江陰市主要河流夏季浮游藻類的群落結構及多樣性

宋曉蘭，呂偉明，卞金良，張　潔，黃振榮，鄭　科，奚海明

江陰市環境監測站，江蘇 江陰 214400

江陰市位于太湖流域北部，境內河網眾多，由若干座涵、閘、泵站控制調引長江水進入內河，北引南排，使骨干河道進行水體置換，且錫澄運河、白屈港河、張家港河等均為“引江濟太”調水工程的重要沿線河道。但是，作為全國百強縣的首位，經濟的快速發展也給江陰市的河流帶來了較大的污染負荷，嚴重影響了水生態環境[1-2]。浮游藻類是水體主要的初級生產者，對水環境變化的反應靈敏，通過對浮游藻類群落結構及多樣性變化趨勢的研究，能夠綜合反映水環境的污染程度，近年來得到了廣泛應用[3-5]。目前，對該地區浮游藻類的研究較少[6]。該文旨在通過研究江陰地區主要河流夏季浮游藻類群落結構及多樣性，為經濟發達地區城市河流藻類多樣性保護及水環境的生物學監測提供一定的理論和實踐依據。

1　實驗部分

1.1采樣點分布

錫澄運河、白屈港河與張家港河為江陰中部和東部主要的南北向主干河道，3條河道均北起長江，是太湖流域錫澄地區主要的通江引排河道和優良航道。東橫河、西橫河和應天河為江陰市區主要的東西向河道，主要承擔著區域水量調動、內河運輸和景觀娛樂等功能。根據河流的形態和水文特性，同時參考了江陰地區國省控監測點位，沿著6條內河的上游至下游，共設置了20個采樣點(圖1，X為錫澄運河，B為白屈港河，Z為張家港河，Y為應天河，Xh為西橫河，Dh為東橫河)，于2011年6、7、8月每月采樣1次。

1.2理化指標

1.3浮游藻類

按照《淡水浮游生物研究方法》[7]采集、定性和定量分析浮游藻類樣品：用25號浮游生物網采集定性樣本；用采水器取1 L混合均勻后的定量樣品，現場加1％魯哥氏液固定，回實驗室后經48 h沉淀濃縮至30 mL，取0.1 mL濃縮樣品于計數框內，在40×10倍顯微鏡下用視野法計數，一般計數50～100個視野，使所得細胞數在300以上。浮游植物的鑒定主要參照《中國淡水藻類》[8]。由于浮游植物的相對密度接近1，故可以直接由浮游植物的體積換算為生物量(濕重)，即生物量為浮游植物的數量乘以各自的平均體積，單位為 mg/L，單細胞的生物量主要根據浮游植物個體形狀測量分析。

1.4數據處理及統計方法

運用Shannon-Wiener多樣性指數(H′)、Simpson多樣性指數(D)、Margalef豐富度指數(M)和Pielou均勻度指數(J)評價浮游植物的群落多樣性，計算公式：

(1)

(2)

M=(S-1)/lnN

(3)

J=H′/lnS

(4)

式中pi=ni/N,ni為第i種的平均生物量,S為浮游藻類種類數,N為同一樣品中的平均總生物量。

多樣性指數與主要環境因子間的相關關系采用Pearson相關分析(P<0.05)。相關分析之前通過直方圖和Kolmogorov-Smirnov Test檢驗數據是否符合正態分布，將不符合的數據進行對數轉換，使其符合正態分布。分析統計軟件為SPSS 19.0。

2　結果與討論

2.1浮游藻類的群落組成與生物量變化

調查期間共鑒定出藻類6門137屬種，不同河流的藻類組成顯示出一定差異，白屈港河種類數最多，東橫河最少(表1)。

表1　江陰6條調查河道夏季浮游藻類的種類組成

浮游藻類平均生物量為2.38 mg/L，其中藍藻、綠藻、硅藻分別占72.3％、10.2％和8.41％。調查的6條河流間差異不顯著(圖2)，張家港河最大3.73 mg/L，西橫河最小為1.24 mg/L。藍藻門在所有調查河流中均為絕對優勢類群，其在張家港河的比例達87.8％，綠藻門和硅藻門在各個河流中不同程度地為次要優勢類群，其次為隱藻門和裸藻門(圖3)。就時間變化來看，平均生物量6—8月呈遞增趨勢，各月分別為0.35、2.61和4.18 mg/L，且6月的優勢類群依次為綠藻(44.8％)、硅藻(27.0％)和隱藻(15.2％)，7月和8月藍藻占絕對優勢，平均生物量比例均大于70％，硅藻和綠藻為次要優勢類群。

圖2　2011年6—8月江陰主要河流浮游藻類生物量和多樣性指數

圖3　2011年6—8月江陰主要河流浮游藻類群落結構

調查期間的優勢種群為藍藻門巨顫藻(Oscillatoriaprinceps)、阿氏浮絲藻(Planktothrixagardhii)、假魚腥藻屬(Pseudanabaenasp.)、硅藻門梅尼小環藻(Cyclotellameneghiniana)和綠藻門卵囊藻屬(Oocystissp.)，平均生物量比例分別為49.7％、12.3％、8.12％、5.26％和5.06％，河流之間優勢種群的構成差異不大，主要也為以上種類，屬于α、β中污帶指示生物。6月與7、8月之間存在顯著差異，6月優勢種群為綠藻門卵囊藻屬(23.4％)、衣藻屬(Chlamydomonassp.，12.0％)、鼓藻屬(Cosmariumsp.，5.08％)、硅藻門梅尼小環藻(20.3％)、隱藻門藍隱藻(Chroomonasacuta，10.3％)和嚙噬隱藻(Cryptomonaserosa， 4.90％)、裸藻門裸藻屬(Euglenasp.，4.20％)及藍藻門阿氏浮絲藻(4.68％)，7、8月藍藻門巨顫藻取代成為最大優勢種群，平均生物量比例達50％，其他優勢種群主要為藍藻門阿氏浮絲藻(14.0％)、假魚腥藻屬(8.0％)、硅藻門梅尼小環藻(5.25％)和綠藻門卵囊藻屬(4.03％)。

