錢塘江中下游浮游植物時空分布特征及其影響因子

施禮科 ,王斌梁 ,葉鍵 ,王力 ,陳喆 ,郭水榮 ,陳凡?,李紅玉,高迪娜

(1.杭州市農業技術推廣中心,浙江 杭州 310017;2.紹興文理學院,浙江 紹興 312000;3.杭州錢塘新區農業水利發展服務中心,浙江 杭州 311199)

錢塘江流域位于中國東部,東臨東海,地理坐標28°～31°N、117°～122°E,是浙江省流域面積最大的河流。錢塘江有南北兩源,均發源于安徽省休寧縣。新安江大壩至建德市梅城與蘭江交匯處稱新安江,下行至蕭山聞堰鎮浦陽江交匯口處稱富春江,聞堰以下稱錢塘江。錢塘江流域地處亞熱帶,流域內海洋性季風氣候明顯。根據自然條件、水能資源和社會經濟特點,干支流的錢塘江開發均以發電為主,兼有防洪、灌溉、航運、給水功能,并有漁業生產效益[1]。

浮游植物作為水生態系統的初級生產者[2],是食物網的基礎環節,對維持水域生態系統的平衡起著重要作用[3],并對水域生態系統的物質循環、能量流動和信息交流起著同樣重要的作用[4-5]。浮游植物群落結構與環境因子之間有著密切的聯系,其密度及多樣性指數等群落結構特征是評價水環境的重要標準[6]。浮游植物對環境變化也較為敏感,在環境監測中起著重要作用[7]。深入研究浮游植物的時空變化特征及影響因素,對于水域的生態環境監測及管理具有重要意義。

本文圍繞錢塘江浮游植物種類的組成、密度、生物量、多樣性指數的時空變化以及物種與環境因子的關系等展開研究,旨在為保護錢塘江生物多樣性、維持漁業生產、控制富營養化提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

分別于春季 (5 月)、夏季 (7 月)、秋季 (10月)、冬季 (12 月) 在錢塘江采集水樣及浮游植物樣品,為能全面系統地表征錢塘江浮游植物的分布狀況,在干流多個區段設置了富春江三江口(S1)、富春江富陽大橋 (S2)、富春江富陽太平鎮(S3)、錢塘江西湖區白鳥渡 (S4)、錢塘江蕭山區聞家堰 (S5)、錢塘江大橋 (S6) 共6 個采樣點。

1.2 數據分析和處理

1.2.1 浮游植物分析

浮游植物采樣、種類鑒定和計數、現存量計算等方法參照 《內陸水域漁業自然資源調查手冊》和 《中國淡水藻類——系統、分類及生態》 等,主要依據形態學分類方法進行浮游植物分類鑒定[8-9]。

1.2.2 環境因子測定

指標主要包括水溫、pH、透明度、懸浮物、高錳酸鹽指數、氨氮、總磷、總大腸菌群和葉綠素a,測定方法參照GB 11607—89 《漁業水質標準》和GB 3838—2002 《地表水環境質量標準》 進行。

1.2.3 多樣性水平分析方法

采用香農-維納多樣性指數 (Shannon-Wiener index,H′) 計算群落的豐富度和多樣性[10-11],計算公式為:

式中,ni為樣品中第i種浮游植物的個體數;N為樣品中浮游植物所有種類總個體數。

1.2.4 典范對應分析

采用Canoco for Windows 4.5 軟件對物種數據和環境數據進行典范對應分析,得到物種在環境中的分布,及與環境因子的相關性結果,排序結果用物種-環境因子關系的雙序圖表示[12]。

2 結果與分析

2.1 種類組成

對錢塘江水域常年監測點進行1 a 的采樣調查,共發現浮游植物6 門89 種 (屬) (表1)。表2 顯示,硅藻門種類數最多,共計42 種 (屬),占藻類總種數的47.19%,其次依次為綠藻門、裸藻門、藍藻門、隱藻門、甲藻門。

表1 錢塘江水域各監測站點浮游植物種類組成

表2 錢塘江水域浮游植物種類組成

2.2 密度與生物量

錢塘江水域各監測點浮游植物密度和生物量如表3 所示。監測點平均浮游植物密度為12.2×104cell·L-1,平均生物量為0.240 5 mg·L-1。浮游生物密度和生物量最高的為秋季富春江三江口站點,分別為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為秋季富春江富陽太平鎮站點,分別為0.4×104cell·L-1和0.000 1 mg·L-1。

