长江河上游浮游生物群落结构与水质评价

王录生 梁阳阳 张国庆 卢文轩

摘要 为了解长江河流域浮游生物群落结构，评价水生态环境质量，于2021年9月对长江河上游典型区段15个采样站点的水体理化性质和浮游生物群落现状进行调查，分析浮游生物群落结构组成，并开展流域水质状况评价。结果表明，长江河上游监测到浮游植物共68种，隶属于6门43属；浮游动物共15种，其中轮虫类12种、枝角类2种、桡足类1种。基于水体理化参数与浮游生物学评价表明，长江河上游整体水质处于Ⅱ～Ⅲ类，为中污染状态。

关键词 浮游生物；群落结构；水质；长江河上游

中图分类号 X 17  文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2024）12-0071-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.12.014

Plankton Community Structure and Water Quality Evaluation in Upper Changjiang River

WANG Lu-sheng1， LIANG Yang-yang2， ZHANG Guo-qing2 et al

（1.Agricultural and Rural Bureau of Jinzhai County，Jinzhai，Anhui 237300;2.Fisheries Research Institute， Anhui Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Freshwater Aquaculture and Enhancement of Anhui Province， Hefei， Anhui 230001）

Abstract In order to understand the structure of the plankton community， evaluate the water ecological environment quality， the physical and chemical properties of the water body and the status of the plankton community of 15 sampling sites in typical sections of upper Changjiang River  in September 2021 were investigated，the composition of the plankton community structure was analyzed and the water quality status of the basin was evaluated.The result showed that 68 species of phytoplankton were detected in upper Changjiang River， belonging to 43 genera and 6 phyla.There were 15 species of zooplankton， including 12 species of Rotifera， 2 species of Cladocera and 1 species of Copepoda.Based on the physical and chemical parameters of water quality and plankton biological evaluation， the overall water quality of upper Changjiang River was in class Ⅱ-Ⅲ， which was in the state of medium pollution

Key words Plankton;Community structure;Water quality;Upper Changjiang River

基金项目 安徽省水产产业技术体系（皖农科函〔2021〕711号）；安徽省农业科学院湿地生态与应用技术创新团队 （2021YL055）。

作者简介 王录生（1972—），男，安徽金寨人，工程师，从事大水面生态渔业研究。*通信作者，研究员，硕士，从事渔业环境研究。

收稿日期 2023-08-02

微型浮游生物是水生生态系统的重要组成部分，包括浮游植物和浮游动物，它们对生活环境变化敏感，与水环境因子关系密切，对维持生态系统的结构和功能具有重要作用［1-2］。近年来，微型浮游生物在水污染监测中的指示作用受到重视，多地开展了湖泊和河流水污染的调查［3-4］。浮游生物群落的组成与水污染密切相关［5］。浮游植物方面，水体营养负荷的过度增长而导致的富营养化，最明显的表现是浮游植物大量繁殖，形成“水华”。Bohuslav等［6］在1971年提出了河流水流的污染水生物系统，并列出了4个不同污染带的各种浮游植物的指示种。浮游动物方面，当水体受到各种有毒物质污染时，原生动物对有毒物质的耐受性不同，会导致敏感物种的数量发生相应的变化。水生生物能够吸收、转移和积累污染物，在水质指示和监测方面具有重要意义［7］。通过检测水环境理化参数和水生浮游生物个体、种群和群落的种类组成、多样性和稳定性［8］，及时、全面地监测浮游生物生态状况和掌握水环境生态质量的特征，为水资源保护、水环境管理、水污染防治和决策提供可靠的依据。

长江河位于金寨县北部，是淮河水系上游支流，发源于金寨县汤家汇镇西部边界的金刚台，流经铁冲乡、全军乡、梅山镇，于梅山镇汇入史河，河道全长48.5 km，下游是安徽省与河南省的界河。长江河流域面积246.0 km2，其中安徽省境内199.1 km2，流域内以山林为主，为典型的山区型河流［9］。长江河渔业资源丰富，2013年由原农业部批准在长江河上游区域设立“长江河宽鳍鱲马口鱼国家级水产种质资源保护区”。目前，针对长江河流域水质状况和浮游生物多样性等相关研究较少，浮游生物的基本组成尚不清楚。该研究通过对长江河上游保护区开展调查，初步掌握浮游生物群落结构组成、丰度与多样性，并通过对浮游生物进行分析，从水体理化因子和水生生物学角度对长江河上游水质状况进行评价，为长江河水生生物积累本底资料。