2.2浮游藻類的多樣性

一般而言，種類越豐富或各物種的個體數量分布越均勻，群落物種的Shannon-Wiener多樣性指數(H′)就越大，也即意味著群落結構復雜，穩定性越高，水生態和水體質量越好；反之，水體受到污染，敏感種消失，種類豐富度減小，或者耐污種大量繁殖，種類分布均勻性降低，都將導致H′變小，群落結構趨于簡單，水生生態系統穩定性和水質變差[9]。而Simpson多樣性指數(D)則反映了群落在所研究區域內的空間異質性。由圖2可見，調查的6條河流之間各多樣性指數值差異很小，H′、M、J分別為3.34～3.59、4.75～6.40和0.73～0.75，根據評價標準[9]，H′>3、M>5、J=0.5～0.8均代表水體處于輕或無污染狀態；調查河流浮游藻類的D值也較為相近，說明群落構成的空間差異較小。

由于多樣性指數受到評價水體類型、計數方法和鑒定水平等因素的影響，其與水質的關系復雜，因此，一般至少選擇2種或2種以上的指標來評價河流指標[10]。根據郭沛涌等[11]利用指示性浮游植物類群劃分的污染等級：藍藻門占70％以上，耐污種大量出現，為多污帶；藍藻門占60％左右，一般為α中污帶；硅藻門和綠藻門為優勢類群，各占30％左右，為β中污帶；硅藻門為優勢類群，占60％以上為寡污帶。據此標準，江陰的主要河流6月處于β中污帶類型，7、8月份則為α中污帶-多污帶。

研究者以藻類種類數作為指標，根據不同藻類類群與有機污染和營養物的大致關系，求出商值，劃分水體營養類型[9]。根據本次調查的藻類組成特點(鼓藻類的種類數太少)，選用硅藻商作為評價水體營養類型的依據，即中心綱的總個體數與羽紋綱的總個體數的比值。錫澄運河、張家港河、白屈港河、應天河、東橫河和西橫河的平均硅藻商分別為10.0、16.4、8.9、14.7、15.3、8.3，6、7、8月則分別為9.0、10.2、13.8。一般認為，硅藻商越大，表示水體的營養程度越高[5]。因此，硅藻商和指示性浮游植物類群的評價結果較為一致，而與多樣性指數結果差異較大。

一般認為，群落的多樣性指數與水質呈正比，但在實際應用中，也有很多爭議。有研究認為優勢種的個體數量較種類數意義更大[12]；多樣性指數在評價水質時存在適用性問題，不經過水體的適用性判斷，有的結果甚至會導致錯誤的結論[13]；也有研究出現重污染區域的多樣性指數反而很高的矛盾結果[14]。筆者研究的多樣性指數與另外2個指數的評價結果并不一致，因此，需要進行多樣性指數與環境因子的相關性計算，以判斷其適用性。

2.3浮游藻類多樣性與環境因子的相關性

對調查河流的理化因子和多樣性指數H′進行相關分析，結果見圖4。

圖4　2011年6—8月江陰主要河流浮游藻類H′與理化環境因子對數的相關分析(n=18)

由以上分析可見，江陰地區主要河流夏季浮游藻類的多樣性與水質因子關系較弱，其主要影響因子是反映水文水動力條件的懸浮物。相關研究認為，在影響浮游藻類多樣性的諸多環境因子中，物理擾動影響著資源在生境中的分布情況，同時由于浮游藻類本身對擾動的適應性差異，導致優勢種群的相應演替，因此物理擾動(水文水動力條件)是最主要的影響因子[15]。根據Connell在1978年提出的中等干擾假設理論，在一定的時間尺度下，較低或較高強度和頻次的擾動下，物種多樣性將維持在較低水平；中等強度或頻度的擾動，使得各種種類都能適應生長，但均無法維持充分的生長以形成絕對優勢種群，因此物種多樣性將達到最大[16]。城市河流與天然河流(如長江、漢江等干流)相比，流量、流速明顯較小，但受降雨、潮汐、泵閘調水等來源影響，仍然具有一定的物理擾動強度和頻度。因此，盡管目前江陰城市河流的有機質和營養鹽本底值較高，但是降雨、調水等因素促進了河流生境的多樣性，進而有利于浮游藻類群落多樣性的提高，避免了藍藻等單一種群累積性增長形成的“水華”現象。

3　結論

1)2011年6—8月江陰市6條主要河流共檢出浮游藻類6門137屬種，平均生物量2.38 mg/L，調查河流之間差異不顯著，藍藻、綠藻、硅藻為主要類群，優勢種群為巨顫藻、阿氏浮絲藻假魚腥藻屬、梅尼小環藻和卵囊藻屬，屬于α、β中污帶指示生物。

2)Shannon-Wiener多樣性指數、Margalef豐富度指數和Pielou均勻度指數的變幅分別為3.34～3.59、4.75～6.40、0.73～0.75，表明水體處于輕或無污染狀態；根據指示性浮游植物類群劃分，河流處于α中污帶-β中污帶-多污帶；硅藻商變幅為8.3～16.4，表明水體營養程度較高。

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