横江中下游春季浮游植物群落结构及多样性分析

唐　毅，郑永华，刘建虎，付　梅，吴荣华，冯兴无

(西南大学动物科技学院，淡水鱼类资源与生殖发育教育部重点实验室，

水产科学重庆市市级重点实验室，重庆　400715)



横江中下游春季浮游植物群落结构及多样性分析

唐毅，郑永华，刘建虎，付梅，吴荣华，冯兴无

(西南大学动物科技学院，淡水鱼类资源与生殖发育教育部重点实验室，

水产科学重庆市市级重点实验室，重庆400715)

摘要：2011年4月对横江中下游浮游植物进行了调查，研究了浮游植物的种类、现存量、群落组成和生物多样性，评价了横江流域水质营养状况。结果显示：共检出浮游植物6门26科33属78种(含变种)。浮游植物群落组成以硅藻和绿藻为主，分别占藻类总种数的71.80%和16.67%。优势种主要有变异直链藻(MelosiravariansC.A.Ag)、偏肿桥弯藻(CymbllaveatricosaKütz)、短小舟形藻(Naviculaexigua(Grey.)Mull.)、普通等片藻(DiatomavulagareBory.)、系带舟形藻(Naviculacincta(Ehr.)Kütz)、中型脆杆藻(FragilariaintermidiaGrun.)、长鼻空星藻(CoelastrumproboscideumBohl.)、吻状隐藻(Cryptomonatrostrata)等。浮游植物细胞密度为2.232×105～4.255×105cells/L，水富小岸坝河口(S1)最高，盐津撒渔沱(S3)最低，平均值为3.392×105cells/L；生物量为0.443～1.330 mg/L，最高和最低仍分别出现在水富小岸坝河口(S1)和盐津撒渔沱(S3)，平均值为0.779 mg/L。7个采样站点，Shannon-Wiene多样性指数(H)为4.01～4.43，张窝水电站库区(S2)最低，大观河大关县城(S7)最高，平均为4.22；Pielou均匀性指数(J)为0.74～0.83，张窝水电站库区(S2)最低，洛泽河水电站库区(S4)最高，平均为0.80。生物多样性和均匀度分析结果表明，横江中下游浮游植物多样性较好，分布格局均匀，水质总体上为贫营养型。

关键词：横江；浮游植物；群落结构；水质评价；多样性

横江是金沙江下游右岸的一条一级支流，发源于云南省鲁甸县水磨乡大海子，流经鲁甸、彝良、大关、盐津、水富等县，在水富县云富镇东小岸坝河口注入金沙江，全长307 km，流域面积约1.5万 km2。流域上段称洛泽河，中段称关河，下段称横江，主要支流有白水江、洛泽河、大观河等。有资料表明[1]，流域内多数区域年平均气温大于14 ℃，属于以亚热带为主的气候带；年降水量总分布趋势为北部大、南部小，高山大、河谷坝区小；降水量年内分配不均，多年平均降雨量11 509 mm，汛期(5-10月)降水量9 552 mm，占年降水量的83%，枯季(11-4月)降水量1 957 mm，占年降水量的17%。据报道[2]，河口处多年平均流量约280 m3/s，年径流总量约88.2亿m3，6～10月径流量占全年65%～70%，最小流量多出现在3-5月，年际变化平稳。据云南水富县环境监测站2003年资料显示，横江年平均水温为17.2 ℃，最高水温为26 ℃(8月)，最低水温为10 ℃(1月)。2003年，四川宜宾伊力集团有限公司在政府有关部门的大力支持下，开始对横江进行水能资源开发。如今撒鱼沱水电站、张窝水电站等已全部竣工并并网发电，其它如大鱼孔水电站、伏龙口水电站等多个梯级水电站正在开发建设之中。在对横江水能资源开发利用的同时，云南有关职能部门也在着力研究如何让横江流域(特别是各水电站竣工后所形成的坝前库区)渔业资源得到合理的开发利用。

