海口市美舍河丰水期浮游植物群落结构特征及其水质评价

彭曾桦，朱为菊

1.琼台师范学院理学院，海南海口 571127；

2.琼台师范学院海南热带生物多样性与资源利用实验室，海南海口 571127；

3.琼台师范学院学前教育学院，海南海口571127

浮游植物是水体中主要的初级生产者，是水生态系统食物链的基础环节，其群落结构特征影响着水生态系统的结构与功能[1,2]。由于浮游植物群落结构对水环境的变化响应敏感，研究其群落结构组成以及多样性等指标可以准确的反应水体环境质量状况[3]，以弥补利用水环境理化指标评价水质的不足[4]。目前，利用浮游植物群落结构特征对水生态环境监测与评价的研究是国内外的重要研究方向。城市河流作为水资源和环境的载体，对城市的生存和发展以及环境质量有着重要的影响。与自然河流相比较，城市河流受到人工干扰的影响较大，随着城市化进程的推进以及经济的快速发展，城市河流受人为活动以及污水废水排入的影响，致使河流水质恶化，水生生物群落所面临的水环境压力升高，城市河流生态系统健康受到了严重威胁。因此研究城市河流浮游植物群落结构特征，以及在此基础上的水体环境质量分析与评价，对城市河流生态修复具有重要的意义。目前，关于美舍河的研究涉及重金属化学性状特征[5]、水质状况[6]、景观植物多样性[7]，而对于美舍河浮游植物群落结构特征的报道尚缺乏系统的研究。该研究以海口市美舍河浮游植物为研究对象，通过野外调查、室内实验等方法，分析沿着河流人为干扰梯度下的浮游植物种类数、细胞密度、多样性指数等指标，并对美舍河的水体环境质量进行评价，为美舍河水生生物多样性保护和生态修复提供基础资料和理论依据。

1 材料与方法

1.1 采样点概况

美舍河地处低纬度热带北缘，其所在区域具有热带海洋性季风气候，其是海口市绿色生态系统的一个关键性、基础性的廊道，从上游的沙坡水库流至和平北路桥东侧，流进海甸溪，最终从新码头归入琼州海峡，流经龙华、琼山、美兰3 个区，除美舍河上游外，河流的中游和下游主要位于城区，受污水直排和底泥污染影响，水环境质量较差。美舍河是海口市的母亲河，全长23.86km，流域面积为50.16 万km2，沿线居民33 万人，占主城区总人口的30%。该文以美舍河流域为研究区域，在上游沙坡水库设置4 个样点，美舍河共设置了10 个采样点，样点的基本信息见表1。

表1 美舍河采样点信息Tab.1 The Sampling Sites Information of Meishe River

1.2 样品的采集与鉴定

浮游植物样品的采集参照《淡水浮游生物研究方法》[8]，其中定性样品的采集使用25#浮游生物网进行采集，使用时在水面下0.5m 左右呈“∞”字状捞取藻类，现场加入浓度为4%～5%的甲醛溶液进行固定；定量样品的采集使用5L 容量的不锈钢采水器，在水面下0.5m 处采集，采集后置于聚乙烯瓶中，用15mL 鲁格氏溶液固定，静置24h 后用吸管小心吸取上清溶液，至样品浓缩为20mL～30mL。浮游植物鉴定时取均匀样品1mL 注入浮游植物计数框中，在光学显微镜下进行观察，浮游植物的鉴定主要参照《中国淡水藻类—系统、分类与生态》[9]。

1.3 数据分析

采用Shannon-Wiener 多样性指数（H’）和Pielou 均匀度指数（J）来描述浮游植物群落结构多样性指数，计算公式如下：

式中，N 为所有个体的总数；ni为第i 种个体数占总个体数的比例；H 为Shannon-Wiener 多样性指数；S为浮游植物总种类数。

表2 基于生物多样性指数的水质评价分级标准Tab.2 Water Quality Assessment Criteria of Diversity Indexes

