长江干流湖北段浮游藻类群落结构特征

长江干流湖北段浮游藻类群落结构特征
王岳;夏爽;裴国凤
【摘要】Community structure of the phytoplankton in the mainstream of the Yangtze River in Hubei was investigated during May to June, 2014. A total of 57 sampling sites were laid out between the Sanjiang Bridge of Yichang and Xinzhou of Huangmei for sampling of phytoplankton. Results show that 11 genera of 4 families of Cyanophyta, 17 genera of 8 fami-lies of Chlorophyta and 140 species 30 genera of 10 families of Bacillariophyta were gathered and identified. Bacillariophy-ta, dominated with Cyclotella, was the most abundant in the phytoplankton community and followed by Cryptophyta, Cya-nophyta and Chlorophyta. With the water flowing from upstream to downstream, the proportion of Bacillariophyta reduced gradually, while the proportion of Cryptophyta increased and the proportions of Cyanophyta and Chlorophyta are remained almost unchanged. The average cell density was the highest at the sampling sites between the estuary of the Songzi River and the Zhongzhou River bend (Section B) (about 7. 4×106 L-1), lower between Shanjiangkou and the Zhicheng Bridge (Section A) (3. 0×106 L-1) and the lowest between the Dongting Lake Bridge and Xinzhou (Section C). Composition of the phytoplankton varied significantly with velocity of the flow. In the water moderate in flowing velocity, Bacillariophyta dominated, accounting for as high as 70. 0%, in the water low in flowing velocity, Cryptophyta and Bacillariophyta did, being quite close in proportion, 47. 2% and 37. 5%,
respectively, while in the water, rapid in flowing velocity, Crypto-phyta became the dominant one. Taking into account comprehensively the cell density,the Shannon-Weaver biodiversity in-dex and the Pielou evenness index of the phytoplankton, it can be concluded that this section of the Yangtze River is poorly or moderately eutrophied in water quality.%2014年5—6月期间,对长江干流西起宜昌三江桥东至黄梅新洲江段共57个样点的浮游藻类群落特征进行调查. 结果显示,浮游藻类群落组成中,蓝藻( Cyanophyta) 4科11属,绿藻( Chlorophyta) 8科17属,硅藻( Bacilla-riophyta)10科30属140余种. 硅藻的种类组成最丰富,主要优势属是小环藻(Cyclotella spp.),其后依次为隐藻( Cryptophyta)、蓝藻和绿藻. 硅藻所占比例从上游到下游逐渐降低,而隐藻所占比例则逐渐增加,蓝藻和绿藻变化趋势不明显. 从细胞密度来看,宜昌三江口到枝城大桥(A江段)各样点浮游藻类细胞密度相对较低,平均约为3. 0×106 L-1;松滋河口到中洲洄水处(B江段)所有样点细胞密度均相对较高,平均为7. 4×106 L-1;洞庭湖大桥到黄梅新洲(C江段)水体透明度显著下降,细胞密度最低. 不同流态水体中浮游藻类组成明显不同. 中等流速水体中硅藻占据绝对优势,平均比例高达70. 0%. 缓流水体中硅藻比例( 47. 2%)与隐藻比例( 37. 5%)相近,而隐藻是急流水体中的优势门类. 综合细胞密度、Shannon-Weaver多样性指数和Pielou均匀度指数的结果,长江干流湖北段水质主要处于贫中营养状态.
【期刊名称】《生态与农村环境学报》
【年(卷),期】2015(031)006
【总页数】7页(P916-922)
【关键词】长江干流;湖北段;浮游藻类;细胞密度;多样性指数
【作者】王岳;夏爽;裴国凤
【作者单位】中南民族大学生命科学学院, 湖北武汉 430074;中南民族大学生命科学学院, 湖北武汉 430074;中南民族大学生命科学学院, 湖北武汉 430074
【正文语种】中文
【中图分类】Q178.1;X17
浮游藻类是水生态系统重要的初级生产者。