浮游植物是水域生态系统中重要的初级生产者和食物链的基础环节，是水中溶解氧的主要来源，在水环境的能量流动和物质循环以及信息传递中起着至关重要的作用。浮游植物群落结构的变化，是反映水环境状况的重要指标[3]。本研究初步报道了横江中下游浮游植物种群结构与分布特征并对浮游植物生物多样性和水质进行了分析、评价，旨在为合理利用横江水资源发展渔业生产及其生态系统保护提供一定的科学依据。

1材料与方法

1.1研究范围及采样点的设置

2011年4月对横江中下游浮游植物进行了采样调查，调查范围涉及横江干流从水富小岸坝河口至洛泽河水电站库区河段及其支流白水江和大关河，采样点的设置主要考虑部分已建电站及有关城镇因多种废水的排放对横江渔业资源的影响，并在每个采样站点设置一个采样断面，按断面分左、中、右进行采样。断面(站点)的具体设置情况见表1、图1。

表1　横江中下游浮游植物采样断面的位置坐标

图1　采样断面位置示意图

1.2样品采集和鉴定

浮游植物定性样品用25#浮游生物网在水面下作“∞”捞取，定量样品用2.5 L有机玻璃采水器分别等量采集表层(水面下0.5 m)、中层(一半水深处)、底层(离底泥0.5 m处)水并均匀混合，取混合水样1 L倒入塑料瓶中，现场加入1%的鲁哥试液固定。带回实验室经静置、沉淀24 h后浓缩至30～50 mL。浮游植物种类鉴定主要参照章宗涉等[4]、胡鸿钧等[5]和翁建中等[6]；细胞密度和生物量计算主要参照陈伟民等[7]和张觉民等[8]。

1.3数据处理与分析方法

1.3.1浮游植物的多样性及水质分析

综合应用Shannon-Wiener多样性指数(H)和Pielou均匀性指数(J)分析浮游植物的多样性并根据其多样性分析结果与现存量(密度与生物量)对水质进行评价[9-14]。

Pielou均匀性指数：J=H/lnS

式中，S为生物种类数，N为同一样品中的生物个体总数，Ni为第i种生物的个体数。H值>3为轻污或无污、1～3为中污染(其中1～2为α-中污，2～3为β-中污)、0～1为重污染；J值在0～0.3为重污、0.3～0.5为中污、0.5～0.8为轻污或无污。

由浮游植物细胞密度评价水质标准：浮游植物细胞密度≤5×105cells / L，水体为极贫营养水体，≤1.0×106cells / L为贫营养，1.0×106～9.0×106cells / L为贫～中营养；由浮游植物生物量评价水质标准：浮游植物生物量<1 mg/L为极贫营养型水，1～3 mg/L为贫～中营养型水，3～5 mg/L为中～富营养型水。

1.3.2优势种

浮游植物的优势种根据优势度指数(Y)来确定，其计算公式为[15]：

Y=fi(ni/N′)；Y=0.02 时的物种为优势种。

式中，fi为第i种浮游植物在各样点出现的频度，ni为样品中第i种浮游植物的个体数，N′为样品中浮游植物的个体总数。

2结果与分析

2.1浮游植物的种类组成与优势种

2.1.1种类组成

经鉴定分析，所采样品中共发现浮游植物78种(含变种)，隶属于6门26科33属。其中硅藻门11科15属56种，占浮游植物总种类数的71.80%；蓝藻门2科2属2种，占2.56%；绿藻门10科10属13种，占16.67%；裸藻门1科3属3种，占3.85%；金藻门1科1属1种，占1.28%；隐藻门1科1属3种，占3.85%。从各采样站点浮游植物的种类分布看，横江干流S3和支流S7浮游植物种类数最多，均为43种；其次是S2，为42种；支流白水江S6最少，为33种。干流S1、S4、S5浮游植物种类数依次为37种、35种和36种。各门浮游植物种类组成、分布和种群所占百分比分别见表2和图2。

