阿坝州黄河流域浮游植物群落结构与水质评价

刘浩翔，胡佳祥，王雄延，张植元，陈 娇，苏 丹，刘荣军，杨绍平

(四川水利职业技术学院，四川 崇州，611231)

前言

黄河是我国第二大河流，是我国西北和华北地区极为重要的水资源，在青海境内干流全长1694km，流域面积为1.21×105km2[1]。黄河上游干流与其黑、白河两条支流为多种高原珍稀、名贵、特有的鱼类提供重要的产卵、索饵和越冬场所[2-3]，是我国高原水生生物宝贵的种质资源库。白河是黄河上游的大支流之一，位于四川北部阿坝藏族自治州境内，发源于红原县壤口乡与刷经寺镇之间，北流入若尔盖县，在唐克镇北约7km处流入黄河，长约150km，形成九曲黄河第一弯；与之相邻的黑河同属黄河上游大支流之一，位于黄河流域最南部，流经川北若尔盖高原。两河分水岭低矮，无明显流域界，存在同谷异水的景观，加之流域特性基本相同，与白河一起被称为“姊妹河”。

浮游植物是水体主要的初级生产者，是水生态系统的重要组成部分[4]，具有分布范围广，生活周期短等特点[5]，其群落结构的组成，数量分布，以及相对应的物种多样性与丰富度变化会直接影响到湖泊生态系统的结构与功能，具有维持水生态系统平衡的重要作用[6]。浮游植物群落结构与环境之间关系密切，水体环境的变化会直接影响浮游植物群落结构的变化，因此，可以通过研究此变化对水体的水质情况进行一定的评估[7-10]。目前，已经有较多国内外学者从浮游植物群落结构与环境因子相互作用的关系[11-12]以及利用浮游植物进行水质评价等方面进行了大量研究[13-14]。

由于黄河上游干流与黑白两支流河流均是高原水体，其生态系统相对较为脆弱[15-16]，流域生态系统服务功能有着极其重要的存在价值，因此，对该水体进行科学系统评估，是对其生态系统健康状况开展流域的污染源针对性治理、修复退化的生态系统、保护生态功能、建立合理的生态流域补偿机制和实施流域生态健康监管等工作的前提基础。目前，关于黄河上游浮游植物相关报道较少[17-18]，本文对阿坝州黄河流域干支流浮游植物的群落结构组成、数量、生物量进行调查，并利用Shannon-Wiener多样性指数与Margalef丰富度指数进行综合分析，科学评估黄河上游干流以及支流的浮游植物群落及其水质状况，以期为黄河上游水体生态环境保护、修复以及水资源合理利用提供重要的基础资料和理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域概括及样点设置

黄河发源于青海省巴颜喀拉山麓的约古宗列盆地。黄河从河源而下，向南东方向经青海的玛多、达日、岗龙、门堂、木西合(甘肃)，到达四川阿坝州边缘，经四川省阿坝县、若尔盖县后，于玛曲县黑河口处出境进入甘肃境内，阿坝州黄河流域总面积为1.7万km2。本研究在黄河上游干流及其两条支流黑、白河共设置采样点，分别是白河唐克镇、白河汇合处、白河红原阿木乡、白河月亮湾、黑河君临圣地、黑河牧场、黄河干流延丹村段等7个采样点。

1.2 水体理化指标测定

水质的各项指标均参考《水和废水监测分析方法》(第四版)[19]进行检测。水质指标除了亚硝酸盐均与浮游植物采集在现场测定；水温、pH、溶解氧利用美国YSI多参数水质检测仪测定；透明度利用萨氏透明度盘测定；利用浊度计(CN60M-200)检测水体浊度；水体流速利用LS300-A流速仪测定；将水样带回实验室利用紫外-可见分光光度法进行测定。

1.3 浮游植物数据收集与处理

1.3.1 浮游植物的样品采集

用25号浮游生物网在水面和0.5m深的水层中，作“∞”字形循环缓慢拖网约5min采样，再经过过滤、清洗后装入定性的样本瓶中。定量样本通过容量为5L的采水器采集不同水层水样并混合，取50L水样，通过25号浮游生物网过滤，清洗完成后装入定量样本瓶。现场将采集好的水样根据样品体积1.5%加入鲁哥试剂固定，再加入5%的福尔马林溶液保存样本。所有样本采集完毕后，带回实验室，在10×40的光学显微镜下对水体的浮游植物进行种类鉴定和计数，藻类的分类鉴定依据《中国淡水藻类——系统、分类及生态》[20]。