其个体小,结构简单,对栖息环境变化敏感,易受环境中各种因素的影响而在较短时间内发生改变,相对于其他生物类群更能及时反映水域生态系统的变化[1-2]。

硅藻种类多常年分布,标本易保存与鉴定,是水质监测的重要物种。

2000年欧盟水框架指导委员会认为硅藻可作为当前水环境治理中指示营养水平的一个有效生物指标。

20世纪以来,发达国家对大型河流浮游藻类的研究迅速增多。

在欧洲,浮游藻类群落功能分析已在人类活动对大型河流的影响评估中得到应用[3-5],而我国目前对于浮游藻类的研究还主要集中于湖泊和水库[6]。

河流的流动性较大,导致河流和静水生态系统存在一定差别。

特别是大型河流,其流域面积广,流经地区的自然环境和社会经济条件多样,使得其浮游藻类的多样性更加复杂[7]。

长江流域浮游植物群落和多样性的调查研究虽然较多,但大多集中于支流河口和出海口地带[8-11]。

而对于长江干流浮游藻类资源的调查在一定程度上还很匮乏[12]。

因此,建立不同类型河流中浮游藻类的本底特征数据库,构建适合我国河流水生态系统健康评估和监测的浮游藻类指标显得尤为必要[6]。

长江干流湖北段处于长江中游地带,西起宜昌,东至黄冈黄梅县,总长1 038 km,约占长江总长的1/6。

该河段地形多样,河流生境复杂,是体现长江流域水生态环境状况的代表性河段。

为了更好地评估该河段水生态系统的健康状况和完整性,该研究对长江湖北段5—6月浮游藻类群落组成及分布情况进行调查,在了解长江湖北段浮游
藻类分布现状的同时,也为该地区水资源的综合开发利用和水生态环境评估提供一定的科学依据。

1.1 采样点设置
于2014-05-20—06-18,在长江干流湖北段(宜昌到黄梅县)共设置57个采样点(表1、图1)。

根据地形和地理位置,从上游到下游分为A、B和C 3个江段。

其中,A 江段为宜昌三江桥到枝城大桥(1～10号采样点)，B江段为松滋河口到中洲洄水处(11～31号采样点),C江段为洞庭湖大桥至黄梅新洲(32～57号采样点)。

干流采样点离岸边5～10 m,河口采样点设置于支流正中央。

1.2 浮游植物样品采集、处理和计数方法
浮游植物定量样品用有机玻璃采水器采集1 L水样,用10 mL鲁戈氏碘液(Lugol′s solution)现场固定,经24 h沉淀浓缩至30 mL,用0.1 mL浮游植物计数框在
10×40倍光学显微镜下观察计数。

浮游植物定性样品用25号浮游生物网捞取,用φ=5%的福马林溶液固定。

硅藻样品的鉴定用酸处理法预先处理[13]。

采集生物样品的同时,用塞氏盘测定水体透明度,用水银温度计测定水温。

浮游植物种类鉴定主要依据文献[14-15]进行。

1.3 数据分析
浮游植物多样性采用Shannon-Weaver多样性指数(H′)和Pielou均匀度指数(J)分析[16]136。

2.1 浮游藻类种类组成
长江干流湖北段浮游藻类主要由硅藻(Bacillariophyta)、隐藻(Cryptophyta)、蓝藻(Cyanophyta)、绿藻(Chlorophyta)、金藻、裸藻和甲藻等种类组成。

其中,蓝藻2目4科11属,绿藻4目8科17属,硅藻2纲6目10科30属140余种。

浮游藻类以硅藻为主(占52.6%),其后依次为隐藻(占32.6%)、蓝藻(占8.9%)和绿藻(占4.8%),其他门类种类数量相对较少(占1.1%)。

各门类浮游藻类中,硅藻门主要为小
环藻(Cyclotella spp.)和直链藻(Melosira spp.)。

隐藻种类较少,一般为尖尾蓝隐藻(Chroomonasacuta)、啮蚀隐藻(Cryptomonas erosa)、卵形隐藻(Cryptomonas ovata)和膝口藻(Gonyostomum semen)等。

蓝藻优势种类较多,主要有微囊藻(Microcystis spp.)、蓝纤维藻(Dactylococcopsis spp.)、尖头藻(Raphidiopsis spp.)、鞘丝藻(Lyngbya spp.)和平裂藻(Merismopedia spp.)等。