表2　浮游植物名录及分布

续表2

(注：“+”表示有)

2.1.2优势种

根据物种优势度指数(Y)公式计算得到横江中下游形成优势种的浮游植物共3门10种。其中，横江干流S1～S5 5个采样站点优势种共3门7种，包括硅藻门5种：变异直链藻(MelosiravariansC.A.Ag)、偏肿桥弯藻(Cymbllaveatricosa.Kütz)、短小舟形藻(Naviculaexigua(Grey.)Mull.)、系带舟形藻(Naviculacincta(Ehr.)Kütz)、普通等片藻(DiatomavulagareBory.)；绿藻门1种：长鼻空星藻(CoelastrumproboscideumBohl.)；隐藻门1种：吻状隐藻(Cryptomonatrostrata)。横江支流S6～S7 2个采样站点优势种共2门8种：包括硅藻门6种：长等片藻(DiatomaelongatumAg.)、普通等片藻(DiatomavulagareBory.)、短小舟形藻(Naviculaexigua(Grey.)Mull.)、系带舟形藻(Naviculacincta(Ehr.)Kütz)、偏肿桥弯藻(Cymbllaveatricosa.Kütz)、中型脆杆藻(FragilariaintermidiaGrun.)；隐藻门2种：吻状隐藻(Cryptomonatrostrata)、啮蚀隐藻(CryptomonaterosaHer.)。

图2　浮游植物各类群所占比例

2.2浮游植物现存量(细胞密度与生物量)及组成

经定量分析浮游植物各种群现存量，结果表明，细胞密度为2.232×105～4.255×105cells/L，S1最高，S3最低，平均值为3.392×105cells/L；生物量为0.443～1.330 mg/L，最高和最低亦分别出现在S1和S3，平均值为0.779 mg/L。在所调查藻类中，硅藻的细胞密度和生物量在各站点所占的比例均最大，分别达61.38%～98.21%和72.51%～99.85%，平均分别为84.67%和91.10%，占绝对优势。其次为隐藻，就S4、S5、S7 3个站点而言，隐藻的细胞密度和生物量分别达12.86%～29.68%和8.42%～24.60%，平均分别为20.97%和16.57%；S3隐藻细胞密度和生物量所占比例相对很小，分别仅0.54%和1.13%；S1、S6未发现隐藻，7个站点隐藻平均细胞密度和平均生物量所占比例分别为9.06%和7.26%。再次为绿藻，7个站点均有绿藻出现，其细胞密度和生物量所占比例分别为1.62%～11.78%和0.08%～5.19%，平均分别占5.89%和1.10%。其余蓝藻在S1、S2和S4检出，裸藻出现于S4和S7，金藻仅在S7有发现，该3门藻类的现存量都极低，其细胞密度和生物量共分别占0.38%和0.54%。见表3、图3、图4。

表3　各采样点浮游植物细胞密度(×105cell/L)和生物量( mg/L)

图3　各采样点浮游植物细胞密度

图4　各采样点浮游植物生物量

2.3浮游植物多样性分析及水质评价

2.3.1多样性指数和均匀性指数

浮游植物种类多样性指数和均匀性指数分析结果(见表4)表明，采样站点Shannon Wiener多样性指数(H)为4.01～4.43，其中，S2最低，S7最高，平均值为4.22；Pielou均匀性指数(J)为0.74～0.83，S2最低，S4最高，平均值为0.80。横江干流S1～S5 5个采样点H平均值和J平均值分别低于白水江、大观河支流S6～S7 2个采样点H平均值的2.03%和J平均值的2.53%。横江干流S1～S5 5个采样点浮游植物细胞密度平均值(3.38×105cells/L)低于白水江和大观河2支流S6～S7 2个采样点浮游植物细胞密度平均值(3.50 cells/L)，但相应生物量平均值(0.81 mg/L )却高于该2支流S6～S7 2个采样点浮游植物生物量平均值(0.71 mg/L)(见表3)。

