漳卫南运河流域浮游植物群落结构的特征
2016-04-23刘晓光胡思帆邓金钗马徐发
李 俊，张 云，刘晓光，徐 宁，赵 习，胡思帆，邓金钗，马徐发
(1.华中农业大学水产学院，武汉 430070;
2.水利部海河水利委员会漳卫南运河管理局，河南邓州 253009;
3.水利部海河水利委员会水资源保护科学研究所，天津 300170)
漳卫南运河流域浮游植物群落结构的特征
李俊1，张云1，刘晓光2，徐宁3，赵习1，胡思帆1，邓金钗1，马徐发1
(1.华中农业大学水产学院，武汉430070;
2.水利部海河水利委员会漳卫南运河管理局，河南邓州253009;
3.水利部海河水利委员会水资源保护科学研究所，天津300170)
摘要：2011—2012年对漳卫南运河流域19个采样位点的浮游植物群落结构进行调查研究。结果显示：共鉴定出浮游植物395种(变种)，隶属于8门131属。其中，绿藻门的种类最多(159种)，硅藻门次之(110种)，再次为裸藻门(56种)和蓝藻门(49种)。浮游植物的细胞密度年平均值为2 167.2×104 cells/L，夏季最高为3350×104 cells/L，秋季最低为1221×104 cells/L，其中绿藻门最多，为1167×104 cells/L；浮游植物生物量年平均值为25.96 mg/L，夏季最高为54.43 mg/L，秋季最少为6.33 mg/L，其中绿藻门最多，为11.09 mg/L。浮游植物的Shannon多样性指数为3.05～3.93，Margalef丰富度指数为2.14～3.47，Pielou均匀度指数为0.50～0.62。结果表明，该流域浮游植物生物多样性在夏季最高，春季次之。
关键词：浮游植物；密度；生物量；漳卫南运河流域；生物多样性
漳卫南运河流域是海河流域五大河系之一，流域面积37 584 km2，河道总长777.5 km。其作为海河流域典型河流，曾经是河道纵横、湖泊密布的地方。然而，近些年来由于水资源开发利用程度的提高和降水减少，其生态环境恶化不断加剧，很多河道全部成为季节性河流，大量水生物种因此灭绝，水的自然循环系统遭到破坏，严重影响北京、天津等地区经济社会的持续健康发展。浮游植物作为食物链和营养结构的基础环节，有些可直接用来作为环境监测的指示生物[1]，其密度、生物量、种类组成以及多样性可更好地反映出水体的营养水平[2-3]。本研究旨在通过对漳卫南运河流域浮游植物展开全面调查，为河流内源污染治理以及生态退化诊断和修复评价提供基础数据。
1材料与方法
1.1调查区域与样品采集处理
根据漳卫南运河流域地形以及生态特性，设置19个采样位点，分别于2011年夏季(7月)(以下用Ⅰ代替)、2011年秋季(11月)(以下用Ⅱ代替)、2012年春季(4月)(以下用Ⅲ代替)进行采样。
浮游植物的调查研究方法按照《淡水浮游生物研究方法》[4]进行，浮游植物的鉴定主要依据《中国淡水藻类》[5]。浮游植物定性水样用25#浮游生物网在采水点水下“∞”字型拖10 min，定量水样用有机玻璃采水器在采水点上、中、下水层采集混合样后取1 L，用15 mL鲁哥氏液固定，带回室内沉淀48 h，浓缩至50 mL保存待检。浮游植物定量计数时，要充分摇匀浓缩样品，用移液器取0.1 mL样品置于浮游植物计数框内，轻轻盖上盖玻片(不能有气泡)，用目镜视野法在10×40倍光学显微镜下进行计数[6-8]。每瓶标本至少计数两片，每片计数50个视野，同一样品的两次结果与平均数之差不大于±15%，即为有效结果，取其平均值。浮游植物由于个体小，用细胞体积法来估算该种藻类的生物量(109μm3 = 1 mg)。为减少误差，同一种类的大型与小型个体要分别测量体积和计数。
1.2多样性分析
浮游植物多样性指数采用Shannon-Winner指数：
物种丰富度指数采用Margalef指数：
D=(S-1)/log2N
物种均匀度指数采用Pielou指数：
J=H′/log2S
上述各式中，S为样品中的种类总数，N为样品中所有种类的总个体数，Pi为第i个物种的个体数与样品中的总个体数的比值。
2结果与分析
2.1浮游植物种类组成
经鉴定，本次调查所采集的浮游植物共有8门131属395种。其中绿藻门有159种，所占百分比最多，为40.3%；硅藻门有110种，所占百分比次之，为27.8%；裸藻门和蓝藻门分别有56种和49种，所占百分比分别为14.20%和12.4%；隐藻门、甲藻门、金藻门、黄藻门种类数很少，分别有3种、5种、9种和4种，所占百分比分别为0.8%、1.3%、2.3%和1.0%。
夏季采集浮游植物种类最多，共7门105属296种，其中蓝藻(37种)、硅藻(67种)、绿藻(132种)、裸藻(50种)、甲藻(4种)、隐藻(3种)和黄藻(3种)分别占12.5%、22.6%、44.6%、16.9%，1.4%、1.0%和1.0%；秋季采集浮游植物种类次之，共8门102属274种，其中蓝藻(33种)、硅藻(75种)、绿藻(112种)、裸藻(33种)、金藻(9种)、甲藻(3种)、隐藻(3种)和黄藻(2种)分别占12.0%、27.4%、40.9%、12.0%、3.3%、1.1%、1.1%和0.7%；春季采集浮游植物种类最少，共8门85属180种，其中蓝藻(13种)、硅藻(58种)、绿藻(72种)、裸藻(25种)、金藻(5种)、甲藻(2种)、隐藻(2种)和黄藻(3种)分别占7.2%、32.2%、40%、13.9%、2.8%、1.1%、1.1%和1.7%。
