长江中下游干流浮游藻类空间分布特征初探

李 欢，赵伟华，林 莉

(长江科学院 a.流域水环境研究所;b.流域水资源与生态环境科学湖北省重点实验室，武汉 430010)

1 研究背景

浮游藻类是水生态系统中初级生产力的主要来源，能够对水体营养状态的变化作出迅速的反应。浮游藻类的多样性指数、细胞丰度、群落结构的变化趋势等特征都是预警和分析水体富营养化程度以及评价水生态系统稳定性的科学依据［1－2］，此外一些浮游藻类还被广泛地用作水体受污染状况的指示物种［3－4］。近年来，随着长江流域经济的快速发展和周边人口的增长，长江水系的生态环境状况受到了威胁和破坏:三峡水库上游及支流的富营养化趋势日益明显，支流硅藻、隐藻、甲藻“水华”频发，而汉江(武汉段)自20世纪90年代以来，硅藻“水华”频发;2004年7—8月富春江水库以及钱塘江(杭州段)100多公里水面暴发了严重的有毒蓝藻(铜绿微囊藻)“水华”。浮游藻类水华给水生态环境和人类健康带来了巨大危害，因此，对环境敏感的浮游藻类的群落结构变化越来越受到国内外专家学者的重视［5－6］。

近几年，对长江浮游藻类特征的研究主要集中在三峡库区的上下游以及长江河口区域［7－9］，且专门针对长江中下游干流的浮游藻类分布特征也有一定研究，主要集中在长江江苏段［10］、镇江段［11］以及宜昌—城陵矶段［12］和安徽—江苏段［13］。这些已有的研究主要侧重于对长江干流某个江段浮游藻类群落结构的现状调查，以及浮游藻类随季节的周年变化情况，目前针对整个长江中下游干流浮游藻类缺乏大范围的连续性调查数据。为此，本研究通过2014年夏季对长江中下游干流的武汉—上海河口段，全长超过1 200 km流域进行了浮游藻类以及水质的调查，研究了长江武汉—河口段浮游藻类的种群结构及其空间分布特征，以期相关部门更好地了解长江武汉—河口段水生生物资源现状，为武汉—河口段的生态环境评价和综合开发利用提供一定科学依据，同时也为研究武汉—河口段的浮游藻类群落结构变化趋势积累资料。

2 调查方案与分析方法

2.1 样点设置

2014年5月对长江干流从武汉至长江河口段的浮游藻类和部分水质参数进行了调查，共设置了19个调查断面，包括武汉上游(WHS)、武汉下游(WHX)、九江上游(JJS)、九江下游(JJX)、九江湖口(JJH)、安庆上游(AQS)、安庆下游(AQX)、大通中游(DTZ)、芜湖中游(WUZ)、南京上游(NJS)、南京中游(NJZ)、南京下游(NJX)、镇江上游(ZJS)、镇江下游(ZJX)、南通上游(NTS)、南通下游(NTX)、上海上游(SHS)、上海下游(SHX)、上海河口(SHH)。其中上游和下游是以主城区为参照点，分别距主城区3～5 km的江段，且全部在江段的中间进行采样。样点采用全球卫星定位仪(GPS)对各样点进行卫星定位，采样点设置见图1。

图1 长江中下游干流采样点设置Fig.1 Distribution of sampling stations in the middle-low reaches of mainstream Yangtze River

2.2 样品采集和分析方法

2.2.1 浮游藻类样品采集与分析

定性样品的采集用25#浮游生物网采集表层水样，现场加入10%的甲醛固定;定量样品的采集用1 L聚乙烯塑料瓶采集表层水样，加1%的鲁哥试剂固定，带回实验室静置36 h之后浓缩成50 mL，在ZEISS显微镜下进行鉴定和计数。用目镜视野法在10×40倍下计数，根据藻类的数量选择需要计数的视野数量，一般为50个视野，最终计数的细胞总数不能低于100个，当藻类个体比较少时，需要计数更多的视野。每个样品计数2片，取平均值，若2片计数结果相差15%以上，则要计数第3片，取其中个体数相近的2片的平均值。浮游藻类样品的采集与鉴定参照文献［14］。

2.2.2 水质样品采集与分析

水样采集用1 L有机玻璃采水器采集表层水样1 L，带回实验室测定总氮(TN)、总磷(TP)。TN测定方法采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定，参照国标GB11894—89;TP用过硫酸钾消解钼酸铵分光光度法进行测定，参照国标GB11893—89。

