粟麗, 黃梓榮, 陳作志

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榕江下游流域夏秋季網(wǎng)采浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征

粟麗, 黃梓榮*, 陳作志

中國水產(chǎn)科學(xué)研究院南海水產(chǎn)研究所, 農(nóng)業(yè)部南海漁業(yè)資源開發(fā)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣東廣州 510300

根據(jù)2013年7月(夏季)和11月(秋季)的調(diào)查數(shù)據(jù), 對(duì)榕江流域揭陽至汕頭段浮游植物物種組成、時(shí)間分布及多樣性等群落結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行了分析。結(jié)果顯示: 共鑒定出浮游植物5門106種, 其中, 硅藻54種、綠藻32種、藍(lán)藻12種、甲藻和裸藻各4種, 分別占種類總數(shù)的50.94%、30.19%、11.32%和3.77%。浮游植物種類數(shù)目秋季(79種)多于夏季(52種), 夏季豐度(12571.94×104細(xì)胞·m-3)是秋季(342.30×104細(xì)胞·m-3)的36.73倍。豐度在空間上表現(xiàn)出夏季呈無規(guī)則的變化, 秋季則呈上游站位高于下游站位的變化規(guī)律。優(yōu)勢(shì)種夏季主要為藍(lán)綠藻類的微小色球藻、細(xì)小隱球藻、月牙藻和普通小球藻等6種; 秋季主要為顆粒直鏈藻和膠網(wǎng)藻2種。Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)和Margalef物種豐富度指數(shù)在秋季(2.42, 0.60, 2.79)高于夏季(1.46, 0.36, 1.12)。榕江流域水質(zhì)狀況的生物多樣性指數(shù)綜合評(píng)價(jià)顯示, 該流域水質(zhì)總體屬于中度污染型, 生態(tài)環(huán)境受到了一定程度的污染破壞。

榕江; 浮游植物; 豐度; 生物多樣性

1 前言

榕江是粵東一條重要河流, 流程僅次于韓江, 其發(fā)源于汕尾市陸河縣鳳凰山, 自西南蜿蜒流向東北, 經(jīng)揭西、普寧、揭東、揭陽、潮陽及汕頭等諸市縣, 至汕頭市牛田洋注入南海。榕江在廣東省是僅次于珠江的深水河, 歷史上有"黃金水道"和"狀元港"的美譽(yù)。隨著工業(yè)的發(fā)展、城市化進(jìn)程加快及人口日益增多, 榕江流域水污染和水資源短缺情況日益突出。吳麗璇[1]等對(duì)榕江流域水質(zhì)的監(jiān)測發(fā)現(xiàn)2000至2003年榕江上游水質(zhì)為Ⅲ類, 中下游水質(zhì)為Ⅳ—劣Ⅴ類, 并且重金屬污染較為嚴(yán)重, 尤以鐵、錳為甚。除此外, 還有研究者對(duì)榕江的水文特征[2]、水質(zhì)變化[3]及水環(huán)境容量[4]等進(jìn)行了調(diào)查分析。

浮游植物作為初級(jí)生產(chǎn)者, 其種類和數(shù)量決定了水生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能, 而水環(huán)境的改變將導(dǎo)致浮游植物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。浮游植物種類組成、細(xì)胞豐度及優(yōu)勢(shì)種等在不同水環(huán)境中變化很大[5–6]。其群落結(jié)構(gòu)的變化可以反映水體生態(tài)環(huán)境狀況[7–8]。通過對(duì)浮游植物群落結(jié)構(gòu)的研究可以了解水域生態(tài)環(huán)境及其變化規(guī)律。因此, 對(duì)水域中浮游植物進(jìn)行調(diào)查分析對(duì)水域生態(tài)研究和環(huán)境監(jiān)測都有重要意義。目前國內(nèi)南方關(guān)于海灣海區(qū)[9–10]的報(bào)道較多, 關(guān)于江河的報(bào)道主要集中在珠江及其支流[11–12], 而關(guān)于榕江水域浮游植物的尚未見報(bào)道, 本文對(duì)榕江揭陽至汕頭入?？谒蚋∮沃参锏姆N類組成、細(xì)胞豐度、優(yōu)勢(shì)種以及物種多樣性等進(jìn)行了調(diào)查分析, 以期為該水域生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)及保護(hù)措施的制訂等提供參考。

