嘉陵江浮游生物群落結構研究

任麗平，馬永紅

西華師范大學生命科學學院珍稀動植物研究所西南野生動植物資源保護教育部重點實驗室，南充637009

浮游生物作為水體物質代謝和能量流動的初級生產者，在水生態(tài)系統(tǒng)中起著十分重要的作用，是水生態(tài)系統(tǒng)食物鏈及生產力的一個重要環(huán)節(jié)。浮游生物個體小，對水體的變化和污染物侵入能迅速作出響應。水環(huán)境的變化將直接影響到浮游生物群落結構和功能的變化，因此，浮游生物群落結構特征的變化與水質變化密切相關，通過浮游生物個體、種群或群落變化來分析水環(huán)境，即從生物學角度評價水質狀況，是生物環(huán)境監(jiān)測的重要方法之一，在國內外有著較為廣泛的應用［1-3］。

嘉陵江流域是西南地區(qū)生態(tài)安全屏障的重要組成部分，是長江水系中流域面積最大的支流。嘉陵江梯級渠化是我國第一個內河全渠化工程，近10年，嘉陵江四川段從北向南建設相互銜接的梯級航電樞紐工程12個。水電開發(fā)在對當?shù)亟洕l(fā)展起積極作用的同時，也對流域的生態(tài)環(huán)境、生物多樣性和水質產生了不良影響。尤其是近年來隨著經濟的發(fā)展，污染加劇，嚴重影響了水生態(tài)環(huán)境及水生生物多樣性。

水電工程的環(huán)境影響受到國內外重視，有關水生態(tài)環(huán)境影響的研究也較多。對于嘉陵江流域水生生物和環(huán)境評價的研究工作也相繼展開［4-7］，但是缺乏對浮游生物的系統(tǒng)監(jiān)測以及相應的水質評價。本文調查研究了嘉陵江四川段浮游生物的群落結構以及由此反映的水質狀況，旨在為嘉陵江流域水生生物資源保護以及水環(huán)境的保護治理和流域水電可持續(xù)開發(fā)提供一定的理論與實踐依據(jù)。

圖1 采樣點分析Fig.1 Distribution of sampling points

1 材料與方法

1.1 采樣時間和采樣點的設置

依據(jù)《淡水浮游生物研究方法》和《水環(huán)境監(jiān)測規(guī)范》等的相關技術和要求，于2010年1～2月(枯水期)和9～10月(豐水期)對亭子口、蒼溪、沙溪、金銀臺、紅巖子、新政、金溪、鳳儀、小龍門、青居、東西關、桐子壕電站壩上、壩下共24個點進行水樣、浮游生物的野外采集，采樣點見圖1。

按常規(guī)采樣方法分別采集24個采樣點浮游生物樣品:用25#浮游生物網采集定性樣品，加入魯哥氏液固定保存。用深水采樣器采集河流表層和底層水樣各10 L，用25#浮游生物網過濾、濃縮成1升水樣，加入魯哥氏液固定后，用3%～4%的甲醛密封保存，作定量計數(shù)。

1.2 研究方法

物種鑒定參照文獻［8］。定量樣品沉淀、濃縮后，取0.1 mL均勻樣品于生物計數(shù)框中定量計數(shù)，每個樣品計數(shù)3片，各片之間相差不大于15%，取其平均值。

有關計算方法，采用Shannon-Wiener多樣性指數(shù)的H=-∑Pilog2Pi［9］、Margalef豐富度指數(shù)的d= (S-1)/lnN［10］及Pielou均勻度指數(shù)J=H/Hmax［11］、優(yōu)勢集中性指數(shù)［12］C=∑(ni/N)2，式中d表示物種豐富度指數(shù)，S為物種的總數(shù)目，N為所有物種個體總和，ni表示樣品中第i種生物的個體數(shù)，H表示物種多樣性指數(shù)，Pi為第i物種出現(xiàn)的概率，J表示均勻度指數(shù)，Hmax為log2S。Shannon-WienerH指數(shù)、Margalef d指數(shù)和均勻度J指數(shù)的水質評價標準，見表1。

表1 多樣性指數(shù)的評價標準Table 1 Assessment standard of diversity indexes

2 結果與分析種類組成

通過對嘉陵江四川段的24個樣點的水樣觀察，初步統(tǒng)計到浮游植物共8門42科95屬171種(包括變種)(見表2)。枯水期的樣品中共統(tǒng)計到7門29科101種，豐水期監(jiān)測到8門37科66屬123種。

