太子河流域春季著生藻類與環(huán)境因子的關(guān)系

殷旭旺　張吉　王博涵　金文　韓潔　陳海　吳丹　李晨

摘 要：2012年5月對太子河流域著生藻群落結(jié)構(gòu)和水環(huán)境理化特征進行了野外調(diào)查。基于香農(nóng)威納指數(shù)、均勻度指數(shù)、豐富度指數(shù)及典范對應(yīng)分析等方法，分析了著生藻群落結(jié)構(gòu)特征。共鑒定出著生藻101種；物種密度平均值為 9.10×106 cells/L；香農(nóng)威納指數(shù)平均值為2.92；豐富度指數(shù)平均值為2.90。典范對應(yīng)分析得出，太子河流域著生藻群落結(jié)構(gòu)的驅(qū)動因子是電導(dǎo)率、水深、河寬和總氮。綜合分析得出結(jié)論，太子河流域著生藻多樣性相對較高，水體處于中度污染狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：太子河流域；著生藻；環(huán)境因子

著生藻是河流生態(tài)系統(tǒng)中的初級生產(chǎn)者，是河流域生態(tài)系統(tǒng)中重要的組成部分，其具有分布廣泛，種類多及采集方便快捷等特點[1-5]，在水域生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)、能量流動和信息傳遞中起著重要作用[6-7]。其群落與水體中的環(huán)境因子之間有著重要聯(lián)系，著生藻類的群落特征經(jīng)常被用作評價水環(huán)境的重要指標(biāo)[8-10]。

太子河流經(jīng)遼陽、本溪、鞍山三座城市，其流域（東經(jīng)122° 30'-124°50'； 北緯40°30'-41°40'）位于我國遼寧省東部。太子河流域是遼寧省的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地，由于經(jīng)濟發(fā)展和人口密度大的雙重壓力，已經(jīng)成為省內(nèi)最嚴重的缺水地區(qū)。近年來，人類活動對太子河流域生態(tài)環(huán)境的影響十分明顯。目前有關(guān)太子河流域水生生物群落的調(diào)查研究已有報道[11-12]，而對著生藻功能群與水環(huán)境關(guān)系的研究相對較少。因此，筆者于2012年5月進行采樣調(diào)查，分析了太子河流域著生藻的時空分布特征，并分析其與水環(huán)境因子之間的相關(guān)性，以期分析出對著生藻群落結(jié)構(gòu)起主要影響的環(huán)境因子，為太子河流域河流生態(tài)環(huán)境的管理提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 采樣點設(shè)置

太子河流域面積為4 000 km2，全長464 km，年平均徑流量為26.86億立方米，共24條支流。根據(jù)太子河流域的自然和地理環(huán)境特點，共設(shè)置了38個采樣點位，采樣點分布見圖1。

1.2 樣品采集、鑒定以及水體理化參數(shù)的測定

距離采樣點位上下游100 m 的范圍中[12]，每一個采樣點位選9塊石頭，用毛刷刷洗石頭朝向陽面的藻類，用純水沖刷至托盤中，用4%甲醛固定樣品。著生藻類樣品經(jīng)過酸消化，進行封片制作，在1 000倍油鏡的光學(xué)顯微鏡下進行計數(shù)鑒定。著生藻種類的鑒定參考相關(guān)文獻[13-15]。

現(xiàn)場記錄采樣點的經(jīng)緯度，測定pH、溶解氧（DO）、總?cè)芙夤腆w（TDS）、水深（depth）、流速（velocity ）和河寬（width），采樣斷面的水流量（flow）值為該采樣點位水深、流速和河寬三者之積。在實驗室根據(jù)標(biāo)準方法[16-18]測定電導(dǎo)率（Cond）、懸浮物固體（SS）、總磷（TP）、總氮（TN）和高錳酸鉀指數(shù)（CODMn）。

1.3 數(shù)據(jù)分析和處理

所有數(shù)據(jù)經(jīng)lg（x+1）轉(zhuǎn)換，應(yīng)用著生藻密度，進行典范對應(yīng)分析（Canonical correspondence analysis，CCA），以判定顯著影響著生藻群落空間分布特征的環(huán)境因子[19]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

在SPSS 16.0上進行數(shù)據(jù)的相關(guān)性分析，Canoco 4.5 上進行CCA的分析，群落特征指數(shù)：香農(nóng)威納指數(shù)計算用Biodiversity pro完成，點位圖在ArcMap 9.3上完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 著生藻類群落結(jié)構(gòu)特征