2 结果

2.1 浮游植物种类组成和丰度变化

采集鉴定浮游植物共89 种，隶属于7 门58 属，种类组成主要集中在绿藻门、硅藻门和蓝藻门这三大门类，其中绿藻门42 种（47.2%）、硅藻门20 种（22.5%）、蓝藻门15 种（16.9%），约占总数的86.6%，而裸藻门6 种（6.7%）、隐藻门3 种（3.4%）、甲藻门2种（2.2%），金藻门1 种（1.1%)占比较少（图1）。

图1 美舍河浮游植物种类组成Fig.1 The Species Composition of Phytoplankton in Meishe River

浮游植物细胞丰度在39.07×104个/ L～7814.01×104个/L 之间，最低值出现在美舍河下游国兴大道段，仅为39.07×104个/L，最高值出现在美舍河上游的沙坡水库，为7814.01×104个/L。从浮游植物组成来看，沙坡水库以蓝藻门为主，占浮游植物细胞丰度的79%～88%之间；美舍河上游的大样村段以绿藻门和蓝藻门为主，占浮游植物细胞丰度的47%和34%；美舍河龙昆南路段以硅藻门和绿藻门为主，占浮游植物细胞丰度的46%和37%；美舍河椰海大道段以隐藻门和绿藻门为主，占浮游植物细胞丰度的36%和30%；美舍河凤翔路段以蓝藻门和绿藻门为主，占浮游植物细胞丰度的61%和35%；美舍河中山路段以隐藻门、蓝藻门、绿藻门为主，占浮游植物细胞丰度的53%、23%和25%；美舍河河口路段以蓝藻门、绿藻门、硅藻门为主，占浮游植物细胞丰度的45%、31%和16%；美舍河国兴大道段和白龙路段均以硅藻门为主，占浮游植物细胞丰度的65%和85%；美舍河文明东段以蓝藻门和绿藻门为主，占浮游植物细胞丰度的41%和38%；美舍河长提路段以蓝藻门为主，占浮游植物细胞丰度的86%。

图2 美舍河浮游植物细胞密度组成Fig.2 The Composition of Phytoplankton Cell Density in Meishe River

2.2 浮游植物优势种

美舍河流域的优势种共有11 种，分别为蓝藻门的细小平裂藻（Merismopedia tenuissima）、加德纳鞘丝藻（Lyngbya gardneri）、细鞘丝藻（Leptolyngbyaceaesp.）、环圈项圈藻（Anabaenopsis circularis）、螺旋鱼腥藻（Anabaena spiroides），硅藻门的梅尼小环藻（Cyclotella meneghiniana）、异极藻（Gomphonemasp.）、谷皮菱形藻（Nitzschia palea），隐藻门的尖尾蓝隐 藻（Chroomonas acuta），绿藻门的球衣藻（Chlamydomonas globosa）和小球藻（Chlorella vulgar）。从空间变化来看，上游以细小平裂藻为主要优势种，中游以梅尼小环藻、尖尾蓝隐藻、小球藻为主，下游以细鞘丝藻和谷皮菱形藻为主。

图3 美舍河浮游植物优势种Fig.3 The Dominant Species of Phytoplankton in Meishe River

2.3 浮游植物多样性指数

浮游植物Shannon-Wiener 指数在0.6～2.43之间波动，平均值为1.79。其中最高值在美舍河龙昆南路段，为2.43；最低值在美舍河长堤路段，为0.6。浮游植物Pielou 均匀度指数在0.29～0.9 之间波动，平均值为0.61。其中最高值在美舍河国兴大道段，为0.9，最低值在美舍河长堤路段，为0.29。

该研究基于浮游植物多样性对美舍河进行水质评价表明，14 个采样点中1 个站点处于重度污染状态，13 个站点处于中度污染，多数样点的水质处于中度污染状态。

2.4 NMDS 排序分析

基于浮游藻类群落结构的排序分析表明（图4），浮游植物群落结构存在一定的空间差异。各样点浮游藻植物群落可分为4 组，一组为美舍河上游的沙坡水库（SP1#、SP2#、SP3#、SP4#），一组为美舍河上游及其中游（MH1#、MH2#、MH3#、MH5#、MH6#），一组为美舍河的下游（7#、8#、9#），一组为美舍河凤翔路段（MH4#）和长堤路段（MH10#）。

