嘉陵江合川段浮游生物及其与环境因子的关系

王恕桥，但 言，李 燕，沈子伟，余凤琴

（1重庆市水产科学研究所，重庆 401120；2农业部长江中上游渔业资源环境科学观测实验站，武汉 430223）

0 引言

嘉陵江发源于秦岭北麓，在重庆市朝天门汇入长江，全长1119 km，流域面积16万km2[1-3]。合川段属中下游，全长85 km，流域面积685.06 km2，是长江上游重要的水源涵养地[4]。近年来，由于水电工程的修建、农业面源污染等原因，该江段水生态环境和生物多样性受到了较大影响[5]。

浮游生物群落结构组成、改变，可以作为评价水体质量的一项生物学指标[6-7]。目前尚无综合研究该江段浮游动物、植物及与环境因子关系的报道。2018年重庆市水产科学研究所依托农业部长江调查专项，对嘉陵江合川段浮游生物和水质状况进行了调查，以期综合评价该江段水体环境现状，为保护长江上游生态环境提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 采样时间与站点设置

2018年5月（春季）、8月（夏季）在嘉陵江合川段设置利泽(LZ)（中心坐标：106°12′44.52″E，30°8′2.38″W）、渠江口(QJ)（中心坐标：106°19′27.19″E，30°2′12.72″W）、涪江口(FJ)（中心坐标：106°16′8.14″E，29°59′17.83″W）、草街(CJ)（中心坐标：106°23′13.02″E，28°54′16.25″W）4个采样断面，见图1。

图1 采样点分布图

1.2 调查方法

1.2.1 浮游生物采集鉴定方法 浮游生物样品的定性与定量采集参考文献[8]执行；鉴定采用OLYMPUS CX31显微镜观察拍照，利用万深浮游生物计数智能鉴定系统鉴定计数，并参照相关专业书籍[9-11]。

1.2.2 水环境指标监测方法 水温(Tem.)、透明度(SD)、溶解氧(DO)、总氮(TN)、总磷(TP)、氨氮(NH3-N)、叶绿素a(Chl-a)、高锰酸盐指数(CODMn)等水环境指标按照相关技术和要求测定[12]。

1.3 数据分析

1.3.1 优势种的判定 优势种根据调查的浮游生物优势度(Y)来判定，见式(1)。

式中，ni为i种的个体数，N为所有种类总个体数，fi为该种出现的频率。Y＞0.02的种类为优势种[13]。

1.3.2 水质理化因子分析 利用营养状态指数评价(TLI)对调查区域的水体质量进行富营养水平评价[14]，计算见式(2)。

式中，TLI(∑)为综合营养状态指数，Wj为第j种参数的营养状态指数的相关权重，TLI(j)为第j种参数的营养状态指数。

评价标准为：050为富营养状态。

1.3.3 统计分析 使用Microsoft excel 2007对数据进行整理，用SPSS17.0软件处理分析，不同调查时间差异性分析用独立样本T检验。使用CANOCO 5.0软件对浮游生物种类数据与环境数据进行多元统计分析、排序，将浮游生物优势种密度作为响应变量，环境因子作为解释变量[15-16]。

2 结果与分析

2.1 浮游生物的组成与变化

2.1.1 种类组成与优势种 调查期间共鉴定出浮游植物6门87种，以硅藻门（37种，占42.5%）、绿藻门（28种，32.2%）为主；春季、夏季分别鉴定出41种、73种，均以硅藻门（22种，53.7%；32种，43.8%）、绿藻门（11种，26.8%；22种，30.1%）为主。优势种组成见表1，2次调查均出现的优势种为变异直链藻(Melosira varians)、颗粒直链藻变种(M.granulata var.)、尖针杆藻(Synedra acusvar)。

共鉴定出浮游动物4门38种，以轮虫类（17种，44.7%）、枝角类（11种，28.9%）为主；春季、夏季分别鉴定出30种、29种，均以轮虫类（11种，36.7%；15种，51.7%）、枝角类（10种，33.3%；7种，24.1%）为主。2次调查均出现的优势种为冠冕砂壳虫(Difflugia corona)，见表1。

表1 嘉陵江合川段浮游生物优势种

2.1.2 浮游生物密度 由图2、3可知，浮游植物密度春季变化范围为8.71×104～88.46×104个/L，平均34.94×104个/L；夏季范围为52.19×104～98.95×104个/L，平均78.93×104个/L，夏季平均密度高于春季。总体呈上游与下游较高，中游低。浮游植物组成中春季硅藻门占70.29%、绿藻门占13.38%、蓝藻门占11.88%，夏季则演变为硅藻门占57.81%、蓝藻门占20.61%、绿藻门占14.64%。

图2 浮游植物密度分布

图3 浮游植物组成

由图4、5可知，浮游动物密度春季变化范围为23.78～417.4个/L，平均187.52个/L；夏季变化范围为119.05～358.72个/L，平均226.73个/L，夏季平均密度高于春季；除夏季CJ外，2次调查均呈下游高于上游。浮游动物组成中春季原生动物占70.69%、轮虫占27.60%，夏季则演变为原生动物占35.79%、轮虫占57.04%，两季节枝角类和桡足类占比均较小。

