嘉陵江重庆段指示藻类的组成与多样性指数分析

2015-04-20李仁全江华明王明书

绿色科技 2015年11期

李仁全，江华明，王明书

（1.四川职业技术学院建筑与环境工程系，四川遂宁629000；2.西南大学生命科学学院，重庆400715）

1 引言

嘉陵江源于陕西凤县东北秦岭南麓，西南流经凤县到略阳的两河口，与来自甘肃省天水县的西汉水相汇合，流经广元、剑阁、苍溪、阆中、蓬安、南充、武胜、合川、重庆，最终注入长江，干流全长1 120 km。嘉陵江干流以广元以上为上游，长约365 km。广元至合川为中游，长约662 km。合川至重庆为下游，长约93 km［1］。

2013年3月、6月、9月、12月分别对嘉陵江重庆段的泥溪场、合川、盐井、草街、北碚、悦来场、沙坪坝、大溪沟8个点进行了硅藻植物的定性和定量采集，并对各点进行了分析。

2 研究方法

定性样品用25#浮游生物网在水面和0.5 m深的水层之内，以20～30 cm／s的速度作“∞”形循回缓慢拖曳约3～5 min。固着硅藻用镊子和吸管在各样点的囤船、岩石、石块、泥沙等上采集。采集后的材料用鲁哥氏液固定。

定量样品用瓶式采水器在距水面0.5 m和1 m的水层中采等量混合水1 000 m L，用25#浮游生物网过滤，再用鲁哥氏液固定。将浓缩的定量材料，在室内静置24～48h后，再浓缩为30 m L，充分摇匀后，用定量吸管取0.1 m L注入计数框内，在显微镜下计数。每个样品按同一方法计数3片，取其平均值计算藻类个体数量。按1 L水浓缩的标本量（m L）／计算的标本水量×计算得的藻类密度进行计算。

3 结果与讨论

3.1 嘉陵江重庆段硅藻植物的组成特点

嘉陵江重庆段硅藻门的种类占绝对优势，其它门类的种类较少。其次生于囤船、岩石、石块、泥沙上的固着和附着的藻类多，主要是直链藻属（Melosira）、卵形藻属（Cocconeis）、异极藻属（Gomphonema）的一些种类。中心纲的黄埔水涟藻（Hydrosera whampoensis）过去认为只在长江下游（江苏）以及福建、广东、广西、海南、贵州、台湾有分布［7］，而在本次调查中黄埔水涟藻在嘉陵江重庆江段分布广泛，在有些卵石上形成纯的群落。极常出现在多污带和α－中污带水体的指示的附着藻类在沙坪坝和大溪沟最多（表3，图1）。

3.2 嘉陵江重庆段藻类植物的生态环境及其分布

在正常水体中，浮游藻类群落结构是相对稳定的。当水体受到污染后，群落中不耐污染的敏感种类往往会减少或消失，而耐污种类的个体数量则大大增加。污染程度不同，减少或消失的种类不同，耐污染种类的个体数量增加亦不同。因此，通常可采用多样性指数来反映水体环境和藻类的分布状况。

3.2.1 Shannon－Wiener物种多样性指数分析

该多样性指数［12］的计算，是根据各采样点中藻类物种数和每一个物种的不同个体数来计算不同采样点的指数值，这样就可以了解不同采样点中种间个体的差异和群落结构的组成及物种的分布格局，同时还可反映出各采样点的水质状况。Shannon－Wiener多样性指数值（）与水体受污染程度的关系为：＝0属重污染；＝1－2属中度污染＝2－3属轻度污染＞3属清洁水体。

