崇川区浮游植物多样性与群落结构分析

张翔

（南通市生态环境监控中心，江苏 南通 226000）

作为水生生物食物链的启动者，浮游植物是水生态系统中的初级生产者，在保护和改善水环境质量过程中起着重要作用。由于浮游植物对水体富营养化有高度的敏感性[1]，目前被广泛运用于指示湖泊水质的早期变化[2]。因此，浮游植物的群落结构特征分析已成为湖泊生态研究的核心内容之一[3]。

崇川区位于江苏省中南部，总面积约159.67 km2，南濒长江，江岸线12.5 km；西接港闸区，北接海门市，东接通州区。崇川区水域主要由长江及内河流域组成。崇川区境内河网均为长江水系，共有大小河流228 条，总长度270.8 km。其中主要骨干河道如下：通吕运河、濠河、任港河、海港引河、裤子港、姚港河、通甲河、铺港河和南川河等。现依据崇川区各水体和水系分布、流量及用途等，通过对湖泊、水库、河流和溪流进行实地调查和历史资料收集整理，全面了解崇川区浮游植物物种的种类组成、种群分布。

1 材料与方法

1.1 断面及采样点布设

为调查断面浮游植物种类，2020 年8 月和11 月，根据河面宽度、流速、底质类型、环境异质性和人类干扰强度设置采样点。在断面的岸边或深水区设置采样点 15 个，见表 1、图 1。

图1 南通市崇川区浮游植物采样点分布

表1 南通市崇川区浮游植物采样点坐标

1.2 样品采集与处理

根据《湖泊生态调查观测与分析》[4]有关方法，对采集到的浮游植物样品进行处理鉴定。定性样品：采用25 号浮游生物网，在选定的采样点于水面下 0.5 m 深处，以 20～30 cm/s 的速度作“∞”形循环缓慢拖动，拖动时间为5～10 min，以此来定性采集浮游藻类。遇较大水体时，把浮游生物网拴在船尾，慢速拖拽，时间为10～15 min。用光学显微镜（10×40）观察采集的样品，并对物种进行分类。定量样品：用竖式采水器采集。在水深小于2 m 的采样点，采集水面下0.5 m 处的水样1 L；当采样点的水深大于2 m 时，对水体进行分层采样，分别取表层下0.5 m 处、中层以及底层上方0.5 m 处的水样各1 L。取1 L 混合后的样品，使用5%的鲁哥氏液固定。实验室静置沉淀24 h 后，浓缩并定容至25 mL供镜检。

浮游植物种类鉴定参照《中国淡水生物图谱》[5]，计数采用计数框行格法。

1.3 数据分析与处理

（1）优势度指数（Dominance index, Y）。计算公式为：

式中：N——各采样点所有物种个体总数；Ni——第i 种的个体总数；fi——该物种在各个采样点出现的频率。据现行通用标准，以优势度指数Y＞0.02 定为优势种[6]。

（2）香农-威纳多样性指数（Shannon-Wiener index, H'）。计算公式为：

式中：S——样本中浮游植物种类数，Ni——该物种占总物种数的百分比[7]。

（3）丰富度指数（Margalef’s index, D）。计算公式为：

式中：S——样本中浮游植物种类数，N——样本中浮游动物总个数[8]。

（4）均匀度指数（Pielou, J）。计算公式为：

式中：S——样本中浮游植物种类数，H'——香农-威纳多样性指数[9]（以下简称香农指数）。

2 结果与分析

2.1 浮游植物的群落结构

调查共鉴定出蓝藻门（Cyanophyta）、硅藻门（Bacillariophyta）、甲藻门（Pyrrophyta）、隐藻门（Cryptophyta）、裸藻门（Euglenophyta）、金藻门（Chrysophyta）和绿藻门（Chlorophyta）共 7 门 50 属 83 种。

从浮游植物物种组成上看，绿藻门物种数最多，共24 属39 种，占浮游植物物种总数的比例为46.99%；其次为硅藻门，共 8 属 17 种，占20.48%；蓝藻门共10 属16 种，占19.28%；裸藻门共3 属5 种，占6.02%；甲藻门共2 属2 种，占2.41%；隐藻门共2 属 3 种，占 3.62%，金藻门共 1 属 1 种，占1.20%（图2）。

图2 崇川区浮游植物各类群分布

2.2 优势种

8 月份崇川区浮游植物的优势种共计1 门3 属3 种，其中蓝藻门的假鱼腥藻sp2（.Pseudanabaena sp2.）、颤藻sp（.Oscillatoria sp.）、螺旋藻sp（.Spirulina sp.）优势度分别为 0.07，0.04 和 0.07。濠河浮游植物优势种较多，其中蓝藻门5 种，硅藻门和绿藻门各1 种；剑山浮游植物优势种共4 种，均为蓝藻门；长江浮游植物优势种共3 种，其中蓝藻门和硅藻门各1 种，绿藻门 2 种。

11 月份崇川区浮游植物优势种共计3 门3 属3 种，其中蓝藻门的颤藻sp（.Oscillatoria sp.）优势度为0.09，硅藻门的梅尼小环藻（Cyclotella meneghiniana）优势度为0.04，隐藻门的尖尾蓝隐藻（Chroomonas acuta）优势度为0.04。濠河浮游植物优势种中蓝藻门2 种，硅藻门和隐藻门各1 种，剑山浮游植物优势种共4 种，其中硅藻门和隐藻门各2 种，长江浮游植物优势种共5 种，其中蓝藻门、隐藻门和绿藻门各1 种，硅藻门2 种。