1 材料与方法

1.1 样点设置

参照《淡水浮游生物调查技术规范》［10］，结合长江河水域环境特点，布设监测站点。为保证监测数据的全面性与准确性，于水域内干流（CJ1～9）和3条支流（LC1～2、JH1～2、TC1～2）布设15个采样点（图1），各样点使用GPS定位经纬度。2021年9月10—11日开展浮游生物单次调查监测，并对水体相关理化参数进行测定。

1.2 水体理化监测

采用5 L的Patalas有机玻璃采水器于各样点位采集水样，取1 L装于广口瓶中带回实验室，用于测定总氮（TN）、总磷（TP）、氨氮（NH3-N）、化学需氧量（COD）、叶绿素a（Chl-a）等指标。利用多水质参数仪YSI，现场测定水温（WT）、溶解氧（DO）、pH等。水样总氮、总磷、氨氮、化学需氧量、叶绿素等测定参照《地表水环境质量标准》［11］。

1.3 浮游生物采集与鉴定

以25#浮游生物网（网眼孔径为64 μm）在水体表面呈“□”字形捞取5 min，将滤取样品放入标本瓶中用于浮游生物定性分析。浮游植物定量样品以1 L的Patalas有机玻璃采水器采集1 L水样。浮游动物定量样品以5 L的Patalas有机玻璃采水器采集15 L水样，通过浮游生物网过滤浓缩至100 mL广口瓶中。浮游植物定性和定量样品各加入水样体积1.5%鲁哥氏液固定，浮游动物定性和定量样品各加入水样体积4%甲醛溶液固定。浮游生物样品带回实验室进行沉淀浓缩，在Olympus BX53显微镜下进行鉴定、计数。浮游植物鉴定参考《中国淡水藻类∶系统、分类及生态》［12］，浮游动物鉴定参考《淡水微型生物与底栖动物图谱》［13］。

1.4 生态指标

根据参考文献提供的Shannon-Wiener指数（H′）［14］、Simpson指数（D）［15］ 、Pielou指数（J）［16］、Margalef指数（K）［17］和优势度（Y）［8］对群落结构特征进行描述，具体公式如下：

H′=-Ni/N×ln（Ni/N）（1）

D=1-（Ni/N）2（2）

J=H′/lnS（3）

K=（S-1）/lnN（4）

Y=（Ni/N）/fi（5）

式中：Ni为第i种（属）细胞数量;N为总的细胞数量;S为水样中总种（属）数;fi为第i种（属）出现频率。参考况琪军等［18］文献参数判定水质状况。取Y>0.02为优势浮游生物。

1.5 数据处理与分析

使用ArcGIS Pro软件对试验数据制图，利用GraphPad Prism7.0 软件统计并分析数据。

2 结果与分析

2.1 水体理化参数

2021年9月调查期间，长江河上游水体水位低，清澈见底。水温在22.8～29.3 ℃，平均值为26.5 ℃，同一时期各点位水温无明显差异。水体叶绿素a含量为0.5～7.9 mg/L，平均值为3.2 mg/L；亚硝态氮含量为0.002～0.037 mg/L（图2）；水体溶解氧为5.9～9.7 mg/L，平均值为7.7 mg/L；pH为6.52～8.27。

单因子评价分析，COD含量为9～23 mg/L，总体达地表水Ⅲ类标准（≤20 mg/L），少数样点满足地表水Ⅳ类标准（≤30 mg/L）。氨氮含量0.08～0.32 mg/L，均值为0.15 mg/L，总体达地表水Ⅱ类标准（≤0.50 mg/L）。总磷含量为0.01～0.07 mg/L，平均值为0.03 mg/L，各样点均达地表水Ⅱ类标准（≤0.10 mg/L）。总氮含量为0.41～1.36 mg/L，平均值为0.82 mg/L，总体达地表水Ⅲ类标准（≤1.0 mg/L），少数样点满足地表水Ⅳ类标准（≤1.5 mg/L）。综合评价，长江河上游整体处于Ⅱ～Ⅲ类水质。

