汉江集家嘴2017~2019年浮游植物变化研究

卢云黎 王琪 罗春艳

摘要：为了收集自然河流中浮游植物群落结构变化的基础资料，研究影响其群落结构的因子，同时为汉江水华的防治工作提供基础数据，2017～2019年对汉江集家嘴断面浮游植物和部分理化因子进行逐月监测。结果表明：集家嘴断面浮游植物密度、群落结构及多样性指标存在季节和年际变化，但是差异性不明显。春季浮游植物密度最大，冬季浮游植物密度最小。全年优势种为硅藻，春季密度最大。蓝藻夏季密度最大，绿藻夏季和秋季密度较大。通过Pearson相关性分析，硅藻和氨氮正相关，蓝藻和亚硝态氮正相关，绿藻和水温正相关，和硝态氮负相关。水温、氮含量对不同藻种存在不同程度的影响。

关键词：浮游植物;藻类;理化因子;汉江集家嘴

中图法分类号：X52 文献标志码：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.05.011

文章编号：1006 - 0081（2021）05 - 0043 - 06

浮游植物作为水生态系统的初级生产者，种类繁多、个体较小，对于环境的变化较敏感，能及时反映水域生态环境情况，其群落组成、丰度、多样性等群落水平指标能用于评价水质污染状况和水体营养水平[1-2]。2000年以来，欧盟国家在“水框架指导令”的推动下，已经开始按照河流的不同类型分别进行健康评估和保护，但是各国采用的指标因河流特征的不同而存在差异[3]。我国大型河流评价尚处于研究阶段，目前适应我国内陆河流健康评价的标准尚未建立，对河流水生态系统中浮游植物基础数据进行收集十分必要。

汉江是长江的第一大支流，汉江中下游主要经过襄阳、钟祥、沙洋、潜江、仙桃和汉川等城镇，最后在武汉市龙王庙汇入长江。

近年来，随着汉江平原经济的加速发展，污染负荷增大，冬春季节经常发生硅藻水华[4-6]。已有研究表明：气温偏高、持续日照等水文气象条件以及营养盐[7-9]等和水华的发生密切相关。从2017年开始对汉江集家嘴断面的浮游植物、部分理化因子进行逐月监测，所得数据可作为基础资料，用于研究该区域浮游植物变化趋势及影响因子，为汉江水华的防治工作奠定基础。

1 材料与方法

1.1 采样断面

集家嘴断面位于湖北省武汉市硚口区集家嘴，是国家重点水质基本断面，为汉江入长江河口控制断面。该断面监测河段较为顺直，其间无支流汇入，下游约0.8 km处汉江汇入长江，断面位置见图1。本研究采用2017～2019年集家嘴断面水温、pH值、电导率、溶解氧、悬浮物、高锰酸盐指数、总磷、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、氨氮、浮游植物数量等监测数据，对该断面浮游植物变化趋势进行分析研究。

1.2 样品采集与测定

1.2.1 采样频次

2017～2019年每月采集水温、pH值、电导率、溶解氧、悬浮物、高锰酸盐指数、总磷、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、氨氮、浮游植物。

1.2.2 理化因子

现场检测水温、pH值、电导率、溶解氧。集家嘴断面设置3条垂线，分别采集表层水样（水面下0.5 m），带回实验室按国家或行业标准方法对悬浮物、高锰酸盐指数、总磷、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、氨氮进行检测。

1.2.3 浮游植物

浮游植物样品采样参照SL167-2014《水库渔业资源调查规范》，定性样品使用25号浮游生物网在表层呈“∞”形缓慢拖拽采集。定量采集每条垂线表层水样等量混匀后取1 000 mL，加入水样体积1%的鲁哥试剂固定，回实验室后导入沉降器，沉淀24 h，虹吸去除上清液，将水样浓缩定容至50 mL。

通过光学显微镜，用定性样品鉴定浮游植物种类，优势种鉴定到种。用定量样品通过0.1 mL计数框对浮游植物进行计数，每瓶样品计数2次，取平均值。

1.3 数据统计与分析

以Origin8统计浮游植物定量数据并绘制图表。利用SPSS19.0软件，以Pearson相关性系数进行双侧检验，分析浮游植物密度与理化因子的相关性。浮游植物物种多样性采用丰富度指数、多样性指数、均匀度指数进行分析 [10]：