2.3.2水质评价

根据Shannon-Wiener多样性指数(H)和Pielou均匀性指数(J)对水质的评价标准[9-10]可知，横江干流(5个采样点)和支流(2个采样点)的水质均为清洁水质(见表4)。但支流水质(2个采样点H平均值和J平均值分别为4.29和0.82)总体上看更优于干流水质(5个采样点H平均值和J平均值分别为4.20和0.79)。参照况琪军等[13]利用浮游植物细胞密度评价水体营养类型或水质标准可知，横江调查水域各采样点水质均为极贫营养型水(藻类密度2.232～4.255×105cell/L)；同样，根据何志辉[14]利用浮游植物生物量评价水体营养类型或水质标准可知，除采样点S1水质为贫～中营养型水(藻类生物量1.330 mg/L)外，其他几个采样点水质均为极贫营养型水(藻类生物量0.443～0.854 mg/L)。由此可知，各采样点的水质总体营养水平较低下，显示为清洁水质，这与通过Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀性指数的评价结果完全一致。

表4　浮游植物多样性指数及水质状况评价

3讨论

3.1浮游植物群落特征

从横江调查水域浮游植物群落结构特点看，干流和支流基本相同，干流浮游植物种类数、细胞密度、生物量各自的平均数分别为38.60种、3.376×105cells/L、0.808 mg/L，支流分别为38.00种、3.431×105cells/L、0.708 mg/L，这可能与干、支流的河道形态、水文情势以及梯级水电站建成后所形成库区的生态环境等因素具有一定相似性有较大关系。硅藻无论在干流还是支流，其种类数和现存量均占绝对优势，种类数、细胞密度和生物量在各站点所占种群比例的平均值分别达82.46%、84.67%和91.10%；其次是隐藻，平均值分别为9.06%和7.26%，再次是绿藻，平均值分别占5.89%和1.10%，这与周广杰等[10]对山峡库区支流香溪河与青干河春季浮游藻类的研究结果相类似，表明横江调查水域浮游植物群落结构特征已与河流型水库接近。这可能是横江干、支流因梯级水电站的兴建进而形成库区后使得横江(干、支流)的形态特征由典型的河流型逐渐向河流型水库型转变所致。

从浮游植物种类数及其种群组成中的优势种和现存量方面看，与历史研究结果存在一定差异。本研究结果表明，横江干流下段S1、S2、S3 3个调查断面浮游植物种类数达56种，优势种主要为变异直链藻(M.varians)、普通等片藻(D.vulagare)、偏肿桥弯藻(C.veatricosa.)、短小舟形藻(N.exigua)、系带舟形藻(N.cincta)等，浮游植物现存量中细胞密度和生物量平均值分别为3.515×105cells/L和0.875 mg/L。而谭捷[2]对横江干流下段8个调查断面浮游植物的研究结果显示其种类数为34种，平均细胞密度为0.450×105cells/L，平均生物量为0.284 mg/L，浮游植物优势种主要为舟形藻(Naviculasp.)、菱形藻(Nitzschia sp.)和桥弯藻(Cymbella sp.)等。分析差异原因可能与采样点的设置、定量采集方法和后期梯级水电站的陆续竣工建成而对浮游植物多样性造成一定影响等因素有较大关系。