绿藻主要由衣藻(Chlamydomonas spp.)、栅藻(Scenedesmus spp.)和纤维藻(Ankistrodesmus spp.)等组成。

通常认为硅藻和绿藻是温带大型河流中的常见类群[3,17]。

有学者考察发现1980—1981年长江干流浮游藻类数量最多的门类依次为硅藻、绿藻和蓝藻[18]。

此次调查发现长江干流湖北段浮游藻类群落中,硅藻依然是种类数量最大的门类,但隐藻数量已经远远超过绿藻和蓝藻,所占比例较大。

说明该河段水生态环境与一般温带河流有一定差异。

2.2 浮游藻类细胞密度及浮游硅藻分布
长江干流湖北段各样点浮游藻类细胞密度存在一定差异(图2)。

A江段(宜昌三江桥—枝城大桥)各样点细胞密度较低,平均约为3.0×106 L-1;B江段(松滋河口—中洲洄水处)所有样点细胞密度均相对较高,平均为7.4×106 L-1,其中个别样点(石首寡妇夹,25号样点)细胞密度达到14.5×106 L-1;C江段(洞庭湖大桥—黄梅新洲)江水比较浑浊,泥沙较多,透明度明显下降,细胞密度显著降低,约半数样点细胞密度低于1.0×106 L-1,但也有少数几个样点细胞密度极高,变化幅度较大。

此次调查期间,有些样点浮游藻类的种类组成和细胞密度与其附近江段样点明显不同(图2),如清江一桥、松滋河口、陆水河河口、汉江晴川桥、浠水巴河河口、浠水县兰溪河和富水河富池口(8、11、39、43、50、51和56号样点),这些样点皆处于支流河口。

有研究表明河口地区浮游植物组成和初级生产力变化明显[19]。

其中,清江一桥样点(8号)浮游藻类细胞密度较周围样点大幅减小,实地考察发现该江段上游大型化工厂和发电厂可能是导致该结果的主要因素之一;陆水河河口样点(39号)
细胞密度达到1.7×107 L-1,是此次调查中藻类细胞密度最高的样点,主要优势种为
隐藻。

调查结果还显示沙市港务四码头、江陵县城区、公安县周公堤和石首寡妇夹样点(16、20、21和25号)细胞密度也显著高于附近江段样点,这些样点所处地区
人口比较密集,人类活动很可能是导致该差异的主要原因。

如石首寡妇夹(25号样点)上游为石首城区排污口,排放的大量生活污水给藻类的生长提供了较丰富的营养物质。

由于目前还没有具体的河流富营养化藻类丰度评价方法,故参照湖泊富营养化
藻类细胞密度评价方法[20]得出:宜昌三江桥—中洲洄水处(A、B江段)水体为贫中
营养状态,洞庭湖大桥—黄梅新洲(C江段)水体为贫营养型。

分析长江干流湖北段各种藻类的分布,发现硅藻所占比例从上游到下游逐渐降低,而
隐藻所占比例逐渐升高(图3),蓝藻和绿藻变化趋势不明显。

在A、B江段硅藻为主要门类,所占比例平均高达77.4%,隐藻所占比例平均为14.5%;在C江段硅藻所占
比例下降,平均约为23.1%,而隐藻所占比例上升,平均为54.2%。

个别样点如陆水
河河口(39号样点),隐藻所占比例高达62.9%。

分析比较各样点硅藻和隐藻细胞密度,发现硅藻所占比例越高,隐藻所占比例则相对越低。

造成C江段隐藻所占比例上升的主要原因可能是水体中携带大量泥沙导致该江段水体环境透明度较低,而相对
其他藻类,隐藻更适应于低光照、高有机质的水体环境[21]。

目前关于长江干流隐
藻分布的调查不多,在今后的调查研究中应加以关注。

调查发现长江干流湖北段浮游藻类的主要门类为硅藻,隶属于2纲6目10科30属，共计140余种。

硅藻主要优势种有小环藻、变异直链藻(Melosira varians)、美丽星杆藻(Asterionella formosa)、脆杆藻(Fragilaria spp.)、针杆藻(Synedra spp.)、菱形藻(Nitzschia ssp.)和奇异棍形藻(Bacillaria paradoxa)等。

其中,硅藻在A、B 江段占绝对优势:A江段中小环藻和变异直链藻为绝对优势种;而脆杆藻、菱形藻和
奇异棍形藻为常见种类;B江段的主要优势种较多,有小环藻、变异直链藻、脆杆藻、菱形藻、奇异棍形藻和美丽星杆藻。

