三峡库区源头溪流湾滩河浮游植物群落特征

摘要： 为探讨山地河流源头溪流浮游植物群落的空间格局和生物多样性维持机制，对湾滩河流域浮游植物群落空间结构变化特征及其与环境因子的关系进行研究；在三峡库区汤溪河上游的湾滩河干支流设置9个样地，调查浮游植物物种组成和环境变量，进行Spearman相关性分析。结果表明：丰水期和枯水期的浮游植物物种组成均主要以硅藻-绿藻型为主；均匀度指数和Simpson生物多样性指数变化不大，水质较为清洁；丰水期和枯水期浮游植物密度分别为1.985 6×104～5.726 3×104，2.033 2×104～6.006 0×104 cells·L-1；pH值、溶解氧（DO）、总磷（TP）、海拔是影响湾滩河浮游植物特征指数变化的关键因子。

关键词： 浮游植物； 群落特征； 空间格局； 生物多样性； 湾滩河； 三峡库区

中图分类号： Q 948.8文献标志码： A"" 文章编号： 1000-5013（2024）05-0661-06

Phytoplankton Community Characteristics of Headstream Wantan River in Three Gorges Reservoir Area

Abstract： In order to explore the spatial pattern and biodiversity maintenance mechanism of phytoplankton community in headstream of mountain rivers and streams， the spatial structure change characteristics of phytoplankton community in Wantan River basin and their relationship with environmental factors were studied. Nine plots were set up in Wantan River tributaries in the upper reaches of Tangxi River in the Three Gorges Reservoir Area. The phytoplankton species composition and environmental variables were investigated， and Spearman correlation and other analyses were performed. The results showed that the phytoplankton species composition was mainly diatomic-green algae type in both wet and dry periods； evenness index and Simpson biodiversity index changed little， and the water quality was relatively clean； the phytoplankton densities in wet and dry periods were 1.985 6×104-5.726 3×104 and 2.033 2×104-6.006 0×104 cells·L-1respectively； the pH value， dissolved oxygen （DO）， total phosphorus （TP） and altitude were key factors affecting the variation of phytoplankton characteristic index in the Wantan River.

Keywords： phytoplankton； community characteristics； spatial pattern； biodiversity； Wantan River； Three Gorges Reservoir area

在水库建设和形成过程中，随着水动力学条件的变化，水生物群落也发生巨大变化。对我国三峡建坝后的浮游植物群落变化进行监测，发现生物多样性格局与水库调度和水体滞留时间密切相关，而浮游植物作为生产者，是形成水域生产力基础之一［1-2］，在维持水域生态系统平衡、物质循环及能量流动等方面起着重要的作用［3］。由于浮游植物对水环境的变化十分敏感，河流连续性及库区水生态环境的改变通常会导致浮游植物种类组成及群落结构发生变化［4］。

目前，长江支游浮游植物的野外调查主要从环境因子对浮游植物群落结构的影响进行研究。朱爱民等［5］对长江干流和支流未淹没区与回水区的浮游植物进行调查，研究表明三峡工程蓄水对回水区浮游植物与水质的影响比长江干流大；朱爱民等［6］对水库浮游植物群落结构特征进行分析，发现对淹没支流河口，浮游植物群落组成特点明显改变，组成成分发生明显变化，硅藻优势种类占比、最高优势度明显下降；张静等［7］对长江干支流的浮游植物进行调查，认为总磷（TP）和总氮（TN）与浮游植物密度呈现显著正相关；朱永锋等［8］对三峡水库进行了大范围调查，发现硝态氨（NO3-N）、水温是影响支流库湾浮游植物群落结构的主要环境因子。

湾滩河是三峡库区左岸一级支流汤溪河的上游河段，干流长46.2 km，流域面积633.8 km2，截止目前湾滩河干流规划和建成的电站有18座，在我国西南山地河流梯级水电开发中具有典型的代表性。因此，针对湾滩河开展浮游植物群落结构研究对于西南山地河流和三峡库区河流水质安全和生态系统完整性具有重要意义。本文通过开展湾滩河浮游植物采样调查及水质评价，分析枯水期、丰水期湾滩河浮游植物群落结构特征及其与环境因子间的相关性，探明湾滩河水生态状况，以期为湾滩河水生态保护提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 采样点设置

