 mg/L;下游3个点的平均细胞密度为5.20×105个/L，平均生物量为0.94 mg/L。上游的平均细胞密度约是下游的7.6倍，平均生物量约为下游的2.8倍，由图2可知，上游蓝藻门的密度和比例均远高于下游，这可能是因为上游水坝的建立使水体流速较缓，水体滞留时间变长，水体环境更适宜浮游植物特别是蓝藻门植物的生长。endprint

2.4 浮游植物群落聚类分析

对各采样点浮游植物的密度进行4次开方后构建Bray-Curtis相似矩阵，在此基础上采用组间平均聚类法进行分层聚类分析，结果如图5所示。由图5可知，若以采样点生物样本组成相似的30%为标准，各采样点可以分为4大类，第一类为点1、2、3、9，这一类由上游3个点与相见河码头采样点组成，其基本特征是在种类和细胞密度组成上，蓝藻门占据第一优势，绿藻门占据第二优势，为蓝绿藻群落;第二类为点5，这类在种类上以硅藻门和绿藻门为主，在细胞组成上各门分布较为均匀，蓝藻门密度最大，次之为隐藻门，再次之为硅藻门，为蓝-隐-硅藻群落;第三类为点4，7，8，这一类在种类和细胞密度组成上都以硅藻为主，为硅藻群落;第四类为点6，在种类和细胞密度组成上以硅藻门和绿藻门为主，为硅藻和绿藻群落。

根据浮游植物群落聚类分析结果可知，所调查的采样点可以分为4个类型，第一类型为舞阳河水坝上游和相见河游轮码头;第二类型为下游干流的游轮码头;第三类型为杉木河和施秉城中段;第四类型为镇远青龙洞。其中，第一类型和第二类型的水体流速比第三类型缓慢。这是因为大坝的建立使大坝上游的水体流速减缓，而两个码头虽在空间上远离大坝上游，但其选址均为水流平缓易于游船停泊之处。第三类型的采样点在地理位置上较接近，杉木河的河水直接流入施秉城中段水域，且河床肉眼可见，水流流速较急。第四类型在空间上远离其他类型，其浮游植物群落结构也与其他类型大不相同，与其他类型的样本组成相似性不到10%。

水体流速是浮游植物生长的重要影响因子，关于流速和浮游植物生长的相关研究，有的学者认为浮游植物的生长速率随流速的增加而减小，在流速接近于0时达到最大;有的学者认为流速对浮游植物生长的影响存在一个临界阈值，当流速大于或小于这个临界阈值时，浮游植物的生长速率减小[10]。在气候条件和营养盐条件均适宜浮游植物生长的情况下，流速成为主要的限制因子[11]。由本研究调查结果可知，第一类型和第二类型的群落相似性较其他类型接近，水体流速也比其他类型小，两者浮游植物的细胞密度和生物量均远高于其他类型（图2，图3），这表明流速很可能是影响舞阳河水域浮游植物群落结构和生长的重要因素。

2.5 水质评价

水生生物已广泛应用于水环境监测，各藻类类群在群落中所占比例常作为污染指标的检测依据[12-14]。参考国内外已报道的污染指示藻种及其指示污染等级[15，16]，此次舞阳河出现的污染藻类共有56种，其中指示多污带的有3种，指示α-中污带的有32种，指示β-中污带的有40种，指示寡污带的有14种，各采样点的污染指示种分布情况见表2。从污染指示种种类上看，α-中污带指示种与β-中污带指示种占主要优势，因此可认为舞阳河水体水质在整体上处于α-中污带与β-中污带之间。

詹玉涛等[17]利用指示性生物法对河流的污染程度进行划分，蓝藻门占70.00%以上，耐污种大量出现的为多污带;蓝藻门占60.00%左右，浮游植物较多为α-中污带;硅藻门及绿藻门为优势类群，各占30.00%左右为β-中污带;硅藻门为优势类群，占60.00%以上为寡污带。第一类型蓝藻门共占68.00%，浮游植物细胞密度较大，应处于α-中污带。而第二类型蓝藻门占34.11%，硅藻门占22.15%，应处于α-中污带与β-中污带之间。第三类型的硅藻门占70.95%，应处于寡污带。第四类型硅藻门占30.00%，绿藻门占60.00%，应处于α-中污带与β-中污带之间。

按照多样性指数d值评价水体污染程度的标准（0～1为重度污染;1～2为严重污染;2～4为中度污染;4～6为轻度污染;大于6为清洁水）、多样性指数H值评价水体污染程度的标准（0～1为重污染;1～3为中污染;大于3为轻污染或无污染）以及均匀度指数e值评价水体污染程度的标准（0～0.3为重污染;0.3～0.5为中污染;0.5～0.8为轻污染），由表3可知，第二类型水质最好，为轻污染;第三类型次之，也为轻污染;第四类型第三，为中污染;第一类型水质最差，也为中污染。

综合两种评价方法可知舞阳河水体在总体上处于α-中污带与β-中污带之间，而4种类型中，水质优劣程度由高到低依次为第二类型>第三类型>第四类型>第一类型。

3 小结与讨论

夏季舞阳河鉴定出浮游植物5门7纲18目28科58属共149种。其中以硅藻门的属、种数及其所占比例最高，共计20属69种，占总种数46.31%;其余依次为绿藻门21属46种，占总种数的30.87%;蓝藻门13属27种，占总种数的18.12%;隐藻门2属5种，占总种数的3.36%;甲藻门2属2种，占总种数的1.34%。平均细胞密度为16.68×105个/L，变化幅度为1.70×105～64.89×105个/L。生物量的平均值为1.58 mg/L，变化幅度为0.23～3.80 mg/L。

对浮游植物群落进行分层聚类分析，结果表明，所调查的采样点可以分为4个类型，第一类型为舞阳河水坝上游和相见河游轮码头，为蓝绿藻群落;第二类型为下游干流的游轮码头，为蓝-隐-硅藻群落;第三类型为杉木河和施秉城中段，为硅藻群落;第四类型为镇远青龙洞，为硅绿藻群落。

根据指示性生物法和多样指数法，舞阳河水质在总体上处于α-中污带与β-中污带之间，而4个类型中，水质由高到低依次为第二类型、第三类型、第四类型、第一类型。

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