C江段硅藻优势种为变异直链藻和颗粒直链藻
(Melosira granulata)。

之前一些学者的调查结果显示:1980—1981年长江干流浮游硅藻优势属种为直链藻和菱形藻[18]。

笔者调查结果与之存在差别,说明30多年来长江干流浮游硅藻群落结构发生了变化。

2.3 不同生境下浮游藻类组成差异
依据水体流动的急缓将57个样点分为缓流、流水(中等流速水体)和急流3类。

A、B江段处于荆江地带,河道迂回,多为流水;缓流河段最多,但比较分散,主要分布在B、C江段;急流江段都处于C江段。

在所有采样点中,有1处样点(洪湖螺山船闸,37号)为静水,将其归至缓流;石首寡妇夹、洪湖南门洲洲尾和汉南区沙堡3个洄水样点(25、38和42号)归为流水。

3种流态下浮游藻类细胞密度有明显差别:流水中浮
游藻类细胞密度最大(平均为5.3×106 L-1),急流水体最小(平均为2.6×106 L-1),缓流水体略小于流水水体(4.6×106 L-1),但明显高于急流水体。

图4显示不同流态水体中浮游藻类组成明显不同。

流水和缓流水体中硅藻所占比例均最大(分别为70.0%和47.2%),蓝藻和绿藻相对较少。

流水水体中硅藻占绝对优势,但缓流水体中隐藻所占比例达37.5%,与硅藻比例(47.2%)相差不大。

而在急流水体中隐藻成为优势门类,所占比例达51.0%。

这说明不同流态对浮游藻类的种类组成和细胞密度会有一定
影响。

有研究表明水动力学条件会影响浮游藻类群落结构,如高月香等[22]研究发
现藻类的增殖速度在超过一定阈值后会随着水流流速的增大而减小;李锦秀等[23]
对大宁河的调查研究也得出了同样的结论。

水体透明度和温度的测定结果(表1)显示:A、B江段(1～31号样点)透明度较高,大
多数样点为1.0～1.5,大多数样点温度为15～20 ℃。

个别样点,如清江一桥样点(8号)透明度较高,可达3.0～3.5 m,水温偏低(10～13 ℃),其细胞密度远低于周边样点。

C江段从洞庭湖大桥开始流经江汉平原,河道平直多急流,江水开始携带大量泥沙,水体浑浊,江水透明度急剧下降,透明度极低,大多数样点不足1.0 m,有些样点甚至不足0.5 m。

水温较上游高,大多数样点为20～23 ℃。

C江段浮游藻类细胞密度远远低
于A、B江段,但有部分样点细胞密度较高,如陆水河河口、汉江晴川桥、浠水巴河
河口和富水河富池口样点(39、43、50和56号)。

其中,陆水河河口发生隐藻水华,细胞密度最高,这很可能是由于支流水体营养物质含量较高所致。

有学者研究发现
悬沙对藻类生长有一定影响,悬沙浓度增大会在一定程度上抑制藻类生长[24]。

同时,温度也是影响浮游藻类群落特征的主要环境因子之一。

透明度和温度可能是影
响长江湖北段浮游藻类细胞密度变化的主要因子。

2.4 浮游藻类多样性
长江干流湖北段浮游藻类Shannon-Weaver多样性指数和Pielou均匀度指数的
变化趋势基本一致(图5)。

多样性指数变化范围为1.0～3.0,均匀度指数均大于0.3。

A江段浮游藻类多样性指数和均匀度指数平均值较高,分别为1.6和0.6;而B江段2个指数平均值最低,分别为1.3和0.5;C江段2个指数平均值最高,分别为1.7和0.9。

一般来说,水体所受污染越严重,Shannon-Weaver物种多样性指数就越低。

浮游
藻类种类个体数越接近,Pielou均匀度指数越高,表明水体质量越好,反之则越低。

根据评价标准[16]136,[20]对湖北段水质进行综合评价(评价标准如下:H′>3,轻或无污染；1<H′≤3,中污染；0≤H′≤1,重污染。

0≤J≤0.3,重污染；0.3<H′≤0.5,中污染；0.5<H′≤0.8,轻或无污染),发现A和C江段受污染程度较轻,B江段受污染程度较严重。

该结果与采用细胞密度法评价得出的富营养化水平结果基本一致。

长江干流湖北段浮游藻类群落主要由硅藻、隐藻、蓝藻和绿藻组成,其他门类较少。

其中,硅藻所占比例最大,种类最丰富,主要优势种为小环藻;其后依次为隐藻、蓝藻和绿藻。

从上游到下游,硅藻所占比例逐渐减小,而隐藻所占比例逐渐增大。

水的流态、透明度和温度均对浮游藻类群落组成有一定影响。

综合浮游藻类群落特征,可知长
江湖北段水质主要处于贫中营养状态。