2 材料與方法

2.1 調(diào)查時(shí)間與站位

調(diào)查分別于2013年7月(夏季)和2013年11月(秋季)租用當(dāng)?shù)貪O船進(jìn)行了2個(gè)航次的浮游植物樣品的采集, 此次共設(shè)置了12個(gè)調(diào)查站位, 調(diào)查站位分布于榕江揭陽至汕頭入?？? 具體分布情況詳見圖1。

1.2 樣品的采集與分析

浮游植物樣品的采集采用淺水Ⅲ型浮游生物網(wǎng)(網(wǎng)目孔徑0.077 mm)進(jìn)行采集, 浮游生物網(wǎng)網(wǎng)口距水底0.5 m處時(shí)開始向水面拖拽, 采集的樣品裝入500 mL的聚乙烯瓶中, 現(xiàn)場用魯哥氏液固定, 固定的樣品帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行沉淀與濃縮, 取0.1 mL濃縮的樣品置于浮游植物計(jì)數(shù)框中, 在光學(xué)顯微鏡下進(jìn)行計(jì)數(shù)和分類。浮游植物樣品采集與定量均參照《海洋調(diào)查規(guī)范海洋生物調(diào)查》[13]進(jìn)行。

1.3分析方法

浮游植物群落結(jié)構(gòu)分析主要運(yùn)用Shannon-Wiener多樣性指數(shù)()、Pielou均勻度指數(shù)()、Margalef物種豐富度指數(shù)()及優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(), 計(jì)算公式分別如下:

Shannon-Wiener多樣性指數(shù)()計(jì)算公式為:

式中ni為第i種浮游植物個(gè)體數(shù); N為浮游植物個(gè)體總數(shù)。H′值越大, 水質(zhì)越清潔(0—1為重污染; 1—2為中污染; 2—3為輕污染; 大于3為清潔)[14]。

Pielou均勻度指數(shù)()計(jì)算公式為:

=/log2(2)

式中為Shannon-Wiener多樣性指數(shù);為浮游植物種類數(shù)。值越大, 水質(zhì)越清潔(0—0.3為重污染; 0.3—0.5為中污染; 0.5—0.8為輕污染或無污染)[15]。

Margalef物種豐富度指數(shù)()計(jì)算公式為:

=(－1)/log2(3)

式中:為種類數(shù);為個(gè)體數(shù)。值越大, 水質(zhì)越清潔(D值0—1為重污染; 1—2為α–中污染; 2—3為β–中污染; 3—4清污染; 大于4為清潔)[16]。

種類優(yōu)勢(shì)度指數(shù)()計(jì)算公式為:

=(N/)f(4)

式中N為第種的個(gè)體數(shù);為每個(gè)鐘的總個(gè)體數(shù);f為第種在各站位中出現(xiàn)的頻度,>0.02為優(yōu)勢(shì)種[17]。

夏、秋季浮游植物豐度差異顯著性的統(tǒng)計(jì)分析及各站位間浮游植物分布的聚類分析均使用SPSS 19.0進(jìn)行。

3 結(jié)果與分析

3.1 浮游植物種類組成

夏秋兩個(gè)航次共鑒定浮游植物5門33科106種(含變種、變型及個(gè)別未定種), 夏季52種, 秋季79種。其中硅藻54種, 占種類組成的50.94%; 綠藻32種, 占30.19%, 藍(lán)藻12種, 占11.32%, 甲藻和裸藻類均4種, 分別占3.77%。兩個(gè)航次浮游植物種類均以硅藻居多。