2 结果与分析

2.1 浮游植物种类与密度组成

2017年共鉴定浮游植物7门，30种，其中，硅藻门13种、绿藻门7种、蓝藻门2种、甲藻门4种、裸藻门2种、隐藻门1种、金藻门1种。2018年共鉴定浮游植物5门，24种，其中，硅藻门11种、绿藻门8种、蓝藻门3种、甲藻门1种、裸藻门1种。2019年共鉴定浮游植物5门，28种，其中，硅藻门9种、绿藻门11种、蓝藻门5种、甲藻门1种、裸藻门2种。

统计2017～2019年集家嘴断面浮游植物数量，并逐月进行比较（图2），每月柱状图中，左为2017年浮游植物数量，中为2018年浮游植物数量，右为2019年浮游植物数量。由图2可知，该断面不同年份各月浮游植物数量差异性较大，其中2018年3月因汉江发生硅藻水华，集家嘴斷面浮游植物总数达到1.87×106 cells/L。2017全年浮游植物数量年均值为1.0×105 cells/L，2018年和2019年均值为3.0×105 cells/L。

由浮游植物数量统计可以看出，集家嘴断面硅藻门浮游植物数量占比较大，比较2017～2019年该断面硅藻门浮游植物组成（图3）可知，直链藻属（Melosira）、小环藻属（Cyclotella）、冠盘藻属（Stephanodiscus）占比较大，其次为针杆藻属（Synedra）和星杆藻属（Asterionella）。统计硅藻门各种属不同年份出现的频次（表1），直链藻属（Melosira）、小环藻属（Cyclotella）全年出现的频次较高，其次为针杆藻属（Synedra）、舟形藻属（Navicula）。

2.2 浮游植物优势种

按不同年份和不同季节统计集家嘴断面浮游植物优势度。

2017～2019年集家嘴断面优势种涵盖硅藻门、蓝藻门、绿藻门。其中，硅藻门的直链藻属（Melosira）、小环藻属（Cyclotella），蓝藻门的伪鱼腥藻属（Pseudoanabaena）优势度均大于0.1。2019年除一直占据优势的硅藻门，蓝藻门和绿藻门出现优势种。

集家嘴断面不同季节浮游植物优势种类存在一定差异，春季和冬季主要为硅藻门，夏季和秋季蓝藻门和绿藻门出现优势种。硅藻门中直链藻属（Melosira）在夏季和秋季优势度较高，小环藻属（Cyclotella）在春季和冬季优势度较高;蓝藻门夏季、秋季优势种主要为颤藻属（Oscillatoria）;绿藻门夏季和秋季均有优势种但种类不同。

2.3 浮游植物多样性

采用丰富度指数、多样性指数和均匀度指数对不同季节集家嘴断面浮游植物物种的多样性进行分析，集家嘴断面不同季节浮游植物物种多样性差异不大，不同季节多样性指标数据见表4。丰富度指数（D）最大值出现在2018年2月和4月，最小值出现在2018年12月;多样性指数（H）最大值出现在2017年4月，最小值出现在2018年12月;均匀度指数（J）最大值出现在2017年5月，最小值出现在2019年6月。

2.4 理化因子与浮游植物密度的关系

统计2017～2019年集家嘴断面各月理化因子的变化范围及全年均值（表5），将理化因子和该断面硅藻门、蓝藻门、绿藻门浮游植物数量进行Pearson相关性分析（表6～8）。

集家嘴断面2017～2019年各理化因子区间范围和均值差异性不大。水温夏季增高，冬季降低;溶解氧夏季降低，冬季增高;亚硝酸盐氮含量夏季增高，冬季降低;硝酸盐氮含量夏季降低，冬季增高;氨氮含量冬季增高，夏季降低。根据相关性分析，硅藻数量和氨氮正相关，蓝藻数量和亚硝酸盐氮正相关，绿藻数量和水温正相关，和硝酸盐氮负相关。对于3种藻类，各理化因子之间，水温和溶解氧、硝酸盐氮、氨氮负相关，和亚硝酸盐氮正相关;氨氮和水温负相关，和溶解氧正相关;亚硝酸盐氮和水温正相关，和溶解氧、硝酸盐氮负相关;硝酸盐氮和水温、亚硝酸盐氮负相关，和高锰酸盐指数、溶解氧正相关。

