长江干流安庆段浮游植物群落结构特征

刘明典，李鹏飞，2，曾泽国，黄 翠，刘绍平

(1.中国水产科学研究院长江水产研究， 武汉 430223；2.华中农业大学水产学院，武汉 430070)

长江干流安庆段浮游植物群落结构特征

刘明典1，李鹏飞1，2，曾泽国1，黄 翠1，刘绍平1

(1.中国水产科学研究院长江水产研究， 武汉 430223；2.华中农业大学水产学院，武汉 430070)

为了解长江干流安庆段浮游植物群落结构特征，分别于2015年4月(春季)、7月(夏季)和9月(秋季)对长江干流安庆段浮游植物进行了调查。结果显示：本次调查共检出浮游植物5门22科33属54种(含变种)。以硅藻门种类最多，占总种数的46.30%；其次是蓝藻门和绿藻门，分别占24.07%和22.22%；黄藻门和甲藻门的种类相对较少，占5.56%和1.85%。优势种为蓝藻门的小颤藻(Oscillatoriatenuis)、极大螺旋藻(Spirulinamaxima)、湖沼色球藻(Chroococcusminutus)，绿藻门的小球藻(Chlorellavulgaris)、集星藻(Actinastrumhantzschii)以及硅藻门的尖针杆藻(Synedraacus)。浮游植物密度为1.228×104～33.002×104ind./L，均值为9.453×104ind./L；生物量为0.005～0.512 mg/L，均值为0.157 mg/L。密度和生物量最高值均出现在皖河口采样断面(7月)、最低值均出现在杨家套采样断面(4月)。研究结果表明：浮游植物密度和生物量在空间分布上差异均不显著，季节变化上则均表现出显著性差异。利用Shannon-Wiener指数和Pielou 均匀度指数分析浮游植物群落结构特征，Shannon-Wiener指数变化范围为0.918～3.147，均值为2.539；Pielou 均匀度指数变化范围为0.796～1.000，均值为0.893。Shannon-Wiener指数在空间分布和季节间均无显著性差异；Pielou 均匀度指数在空间分布上无显著性差异，但在季节间变化上则表现出显著性差异。浮游植物多样性指数结果表明长江干流安庆段水质状况介于清洁型/β-中污型。

浮游植物；群落结构；生物多样性；水质状况；长江安庆段

浮游植物是水生态系统中重要的组成部分，在物质循环、能量流动和信息传递过程中起着至关重要的作用[1]。浮游植物作为水域生态系统中的初级生产者，可为滤食性鱼类提供饵料，同时也是水体中比较敏感的指示生物，能够反映水体生态状况和营养状态[2]。其种类组成、丰度以及多样性指数等都是评价水体富营养化和污染状况的重要指标[3]。

安庆江段位于长江下游安徽省境内，上与东流河段分界于吉阳矶，下至前江咀与太子矶河段相连，长约57 km，多沙洲，渔业资源丰富。安庆江段位于亚热带湿润季风气候区，具有四季分明、光照充足、雨量丰沛的特点。年均降水量1 389.2 mm，汛期主要集中在5-10月。目前关于长江下游浮游植物的研究尚有很多[4-9]，但关于安庆江段浮游植物的研究相对较少，仅见孟顺龙等[10]对江苏及安徽大范围江段一个季节的研究报道。该江段分布有安庆市江豚自然生态保护区、长江刀鲚国家级水产种质资源保护区等重要生态敏感区，是鱼类觅食、栖息的重要场所。因此该江段的浮游植物现状直接关系到安庆江段渔业资源的可持续利用。本研究对长江干流安庆段浮游植物进行比较全面的调查，以期揭示浮游植物群落结构特征及变动趋势，进而为长江干流安庆段渔业资源保护提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 采样时间及断面设置

2015年4、7和9月(分别代表春季、夏季和秋季)对长江干流安庆段浮游植物进行调查，参照SC/T 9102.3-2007布设采样断面、垂线和采样点。充分考虑河段长度和多项环境因子，从上游至下游按适当间距设置杨家套(Ⅰ)、皖河口(Ⅱ)、沙漠洲(Ⅲ)、江心洲(Ⅳ)和前江口(Ⅴ)共5个断面(表1，图1)，基于水面宽度，每个断面设置左中右三个采样断面。