图4 基于浮游植物群落结构的NMDS 排序分析(Stress=0.128)Fig.4 The Analysis of Nmds Ordination Based on the Phytoplankton Community Structure

3 结论与讨论

3.1 结论

(1) 美舍河及其上游沙坡水库浮游植物有89种，种类组成以绿藻、硅藻和蓝藻为主。浮游植物群落结构呈现一定的空间变化，优势种主要为广布种如：细小平裂藻、梅尼小环藻、尖尾蓝隐藻、小球藻、细鞘丝藻和谷皮菱形藻。采用浮游植物群落结构特征对美舍河水质评价显示，处于中污染状态。

(2)美舍河上游主要面临农业污染；中游与下游流经居民区，主要面临生活污染。应做好美舍河湿地公园的水生植物的养护，并及时清除植物残体，以避免水体营养盐水平的升高。

3.2 讨论

美舍河浮游植物种类数呈现出上游较多、下游较少的空间变化格局。美舍河上游为沙坡水库，水库水体相对河流较为稳定，为浮游植物的生长创造了适宜的条件，因此浮游植物种类丰富，细胞丰度较大，而美舍河下游周边环境主要为居民区，河流渠道化严重，受生活污水排放的影响[5]，水体透明度低，光照条件弱，不适宜浮游植物的生长。该研究期间美舍河蓝藻门、硅藻门、绿藻门的种类为浮游植物群落丰度组成的主要贡献类群，与国内外河流丰水期浮游植物群落结构组成较为一致[10-12]。

浮游植物优势种的种类组成及其优势度对群落结构的稳定性有着重要的作用。通常来讲，优势种优势度低且种类数越多，群落结构越稳定、复杂。美舍河浮游植物优势种从上游到下游呈现出种类数越来越少，优势度逐渐增大的趋势，这也说明了浮游植物群落结构由稳定、复杂到不稳定、简单的空间变化。浮游植物优势种多为广布种，细小平裂藻在美舍河上游、中游水体均为优势种，该种被认为是富营养化水体的种类[13]，且在湖泊中尤其是夏季易成为优势种[14]。钱志萍等[15]研究发现，细小平裂藻在高温、高光照的条件下易达到最佳生长状态。

隐藻类能耐受低光的环境，且生态位宽度较大，分布范围广，其中尖尾蓝隐藻在美舍河中游成为优势种类，分布广的物种通常被认为具有较宽的生态位，其利用资源的能力和多样化程度较高，竞争能力较强。鞭毛藻类借助鞭毛的游动，可以主动寻找适宜的生长环境，使其快速增长[16]。谷皮菱形藻在美舍河下游占据一定的优势地位，下游的河道人口活动密集主要是受生活污水的影响，透光度低，光线成为限制藻类生长的主要因子[17]。谷皮菱形藻作为环境污染指示种，其密度增加与水体的高沉积物和总磷含量相关。通过该研究来看可将细小平裂藻、隐藻类等作为水体生态环境管理的生态指示物种，控制该藻类种群的生长，有效维护美舍河水体的生态健康。

城市内河水体交换和自净能力较差，且受人类活动的感染，如生活污水的排放。多数研究表明城市河流处于中度到重度污染的状态[18]。也有一些研究表明，基于生物多样性指数的水质评价更适用于湖泊、河流等浅水水体，而在进行深水水库的水质评价时存在局限性。从总体来看，沙坡水库和美舍河上游河段具有较高的连通性，但是浮游植物群落结构也不相同，这可能是由于生境条件的变化，进而导致藻类群落结构的不同。

NMDS 排序分析结果显示，美舍河凤翔路段（MH4#）和下游的长堤路（MH10#）分别位于排序图的最左侧和最上侧，其原因可能是，凤翔路美舍河湿地公园中各类水湿生植物对水中的污染物质进行净化[7]，浮游植物优势种主要以球衣藻、细鞘丝、细小平裂藻为主。而位于下游的长堤路段由于受海淀河的倒灌影响，而为细鞘丝藻提供了有利的生长环境[19]。