2.3 数据统计分析方法

浮游藻类优势度采用Mcnaughton优势度指数(Y，Mcnaughton index)计算，即

式中:ni为第i种浮游藻类的数量;N为每升水中浮游藻类的总数量;fi为第i种在各站出现的频率。优势度Y＞0.02则定为优势种。

浮游藻类多样性用 Shannon－Weaver多样性指数来计算，即

采用Origin8.5对统计数据作图，采用Spss13.0软件对浮游藻类的数量进行聚类分析。

3 调查结果分析

3.1 长江中下游干流水质TN与TP的变化

图2为长江中下游干流水体TN与TP的变化。

图2 长江中下游干流水体TN与TP的变化Fig.2 TN and TP of water in the middle-low reaches of mainstream Yangtze River

由图2可知，长江中下游干流TN，TP变化范围分别为0.846～2.348 mg/L 和0.124～0.263 mg/L，TN最高值出现在武汉上游江段，最低值出现在九江下游;TP最高值出现在上海下游江段，最低值出现在上海河口江段。各江段的TN，TP波动性较大，没有一致性的变化规律。

3.2 种类组成及优势种

本次调查共检出浮游藻类6个门，共66个种属。其中蓝藻(Cyanophyta)15种，占总种类数的23%;绿藻(Chlorophyta)23种，占35%;硅藻(Bacillariophyta)24种(未列出变种和变型)，占36%;甲藻(Pyrrophyta)2种，隐藻(Cryptophyta)和裸藻(Euglenophyta)各1种，硅藻为长江中下游干流的优势类群。种类最多的江段为九江上游、九江湖口(31种)，最少的江段为镇江上游(13种)，详见表1。

表1 长江中下游干流浮藻类优势种属及优势度Table 1 Dominant species and Y values of phytoplankton in the middle-low reaches of mainstream Yangtze River

由表1可知，19个江段共检出藻类优势种3门6种，分别为直链藻(Melosira sp.)、栅藻(Scenedesmus sp.)、丝藻(Ulothrix sp.)、平裂藻(Merismopedia sp.)、十字藻(Crucigenia sp.)和中肋骨条藻(Skeletonemacostatum)，武汉段的优势种类为绿藻，上海上游段为蓝藻，中肋骨条藻为上海河口段的优势种类，其他江段的优势种都为直链藻。

3.3 细胞丰度

图3为长江中下游干流细胞丰度及其百分比变化。由图3(a)可知，长江中下游干流浮游藻类细胞丰度在(5.19～23.18)×104cell/L 范围内，最高值出现在武汉上游段，最低值出现在上海河口段，浮游藻类细胞丰度从中游(武汉段)向下游(上海河口段)逐渐递减，然而在上海上游细胞丰度显著升高。从藻类密度相对百分比(图3(b))来看，武汉段为绿藻占优势，从中游至下游，绿藻所占比例逐渐减少，硅藻比例增加;长江下游(南通—上海段)蓝藻、绿藻比例增加，硅藻比例下降。除了武汉和上海段外，其他江段硅藻相对丰度都超过了65%，南京中游段达到了81%，而武汉段绿藻相对丰度为70%，上海上游蓝藻相对丰度占了40%，绿藻占了47%。

图3 长江中下游干流浮游藻类细胞丰度及其百分比变化Fig.3 Variations of cell abundance and its percentage of phytoplankton in the middle-low reaches of mainstream Yangtze River

3.4 多样性指数

图4为长江中下游干流浮游藻类香农多样性指数变化。由图4可知，长江中下游干流浮游藻类香农多样性指数变化范围为2.72～4.10，上海上游的多样性指数最低，南京下游最高。其中武汉段、九江段和南通段的多样性指数为上游高于下游，而安庆段、南京段和上海段则为上游低于下游。

3.5 聚类分析

由基于藻类数量组成的二值欧式距离平方聚类分析结果(图5)可以看出:各江段大致聚为3类。芜湖—南通段(不包括南京下游)及上海河口在距离4处聚为一类，这几个江段浮游藻类的细胞丰度最低，为(8.25 ±2.10)×104cell/L，硅藻门为优势类群，相对丰度均值为69.18%，其次为绿藻门，相对丰度均值为22.80%。蓝藻的细胞丰度都较低，其中，芜湖—南京中游和南通下游浮游藻类群落结构更接近，在距离1处聚合成一类，镇江—南通上游段和上海河口也在距离1处聚为一类。武汉上游和上海上游在1处聚为单独的一类，这2个江段的细胞丰度最高，为(22.40 ±1.10)×104cell/L，绿藻为优势类群，相对丰度均值为69.18%，其次为蓝藻，相对丰度均值为20.50%，其中上海上游段的蓝藻细胞丰度较高，相对丰度占了40%，再次为硅藻，相对丰度较低，均值为18.30%。武汉下游—大通及南京下游和上海下游在距离5处聚为一大类，这一类的江段细胞丰度为(16.46 ±2.13)×104cell/L，硅藻相对丰度均值为55.53%，绿藻为37.66%，蓝藻为6.37%，其中安庆—大通段和南京下游在1处聚类，武汉下游和九江下游在1处聚类，九江上游、九江湖口和上海下游在1处聚类。