3.2横江流域浮游植物多样性与水质评价

Shannon-Wiener物种多样性指数H可以反映水体的水质状况，通常情况下，物种H指数值越大，显示该群落结构越复杂，稳定性越大，水质越好；反之，当水体受到污染时，敏感种大量消失，多样性指数明显下降，表明该群落结构趋于简单，稳定性下降，水质变差[16]。而Pielou均匀度指数J反映了各物种个体数目分配的均匀程度，每种的个体数越接近，则各种个体数分布的均匀度就越高，反之则越低[17]。本次调查结果显示H值在4.01～4.43，J值在0.74～0.83之间波动，从Pielou均匀度指数可以看出，各站点浮游植物的种类数差别都不很大，生物群落结构稳定，物种的分布格局均匀。根据评价标准和调查中未观察到清洁水体指示种类黄藻以及仅个别站点发现有少量金藻的情况，表明2011年春季横江中下游各采样点的水质均为清洁水质，从整体来看，横江中下游水体应属于贫营养型水体，这为该地区名特优水产动物增养殖和水产生态养殖产业发展提供了重要的前提条件，同时，为横江水生态系统的优化和保护提供了重要参考。本研究仅就春季横江中下游的浮游植物群落结构及多样性情况进行了探讨，其周年变化或整个横江流域藻类群落结构及多样性的情况如何尚有待于进一步调查研究。

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(责任编辑：邓薇)

Analysis on community structure and diversity of phytoplankton in

the middle and lower reaches of the Hengjiang River in spring

TANG Yi，ZHENG Yong-hua，LIU Jian-hu，FU Mei，WU Rong-hua，FENG Xing-wu

(CollegeofAnimalScienceandTechnology，KeyLaboratoryofFreshwaterFishResourcesandReproductiveDevelopment，

MinistryofEducation，ChongqingMunicipalKeyLaboratoryofAquaticScience，SouthwestUniversity，

Chongqing400715,China)

Abstract：In present study,the species,biomass,community structure and diversity of phytoplankton in the middle and lower reaches of the Hengjiang River were investigated in April,2011.Based on these,water quality and the level of eutrophication of Hengjiang River were assessed.The results showed that there were 78 species and varieties belonging to 33 genera,26 families,and 6 phyla,with Bacillariophyta and Chlorophyta as the dominant group,which accounted for 71.80% and 16.67% of the total species, respectively.And the dominant species mainly includedMelosiravariansC.A.Ag,CymbllaveatricosaKütz,Naviculaexigua(Grey.) Mull,DiatomavulagareBory,Naviculacincta(Ehr.) Kütz,FragilariaintermidiaGrun,CoelastrumproboscideumBohl.,andCryptomonatrostrata.The phytoplankton density ranged from 2.232×105cells/L to 4.255×105cells/L with an average of 3.392×105cells/L.And the highest density were sampled from the estuary of Hengjiang River in Small shore dam of Shuifu (point S1);the lowest density were sampled from the Sa Yutuo of Yanjin (point S3).The biomass of phytoplankton was 0.443～1.330 mg/L with an average of 0.779 mg/L,and the highest and lowest biomass were still sampled from point S1 and S3,respectively.The Shannon-Wiener diversity index (H) of the 7 sampling points ranged from 4.01 to 4.43 with an average of 4.22,and the lowest and the highest H were found in Zhangwo Hydropower Station(point S2) and Daguan River in Daguan county (point S7),respectively.The Pielou evenness index (J) ranged from 0.74 to 0.83 with an average of 0.80,and the lowest and the highest J occurred in sampling point S2 and Luoze River Hydropower Station (point S5).According to the biodiversity index,the results suggested that the biodiversity and evenness of phytoplankton in the middle and lower reaches of the Hengjiang River were at relatively high level.In general,the nutrient level of the water quality was oligotrophic.

Key words：Hengjiang River ；phytoplankton；community structure；water quality assessment；diversity

中图分类号：S932.8

文献标识码：A

文章编号：1000-6907-(2016)01-0051-08

作者简介：第一唐毅(1963-)，男，硕士，高级实验师，主要从事水产养殖学及水生生物学研究。E-mail：tangyi00098@aliyun.com通讯作者：郑永华。E-mail:zhyh3000@163.com

收稿日期：2015-08-04；

修订日期：2015-11-13

资助项目：农业部公益性行业(农业)科研专项(200903048-08)；云南省昭通市农业局镇威公路水生态系统修复及人工湿地研究(2010-2014)及水富港扩建工程生态补偿项目