表1 嘉陵江重庆段Shannon－Wiener多样性指数值比较

从8个采样点的Shanhon－Wiener多样性指数值可以看出，由于6月和9月份采样时，河水较为浑浊，透明度较小，多样性指数值除6月份草街和9月份盐井2个点外，其余各点的多样性指数值均＞2，属中度污染水体。3月和12月份采样时，河水清澈，透明度大，其多样性指数值均在2以上或＜3，属微污或洁清染水体。从藻类分布格局来看，除沙坪坝和大溪沟两个点外，其余各点的浮游藻类种类的个体差异小，藻类群落结构稳定，物种分布均匀。自然河流中浮游藻类种类的个体差异与所处的环境及河流的丰水期、平水期与枯水期有一定的差异，它们的多样性指数值也有差异。

3.2.2 Whittaker多样性指数分析

通过 Whittaker多样性指数［12］分析可以了解不同采样点间物种组成的差异，Whittaker值越大，不同采样点的共有种就越少。同时，计算Whittaker多样性指数还可以指示生物被物种分割的程度，从而比较其生境的多样性。

利用β＝S／ma－1计算，式中，β为 Whittaker多样性指数；S为研究系统中的物种数；ma为各点样品中（定量）平均物种数。8个采样点的β值见表2。

表2 嘉陵江重庆段Whittaker多样性指数

从以上8个采样点分析，4个月份的采样中，悦来场、沙坪坝和大溪沟3个采样点之间的β值各月分比较差异未达到0.2，说明其生态环境差异性小，共有种多。其余5个点之间的β值各月分比较差异参差不齐，最大的是6月份和12月份泥溪场和北碚2个点，差异在0.5以上。说明这2个点生态环境差异性较大，共有种少。前4个点与后4个点的差异与河流在丰水期接纳各沟、渠等汇入江中的藻类下游总会比上游多有很大关系，也与水流平缓有关。自然河段中的β值不能与库区中的β值进行比较［15］，而且自然河段中江面的宽窄、水流的缓急的不同等，其β值也有差异。

3.3 嘉陵江重庆段的藻类植物与其水质的生物学评价

水体中浮游藻类以及固着藻类的个体、种群或群落的变化，都可以客观反映出水体质量的变化规律。水体环境一旦受到某种程度的污染，一些藻类将产生反应信息，即或消失或大量繁殖形成水华等。下面分别采用指示藻类、生物指数和物种多样性指数来评价各采样点的水质状况。

3.3.1 利用指示藻类进行评价

由于某些藻类对水质具有指示作用，并对水体的环境变化能产生各种反应信息，因此可利用它们来监测和评价水体的污染状况。根据不同水体中有不同的藻类生存的这种现象，就把水体划分为5个带，即多污带（P－Z）、α－中污带（α－Z）、β－中污带（β－Z）、寡污带（O－Z）和清洁带［12，13］。并指出每一带水体中的指示藻类，形成污水生物系统，并运用这一系统来评价水质的污染程度。但也有同一属的种类其耐污程度可能不同，如裸藻属（Euglena）的绿裸藻（E.viridis）是最耐污的种类，而同属的易变裸藻（E.mutechilis）就不耐有机污染。另一方面，污染物的种类和性质差别很大，水生藻类对它们的反应也各不相同。

嘉陵江重庆段各采样点有指示各水体带的藻类55种，分布情况见表3。其中，极常出现在多污带水体的指示藻类2种，即巨颤藻（也是α－中污带水体中出现的指示藻类）和绿裸藻，占指示藻类总数的3.92%；极常出现于α－中污带水体中的指示藻类12种，包括5种同时可在β－中污水体出现的种类，事实上极常出现于α－中污带水体中的指示藻类仅7种，占指示藻类总数的13.73%；极常出现于β－中污带水体中的指示藻类有26种，包括5种同时可在α－中污带水体中极常出现的种类，那么β－中污带极常出现的种类应为21种，占指示藻类总数的41.18%；在微污带水体中极常出现的种类为20种，除去7种可同时在β－中污带水体中极常出现的种类，实为13种，占指示藻类总数的25.49%。可以看出各采样点为β－中污带和微污带指示藻类最多（表3）。表明嘉陵江重庆段目前水质状况较为良好，藻类群落结构稳定。江河中的优势藻类与水库、池塘中的优势藻类组成成分不同，其指示藻类的种类有较大的差异［15］。