图1 长江干流安庆段采样断面示意图Fig.1 Sampling section in Anqing section of the Yangtze River表1 长江干流安庆段浮游植物采样断面的设置Tab.1 The setting of Anqing section of the Yangtze River phytoplankton sampling section

采样断面名称采样断面序号经纬度杨家套ⅠN30°29.069',E117°00.062'皖河口ⅡN30°29.556',E117°00.513'沙漠洲ⅢN30°29.761',E117°01.233'江心洲ⅣN30°29.385',E117°10.053'前江口ⅤN30°31.895',E117°14.008'

1.2 样品采集与测定

浮游植物定性样品：用25#浮游生物网，在水面 0.5 m 处作“∞”字型缓慢拖拉 5 min，带回实验室置于显微镜10×40 倍下观察，并进行种属鉴定。定量样品：用10 L 采水器采集样品，样品采完后立即带回实验室并加入鲁哥试剂(15%)和福尔马林(4%)固定，沉淀 24 h 后浓缩于 50 mL小瓶中进行分类计数。浮游植物在显微镜下进行计数，先用虹吸管吸去上清液，最后将样品定容到 30 mL，摇匀后取0.1 mL置于计数框内计数，每个样品计数两片取其平均值，若两片计数结果和平均数之差大于其均值10%，则需计数第三片，取计数结果和平均数之差在其均值10%以内的两片结果的平均值，并换算出每个样品中浮游植物的个体密度。

浮游植物定性定量样品的采集和处理方法参照文献[11-12]，浮游藻类种类鉴定参照[13-14]。

1.3 数据分析

浮游植物的优势种和群落结构特征指数的变化在一定程度上反映出环境的变化。研究中用于分析浮游植物多样性的指数方法有很多，本研究选用浮游植物多样性通用计算指标[15-16]，优势度(Y)、Shannon-Wiener指数(H)和Pielou 均匀度指数(J)。

(1)优势度指数

Y=(Ni/N)×Fi

当Y>0.02 时，即为优势种

(2)Shannon-Wiener指数

H=-∑(Ni/N)log2(Ni/N)

(3)Pielou均匀度指数

J=H/log2S

式中：N为样品中的总个体数；Ni为第i种的个体总数；Fi为第i种个体在各采样断面出现的频率；S为样品中种类总数。

通过SPSS 21.0进行显著性检验(one-way ANOVA)以及对密度、生物量等数据进行分析。

2 结果与分析

2.1 浮游植物种类组成及优势种

调查共检出浮游植物5门22科33属54种(含变种)(附表)。其中硅藻门7科13属25种，占浮游植物总种类数的46.30%；蓝藻门6科8属13种，占24.07%；绿藻门7科10属12种，占22.22%；黄藻门1科1属3种，占5.56%；甲藻门1科1属1种，占1.85%(图2)。从各采样站点浮游植物的种类分布看，浮游植物种类多少排序依次为：Ⅱ(30种)>Ⅰ(27种)>Ⅳ(17种)>Ⅴ(14种)>Ⅲ(13种)。

根据浮游植物优势度的计算结果(表2)，长江干流安庆段浮游植物优势种有6种，分别为蓝藻门的小颤藻(Oscillatoriatenuis)、极大螺旋藻(Spirulinamaxima)、湖沼色球藻(Chroococcusminutus)，绿藻门的小球藻(Chlorellavulgaris)、集星藻(Actinastrumhantzschii)以及硅藻门的尖针杆藻(Synedraacus))。浮游植物优势种在各季节间有所变动，小颤藻、小球藻在4、7和9月均为优势种；极大螺旋藻、湖沼色球藻、集星藻在7月和9月为优势种；尖针杆藻为4月和7月为优势种。

图2 长江干流安庆段各门浮游植物种类数所占比例Fig.2 The proportion of various types of phytoplankton in Anqing section of the Yangtze River表2 长江干流安庆段浮游植物优势种类Tab.2 The dominant species of the phytoplankton in Anqing section of the Yangtze River