裸藻门、蓝藻门的种类均有较好的耐污耐肥性，能生活在水质较差的环境中，因而可作为水体富营养化的指示种[10]。夏季剑山风景区为半封闭水域，蓝藻门为主要优势种，水体富营养化程度较高，可能与闸道阻断了水体的自然流通有关；秋季藻类组成主要为隐藻门和硅藻门，水质改善明显，可能与长江水体连通有较大关系[11]。濠河风景区夏季与秋季的藻类优势度有显著变化，秋季水体质量明显提高。长江夏季藻类组成比秋季多，优势种变化不明显。

2.3 浮游植物密度和生物量的时空分布

2020 年8 月份对崇川区采样调查结果显示，浮游植物密度变幅为 0.03×107～16.73×107ind./L，均值为2.24×107ind./L。密度最大值出现在剑山1#1 号采样点，最小值出现在长江2#2 号采样点。浮游植物生物量变幅为0.07～107.12 mg/L，均值为12.09 mg/L。生物量最大值出现在剑山1#1 号采样点，最小值出现在濠河1#2 号采样点（图 3）。

图3 8 月份崇川区采样点浮游植物密度及生物量

11 月采样调查结果显示，浮游植物密度为0.04×107～5.90×107ind./L，均值为 0.52×107ind./L。密度最大值出现在濠河1#1 号采样点，最小值出现在长江3# 号采样点。浮游植物生物量为0.02～8.83 mg/L，均值为1.24 mg/L。生物量最大值出现在濠河1#2 号采样点，最小值出现在长江3#号采样点（图 4）。

图4 11 月份崇川区采样点浮游植物密度及生物量

2.4 多样性指数空间变化

8 月崇川区的浮游植物香农指数为1.17～2.51，均值为1.82，其中最大值出现在长江2#2 号采样点，最小值出现在濠河1#1 号采样点。丰富度指数为0.54～1.65，均值为1.01，其中最大值出现在濠河2#号采样点，最小值出现在通吕运河入江口1#号采样点。均匀度指数为0.12～0.88，均值为0.45，其中最大值出现在长江2#2 号采样点，最小值出现在剑山 1#1 号采样点（图5）。

图5 8 月份崇川区浮游植物多样性指数空间变化

11 月崇川区的浮游植物群落香农指数为0.50～2.42，均值为1.34，其中最大值出现在濠河1#2 号采样点，最小值出现于剑山1#2 号采样点。浮游植物均匀度指数变幅为0.08～1.00，均值为0.75，其中均匀度指数最大值出现在长江3#号采样点，最小值出现于濠河1#1 号采样点。浮游植物丰富度指数变幅为0.09～1.88，均值为0.51，其中最大值出现在濠河1#2 号采样点，最小值出现于剑山1#2 号采样点（图 6）。

图6 11 月份崇川区浮游植物多样性指数空间变化

3 讨论与结论

3.1 浮游植物群落结构

崇川区水系中绿藻门、蓝藻门和硅藻门为浮游植物主要种类，其随时间变化较为明显，温度降低，浮游植物的代谢活动减弱，种类减少，另外也与光照强度、营养盐有显著关系。夏季除硅藻以外的其他藻类种类明显多于秋季，与蓝藻适宜在较高的水温下生长发育而硅藻适宜在较低的水温下生长发育的研究结果基本相符[12]。

3.2 浮游植物的密度与生物量

Mwegoha 等[13]认为光照强度和温度是影响浮游植物生长的重要因素。Gomes 等[14]认为水文条件能通过影响浮游植物生长所需的营养物质间接决定其生物量。本研究结果表明，崇川区浮游植物密度与生物量随季节变化差异较为显著，这可能与其所处的地理位置有关。南通市崇川区属北亚热带湿润性气候区，季风影响明显，四季分明，气候温和，光照充足，雨水充沛，利于浮游植物大量繁殖，从而造成浮游植物密度和生物量季节性变化较为明显[15]；此外，因受夏季风影响，区域季节性降水量较多，通过地表径流能为浮游植物带来更多外源性的营养物质[16]。

崇川区浮游植物密度与生物量较大的区域多出现在内河水系中，如濠河风景区、剑山风景区附近水系，结合崇川区地表水的监测数据，此区域水质多为Ⅲ—Ⅳ类，可能与此类水域中水体富营养化程度较高有一定关系。长江、通吕运河浮游植物的生物量和密度偏低，可能和营养盐、水体透明度等有关[17]。

3.3 生物多样性

总体上，夏秋两季浮游植物多样性指数有明显差异[18]。一般情况下，浮游植物多样性指数与综合水质标识指数呈负相关，水质污染情况越严重，浮游植物的多样性指数越低[19]。夏季濠河风景区和剑山风景区的浮游植物多样性指数偏低，结合其优势种、生物量与密度，可见濠河和剑山风景区作为半封闭水域，随着温度的升高，有少量水体富营养化现象，秋季浮游植物多样性指数明显偏高，水质改善明显。长江的物种均匀度指数较高，物种丰富度较低；海港引河和通吕运河的浮游植物多样性处于中等水平。