調(diào)查發(fā)現(xiàn)兩季平均出現(xiàn)種類為17種, 其中夏季16種, 秋季18種。出現(xiàn)種類最多的為Z2站, 秋季出現(xiàn)了28種。從圖2可以看出各站位之間浮游植物種類存在水平差異和季節(jié)差異。通過各站位種類數(shù)目的聚類分析發(fā)現(xiàn)浮游植物種類數(shù)目的季節(jié)變化表現(xiàn)為夏季呈無規(guī)則的變化, 秋季則呈上游站位高于下游站位的變化規(guī)律。

3.2 浮游植物細(xì)胞豐度時(shí)空變化

3.2.1 季節(jié)變化

夏秋兩季浮游植物細(xì)胞豐度存在顯著差異(<0.05)。兩季各站位浮游植物細(xì)胞豐度變化范圍為11.50—28616.32×104細(xì)胞·m-3, 平均6457.12×104細(xì)胞·m-3; 夏季平均豐度為12571.94×104細(xì)胞·m-3, 其中藍(lán)藻平均豐度為9104.12×104細(xì)胞·m-3, 綠藻為3397.85× 104細(xì)胞·m-3, 其他(主要為硅藻和甲藻) 69.98×104細(xì)胞·m-3; 秋季平均豐度為342.30×104細(xì)胞·m-3, 其中硅藻平均豐度為240.62×104細(xì)胞·m-3, 綠藻為93.31×104細(xì)胞·m-3, 其他(主要為藍(lán)藻和甲藻) 8.37× 104細(xì)胞·m-3; 浮游植物平均細(xì)胞豐度夏季是秋季的36.73倍。通過聚類分析發(fā)現(xiàn)浮游植物豐度表現(xiàn)出夏季呈無規(guī)則的變化, 而秋季則呈上游站位高于下游站位的變化規(guī)律(圖3)。浮游植物季節(jié)變化還表現(xiàn)在各門類細(xì)胞豐度所占比例上, 夏季藍(lán)藻類所占比例高達(dá)72.41%, 硅藻比例僅占百分之零點(diǎn)幾; 秋季則演變?yōu)楣柙灞壤罡?70.30%), 而藍(lán)藻比例變得很低, 詳見圖4。

3.2.2 水平分布

兩個(gè)季節(jié)浮游植物細(xì)胞豐度的水平分布也存在較大差異。夏季浮游植物豐度最高站位為Z5 (28616.32×104細(xì)胞·m-3), 最低為Z4(4666.84×104細(xì)胞·m-3), 其他站位豐度范圍為7724.69—18820.96× 104細(xì)胞·m-3; 秋季豐度最高站位為Z2(1812.66×104細(xì)胞·m-3), 最低為Z8(11.50×104細(xì)胞·m-3), 其他站位豐度范圍為12.86—1121.72×104細(xì)胞·m-3。

3.3 浮游植物優(yōu)勢(shì)種的組成及季節(jié)變化

以優(yōu)勢(shì)度大于0.02為判斷標(biāo)準(zhǔn), 本次調(diào)查流域浮游植物優(yōu)勢(shì)種共出現(xiàn)了8種(見表1), 兩季優(yōu)勢(shì)種種類差異很大, 有明顯的季節(jié)更替。夏季出現(xiàn)了6種, 其中有4種為藍(lán)藻類, 其余2種為綠藻類; 秋季出現(xiàn)了2種, 1種為硅藻類, 1種為綠藻類。兩季優(yōu)勢(shì)種均為淡水或咸淡水種類。夏季微小色球藻()優(yōu)勢(shì)度最高0.30。秋季顆粒直鏈藻()優(yōu)勢(shì)度最高, 高達(dá)0.51。其他優(yōu)勢(shì)種及優(yōu)勢(shì)度詳見表 1。