2.2 浮游植物

根据现场调查结果，调查水域共鉴定出浮游植物68种，隶属于6门43属。其中，绿藻门26种，占总种数的38.24%；硅藻门24种，占总种数的35.30%；蓝藻门7种，占总种数的10.29%；裸藻门6种，占总种数的8.82%；甲藻门3种，占总种数的4.41%；隐藻门2种，占总种数的2.94%。调查期间，浮游植物优势种为细小平裂藻（Merismopedia tenuissima）（Y=0.052）、水华束丝藻（Aphanizomenon flosaquae）（Y=0.030）、短小曲壳藻（Achnanthes exigua）（Y=0.024）。

此次调查期间，长江河上游各点位浮游植物的丰度为0.20×106～4.20×106 cells/L，平均为2.40×106 cells/L。采样站点各门丰度所占比例（图3a）表明，全年蓝藻门的相对丰度为58.29%，为绝对的优势类群，硅藻门和绿藻门的相对丰度分别为22.69%、14.75%，裸藻门的相对丰度为3.30%，甲藻门和隐藻门的相对丰度较低，分别为0.54%、0.43%。

长江河上游各点位浮游植物的生物量为0.09～5.49 mg/L，平均值为2.81 mg/L。其中，蓝藻门相对生物量为5.66%，硅藻门相对生物量为49.34%，绿藻门相对生物量为17.45%，裸藻门相对生物量为20.40%，甲藻门相对生物量为5.85%，隐藻门相对生物量较低，为1.30%（图3b）。

长江河上游浮游植物Simpson指数（D）为0.20～0.94，均值为0.79。浮游植物Shannon-Wiener指数（H′）为0.35～2.95，均值为2.16;根据H′值水质评价标准，判定长江河上游水质为β中污型。浮游植物Margalef指数（K）为0.08～1.47，均值为 0.91;参照K值水质评价标准，判定长江河上游水质为α中污型。浮游植物Pielou指数（J）为0.50～0.97，均值为0.85；参照J值水质评价标准，判定长江河上游水质为轻度污染。

2.3 浮游动物

此次调查期间，共鉴定出轮虫12种，枝角类2种，桡足类1种。浮游动物主要以轮虫为主，优势种为螺形龟甲轮虫（Keratella cochlearis）（Y = 0.061）、前节晶囊轮虫（Asplachna priodonta）（Y = 0.091）、囊形单趾轮虫（Monostyla bulla）（Y=0.043）。

长江河上游浮游动物的丰度为0.17～1.33个/L，平均为0.80个/L；轮虫类的相对丰度为71.43%，桡足类、枝角类相对丰度分别为25.71%、2.86%。浮游动物生物量为0～0.01 mg/L，平均为0.01 mg/L；桡足类、轮虫类相对生物量分别为55.06%、41.92%，枝角类相对生物量仅为3.02%（图4）。

长江河上游浮游动物Shannon-Wiener指数（H′）为0～2.87，均值为1.79；Pielou指数（J）为0～1.15，均值为0.75；Margalef指数（K）为0～2.82，均值为1.62；Simpson指数（D）为0～0.85，均值为0.60。

3 结论与讨论

水体中浮游生物群落结构的演替受环境因素的调控，浮游生物的种类组成和丰度通常能反映水生生境特征和水质营养状况［1］。对长江河上游水质状况和浮游生物群落结构进行调查，初步掌握了该水域水质状况和浮游生物的种类组成、丰度和多样性水平。调查区内硅藻门和绿藻门为主要优势类群，综合水体理化参数和浮游生物多样性参数结果，判定长江河上游为中营养型湖泊。

调查表明，长江河上游水体中浮游植物种（属）数、丰度和优势度均以硅藻门为主要优势门类，绿藻门次之。浮游植物群落组成与安徽省山区河流新安江流域屯溪段［1］和水西河［5］浮游植物的组成相似。浮游动物主要以轮虫为主，优势种为螺形龟甲轮虫、前节晶囊轮虫、囊形单趾轮虫。浮游动物群落组成与巢湖流域浮游动物［19-20］的组成相似。甲藻、黄藻、裸藻、金藻较易生活在清洁、流动水体中的浮游植物比较少见［12］。浮游植物密度水平较湖泊、池塘低。调查区段水体特征为水体混合良好浅水水体、无分层现象，且水流流速平缓，从功能群的角度，此类水体生境特征适宜硅藻门、绿藻门浮游植物类群生长。根据浮游动物多样性指数的分级评价标准，长江河流域多样性比较丰富；根据均匀度指数，群落形成较稳定结构。