2.2浮游植物细胞数量的分布特征
2011年7月至2012年4月所监测区域浮游植物平均细胞密度为2 167×104cells/L，绿藻门最多，其密度为1 167×104cells/L，所占百分比为53.83%；硅藻门其次，密度为509.3×104cells/L，所占百分比为23.5%；隐藻门的密度为256.4×104cells/L，所占百分比为11.83%；蓝藻门的密度为137.6×104cells/L，所占百分比为6.35%；裸藻门的密度为41.3×104cells/L，所占百分比为1.91%；金藻门的密度为49.5×104cells/L，所占百分比为2.28%；甲藻门的密度为5.5×104cells/L，所占百分比为0.26%；黄藻门的密度为0.5×104cells/L，所占百分比仅为0.02%。
可以看出，夏季采样的浮游植物平均密度最大，为3 350×104cells/L；春季采样的平均密度最小，为1 221×104cells/L；秋季采样的平均密度略高，为1 924×104cells/L。各监测位点在水平分布上变化较大，下游河段细胞密度整体高于上游河段。整体上漳卫南运河流域以绿藻和硅藻数量最多，裸藻、甲藻、金藻和黄藻数量很少，这些河流浮游植物常见种季节变化明显，不同河段在相同季节差异相对不明显(图1)。
图1 漳卫南运河流域浮游植物细胞密度的水平分布
2.3浮游植物生物量的分布特征
漳卫南运河流域浮游植物生物量(湿重)的季节变化如下：浮游植物平均生物量为25.96 mg/L，其中夏季平均生物量最大，为54.43 mg/L；秋季最小，为6.53 mg/L。生物量密度的变化与细胞密度的变化趋势基本上是一致的(图2)。
图2 漳卫南运河流域浮游植物生物量的水平分布
2.4浮游植物的优势种
漳卫南运河流域浮游植物的优势种如下，从时空变化来看，绿藻和硅藻的优势明显，甲藻和黄藻很少出现，在优势种季节演替方面，各季节优势种演替明显。各季节优势种共21种，其中多数为绿藻(8种)，其次为硅藻(6种)，小环藻和小球藻多次出现在各季节的研究区域内，小环藻与锥囊藻为贫营养型水体的优势藻类，说明监测区域水环境多为贫营养状态，而个别河段颗粒直链藻和四尾栅藻成为优势藻类，说明部分河段出现富营养化(表1)。
表1 漳卫南运河流域浮游植物优势种
注：Dr、Pr分别代表密度优势度、生物量优势度
2.5浮游植物的多样性指数
从表2可以看出，漳卫南运河流域的Shannon指数全年为3.05～3.93，研究区域内水体环境为贫—中营养状态。
Margalef指数全年在2.14～3.47，平均值在3.01，漳卫南运河流域水体污染程度为中污染型。
研究区域内Pielou指数全年为0.50～0.62，平均值为0.55，各季节差异不明显，说明浮游植物群落全年处于成熟和稳定的状态下。
表2 漳卫南运河流域浮游植物的多样性指数
注：0
3讨论
从漳卫南运河浮游植物种类组成和数量来看，整个水域中主要以硅藻门和绿藻门为主，隐藻门、甲藻门、金藻门易生活在清洁、流动水体中的藻类比较少见，在岳城水库、四女寺和辛集闸，隐藻门的尖尾蓝隐藻和啮蚀隐藻以及金藻门的圆筒锥囊藻成为优势种，说明其水体比较清洁。在北方寒冷地区季节间温差大，硅藻能够适应多变的环境条件，容易成为水体主要种类；夏、秋两季水温升高，光照充足，营养盐丰富，适合绿藻大量繁殖，因此，硅藻和绿藻成为漳卫南运河流域浮游植物的主要类群。
浮游植物是水生生态系统的初级生产者，它对水体营养状态的变化能迅速做出响应[12]。浮游植物群落结构与水体营养水平存在相关性[13]。漳卫南运河流域春、夏、秋三季浮游植物群落结构组成存在一定差异，由夏季的绿藻——硅藻——蓝藻型发展到秋季的硅藻——绿藻型再到春季的绿藻——硅藻型。一般来说，以金藻和黄藻类为主的水体多属贫营养型水体，以甲藻、隐藻和硅藻类为主的水体多为中营养型水体，以绿藻和蓝藻类为主的水体多为富营养型水体[14]。而漳卫南运河浮游植物按照生物量大小排序主要由绿藻、硅藻、隐藻、蓝藻和裸藻组成，其群落组成主要为绿藻——硅藻类型，这种群落类型的水体指示水体环境为贫——中营养状态，贫——中营养状态的指示种类在漳卫南运河流域也有出现，如金藻门的圆筒锥囊藻。但由于河流生态环境恶化，大量水生物种灭绝，研究区域不同点位的浮游植物群落结构特征显示，有些水体已经有一定程度的富营养化，出现了富营养化的指示种类，例如经常分布在富营养化水体的四尾栅藻在研究周期内出现频率较高，因此，应采取相应的措施改善和保护漳卫南运河流域生态环境，防治水生态环境的恶化。