表2 浮游植物的組成Table 2 Phytoplankton species composition

共統(tǒng)計到浮游動物4綱、9目、21科、30屬、62種組成(見表3)，分別隸屬于原生動物門(Protozoa)、假體腔動物門(Pseudocoeloma)和節(jié)肢動物門(Arthropoda)。枯水期共鑒定浮游動物43種，豐水期共鑒定出61種。

表3 浮游動物的組成Table 3 Zooplankton species composition

2.2 浮游生物的水平分布和季節(jié)特征

分析浮游植物群落組成結果顯示，各采樣點均以硅藻門、綠藻門和藍藻門為優(yōu)勢類群，其中硅藻和綠藻的物種數(shù)量最為豐富。優(yōu)勢種類組成季節(jié)變化和水平分布變化圖(圖2)表明:在季節(jié)變化方面，豐水期(9～10月)浮游植物的物種豐富度、細胞密度、優(yōu)勢物種類群等指標顯著高于枯水期(1～2月)，硅藻門植物在各個斷面的數(shù)量指標均占絕對優(yōu)勢，最大值在金溪電站。除了上述的三個優(yōu)勢類群外，其余5個藻類植物分類群的物種數(shù)量和種群密度在各個樣點都較少。調查結果與鄧洪平(2008)［5］等相比，硅藻的物種數(shù)量急劇減少，嘉陵江水環(huán)境的改變已經顯著影響到藻類群落結構，且上下河段無顯著差異，微生境異質性減弱，在部分斷面(亭子口、金銀臺、紅巖子)，藍藻門和綠藻門藻類物種數(shù)量、密度顯著增加，浮游藻類植物群落有向湖泊型藻類分布特點演替的趨勢。

圖2 各采樣點不同時期浮游植物的種數(shù)Fig.2 The species of phytoplankton of every sample in different time

分析浮游動物群落組成結果顯示，豐水期浮游動物的種類數(shù)比枯水期的種類數(shù)較為豐富，如圖3，各采樣點浮游動物的種數(shù)在季節(jié)分布上的趨勢基本一致，都是豐水期＞枯水期。其主要原因是豐水季節(jié)，水溫逐漸升高，農村面源污染等污染物隨雨水進入河流，藻類等食物較豐富，一些浮游動物種類大量繁殖，導致整個豐水季節(jié)浮游動物種類和數(shù)量明顯增加。

圖3 各采樣點不同時期浮游動物的種數(shù)Fig.3 The species of zooplankton of every sample in different time

2.3 浮游動物的優(yōu)勢種

天然水體環(huán)境受到一定程度的污染后，根據(jù)其特點可以將水體劃分為多污水體(p)、α-中污帶(強中污帶)、β-中污帶(弱中污帶)及寡污帶(o)。不同污染程度的水體中生活著不同的浮游動物優(yōu)勢種類。嘉陵江四川段梯級水電開發(fā)江段的優(yōu)勢種類有21種，其中原生動物門有8種，輪蟲有4種，甲殼綱9種，這些種類大多數(shù)在豐水期出現(xiàn)，出現(xiàn)的采樣點和數(shù)量高峰期不完全相同。嘉陵江優(yōu)勢種種類大多數(shù)都是生活在中污性環(huán)境的種類，見表4，此現(xiàn)象表明嘉陵江的水質不甚清潔，嘉陵江四川段梯級水電開發(fā)江段水環(huán)境質量基本處于中度污染狀態(tài)。

表4 浮游動物指示種Table 4 Indicator species of zooplankton

圓形盤腸溞 Chydorus sphaericus β-α中污帶長額象鼻溞 Bosiminia longirosms β-α中污帶簡弧象鼻溞 Bosiminia coregoni Baird o寡污帶多次裸腹溞 Moina macrocopa Straus p多污帶老年低額溞 SimocephalusVetulusSchoedler o寡污帶中華原鏢水蚤 Eodiaptomus sinensis β-α中污帶透明溫劍水蚤 Thermocyclops hyalinus β-α中污帶廣布中劍水蚤 Mescocyclops leuckarti β-α中污帶

2.4 浮游生物的生物多樣性指數(shù)分析

浮游植物Shannon多樣性指數(shù)(H)、Margalef豐富度指數(shù)(d)、Pielou均勻度指數(shù)(J)計算結果見圖4，可以看出，枯水期和豐水期各指數(shù)在各采樣點的趨勢基本一致，均為豐水期＞枯水期。各斷面中指數(shù)最大的是金溪航電樞紐;最差的是新政航電樞紐。

浮游動物Shannon多樣性指數(shù)(H)、Margalef豐富度指數(shù)(d)、Pielou均勻度指數(shù)(J)計算結果見圖5，可以看出，枯水期和豐水期各指數(shù)的平均值在各樣點趨勢基本一致，尤其是多樣性指數(shù)H值和豐富度指數(shù)d均為豐水期大于枯水期，且整個水平分布規(guī)律相一致，豐水期的最大值在沙溪電站，最小值在鳳儀電站;枯水期的最大值在金溪電站，最小值在東西關電站。