浮游植物物种多样性指数表明，长江河上游整体水质情况为轻污染。Shannon-Wiener多样性指数越大，浮游生物群落结构越复杂，水生系统稳定性越好，水质越好；当多样性降低时，情况则相反［8］。水体营养状况可以显著影响浮游生物群落的变化，而浮游生物作为水生生态系统中重要的初级生产者，具有生命周期短、能量代谢速度快、对水质变化敏感等特点［6］，其生物量及种群群落结构动态能很好地反映水体水质现状。单因子评价长江河上游整体处于Ⅱ～Ⅲ类水质，浮游生物多样性参数表明水体为中污型。综合水体理化参数和浮游生物多样性参数结果［18］，判定长江河上游为中污染的中营养型河流。

该研究重点关注调查区浮游生物多样性和水质状况。

在此基础上，后期研究将进一步结合水体理化参数和生物指标进行长期监测，系统分析影响长江河浮游生物群落结构演变规律和主导影响因素，为长江河流域水生态保护提供基础数据和理论支持。

参考文献

［1］ 张国庆，杨雨玲，唐爱国，等.新安江流域 （屯溪段） 浮游植物群落结构及其与环境因子的关系［J］.生态学杂志，2020，39（2）：527-540.

［2］ 陈红，刘清，潘建雄，等.灞河城市段浮游生物群落结构时空变化及其与环境因子的关系［J］.生态学报，2019，39（1）：173-184.

［3］ 黄琪，高俊峰，张艳会，等.长江中下游四大淡水湖生态系统完整性评价［J］.生态学报，2016，36（1）：118-126.

［4］ 郭匿春，马友华，李堃，等.东巢湖湖滨农田生态拦截沟中浮游植物群落结构［J］.湖泊科学，2014，26（2）：277-287.

［5］ 张国庆，董丽丽，杨雨玲，等.新安江流域水西河 （黄山学院段） 浮游植物群落结构周年调查［J］.黄山学院学报，2019，21（5）：40-45.

［6］ BOHUSLAV F，OTTO G H.Algenkunde［M］.Stuttgart：Fischer，1971.

［7］ 国家环保局《水生生物监测手册》编委会.水生生物监测手册［M］.南京：东南大学出版社，1993.

［8］ 金相灿，屠清瑛.湖泊富营养化调查规范［M］.2版.北京：中国环境科学出版社，1990.

［9］ 舒鹏鹏，王慧萍.金寨长江河治理及反思［J］.安徽水利水电职业技术学院学报，2016，16（3）：51-53.

［10］ 中华人民共和国农业部.淡水浮游生物调查技术规范：SC/T 9402—2010［S］.北京：中国农业出版社，2011.

［11］ 国家环境保护总局，国家质量监督检验检疫总局.地表水环境质量标准：GB 3838—2002［S］.北京：中国环境科学出版社，2002.

［12］ 胡鸿钧，魏印心.中国淡水藻类：系统、分类及生态［M］.北京：科学出版社，2006.

［13］ 周凤霞，陈剑虹.淡水微型生物与底栖动物图谱［M］.2版.北京：化学工业出版社，2011.

［14］ SHANNON C E，WEAVER W.The mathematical theory of communication［M］.Urbana，IL：University of Illinois Press，1963.

［15］ SIMPSON E H.Measurement of diversity［J］.Nature，1949，163：688.

［16］ PIELOU E C.The measurement of diversity in different types of biological collections［J］.J Theor Biol，1966，13：131-144.

［17］ MARGALEF D R.Information theory in ecology［J］.Gen Syst，1957，3：36-71.

［18］ 况琪军，马沛明，胡征宇，等.湖泊富营养化的藻类生物学评价与治理研究进展［J］.安全与环境学报，2005，5（2）：87-91.

［19］ 李怀国，杨长明，王育来.巢湖水质现状及浮游生物群落结构特征［J］.安徽农业科学，2017，45（22）：13-16.

［20］ 吴利，周明辉，沈章军，等.巢湖及其支流浮游动物群落结构特征及水质评价［J］.动物学杂志，2017，52（5）：792-811.