种类4月7月9月尖针杆藻Synedraacus++小颤藻Oscillatoriatenuis+++极大螺旋藻Spirulinamaxima++湖沼色球藻Chroococcusminutus++集星藻Actinastrumhantzschii++小球藻Chlorellavulgaris+++

(注：+表示优势种)

2.2 密度与生物量时空变化

长江干流安庆段浮游植物密度为1.228×104～33.002×104ind./L，均值为9.453×104ind./L，最高值出现在7月采样断面Ⅱ，最低值出现在4月采样断面Ⅰ；生物量为0.005～0.512 mg/L，均值为0.157 mg/L，最高和最低点亦分别出现在采样断面Ⅱ(7月)和Ⅰ(4月)(图3)。比较发现，浮游植物密度在水平分布上差异不显著(P>0.05)，季节变化上则表现出显著性差异(P<0.05)。生物量在水平分布上差异不显著(P>0.05)，季节变化上则表现出显著性差异(P<0.05)。

图3 长江干流安庆段浮游植物密度和生物量时空变化Fig.3 Temporal and spatial variation of phytoplankton cell density and biomass in Anqing section of the Yangtze River

2.3 浮游植物群落多样性分析

长江干流安庆段各采样断面浮游植物种类多样性指数和均匀性指数分析结果表明(图4)，5个采样断面Shannon-Wiener指数(H)为0.918～3.147，均值为2.539，采样断面Ⅳ最低(9月)，采样断面Ⅳ最高(4月)；Pielou均匀性指数(J)为0.796～1.000，均值为0.893，采样断面Ⅴ最低(4月)，采样断面Ⅲ最高(9月)。Shannon-Wiener指数(H)在空间分布和季节间差异均不显著(P>0.05)。Pielou均匀性指数(J)在空间分布上差异不显著(P>0.05)，但在季节间变化上则表现出显著性差异(P<0.05)。

图4 长江干流安庆段各采样断面浮游植物生物多样性变化Fig.4 Variation of phytoplankton biodiversity index in Anqing section of the Yangtze River

2.4 水质评价

应用Shannon-Wiener指数、Pielou均匀性指数评价长江干流安庆段的水质状况。参考文献[17-19]确定评价标准：Shannon-Wiener指数H>3为寡污-清洁型；1≤H≤3为β-中污型；H<1为α-中污型。Pielou均匀性指数J>0.5为清洁型或寡污-清洁型；0.3≤J≤0.5为β-中污型；J<0.3为α-中污型，基于各指数计算结果(表3)，长江干流安庆段水质状况介于清洁型/β-中污型其中采样断面Ⅱ与其他采样断面相比较水质更优。

表3 长江干流安庆段浮游植物多样性指数及水质状况评价Tab.3 Phytoplankton diversity and Water Quality Evaluation Index in Anqing section of the Yangtze River

3 讨论

3.1 种类组成与现存量

从长江干流安庆段浮游植物种类组成上看，主要是硅藻、蓝藻和绿藻，共计占浮游植物种类数的92.59%，而黄藻和甲藻仅占7.41%，这与国内许多河流浮游植物的结构组成相似[20-22]。从浮游植物现存量上看，整个研究区域浮游植物密度和生物量平均值分别为9.453×104ind./L和0.157 mg/L，最高值和最低值分别出现在采样断面Ⅱ(7月)和Ⅰ(4月)。浮游植物密度和生物量存在明显的季节变化，可能与7月气温较高，水中无机和有机营养物质增加有关，藻类的丰度及群落结构由水环境中污染物质和营养盐的含量所决定[23]。此外，采样断面Ⅱ位于皖河口，相对于其他采样断面，该区域水体流动性较小、泥沙含量低、营养物质丰富，有利于浮游植物对营养盐的利用，进而生物量更丰富。

3.2 优势种群的变化

优势种对浮游植物群落结构的稳定性有重要作用，优势种越多且优势度越小，则群落结构越复杂、稳定[24]。本研究表明长江干流安庆段的浮游植物优势种共计3门6种，优势种较少且优势度不高，表明长江干流安庆段的浮游植物群落结构比较简单。从优势种组成来看，孟顺龙等[10]研究结果表明秋季浮游植物优势种为巴豆叶脆杆藻、意大利直链藻、隐头舟形藻、小环藻，浮游植物优势种虽有一定差别，但均有硅藻门种类，可见硅藻始终处于优势地位，也说明该江段浮游植物群落结构基本稳定。