湾滩河流域径流主要来源于降雨和地下水，径流的年内变化与降雨一致。每年3月下旬开始，随着降雨增加，径流也相应增大，4月为汛前过渡期，5-9月流域进入主汛期，径流量大增，10月为汛后过渡期，降雨减少，径流也逐渐减少，11月至次年2月很少降雨，径流主要由地下水补给。于2020年7月（丰水期）和2020年12月（枯水期）在湾滩河共布设9个采样点，涵盖回龙电站（S1）、鱼泉电站（S2）、汇合口（S3）、中源一级电站水坝（S4）、中源二级电站水坝（S5）、红池坝镇下（S6）、游家河汇口上（S7）、温水（S8）、转角楼（S9），如图1所示。样地特征一览表，如表1所示。表1中：L为距电站水坝距离；H为海拔；θ为温度；ρ（DO）为溶解氧（DO）的质量浓度；ρ（NH4N）为氨氮质量浓度；ρ（TP）为总磷的质量浓度。

1.2 样品采集和处理

1） 水样定性。在调查水体的各采样点采集浮游植物定性水样，样品用质量分数2%的鲁哥氏液固定后带回实验室观察，并进行浮游植物种类鉴别，确定水体中浮游植物的优势种。

2） 水样定量。将同一采样断面3个采样点水样混合后取1 000 mL，加15 mL鲁哥氏液进行固定。

3） 室内观察与处理。种类鉴定参照《中国淡水藻类： 系统、分类及生态》，通过 0.1 mL浮游生物计数框计数。

1.3 数据分析

采用优势度指数（Y）确定浮游植物的优势种，当优势度指数Y≥0.02时，认定为优势种［9］。优势度指数的计算式为

2 研究结果与分析

2.1 湾滩河浮游植物群落结构时空分布特征

2.1.1 浮游植物的种类组成与优势种 湾滩河丰水期和枯水期浮游植物种类数（k），如图2所示。由图2可知：湾滩河丰水期共检出浮游植物7门86种，硅藻门种类最为丰富，共47种，绿藻门次之，有22种；枯水期共检出浮游植物7门71种，以硅藻门为主，共42种，其次是绿藻门16种。丰水期浮游植物种类数量比枯水期的种类数多。

调查期间，湾滩河丰水期和枯水期浮游植物优势种及优势度，如表2所示。由表2可知：不论丰水期还是枯水期，优势物种的种类均以蓝藻门的小颤藻为主，丰水期和枯水期浮游植物优势种种类相同。

2.1.2 浮游植物密度及生物量 湾滩河丰水期和枯水期浮游植物密度和生物量变化，如图3所示.图3中：P为浮游植物密度；wB为生物量。

由图3可知：丰水期浮游植物密度为1.985 6×104～5.726 3×104 cells·L-1，生物量为0.017 8～0.068 8 mg·L-1；枯水期浮游植物密度为 2.033 2×104～6.006 0×104 cells·L-1，生物量为0.020 7～0.072 6 mg·L-1 ；不论是丰水期还是枯水期，采样点S4浮游植物密度及生物量最高，采样点S3次之，采样点S5的浮游植物密度及生物量最低。

2.1.3 浮游植物特征指数 湾滩河丰水期和枯水期浮游植物特征指数变化，如图4所示。图4中：δH为多样性指数；δJ为均匀度指数。

由图4（a）可知：丰水期各采样点浮游植物多样性指数的变化范围为3.489 6～5.236 4，平均值为4.461 6；枯水期多样性指数在3.987 6～5.528 6波动，平均值为4.750 2。由图4（b）可知：丰水期各采样点浮游植物均匀度指数为0.412 8～0.497 9，平均值为0.448 1；枯水期均匀度指数为0.454 7～0.510 5，平均值为0.488 1。

2.1.4 Simpson生物多样性指数 湾滩河丰水期和枯水期浮游植物Simpson生物多样性指数变化，如图5所示。图5中：δD为Simpson生物多样性指数。由图5可知：丰水期各采样点浮游植物Simpson生物多样性指数为0.489 6～0.587 9，平均值为0.534 8；枯水期均匀度指数为0.518 7～0.610 2，平均值为0.567 5；枯水期Simpson生物多样性指数略高于丰水期。

2.2 湾滩河丰水期和枯水期浮游植物密度与环境因子关系

湾滩河丰水期和枯水期浮游植物密度及特征指数与环境影响因子的Spearman相关性分析热图，如图6所示。图6中：t为时间；r为Spearman相关系数。

由图6可知：丰水期δJ与pH值呈显著负相关（r=-0.667，plt;0.05），枯水期δJ与wDO（r=-0.703，Plt;0.05）呈显著负相关，δJ与wTP呈显著正相关（r=0.683，Plt;0.05）。

3 讨论

3.1 湾滩河浮游植物的时空分布特征

丰水期和枯水期的浮游植物物种组成均主要以硅藻-绿藻型为主。丰水期和枯水期浮游植物群落组成差异较小（图2），丰水期和枯水期浮游植物优势种种类相同。多样性指数和优势种也可用于水体污染程度划分及水质评价［10-11］，枯水期采样点S4，S5，S7，S9的水质类型为清洁-寡污型，其余采样点在不同水情期的水质类型均为β-中污型。