表1 榕江流域浮游植物優(yōu)勢(shì)種組成

3.4 浮游植物物種多樣性的時(shí)空變化

3.4.1 季節(jié)變化

從表2可以看出榕江流域浮游植物多樣性指數(shù)存在季節(jié)變化。多樣性指數(shù)整體表現(xiàn)為秋季高于夏季, 夏季平均為1.46, 秋季平均為2.42; 均勻度指數(shù)夏季平均為0.36, 秋季為0.60, 也表現(xiàn)為秋季高于夏季; 豐富度指數(shù)夏季均值為1.12秋季為2.79。秋季浮游植物多樣性、均勻度和豐富度指數(shù)均高于夏季, 表明秋季浮游植物群落結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較高。

3.4.2 水平變化

從表2可見, 榕江流域浮游植物多樣性水平呈無規(guī)律變化, 多樣性指數(shù)變幅為0.27—3.33, 均值為1.94, 最高站位為Z5, 其次為站位Z9, 最低為Z7; 各站位均勻度指數(shù)變幅為0.07—0.77, 均值為0.48, 變化趨勢(shì)與多樣性指數(shù)變化趨勢(shì)相似; 各站位物種豐富度指數(shù)變幅為0.68—4.02, 均值為1.96。總體來說榕江流域浮游植物多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)和豐富度指數(shù)均處較低水平。

4 討論

4.1 榕江流域浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征

此次調(diào)查的榕江流域位于揭陽至汕頭段, 該河段處于中下游, 營養(yǎng)鹽豐富, 再加上該河段連接入?？诿刻鞎?huì)出現(xiàn)兩次高潮和兩次低潮, 因此該河段浮游植物主要以喜富營養(yǎng)的淡水和咸淡水種類為主, 夏季和秋季種類差異較大。夏季浮游植物豐度分布型為藍(lán)藻-綠藻-硅藻, 秋季為硅藻-綠藻-藍(lán)藻。夏季藍(lán)綠藻占絕對(duì)優(yōu)勢(shì), 而秋季則以硅藻和綠藻為優(yōu)勢(shì)種。該次調(diào)查還發(fā)現(xiàn)該河段夏季優(yōu)勢(shì)門類為藍(lán)藻門和綠藻門, 其中藍(lán)藻類所占比例高達(dá)72.41%, 綠藻類27.03%, 硅藻與其他藻類僅占0.56%; 表明夏季該河段浮游植物群落以藍(lán)藻為主導(dǎo); 秋季該河段則演替為以硅藻門為主導(dǎo)的浮游植物群落, 其硅藻類比例達(dá)70.30%。有研究發(fā)現(xiàn), 營養(yǎng)水平較低的水體常以硅藻、甲藻、隱藻類占優(yōu)勢(shì), 而富營養(yǎng)水體則常以藍(lán)藻、綠藻類占優(yōu)勢(shì)[18]。因此, 這種變化可能是該河段夏季營養(yǎng)鹽較秋季豐富, 從而導(dǎo)致夏季更適合藍(lán)藻類的生長繁殖, 秋季更適合硅藻類的生長。由于缺少水體營養(yǎng)元素的監(jiān)測, 此推論還有待進(jìn)一步的調(diào)查研究。

表2 榕江流域浮游植物多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)和豐富度指數(shù)

從夏秋兩季浮游植物優(yōu)勢(shì)種來看, 夏季的優(yōu)勢(shì)種色球藻、隱球藻、月牙藻和小球藻均為喜富營養(yǎng)、耐有機(jī)污染的常見種類。而秋季優(yōu)勢(shì)種顆粒直鏈藻是也是淡水中常見的種類, 在半咸水中也能占優(yōu)勢(shì)地位[19], 其對(duì)水環(huán)境變化很敏感, 在富營養(yǎng)化水體中易形成優(yōu)勢(shì), 常為富營養(yǎng)化水體的指示藻種[20]。綜上表明榕江流域浮游植物以喜富營養(yǎng)、耐污染種類為優(yōu)勢(shì)的群落結(jié)構(gòu), 有明顯的群落結(jié)構(gòu)更替。