3 讨 论

3.1 浮游植物群落结构

2017～2019年集家嘴断面浮游植物的优势种主要为硅藻门的直链藻属（Melosira）和小环藻属（Cyclotella），蓝藻门的颤藻属（Oscillatoria）和伪鱼腥藻属（Pseudoanabaena），绿藻门的集星藻属（Actinastrum）和盘星藻属（Pediastrum）。春季和冬季的优势种为硅藻，主要为小环藻属（Cyclotella），小环藻数量秋季增多春季减少;夏季和秋季硅藻门中直链藻属（Melosira）优势度较大;夏季蓝藻繁殖增多，其中蓝藻门的伪鱼腥藻属（Pseudoanabaena）优势度明显增大;秋季适宜绿藻繁殖，绿藻门的集星藻属（Actinastrum）优势度增强。

2019年集家嘴断面浮游植物年均数量较前2 a有所增加，硅藻仍为全年优势种群，蓝藻和绿藻的生长季节性特征明显，蓝藻门和硅藻门物种种类较之前有所增多。

3.2 浮游植物群落结构与理化因子关系

本研究通过相关性分析发现，浮游植物不同种属和不同的理化因子具有相关性。硅藻数量和氨氮含量正相关，而氨氮和水温负相关，因而水温较低且氨氮较高的春季硅藻大量繁殖，汉江春季时有硅藻水华发生。蓝藻数量和亚硝态氮正相关，而亚硝态氮和水温正相关、和硝态氮负相关，因而蓝藻在亚硝态氮较高的夏季出现明显的增长趋势。绿藻数量和水温正相关、和硝态氮负相关，因而绿藻在夏、秋季节出现较多，在硝态氮含量更高的秋季优势度较明显。

4 結 论

本文通过对2017～2019年逐月采集到的汉江集家嘴断面水样进行理化因子和浮游植物群落分析，研究浮游植物群落结构的变化趋势及其与主要理化因子之间的关系，得到以下结论：

（1）集家嘴断面浮游植物密度，群落结构及多样性指标存在一定的季节和年际变化，但是差异性不明显。

（2）集家嘴断面全年优势种为硅藻，春季和冬季硅藻优势明显，夏季和秋季蓝藻及绿藻具有一定优势。春季浮游植物密度最大，冬季浮游植物密度最小。硅藻春季密度最大，蓝藻夏季密度最大，绿藻夏季和秋季密度较大。

（3）通过Pearson相关性分析发现，理化因子对浮游植物群落结构有一定的影响。硅藻和氨氮正相关，氨氮含量较高的春季大量繁殖;蓝藻和亚硝态氮正相关，亚硝态氮含量较高的夏季大量繁殖;绿藻和水温正相关，和硝态氮负相关，因此在夏、秋季节出现增长。

参考文献：

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（编辑：李 慧）

Abstract： In order to collect the basic data of phytoplankton community structure change in the natural rivers and study the factors affecting the community structure to provide basic data for the prevention and control of water bloom in the Hanjiang River， phytoplankton and some physical and chemical factors of Jijiazui cross-section of the Hanjiang River were monitored monthly from 2017 to 2019. The results showed that the phytoplankton density， community structure and diversity index of Jijiazui cross-section had seasonal and annual changes， but the difference was not obvious. The density of phytoplankton was the highest in spring and the lowest in winter. Diatom was the dominant species in whole year， and the density was the highest in spring. The density of cyanobacteria was the highest in summer， and the density of green algae was higher in summer and autumn. The Pearson correlation analysis showed that diatom was positively correlated with ammonia nitrogen， cyanobacteria was positively correlated with nitrite nitrogen， green algae was positively correlated with water temperature and negatively correlated with nitrate nitrogen. The effects of water temperature and nitrogen content on different algae species varied.

Key words： phytoplankton; algae; physical and chemical factors; Hanjiang River