太子河流域共鑒定出著生藻物種數(shù)101種，以硅藻門種類最多，共90種，其次是綠藻門，第三是藍藻門。全流域著生藻物種種類平均值為18種，種類最高的點位為T1點，共45種；密度平均值為9.10×106 cells/L，密度最高值位于T12，為3.72×107 cells/L；香農(nóng)維納指數(shù)變化范圍0.66～4.23，平均值為2.92，最高值位于T20，為423；物種豐富度變化范圍1.12～6.53，平均值為2.91，最高值位于T2，為5.02（見圖2）。

2.2 著生藻群落結(jié)構(gòu)及其與水環(huán)境因子的相關(guān)性

太子河流域水體理化因子見表1，應(yīng)用著生藻密度和水體環(huán)境因子做CCA分析，結(jié)果如圖3顯示，電導(dǎo)率（P=0.001，F(xiàn)=2.10）、水深（P=0001，F(xiàn)=2.34）、河寬（P=0.001，F(xiàn)=1.71）和總氮（P=0.025，F(xiàn)=1.50）是主要影響著生藻群落的驅(qū)動因子。電導(dǎo)率和總氮是影響下游流域的主要驅(qū)動因子，水深和河寬是影響中部流域的主要驅(qū)動因子。

3 討論

通過對太子河流域著生藻的調(diào)查得出，共鑒定出物種數(shù)為101種，以硅藻為主，小于渭河流域（248種）[20]和黃浦江蘇州河（119種）[21]，大于神定河（48種）[22]，渭河水系植被覆蓋率低，水體透明度低，水土流失嚴重，水流速較慢，蘇州河流域面積大，水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量高，神定河流域面積小是造成這種差異的主要原因。種類最高的點位為T1（45種），最低點位位于T32（6種）；細胞密度最高的位點位于T12（3.72×107 cells/L），最低的位點位于T16（2.82×105 cells/L）。T12點位位于流域上游，河岸有香蒲等多種植被，總氮含量較高，從而許多小顫藻（Oscillatoria tenuis）大量生長。T16位于太子河上游支流，往下10 km入黃河，流量較大，流速慢，水體含沙量和流速的增加，均不利于著生藻的生長和繁殖。香農(nóng)維納指數(shù)最高的點位為T20（4.23），最低的點位位于T5（0.66）；物種豐富度指數(shù)最高的點位為T1（653），最低的點位位于T32（1.11）。研究表明，香農(nóng)維納指數(shù)在一定程度上可以評價水體的狀況[23-24]。太子河流域香農(nóng)維納指數(shù)較高，香農(nóng)威納指數(shù)平均值為2.92，物種豐富度指數(shù)平均值為2.91，根據(jù)水質(zhì)評價標(biāo)準，得出太子河流域為β-中污型。

著生藻群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子CCA結(jié)果表明，水深、電導(dǎo)率、總氮與河寬是影響著生藻的主要環(huán)境因子。水深、電導(dǎo)率和總氮與著生藻群落有顯著相關(guān)性，呈正相關(guān)，溶解氧與著生藻群落結(jié)構(gòu)負相關(guān)。電導(dǎo)率的升高或減少，會引起著生藻多樣性的改變[25]。總氮是衡量水體受營養(yǎng)物質(zhì)污染程度的重要指標(biāo)，對著生藻分布起著重要作用，總氮在水中含量較高時著生藻繁殖旺盛，水體出現(xiàn)富營養(yǎng)化狀態(tài)，對著生藻生長與繁殖起到重要作用[26-28]。水深與河寬是對著生藻群落起主要限制的環(huán)境因子。太子河流域，水深較淺，水流速度大，河面寬度較窄，這極大地影響了主動能力弱的著生藻的群落。溶解氧與總?cè)芙夤腆w對著生藻群落結(jié)構(gòu)也起著主要影響作用。溶解氧可以維持浮游動物正常的生理活動，溶解氧含量下降可能會引起水中著生藻的死亡[29]。

參考文獻：

[1]

CHESSMAN B，GROWNS I，CURREY J，et al.Predicting diatom communities at the genus level for the rapid biological assessment of rivers [J].Freshwater Biology，1999，41（2）：317-331

[2] LOWE R L，PAN Y.Benthic algal communities as biological monitors [J].Algal Ecology：Freshwater Benthic Ecosystem.1996，705–739

[3] STEVENSON R J，BOTHWELL M L，LOWE R L，et al.Algal Ecology：Freshwater Benthic Ecosystems [M].Academic Press，1996

[4] LELAND H V.Distribution of phytobenthos in the Yakima River basin，Washington，in relation to geology，land use，and other environmental factors [J].Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences，1995，52（5）：1108-1129

[5] Liu J K.Advanced Hydrobiology[M].Beijing，Science Press，1999

[6] ROUND F E.Diatoms in river water-monitoring studies[J].Journal of Applied Phycology，1991，3（2）：129-145

[7] TANG TAO，CAI QINGHUA，LIU JIANKANG.Using epilithic diatom communities to assess ecological condition of Xiangxi River system [J].Environmental monitoring and assessment，2006，112（1-3）：347-361.