1.3.2 浮游植物密度及生物量

浮游植物密度N利用以下公式计算：

式中，Cs——计数框面积(mm2)；

Fs——每个视野的面积(mm2)；

Fn——计数过的视野数；

V——1L水样经沉淀浓缩后的体积(mL)；

U——计数框的体积(mL)；

Pn——每片计算出的浮游植物个数。

1.3.3 各采样点多样性指数

浮游植物多样性指数评价见表1，物种数量包括底栖动物的物种密度及生物量，优势种采用计算优势物种优势度(Y)，生物多样性指数为Shannon-Wiener多样性指数、Margalef丰富度指数(R)：

Y=Pi×fi

Pi=ni/N

式中，Pi为第i类底栖动物的个体数目ni占底栖动物个体数目N的比例；fi为第i种在各个采样点出现的频率；Y≥0.02，表示该物种为优势种；S为采集点的物种总数。

表1 浮游植物多样性指数评价标准

2 结果与分析

2.1 水体理化指标及水质评价

黄河上游干流及其支流黑、白河7个采样点各常规理化指标结果如表2，透明度、pH、溶解氧等3个指标在各河段之间变化不明显，变异系数为1.826%～9.057%；水温、浊度、亚硝酸盐、流速等4个指标在各个河段之间变化较为明显，变异系数为11.701%～24.562%。根据《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)，该水体水质指标位于Ⅱ类水质范围。

表2 黄河上游干流及其支流黑、白河各采样点水质指标

2.2 浮游植物种类组成及优势种

统计分析结果显示，共发现浮游植物7门31科63属128种，隶属于硅藻门(Bacillariophyta)、绿藻门(Chlorophyta)、蓝藻门(Cyanophyta)、裸藻门(Euglenophyta)、隐藻门(Cryptophyta)、金藻门(Chrysophyta)、黄藻门(Xanthophyta)(见图1)。其中硅藻门种类数最多，共9科26属81种，占总种类数的63.281%；绿藻门种类数其次，共11科19属23种，占总种类数的17.969%；蓝藻门共2科7属12种，占总种类数的11.719%；裸藻门1科2属3种，占总种类数的2.344%：甲藻门1科1属1种，占总种类数的0.781%；隐藻门1科2属3种，占总种类数的2.344%；金藻门2科2属2种，占总种类数的1.563%(见图2)。五个采样点优势种主要为中型脆杆藻(Fragilaria intermedia)、克洛脆杆藻(Fragilaria crotonensis)、尖针杆藻(Synedra acusvar)、肘状针杆藻(Synedra ulna)、短小曲壳藻(Achnanthes exigua)、线型双菱藻(Surirella linenris)、微型舟形藻(Navicula sutminiscula)、普通水绵(Spirogyra communis)，属于硅-绿藻型水体。

图1 阿坝州黄河流域各采样点浮游植物种类组成

由图2可得，7个采样点中白河汇合处河段藻类种数最多，共计60种，而白河红原阿木乡河段藻类种类数最少，仅发现25种。在白河唐克镇、白河红原阿木乡和白河月亮湾河段未见甲藻门、隐藻门、金藻门藻类；在白河汇合处、黑河牧场和黄河干流延丹村河段未见甲藻门藻类；黑河君临圣地河段未见金藻门藻类。绿藻门、硅藻门与蓝藻门在各河段分布较为均匀。

图2 阿坝州黄河流域各采样点浮游植物种类分布

2.3 浮游植物密度与生物量

浮游植物密度及生物量计算结果表明，白河各门类浮游植物平均密度变化范围为0.0073×103ind./L～7.9598×103ind./L，各样点总平均密度为9.4328×103ind./L。其中，硅藻门藻类的密度最高，为7.9598×103ind./L，占总平均密度的84.38%；绿藻门次之，其平均密度为0.6875×103ind./L，占总平均密度的7.29%；其次为蓝藻门，平均密度为0.6384×103ind./L，占总平均密度的6.77%；而隐藻门、裸藻门、金藻门和甲藻门的平均密度均较低，分别占总平均密度的0.595%、0.459%、0.428%与0.077%(见图3)。各样点浮游植物总平均密度(9.4378×103ind./L)均小于3×105ind./L，根据藻类密度科初步认为黄河上游干流以及支流白河、黑河水体处于贫营养状态。