从时间尺度分析，丰水期小颤藻的优势度明显高于其他物种，丰水期优势度指数明显高于枯水期（表2），枯水期浮游植物的多样性指数、均匀度指数普遍高于丰水期，枯水期Simpson生物多样性指数也略高于丰水期。说明在丰水期的浮游植物物种数量分布较不均匀，生态系统的结构趋于简单化，而枯水期浮游植物物种数量分布均匀，异质度较高。此外，枯水期水温适宜，有利于浮游植物生长，使得枯水期的浮游植物密度高于丰水期。

从空间采样点分析，采样点S6浮游植物的多样性指数最低，采样点S4的多样性指数最高；从各采样点的均匀度指数变化来看，丰水期采样点S7浮游植物的均匀度指数最高，采样点S3最低，而枯水期采样点S7浮游植物的均匀度指数最高，采样点S1最低。采样点S1海拔较高；采样点S7，S8与电站水坝距离较远，受人类活动影响较少，因此浮游植物密度都较低；采样点S3由于处于干流支流汇合处，浮游植物密度较高；采样点S4，S9位于湾滩河的支流，且采样点S4位于上游位置，水流流速较缓、泥沙淤积、营养物质含量增加，导致浮游植物密度增加。

3.2 湾滩河浮游结构的主要影响因子

相关性分析表明，pH值、溶解氧（DO）、总磷（TP）、海拔是影响湾滩河浮游植物特征指数变化的关键因子（图6）。采样点S4的浮游植物密度及生物量最高，采样点S5的最低（图3）。采样点S4位于采样点S5上游，入库河流带来部分营养盐和有机质，导致上游营养盐丰富，浮游植物群落大量繁殖，且人口活动相对较密集，生活污水排入其中，有机物含量相对高，为浮游植物的生长提供了一定的营养条件，有利于部分藻类生长，因此，浮游植物的数量和生物量增大；采样点S5人口稀疏、无大型工厂、有机污染少、营养盐含量低、水温相对低，限制了浮游植物的生长。DO和TP是影响浮游植物均匀度指数变化的主要环境影响因子，因为藻类生长繁殖过程消耗水体中的DO，水体中DO质量浓度降低，浮游植物密度增加，藻类竞争作用导致DO成为关键影响因子［12-13］；而高TP质量浓度导致部分浮游植物快速增长，这与张静等［7］的研究结果一致。此外，水体pH值对浮游植物的组成和分布有一定的影响［14］。丰水期和枯水期平均pH值分别为7.6和7.5，影响了部分浮游植物的生长，与浮游植物群落结构变化表现为负相关关系。

浮游植物群落结构不仅受pH值、溶解氧（DO）、总磷（TP）等因素的限制，还受水文条件的影响较大。电站建成后，库区因为水体变深、增大，流速减小，库区河段的水生生态将发生较大的变化。此外，采样点所处位置附近的电站水坝运行时间为4～5 a，生物趋向于适应新的环境，并与新环境之间达到新的平衡。根据调查结果，湾滩河流域内浮游植物以硅藻为主，硅藻属于流水型浮游植物，库区硅藻数量将减少，而适宜静水的蓝藻门、绿藻等其他门类的种类将会增加并成为优势种，生活于急流浅水区的着生藻类将会因水环境的快速改变而消失［15］，这与朱爱民等［5］的研究结果一致。因而，采样点与电站的距离和浮游植物密度呈正相关关系。

此外，回龙电站、鱼泉电站、中源一级电站、中源二级电站等依次分布于湾滩河的梯级电站，在各水电站下游采集的浮游植物样品分析结果表明，虽然各梯级小电站浮游植物丰度存在一定差别，但优势种均相同，且浮游植物组成占比较为相似。浮游植物的生长、繁殖、休眠都在水体中，由于同一河流水系的连续性，即使存在水电站阻隔，同一河流水系水生生物种属来源仍可表现一定的趋同性［16］。

4 结论

1） 丰水期和枯水期的浮游植物物种组成均主要以蓝藻-硅藻型为主，丰水期共检出浮游植物7门86种，枯水期共检出浮游植物7门71种。丰水期和枯水期共有优势种为小颤藻、尖针杆藻、线性舟形藻、简单舟形藻、膨胀桥弯藻、黄群藻、普通水绵。

2） 湾滩河浮游植物具有时空异质性，枯水期的浮游植物密度、多样性指数和均匀度指数均高于丰水期。中源一级电站水坝（S4）浮游植物密度及生物量最高，中源二级电站水坝（S5）浮游植物密度及生物量最低。

3） pH值、溶解氧（DO）、总磷（TP）、海拔是影响湾滩河浮游植物特征指数变化的关键因子。

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