[8] DE F A L M，MAIDANA N，GóMEA N，et al.Distribution patterns of benthic diatoms in a Pampean river exposed to seasonal floods：the Cuarto River（Argentina）[J].Biodiversity and Conservation，2003，12（12）：2443-2454

[9] UEHLINGER U，KAWECKA B，ROBINSON C T.Effects of experimental floods on periphyton and stream metabolism below a high dam in the Swiss Alps（River Spl） [J].Aquatic Sciences，2003，65（3）：199–209

[10] LUCE J，CATTANEO A，LAPOINTE M F.Spatial patterns in periphyton biomass after low-magnitude flow spates：geomorphic factors affecting patchiness across gravel-cobble riffles [J].Journal of the North American Benthological Society，2010，29：614–626

[11] 殷旭旺，渠曉東，李慶南，等.基于著生藻的太子河流域水生態(tài)系統(tǒng)健康評價[J].生態(tài)學(xué)報，2012，32（6）：1677-1691

[12] 殷旭旺，張遠，渠曉東，等.太子河著生藻群落結(jié)構(gòu)空間分布特征[J].環(huán)境科學(xué)研究，2013，26（5）：502-508

[13] 胡鴻鈞，李堯英，魏印心，等.中國淡水藻類[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，1980

[14] 畢列爵，胡征宇.中國淡水藻志[M].北京：科學(xué)出版社，2005

[15] 朱惠忠，陳嘉佑.中國西藏硅藻[M].北京：科學(xué)出版社，2000

[16] 殷旭旺，徐宗學(xué)，高欣，等.渭河流域大型底棲動物群落結(jié)構(gòu)及其環(huán)境因子的關(guān)系[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2013，24（1）：218-226

[17] 殷旭旺，徐宗學(xué)，鄢娜，等.渭河流域河流著生藻的群落結(jié)構(gòu)與生物完整性研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2013，33（2）：518-527

[18] 國家環(huán)境保護總局.水和廢水監(jiān)測分析方法，（第四版）[M].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2002

[19] 白海峰，趙乃錫，殷旭旺，等.渭河流域浮游動物的群落結(jié)構(gòu)及其與環(huán)境因子的關(guān)系[J].2014，大連海洋大學(xué)學(xué)報，29（3）：260-266

[20] 劉麟菲.渭河流域著生藻群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子的關(guān)系[D].大連：大連海洋大學(xué)，2014

[21] 姜作發(fā)，唐富江，董崇智，等.黑龍江水系主要江河著生藻種群結(jié)構(gòu)特征[J]，吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2007，29（1）：53-57

[22] 許春梅.黃浦江蘇州河著生藻群落研究及藻類毒性試驗[D].上海：華東師范大學(xué)，2007

[23] 胡蘭群，施建偉，鄭釗，等.河流生境差異對著生藻和浮游藻類的影響[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，39（8）：159-160

[24] 陳光榮，雷澤湘，譚鎮(zhèn)，等.環(huán)境因子對廣東城市湖泊后生浮游動物的影響[J].水生態(tài)學(xué)雜志，2010（4）：28-32

[25] 聶國朝.襄陽護城河水體中溶解氧含量研究[J].水土保持研究，2004，11（1）：60-62，112.

[26] Haande S，Rohrlack T，Semyalo R P，et al.Phytoplankton dynamics and cyanobacterial dominance in Murchison Bay of Lake Victoria（Uganda） in relation to environmental conditions [J].Limnologia，2011，41（1）：20-29

[27] Abell JM，zkundakci D，Hamilton DP. Nitrogen and phosphorus limitation of phytoplankton growth in New Zealand lakes：Implications for eutrophication control[J].Ecosystems，2010，13：966-977

[28] Trevisan GV，F(xiàn)orsberg BR.2007.Relationships among nitrogen and total phosphorus，algal biomass and zooplankton density in the central Amazonia lakes[J].Hydrobiologia，586：357-365

[29] Leland H V，Porter S D.Distribution of benthic algae in the upper Illinois River basin in relation to geology and land use[J].Freshwater Biology，2000，44（2）：279-301

（收稿日期：2016-11-02）