图4 长江中下游干流浮游藻类香农多样性指数变化Fig.4 Variation of Shannon’s diversity index of phytoplankton in the middle-low reaches of mainstream Yangtze River

图5 基于藻类数量对各江段的聚类分析Fig.5 Clustering analysis based on cell abundance of phytoplankton

4 讨论

长江中下游浮游藻类主要以硅藻、绿藻为主，大部分江段优势种为硅藻门中的种类，这与孟顺龙等［13］的研究结果一致。综合郝媛媛等［15］和王晓臣等［16］分别对黑河和黄河下游的浮游藻类的调查研究结果表明，硅藻是河流水生态系统中的优势类群，因为在流动的水体中，往往能快速繁殖的藻类如栅藻、硅藻更具竞争优势［17］。

浮游藻类群落结构的相似程度在一定程度上反映了其栖息地生境的相似程度，长江中下游干流是连续性的水体，理论上认为在没有特殊因素的影响下，距离越近则生境越相似［13］。从图5中可以看出:基于浮游藻类数量的聚类结果大致与地理聚类相一致，说明根据细胞数量的聚类能较真实反映出浮游藻类群落结构的空间分布情况，但是仍然出现少数几个站点跨地区聚类，如武汉上游和上海上游聚为一类。可能因为武汉段和上海段的优势类群都为绿藻和蓝藻，且细胞丰度相对其他江段较高，表明这2个城市的江段出现了富营养化趋势，特别是上海上游，水华蓝藻中的平裂藻优势度达到了0.4。此外长江河口的优势种为中肋骨条藻，而骨条藻为长江口的赤潮藻类，主要受到硅酸盐、磷酸盐、无机氮和盐度的影响［18］，虽然目前的细胞数量还不高，但仍应该受到重视。

本次调查的长江中下游水体的TN，TP含量分别为(1.78 ± 0.32)mg/L 和(0.19 ± 0.04)mg/L，营养盐已达富营养状态，而浮游藻类细胞丰度仍然较低，平均(13.43 ±5.34)×104cell/L，且多样性指数较高，均值3.37±0.35，说明影响长江中下游干流浮游藻类现存量的主要环境因子可能并不是营养盐。曾辉［19］关于长江干流浮游藻类与环境因子的关系研究结果表明:限制长江中下游干流浮游藻类的主要环境因素并不是营养盐，而是光照、泥沙含量、水文情势等其他水文条件。此外，研究表明若水流较慢，且没有其他干扰，被水流夹带的浮游藻类数量可增长(1～2)倍/d，因此在河流的中下游河段因流速较慢浮游藻类数量可能显著增加［20］，暴发“水华”，这与笔者的研究结果恰好相反，出现这种现象的原因可能与流量有关。研究表明河流浮游藻类生物量与流量成反比［21－23］，而长江下游河段流量较上游高，然而因为本研究并未获得同时期的流量与流速数据，因此该推断有待进一步研究与验证。

5 结论

长江中下游干流(武汉—河口段)共检出蓝藻、绿藻、硅藻、甲藻、隐藻、裸藻6门66种。其中，硅藻为整个长江中下游干流流域的优势门类，浮游藻类数量变化范围为(5.19～23.18)×104cell/L，其中武汉上游和上海上游细胞丰度相对较高，分别为23.18 ×104cell/L 和21.62 × 104cell/L，香农多样性指数变化范围为2.72～4.10，其中上海上游最低。聚类分析结果表明武汉上游和上海上游细胞丰度较其他江段高。

从目前的情况来看，尽管长江干流江段氮、磷含量水平较高，但可能因其水量充沛、流速较急、水体浑浊度较高的特点，水体初级生产力总体上处于较低水平，尚不充分具备富营养化发生条件，然而武汉上游和上海上游段的浮游藻类细胞丰度与优势种都有富营养化的趋势，应该受到重视。

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