钱塘江中下游浮游植物时空分布特征及其影响因子

施礼科 ,王斌梁 ,叶键 ,王力 ,陈喆 ,郭水荣 ,陈凡∗,李红玉,高迪娜

(1.杭州市农业技术推广中心,浙江 杭州 310017;2.绍兴文理学院,浙江 绍兴 312000;3.杭州钱塘新区农业水利发展服务中心,浙江 杭州 311199)

钱塘江流域位于中国东部,东临东海,地理坐标28°～31°N、117°～122°E,是浙江省流域面积最大的河流。钱塘江有南北两源,均发源于安徽省休宁县。新安江大坝至建德市梅城与兰江交汇处称新安江,下行至萧山闻堰镇浦阳江交汇口处称富春江,闻堰以下称钱塘江。钱塘江流域地处亚热带,流域内海洋性季风气候明显。根据自然条件、水能资源和社会经济特点,干支流的钱塘江开发均以发电为主,兼有防洪、灌溉、航运、给水功能,并有渔业生产效益[1]。

浮游植物作为水生态系统的初级生产者[2],是食物网的基础环节,对维持水域生态系统的平衡起着重要作用[3],并对水域生态系统的物质循环、能量流动和信息交流起着同样重要的作用[4-5]。浮游植物群落结构与环境因子之间有着密切的联系,其密度及多样性指数等群落结构特征是评价水环境的重要标准[6]。浮游植物对环境变化也较为敏感,在环境监测中起着重要作用[7]。深入研究浮游植物的时空变化特征及影响因素,对于水域的生态环境监测及管理具有重要意义。

本文围绕钱塘江浮游植物种类的组成、密度、生物量、多样性指数的时空变化以及物种与环境因子的关系等展开研究,旨在为保护钱塘江生物多样性、维持渔业生产、控制富营养化提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 样品采集

分别于春季 (5 月)、夏季 (7 月)、秋季 (10月)、冬季 (12 月) 在钱塘江采集水样及浮游植物样品,为能全面系统地表征钱塘江浮游植物的分布状况,在干流多个区段设置了富春江三江口(S1)、富春江富阳大桥 (S2)、富春江富阳太平镇(S3)、钱塘江西湖区白鸟渡 (S4)、钱塘江萧山区闻家堰 (S5)、钱塘江大桥 (S6) 共6 个采样点。

1.2 数据分析和处理

1.2.1 浮游植物分析

浮游植物采样、种类鉴定和计数、现存量计算等方法参照 《内陆水域渔业自然资源调查手册》和 《中国淡水藻类——系统、分类及生态》 等,主要依据形态学分类方法进行浮游植物分类鉴定[8-9]。

1.2.2 环境因子测定

指标主要包括水温、pH、透明度、悬浮物、高锰酸盐指数、氨氮、总磷、总大肠菌群和叶绿素a,测定方法参照GB 11607—89 《渔业水质标准》和GB 3838—2002 《地表水环境质量标准》 进行。

1.2.3 多样性水平分析方法

采用香农-维纳多样性指数 (Shannon-Wiener index,H′) 计算群落的丰富度和多样性[10-11],计算公式为:

式中,ni为样品中第i种浮游植物的个体数;N为样品中浮游植物所有种类总个体数。

1.2.4 典范对应分析

采用Canoco for Windows 4.5 软件对物种数据和环境数据进行典范对应分析,得到物种在环境中的分布,及与环境因子的相关性结果,排序结果用物种-环境因子关系的双序图表示[12]。

2 结果与分析

2.1 种类组成

对钱塘江水域常年监测点进行1 a 的采样调查,共发现浮游植物6 门89 种 (属) (表1)。表2 显示,硅藻门种类数最多,共计42 种 (属),占藻类总种数的47.19%,其次依次为绿藻门、裸藻门、蓝藻门、隐藻门、甲藻门。

表1 钱塘江水域各监测站点浮游植物种类组成

表2 钱塘江水域浮游植物种类组成

2.2 密度与生物量

钱塘江水域各监测点浮游植物密度和生物量如表3 所示。监测点平均浮游植物密度为12.2×104cell·L-1,平均生物量为0.240 5 mg·L-1。浮游生物密度和生物量最高的为秋季富春江三江口站点,分别为79.1×104cell·L-1和2.362 1 mg·L-1;浮游生物密度和生物量最低的为秋季富春江富阳太平镇站点,分别为0.4×104cell·L-1和0.000 1 mg·L-1。