4.2 季節(jié)變化對(duì)浮游植物的影響

此次調(diào)查發(fā)現(xiàn)榕江流域浮游植物出現(xiàn)了明顯的季節(jié)演替, 一般而言, 影響浮游植物季節(jié)性動(dòng)態(tài)變化的關(guān)鍵因子為溫度和營養(yǎng)鹽, 其中溫度是驅(qū)動(dòng)浮游植物群落季節(jié)演替最重要的因子。李秋華[21]等分析研究了調(diào)水水庫的浮游植物群落, 發(fā)現(xiàn)影響浮游植物群落動(dòng)態(tài)變化的主要環(huán)境因子是水溫和降雨量。水溫的季節(jié)變化直接影響浮游植物生長, 適宜的溫度能促進(jìn)浮游植物的生長和繁殖[22], 有研究發(fā)現(xiàn)浮游植物葉綠素濃度與水溫呈正相關(guān)關(guān)系[23], 這也可能是夏季榕江流域浮游植物細(xì)胞豐度顯著高于秋季的原因。溫度還能影響水體的分層, 間接的影響浮游植物在水體的懸浮, 從而影響其在水體的分布和演替[24], MWAURA的研究表明水溫是藍(lán)藻迅速生長的第一調(diào)節(jié)因子[25], 較高的水溫容易誘導(dǎo)藍(lán)藻水華的發(fā)生[26]。據(jù)查閱當(dāng)?shù)貧鉁刭Y料顯示, 該區(qū)域7月份溫度為26—32℃, 11月份為16—24 ℃, 因此夏季較高的溫度可能是藍(lán)藻占優(yōu)勢(shì)的原因, 秋季溫度走低可能是浮游植物以耐受低溫的硅藻為優(yōu)勢(shì)的原因, 由于缺少水體理化環(huán)境因子的測定, 該現(xiàn)象還需進(jìn)一步研究。

4.3 浮游植物多樣性

浮游植物多樣性指數(shù)是用于評(píng)價(jià)浮游植物種類組成穩(wěn)定性、數(shù)量分布均勻程度和群落結(jié)構(gòu)特征等的指標(biāo)。夏秋兩季榕江浮游植物多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)和豐富度指數(shù)均值分別為1.94、0.48和1.96, 參照浮游植物多樣性和均勻度指數(shù)分級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[14–15],榕江流域水質(zhì)狀況屬于中度污染。調(diào)查流域浮游植物多樣性有明顯的季節(jié)變化, 夏季該河段浮游植物多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)和豐富度指數(shù)均值分別為1.49、0.36和1.12; 秋季分別為2.42、0.60和2.79, 三項(xiàng)指數(shù)綜合顯示該河段夏季為中度污染, 而秋季為輕度污染, 表明秋季水質(zhì)狀況好于夏季。張俊逸[27]等對(duì)珠江廣州段浮游植物進(jìn)行了調(diào)查, 得出該河段中大碼頭浮游植物多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)均值分別為2.73和0.52, 魚珠碼頭分別為2.58和0.51。與調(diào)查的榕江河段相比珠江水域浮游植物多樣性略高。與長江下游秋季浮游植物多樣性(2.38—2.73)[28]持平。總體來說, 榕江流域浮游植物多樣性較低, 浮游植物穩(wěn)定性較差, 水環(huán)境受到了一定程度的污染。為提高該流域生態(tài)環(huán)境, 應(yīng)制定嚴(yán)格的污水廢水排放標(biāo)準(zhǔn), 減少生活污水、工業(yè)污水及農(nóng)業(yè)污水排放等。