图3 阿坝州黄河流域各采样点浮游植物密度分布

白河江段浮游植物各藻门平均生物量介于0.00002mg/L～0.01465mg/L之间，各样点总平均生物量为0.01521mg/L。其中硅藻门平均生物量最大，而金藻门平均生物量最小。总体而言，绿藻门、硅藻门、隐藻门和蓝藻门藻类平均生物量占比最大，分别为总平均生物量的96.316%、2.085%、0.671%和0.406%；金藻门、裸藻门和甲藻门的平均生物量均较低，各门类的平均生物量占总平均生物量的比例均小于0.2%，介于0.135%～0.192%(见图4)。

图4 阿坝州黄河流域各采样点浮游植物生物量分布

2.4 浮游植物多样性指数及水质评价

浮游植物多样性指数处理结果如表3，7个采样点间的变化均不明显(表)。其中，H处于1.82～3.01之间，平均值为2.57，最大值出现在黑河君临圣地(3.01)，最小值出现在白河汇合处(1.82)；R介于2.98～5.95之间，平均值为4.73，最大值在白河汇合处(5.95)，最小值在白河红原阿木乡(2.98)(表3)。本研究结果表明，除了黑河君临圣地H大于3，其余6个点H均小于3，其中白河汇合处H为1.82，R除了白河红原阿木乡其余均大于4，再结合前述的水质理化指标，初步判断黄河上游干流及其两条支流黑、白河水体处于轻污染状态。

表3 浮游植物Shannon-Wiener多样性指数与Marglef丰富度指数

3 讨论

浮游植物是水体的初级生产者，对水体污染物反应迅速，且群落结构变化特征对水体变化情况有一定指示作用[21-22]。相关研究表明，浮游植物中的优势类群对水体的营养化程度具有一定的指示作用[23-24]，例如，硅藻门藻类在中贫营养型水体中通常为优势类群，而绿藻门藻类在富营养水体中往往是优势类群[25-26]。本文调查的黄河上游干流及其两条支流黑、白河均为高海拔水体，海拔的升高会导致水域温度降低，水体中的各类营养物质的溶解度、离解度和分解率等理化过程会有一定程度的下降，浮游藻类光合作用的酶促反应以及呼吸作用强度降低，直接或间接影响藻类的增殖，物种的丰富度也会随之降低[27-28]。本研究共鉴定出包括硅藻、绿藻、蓝藻、金藻、甲藻、隐藻和裸藻在内的浮游植物共7门31科63属128种，其中优势种8种，分别是中型脆杆藻(Fragilaria intermedia)、克洛脆杆藻(Fragilaria crotonensis)、尖针杆藻(Synedra acusvar)、肘状针杆藻(Synedra ulna)、短小曲壳藻(Achnanthes exigua)、线型双菱藻(Surirella linenris)、微型舟形藻(Navicula sutminiscula)、普通水绵(Spirogyra communis)，该水体浮游植物属硅-绿藻型，硅藻门藻类为绝对优势类群，这可能与硅藻门藻类多为狭冷性物种，适合生活在较冷的环境中有关[29]，其次是绿藻与蓝藻门藻类，这与陈燕琴等[30]对黄河支流泽曲河、张军燕等[31]对黄河上游玛曲段以及高桂香等[32]对察汗乌苏河浮游植物调查研究结果相似。浮游植物种类、数量以及生物量分析结果均体现了较为典型的高原贫营养型水体特征[33]。

通过水质指标、浮游植物Shannon-Wiener多样性指数与Marglef丰富度指数综合分析结果显示，黄河上游干流及其两条支流黑、白河水体呈现溶氧与透明度偏高、水温低、流速快等特点，属于II类水质范围，该水体处于轻度污染，贫营养化的状态。

就整体而言，由于黄河上游干流及两条支流黑、白河地理环境特殊，虽然本研究在调查期间投入大量的人力物力，但由于野外采集条件较为苛刻，仍然存在采样点偏少，采集频率偏低等不足之处。但是，由于黄河上游干流及两条支流黑、白河的浮游植物群落结构与水质调查研究未见系统的报道，因此本研究能初步展现黄河上游干流及其支流水域的生态现状，同时可以为黄河上游水域水生态环境保护提供基础资料和本底数据，在接下来的工作中进行更深入的研究，为该区域水环境的保护提供更全面、更科学的依据。