浮游生物多樣性指數(shù)的計算結果參照表1，水質評價結果見表5，豐水期水質好于枯水期水質，各斷面中水質較好的是沙溪、金溪航電樞紐，為輕污或無污染;最差的是新政航電樞紐，全年均為α-中污～β-中污。綜合以上3種生物多樣性指數(shù)的評價結果，可以看出嘉陵江受到污染，水質屬于β-中污，有向α-中污過度的趨勢，屬于中富營養(yǎng)化。

表5 生物多樣性指數(shù)評價結果Table 5 The result of Biological diversity index evaluation

浮游動物 β-中污帶 β-中污帶 α-中污帶 α-中污帶 重污染 重污染紅巖子 浮游植物 β-中污帶 β-中污帶 α-中污帶 α-中污帶 重污染 重污染浮游動物 β-中污帶 β-中污帶 α-中污帶 α-中污帶 重污染 重污染新政 浮游植物 α-中污帶 β-中污帶 重污染 α-中污帶 重污染 β-中污帶浮游動物 α-中污帶 β-中污帶 重污染 α-中污帶 重污染 β-中污帶金溪 浮游植物 輕污或無污染 輕污或無污染 β-中污帶 輕污或無污染 β-中污帶 輕污或無污染浮游動物 輕污或無污染 輕污或無污染 β-中污帶 輕污或無污染 β-中污帶 輕污或無污染鳳儀 浮游植物 β-中污帶 β-中污帶 α-中污帶 α-中污帶 重污染 α-中污帶浮游動物 β-中污帶 β-中污帶 α-中污帶 α-中污帶 重污染 α-中污帶小龍門 浮游植物 β-中污帶 β-中污帶 α-中污帶 β-中污帶 α-中污帶 β-中污帶浮游動物 β-中污帶 β-中污帶 α-中污帶 β-中污帶 α-中污帶 β-中污帶青居 浮游植物 β-中污帶 α-中污帶 α-中污帶 α-中污帶 α-中污帶 α-中污帶浮游動物 β-中污帶 α-中污帶 α-中污帶 α-中污帶 α-中污帶 α-中污帶東西關 浮游植物 β-中污帶 β-中污帶 α-中污帶 α-中污帶 α-中污帶 α-中污帶浮游動物 β-中污帶 β-中污帶 α-中污帶 α-中污帶 α-中污帶 α-中污帶桐子壕 浮游植物 β-中污帶 β-中污帶 β-中污帶 β-中污帶 α-中污帶 β-中污帶浮游動物 β-中污帶 β-中污帶 β-中污帶 β-中污帶 α-中污帶 β-中污帶

3 討論

共采集到浮游植物共8門42科95屬171種，浮游動物的組成共有4綱9目21科30屬62種;浮游動物優(yōu)勢種類有21種。浮游生物水質評價結果為，水質受到一定程度的污染，其污染程度為β-中污，有些地方有向α-中污過度的趨勢，其中，金銀臺電站、紅巖子電站、新政電站水質較差。以閬中沙溪電站和金銀臺電站之間的金沙庫區(qū)為例，2006年-2010年南充市水資源公報顯示，金沙庫區(qū)水質總體為Ⅲ類，主要超標項目為總氮、總磷和糞大腸桿菌，出境水水質低于入境水水質，這與浮游生物多樣性評價結果相吻合。同時，新政航電樞紐位于南充儀隴縣下游，據(jù)南充市水資源公報數(shù)據(jù)顯示，2010年儀隴全縣人口111.13萬人，入河污水量為0.1171億m3，屬于全市人口大縣和排污大縣，水質污染較嚴重，這應是新政浮游植物指數(shù)較低的主要原因。在實地調查中金溪河段兩岸生態(tài)環(huán)境較好，自然河段較長，受人為因素干擾小，因此水質狀況較好指數(shù)評價較高。

浮游生物評價在河流水環(huán)境評價中具有重要作用，可以為更全面的評估提供基礎數(shù)據(jù)。其特點在于能快速評估河流系統(tǒng)的現(xiàn)狀和特征，能及時提供必需的信息，浮游生物評價水質可操作性強，能反映水質的短期變化，敏感性強。通過斯皮爾曼(Spearman)相關性分析，Shannon多樣性指數(shù) d、Margalef豐富度指數(shù)H具有顯著相關的，以此評價該水體較均勻度指數(shù)J更合適。總之浮游生物群落結構特征很好地反映了水環(huán)境狀況。

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