5 結(jié)論

(1) 本次調(diào)查流域浮游植物以淡水種類為主, 共鑒定出浮游植物5門106種, 其中, 硅藻54種、綠藻32種、藍(lán)藻12種、甲藻和裸藻各4種, 分別占種類總數(shù)的50.94%、30.19%、11.32%和3.77%。

(2) 浮游植物種類數(shù)目秋季(79種)多于夏季(52種), 但豐度表現(xiàn)為夏季(12571.94×104細(xì)胞·m-3)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于秋季(342.30×104細(xì)胞·m-3)。

(3) 浮游植物種類數(shù)目與豐度在空間上的分布均表現(xiàn)出夏季呈無規(guī)則的變化, 而秋季則呈上游站位高于下游站位的變化規(guī)律。

(4) 夏秋兩季均表現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)種單一優(yōu)勢(shì)度高的特點(diǎn)。夏季以藍(lán)藻類(占72.41%)為主, 秋季則轉(zhuǎn)變?yōu)橐怨柙孱?占70.30%)為主。

(5) 浮游植物多樣性和均勻度指數(shù)秋季(2.42, 0.60)較夏季(1.46, 0.36)高, 總體來說, 該流域浮游植物多樣性和均勻度指數(shù)均屬較低水平, 表明該流域生態(tài)系統(tǒng)較脆弱, 生態(tài)環(huán)境較差, 應(yīng)注重加強(qiáng)該流域生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。

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Community characteristics of net phytoplankton in summer and autumn in the lower reaches of Rongjiang River

SU Li, HUANG Zirong*, CHEN Zuozhi

South China Sea Fisheries Research Institute, Chinese Academy of Fishery Sciences;Key Laboratory of south China Sea Fishery Resources Exploitation & Ftilization, Ministry of Agriculture, P.R.China, Guangzhou, 510300 China

Species composition, distribution and diversity of phytoplankton were investigated in July and November 2013 in Rongjiang River. Results showed that a total of 106 phytoplankton species belonging to 5 phyla were identified. Phytoplankton composition included 54 species of Bacillariophyta, 32 species of Chlorophyta, 12 species of Cyanophyta, and 4 species of Pyrrophyta and Euglenophyta, respectively, where the number of species accounted for 50.94%, 30.19%, 11.32%, 3.77%, and 3.77% of the total species, respectively. The species number was 79 in autumn, higher than that in summer (52 species). The abundance of phytoplankton was 12571.94×104cells·m-3in summer, accounting for 36.73 times of that in autumn. Moreover, distribution of abundance indicated that it presented irregular variation in summer, while the upstream stations were higher than downstream in the autumn. Dominant species in summer were,,and, while those in autumn wereand. Shannon-Wiener diversity index, Pielou evenness indexand Margalef richness indexwere higher in autumn (2.38, 0.66, 2.79) than in summer (1.72, 0.43, 1.12). According to biodiversity of phytoplankton, water quality of Rongjiang River was moderate polluted, which indicated a certain degree of degradation in ecosystem.

Rongjiang River, phytoplankton, abundance, biodiversity

10.14108/j.cnki.1008-8873.2017.02.002

Q 948.8

A

1008-8873(2017)02-009-06

2015-10-14;

2015-11-12

農(nóng)業(yè)部財(cái)政專項(xiàng)(20141005)

粟麗(1985—), 女, 助理研究員, 主要從事海洋浮游植物及漁業(yè)資源生態(tài)研究, E-mail: suli@scsfri.ac.cn

黃梓榮, 男, 副研究員, 主要從事漁業(yè)資源與生態(tài)研究, E-mail: hzr0114@163.com

粟麗, 黃梓榮, 陳作志. 榕江下游流域夏秋季網(wǎng)采浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征[J]. 生態(tài)科學(xué), 2017, 36(2): 9-14.

SU Li, HUANG Zirong, CHEN Zuozhi. Community characteristics of net phytoplankton in summer and autumn in the lower reaches of Rongjiang River[J]. Ecological Science, 2017, 36(2): 9-14.