浮游植物的种类组成能反映水体的污染状态，特别是一些污染指示种[15-17]。从各采样点优势种类来看，小环藻为出现频率最高的优势种，颗粒直链藻也在某些水域成为优势种，而它们都是乙型中污水体的指示种类，可见，漳卫南运河流域处于乙型中污水体水平，这与漳卫南运河流域浮游值物种类组成、多样性分析特点是一致的。
综上所述，2011年7月—2012年4月，漳卫南运河流域研究区域内的19个采样点普遍处于贫——中营养状态，某些采样点处于中度污染。通过对漳卫南运河流域春夏秋三季浮游植物群落组成及其分布特征的研究表明，漳卫南运河流域浮游植物种群的季节演替受各种生物因素影响。浮游植物群落结构在监测漳卫南运河流域水环境变化或富营养化过程中具有一定的指示作用，可为河流内源污染治理和生态退化、诊断和修复评价提供基础数据支持。
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(责任编辑：邓薇)
Community structure of phytoplankton in Zhangweinan canal
LI Jun1,ZHANG Yun1,LIU Xiao-guang2,XU Ning3,ZHAO Xi1,HU Si-fan1,DENG Jin-chai1,MA Xu-fa1
(1.CollegeofFishes,HuazhongAgricultureUniversity,Wuhan430070,China;2.ZhangweinanCanalAdministrationBureau,Dengzhou253009,Henan,China;3.WaterResourcesProtectionInstituteofHaiheRiverWaterConservancyCommissionMWR,Tianjin300170,,China)
Abstract：The community structure and biodiversity of phytoplankton of Zhangweinan canal were investigated at 19 sampling stations between 2011 and 2012.A Total of 395 species belonging to 131 genera,eight phyla were identified.The Chlorophyta had the most species (159) and the Bacillariophyta had the second (110),and the Euglenophyta and the Cyanophyta (56) ranked the third and the fourth (49).The average cell density of phytoplankton was 2 167×104 cell/L,with a maximum of 3 350×104 cell/L in summer and a minimum of 1 221×104 cell/L in autumn;the Chlorophyta had the maximum cell density (1167×104 cell/L) among all the eight phyla.The average biomass density of phytoplankton was 25.96 mg/L,with a maximum of 54.43 mg/L in summer and a minimum of 6.33 mg/L in autumn;similarly a maximum of 11.09 mg/L occurred in the Chlorophyta.Shannon index changed from 3.05 to 3.93,Margalef index ranged from 2.14 to 3.47,and Pielou index varied from 0.50 to 0.62.The result showed that the biodiversity of phytoplankton was the highest in the summer,followed by that in the spring.
Key words：phytoplankton;density;biomass;Zhangweinan canal;biodiversity
中图分类号：S932.8
文献标识码：A
文章编号：1000-6907-(2016)02-0029-04
作者简介：第一李俊(1986-)，硕士研究生，主要从事水生生物研究。E-mail：310262773@163.com通讯作者：马徐发。E-mail：xufama@gmail.com
收稿日期：2015-03-06；
修订日期：2015-11-23
资助项目：水利部公益性行业科研专项经费项目(201101018)