3.3 浮游植物多样性指数与水质评价

浮游植物是水生态系统中重要组成之一，在维持水生态系统的平衡中起着十分重要的作用。其群落结构反映了水体所处的营养状态，特别是那些在某种特定的营养环境条件下存在的藻类，在一定程度上可直接反映出水体的营养状况[25-26]。因多样性指数与水质的关系复杂，受水体类型、计算方法和鉴定种类等多种因素的影响，通常选用2种及以上的指标来综合评价水质，以确保评价结果的可靠性[27]。Shannon-Wiener多样性指数可以反映水体的水质状况，通常情况下，Shannon-Wiener多样性指数越大，显示该群落结构越复杂，稳定性越大，水质越好[28]。Pielou均匀度指数反映了各物种个体数目分配的均匀程度[29]。本研究结果显示H值在0.918～3.147，J值在0.796～1.000之间波动。从采样断面来看，采样断面Ⅱ的H值和最低(图4)值均高于其他采样断面，生物多样性更高，群落结构更稳定。主要由于采样断面Ⅱ位于支流汇入口处，受长江干流上游的污染影响小，污染物沉积较少所致。根据评价标准可知长江干流安庆段的水质状况介于清洁型/β-中污型。

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(责任编辑：邓 薇)

附表 长江干流安庆段浮游植物种类组成Sch.1 Species composition of phytoplankton in Anqing section of the Yangtze River

(注：+表示出现)

The characteristic of phytoplankton community structure in Anqing section of the Yangtze River

LIU Ming-dian1,LI Peng-fei1,2,ZENG Ze-guo1,HUANG Cui1,LIU Shao-ping1

(1.YangtzeRiverFisheriesResearchInstitute,ChineseAcademyofFisherySciences,Wuhan430223,China;2.Collegeoffisheries,HuazhongAgriculturalUniversity,Wuhan430070,China)

The phytoplankton survey was carried out in Anqing section of the Yangtze River in April、July and September 2015 in order to understand the characteristic of phytoplankton community structure.The results showed that the obtained phytoplankton belonged to 5 phyla,22 families,33 genuses and 54 species (including varieties).Bacillariophyta was the main compositions of phytoplankton community,which accounted for 46.30% of the total number of algae species.Secondly,Cyanophyta and Chlorophyta accounted for 24.07% and 22.22%,respectively.The species of Xanthophyta and Pyrrhophyta were less,which accounted for 5.56% and 1.85%,respectively.Dominant species mainly includedOscillatoriatenuis、Chlorellavulgaris、Spirulinamaxima、Chroococcusminutus、ActinastrumhantzschiiandSynedraacus.Phytoplankton density ranged from 1.228×104ind./L to 33.002×104ind./L,with an average of 9.453×104ind./L;biomass was 0.005～0.512 mg/L,with an average of 0.157 mg/L.The highest and lowest sampling were pointed(July) and (April).Result showed that both Phytoplankton density and biomass did not change significantly in spatial distribution,but showed extremely significant difference between the seasons.The Shannon-Wiener index and Pielou evenness index were used to analyze the characteristic of phytoplankton community structure.Shannon-Wiener index ranged from 0.918 to 3.147,with an average of 2.539;Pielou evenness index ranged from 0.796 to 1.000,with an average of 0.893.Shannon-Wiener index did not change significantly both in spatial distribution and between the seasons;Pielou evenness index did not change significantly in spatial distribution,but extremely significant difference between the seasons.It was found that the water body of Anqing section of the Yangtze River belonged to clean/-ms type compared the phytoplankton biodiversity index.

phytoplankton;community structure;biodiversity;water quality;Anqing section of the Yangtze River

2016-03-11；

2017-03-22

国家自然科学基金(31201997)

刘明典(1980- )，男，助理研究员，研究方向为渔业资源。E-mail：lmd800226@163.com

刘绍平。E-mail:lsp@yfi.ac.cn

S932.8

A

1000-6907-(2017)04-0029-08