3.3.2 利用 Watamabe硅藻指数评价

河流中硅藻门的种类占绝对优势，所以利用Watamabe硅藻指数［12］对水质评价，能更好地反应水体质量变化的规律。硅藻指数（I）＝2A＋B～2C／A＋B～C×100进行计算，式中：A为各采样点不耐有机污染的藻类种类数；B为对有机污染无特殊反映的藻类种类数：C为各采样点内耐有机污染的藻类种类数。硅藻指数与水质的关系是：I值在60%以下为良好；在60%～80%之间为污染；80%以上表示水体严重受到有机污染或者工业污水污染。经过检测和计算，嘉陵江重庆段硅藻指数A、B、C的数量见图1，硅藻指数值见图2。

从各点的硅藻指数值来看，草街和北碚BI值最低，分别为34.78%和37.5%，泥溪场和盐井的I值次之，分别为52.63%和50.00%，水质良好。合川、悦来场、沙坪坝和大溪沟BI值最高，分别为76.92%、75.56%、71.42%、79.16%，水质不容乐观。污染状况为草街＜北碚＜盐井＜泥溪场＜沙坪坝＜悦来场＜合川＜大溪沟。

表3 嘉陵江重庆段指示藻类

3.3.3 利用物种多样性指数评价

藻类植物群落中的一些敏感种类，在水体受到污染时，会逐渐减少或消失，而抗污染的种类和数量则会大量增加。在不同的污染区，藻类种类和数量的比值也不同。清洁水体，藻类的种类多，数量少。而污染水体中，藻类种类减少，数量增加。利用物种多样性指数可反映水质的污染状况，以及藻类物种和数量的关系。采用Margalef［12］多样性指数，即α＝s－1／ln N。式中，S为样点中藻类种类数（或属数）；N为样点中藻类个体数。当α值大于3为清洁水质；1～3时为轻度污染水质，0～1为污染水质，结果见表4。

6月和9月份嘉陵江水体透明度较小，水质较为浑浊，其透明度分别为5～12cm之间，其α值相对较低，水质环境较差。3月和12月份嘉陵江水体透明度较高，其α值比6月和9月份都大，物种多样性指数都在2～3之间，属轻度污染水质。在这种水体中，指示微污水带和β－中污带的指示藻类多。

表4 嘉陵江重庆江段物种多样性指数值

通过Shannon－Wienrer多样性指数、Margalef多样性指数以及不同水体中的指示藻类对嘉陵江重庆段藻类植物与水环境的分析，其结果基本一致。嘉陵江重庆段目前的水质尚属良好，在这种水质中，藻类物种分布均匀，群落结构稳定。

硅藻指数反映了4个点的水质有一定程度的污染，这可能是采用浮游藻类用硅藻指数对河流水质的评价出现的缺陷（如在各点的固体基质上采集的硅藻用硅藻指数对河流水质评价就能客观反映该点的水质状况）。但从这4个点的藻类组成成分来看，分布格局和群落结构是还是合理的。其次极常出现于嘉陵江重庆江段α－中污带水体中的指示藻类有12种，还有2种在多污带水体出现的指示藻类，其中细颤藻在水土以下各点中分布较广，应该引起高度重视。

4 结语

三峡库区储水后嘉陵江重庆江段是生态环境变化最剧烈和环境压力最大的地区之一。与储水前相比，成库后的明显变化是水体面积增大、水位提高，同时水流变缓，水文条件改变，水体自净能力减弱，水环境将发生巨大变化。由于水环境的变化，藻类植物也会受到相应影响，一些物种的种群数量会减小，甚至物种可能消失；而另一些物种则可能种群扩大，得以发展。藻类植物的种类组成、群落结构和数量动态与水体环境密切相关，是反映水体环境状况和水体质量高低的重要特征。因而，对藻类植物的物种构成等特征进行研究对水环境保护具有重要意义。

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