表3 各监测站点浮游植物密度及生物量

2.3 环境因子

钱塘江流域各监测点环境因子变化见表4。环境因子包括 pH、T(温度)、SD (透明度)、COMMn(高锰酸盐指数)、DO (溶解氧)、SS (悬浮物)、TP (总磷)、NH3-N (氨氮)、E.co (总大肠菌群)、Chla (叶绿素a)。

表4 钱塘江水域各监测站点环境因子

2.4 生物多样性指数

由表5 可知,6 个监测站点的生物多样性指数全年平均为0.931。从空间分布水平看,富春江富阳太平镇多样性指数最高,为1.096;萧山区闻家堰多样性指数最低,为0.818。从时间分布水平看,夏季最高,为1.048;秋季最低,为0.733。其中,浮游生物密度和生物量最高的是秋季的富春江三江口站点,生物多样性指数仅为0.699 (图1),低于平均水平。

图1 富春江三江口 (S1) 四季生物多样性指数及颗粒直链藻密度、生物量

表5 钱塘江水域各监测站点浮游植物生物多样性指数

2.5 浮游植物与环境因子关系的典范对应分析

分别在春、夏、秋、冬季节对六大藻类的不同季节浮游植物相对密度和环境因子进行典范对应分析。图2 显示,影响钱塘江流域浮游植物数量及分布的主要因子是pH、氨氮和高锰酸盐指数。

图2 典范对应分析结果

3 讨论

对钱塘江中下游6 个监测点调查,共发现浮游植物6 门89 种 (属),其中,硅藻门种类数最多,为42 种 (属),占藻类总种数的47.19%;其次是绿藻门种属数为20 种 (属),占藻类总种数的22.47%;硅藻门和绿藻门占到藻类总种数的近70%,处于绝对优势地位,与国内许多河流浮游植物的结构组成相似[13-15]。

浮游生物密度和生物量最高值均出现在为秋季的富春江三江口站点 (S1),分别为79.125×104cell·L-1和2.362 1 mg·L-1,而生物多样性指数却只有0.699,远低于平均水平。其中,颗粒直链藻密度和生物量为26.25×104cell·L-1和0.787 5 mg·L-1,分别占总量的33.18%和33.34%,颗粒直链藻隶属于硅藻门,在世界范围广泛分布,是江河、湖泊和水库等各种内陆淡水系统中的常见优势种[16-21]。颗粒直链藻对水环境变化非常敏感,易受水温和营养盐等环境条件的影响,在富营养化水体中极易形成优势种群,或发展为水华,也因此成为富营养化水体及污染水体的典型指示藻种[22-23]。颗粒直链藻的大量出现说明该监测站点秋季水体富营养化程度比较严重。该站点地理位置较为特殊,地处新安江与兰江交汇处,受上游人类的生产生活排污等活动的影响较大,加上交汇处水流情况较为复杂,更易引起上下水层之间的流动,将底部沉积物中聚集的有机物质搅动起来造成水体的富营养化。类似于富春江三江口 (S1) 的情况,同样也出现在钱塘江萧山区闻家堰 (S5) 和钱江大桥一桥 (S6),2 个站点也出现秋季浮游植物多样性指数明显降低的情况。经分析,钱塘江萧山区闻家堰(S5) 站点秋季细弱圆筛藻 (Coscinodiscussubtilis)密度及生物量明显偏高,钱江大桥一桥 (S6) 站点小环藻属 1 种 (Cyclotella) 和虹彩圆筛藻(Coscinodiscusoculus-iridis) 密度及生物量明显偏高。

浮游植物群落分布影响因素多且较为复杂,钱塘江整体流量较大,水文水质环境变化较快,加之监测站点分布跨度较大,导致采样时间间隔较大且不固定,对分析浮游植物群落构成的空间分布规律及季节变化规律都造成一定程度的干扰,所以还需对钱塘江流域浮游植物群落分布及影响因子进行持续研究。