图4 浮游动物密度分布

图5 浮游动物组成

2.2 水体理化因子

嘉陵江合川段水体理化因子调查结果如表2所示，夏季T em.、pH、NH3-N、Chl-a值高于春季，CODMn低于春季，并且呈显著相关(P＜0.05)；夏季DO、SD高于春季，TN、TP低于春季，相关性不显著。

表2 嘉陵江合川段水环境因子及营养状态

营养状态指数(TLI)评价显示，除春季涪江口断面为富营养型外，其余各采样点均呈中营养型，春季营养状态指数高于夏季，相关性不显著。

2.3 浮游生物优势种与环境变量的关系

浮游植物、浮游动物DCA排序中轴的最大长度梯度为分别为1.69和2.19，小于3，因此物种与环境因子关系排序方法均选择冗余分析(RDA)[15]。浮游植物、浮游动物与环境因子RDA排序结果如图6所示，前两轴对相应物种分布的解释量分别为81.5%和72.1%，4个轴为95.4%和96.0%，表明浮游生物群落结构与环境因子关系密切。蒙特卡洛置换检验结果如表3所示，Tem.、pH、Chl-a对浮游生物群落结构变化产生影响，此外，CODMn对浮游植物也产生影响，二者显著相关(P<0.05)。

表3 蒙特卡洛置换检验

图6 浮游植物（左图）、浮游动物（右图）优势种与环境因子的RDA排序图

3 讨论

3.1 浮游生物群落结构变化特征

调查鉴定出浮游植物87种，低于2010年的90种、2011—2012年的145种和2014年的90种[4-5]，可能与站点设置、调查时间有关；共鉴定出浮游动物38种，目前尚无对该江段浮游动物的相关研究报道。与之前研究相比，文中浮游植物密度平均值增加了近3倍，表明嘉陵江合川段富营养程度有加剧的趋势。夏季大部分站点浮游生物密度高于春季，这可能与夏季温度、光照等条件更适合浮游生物生长繁殖有关[17-19]。空间分布上，浮游植物密度呈河流汇入口高于干流，这可能因为干流过大的流量、过高的流速及浊度限制了藻类生长[20]。浮游动物密度大致呈下游高于上游，这可能与河流下游接纳了更多的营养盐、有机质，更适合浮游动物生长繁殖有关[21-22]。

3.2 水环境评价

文中，各调查点浮游植物均表现为以硅藻门、绿藻门、蓝藻门为主，浮游生物优势种的中的钝脆杆藻、小颤藻、变异直链藻、冠砂壳虫、萼花臂尾轮虫等均为中污染指示种[7]，表明嘉陵江合川段水质状况受到了一定污染[22]。水质营养状态指数评价(TLI)结果显示，该江段处于整体处于中营养状态；涪江口达到了富营养状态，可能与该采样点地处合川城区，工业、生活影响有关[23]。各项指标综合分析显示，春季富营养及污染程度整体高于夏季，但无显著差异。这可能与春季水流量较小，不利于污染物质的扩散，夏季水流量较大，过多的有机质污染物被稀释有关。

3.3 浮游生物群落结构与环境因子的关系

影响浮游生物群落结构的环境因素主要包括Tem.、DO、盐度、营养盐、pH、有机物、TN、TP、Chl-a和重金属（汞）[21-23]。

排序显示，Tem.是影响浮游生物群落结构变化的第一要素。在24～32℃范围内，大多数优势生物与Tem.呈正相关关系，与金琼贝等[17]的研究结果基本一致。Chl-a是水体初级生产力的重要指标，能反映浮游动物饵料水平，大多数浮游动物与Chl-a呈现正相关关系[24-25]。所以，Chl-a是文中与浮游生物群落紧密相关的另一重要环境因子。pH对藻类的种类组成及分布有着重要的影响，碱性环境有利于藻类光合作用，因此，较高的生产力往往出现在碱性水体中[26]，本研究中夏季pH显著高于春季，夏季浮游植物种类、密度均大于春季，从而间接影响到以浮游植物为饵料的浮游动物，所以pH是影响浮游生物群落结构的另一因子。CODMn能反映水体有机物、营养盐水平，因此，文中该指标也对浮游植物群落结构产生影响。

4 结论

本研究结果表明嘉陵江合川段浮游植物以硅藻门、蓝藻门、绿藻门为主，探明了温度、pH、叶绿素a均是影响嘉陵江合川段浮游植物和浮游动物分布的环境因子，而CODMn仅是影响浮游动物分布的环境因子。本研究仅仅调查了春、夏两季嘉陵江合川段的浮游生物与环境因子，尚未对有机污染物、重金属作调查分析。所以，在以后的研究中，需对浮游生物开展跟踪监测，同时环境因子应增加挥发酚、石油类等有机污染物，铜、汞、铅等重金属。