表3 各監測站點浮游植物密度及生物量

2.3 環境因子

錢塘江流域各監測點環境因子變化見表4。環境因子包括 pH、T(溫度)、SD (透明度)、COMMn(高錳酸鹽指數)、DO (溶解氧)、SS (懸浮物)、TP (總磷)、NH3-N (氨氮)、E.co (總大腸菌群)、Chla (葉綠素a)。

表4 錢塘江水域各監測站點環境因子

2.4 生物多樣性指數

由表5 可知,6 個監測站點的生物多樣性指數全年平均為0.931。從空間分布水平看,富春江富陽太平鎮多樣性指數最高,為1.096;蕭山區聞家堰多樣性指數最低,為0.818。從時間分布水平看,夏季最高,為1.048;秋季最低,為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點,生物多樣性指數僅為0.699 (圖1),低于平均水平。

圖1 富春江三江口 (S1) 四季生物多樣性指數及顆粒直鏈藻密度、生物量

表5 錢塘江水域各監測站點浮游植物生物多樣性指數

2.5 浮游植物與環境因子關系的典范對應分析

分別在春、夏、秋、冬季節對六大藻類的不同季節浮游植物相對密度和環境因子進行典范對應分析。圖2 顯示,影響錢塘江流域浮游植物數量及分布的主要因子是pH、氨氮和高錳酸鹽指數。

圖2 典范對應分析結果

3 討論

對錢塘江中下游6 個監測點調查,共發現浮游植物6 門89 種 (屬),其中,硅藻門種類數最多,為42 種 (屬),占藻類總種數的47.19%;其次是綠藻門種屬數為20 種 (屬),占藻類總種數的22.47%;硅藻門和綠藻門占到藻類總種數的近70%,處于絕對優勢地位,與國內許多河流浮游植物的結構組成相似[13-15]。

浮游生物密度和生物量最高值均出現在為秋季的富春江三江口站點 (S1),分別為79.125×104cell·L-1和2.362 1 mg·L-1,而生物多樣性指數卻只有0.699,遠低于平均水平。其中,顆粒直鏈藻密度和生物量為26.25×104cell·L-1和0.787 5 mg·L-1,分別占總量的33.18%和33.34%,顆粒直鏈藻隸屬于硅藻門,在世界范圍廣泛分布,是江河、湖泊和水庫等各種內陸淡水系統中的常見優勢種[16-21]。顆粒直鏈藻對水環境變化非常敏感,易受水溫和營養鹽等環境條件的影響,在富營養化水體中極易形成優勢種群,或發展為水華,也因此成為富營養化水體及污染水體的典型指示藻種[22-23]。顆粒直鏈藻的大量出現說明該監測站點秋季水體富營養化程度比較嚴重。該站點地理位置較為特殊,地處新安江與蘭江交匯處,受上游人類的生產生活排污等活動的影響較大,加上交匯處水流情況較為復雜,更易引起上下水層之間的流動,將底部沉積物中聚集的有機物質攪動起來造成水體的富營養化。類似于富春江三江口 (S1) 的情況,同樣也出現在錢塘江蕭山區聞家堰 (S5) 和錢江大橋一橋 (S6),2 個站點也出現秋季浮游植物多樣性指數明顯降低的情況。經分析,錢塘江蕭山區聞家堰(S5) 站點秋季細弱圓篩藻 (Coscinodiscussubtilis)密度及生物量明顯偏高,錢江大橋一橋 (S6) 站點小環藻屬 1 種 (Cyclotella) 和虹彩圓篩藻(Coscinodiscusoculus-iridis) 密度及生物量明顯偏高。

浮游植物群落分布影響因素多且較為復雜,錢塘江整體流量較大,水文水質環境變化較快,加之監測站點分布跨度較大,導致采樣時間間隔較大且不固定,對分析浮游植物群落構成的空間分布規律及季節變化規律都造成一定程度的干擾,所以還需對錢塘江流域浮游植物群落分布及影響因子進行持續研究。