王麗，叢玉婷，盧亞楠，魏杰，王媛

（大連海洋大學(xué)水產(chǎn)與生命學(xué)院，遼寧　大連　116023）

底棲藻類是一類生長位置相對固定、生活環(huán)境多樣、可著生于石頭、水生植物、污泥、砂礫或其他各種基質(zhì)上的藻類[1]，它們是淡水生態(tài)系統(tǒng)中重要的初級生產(chǎn)者，具有分布廣泛、多樣性豐富、對河流水質(zhì)變化反應(yīng)迅速可靠、生活史短、易于定點監(jiān)測等優(yōu)點[2]，對環(huán)境變化有很好的指示作用,因而在歐美等地常被用來作為河流水質(zhì)監(jiān)測指標(biāo)[3]。在歐洲、北美等地區(qū)，硅藻用于環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測已有很長的歷史[4]，但國內(nèi)有關(guān)底棲藻類與環(huán)境關(guān)系的研究相對較少，近幾年才開始研究[5-6]。

大遼河水系主要由渾河、太子河及兩者匯流后的大遼河組成,河流全長511 km，流域面積2.7萬km2。流域涉及撫順、沈陽、鞍山、本溪、遼陽、盤錦、營口等7個城市,是遼寧省經(jīng)濟較為發(fā)達的地區(qū)。大遼河流域的水資源對整個遼寧的經(jīng)濟和社會發(fā)展有著十分重要的作用。近年來大遼河流域污染嚴重，僅2004年調(diào)查結(jié)果中就有近20億t的工業(yè)和生活污水，18個水質(zhì)監(jiān)測斷面中83.3%的監(jiān)測斷面為Ⅴ類或超Ⅴ類水質(zhì)，各城市段幾乎全部超過Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[7]，水體使用功能嚴重受損，COD平均濃度、綜合污染指數(shù)列全國7大流域之首。流域水質(zhì)污染不僅使河流生態(tài)環(huán)境遭到嚴重破壞，同時對河段中水生生物造成了一定的影響。該文旨在通過對大遼河水系太子河流域底棲藻類的研究，分析該區(qū)域的物種組成、空間分布特征及與環(huán)境因子的關(guān)系，以期為治理大遼河流域的污染問題提供科學(xué)的依據(jù)。

1　材料與方法

1.1　研究區(qū)域概況

太子河流域是遼寧省重要的工業(yè)和經(jīng)濟發(fā)展區(qū)域，也是遼寧省水環(huán)境建設(shè)的重要區(qū)域。太子河發(fā)源于撫順市新賓縣紅石砬子，流經(jīng)撫順、本溪、丹東、遼陽、鞍山六市的十三個縣（市），在三岔河與渾河匯合成為大遼河，太子河干流全長413 km，流域面積13 883 km2。渾河、太子河于三岔河匯合后經(jīng)大遼河由營口入海，全長415.4 km，其中太子河流域，支流較多，人為污染較為嚴重，因此將太子河流域及其主要支流作為重點調(diào)查對象進行了研究。

1.2　樣點設(shè)置

太子河及其主要支流共設(shè)有66個樣點（圖1），對其進行底棲藻類采集，其中大遼河干流共設(shè)有30個樣點，其他支流為36個樣點。

1.3　采樣、鑒定及主要理化因子的測定

按照美國環(huán)保局（EPA）的方法[8]，在各樣點隨機選取3~5塊該區(qū)域內(nèi)主要類型的石塊，在每塊石頭上選取特定的表面積（該文采用直徑為3.5 cm或6.5 cm的圓環(huán)固定表面積），現(xiàn)場用尼龍刷將藻類刷下，并用無藻類的水沖洗石塊多次，以保證藻類盡量被刷下來，全部轉(zhuǎn)移到采樣瓶中，并立即用甲醛進行固定，帶回實驗室參照文獻對藻類進行分類、鑒定[9-12]；另取一部分刷液移入另外一個200 mL塑料瓶中，0.45 L微孔濾膜抽濾后丙酮萃取，用752紫外分光光度計在750、665、645和630波段測定葉綠素含量[13]。

用雷磁便攜式pH計對水溫、電導(dǎo)率進行現(xiàn)場測定；參照“中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)-地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GHZBI-121999），對硬度、堿度、NO2-N 、NH4-N 、NO3-N、TP、P、TDS、DO、HCO3-、CO3、懸浮物含量、硅酸鹽含量等進行測定。坐標(biāo)、海拔高度用GPS現(xiàn)場測量；用LJD型打印式流速流量儀測定樣點流速，卷尺測定樣點河段的水面寬度和平均水深。

圖1　太子河及其主要支流采樣點分布圖

1.4　數(shù)據(jù)分析

該研究中去勢對應(yīng)分析（detrended correspon dence analysis,DCA）和典型對應(yīng)分析（canonical correspondence analysis,CCA）采用軟件為PC-Ord 5.0。

2　結(jié)果與討論

2.1　群落結(jié)構(gòu)特征

該研究共觀察到底棲藻類208種（包括變種），分屬硅藻、綠藻、藍藻、裸藻、金藻及黃藻門7個門，計63個屬。其中硅藻135種、綠藻44種、藍藻21種、裸藻4種、金藻2種、黃藻和甲藻各1種。對于所有樣點來說，硅藻門占絕對優(yōu)勢（64.90%），極細微曲殼藻隱頭變種（Achnanthes minutissima）和弧形蛾眉藻（Ceratoneis arcus）為優(yōu)勢種，其相對豐富度分別為13.5%和3.15%，其次，綠藻門占21.15%，其中絲狀藻類所占比例較大，賴氏鞘絲藻（Lyngbya lagerheinii）和湖泊鞘絲藻為優(yōu)勢種，其相對豐富度分別為28.63%和8.03.%，總體上太子河干流的物種組成與其他支流的差異不大，賴氏鞘絲藻（Lyngbya lagerheinii）是太子河干流和支流的優(yōu)勢種（表1）；其他支流優(yōu)勢種為極細微曲殼藻隱頭變種（Achnanthes minutissima）和湖泊鞘絲藻（Lyngbya linmetica）。硅藻門的物種種類較其他門類來說，占具一定優(yōu)勢，但由于綠藻門的絲狀藻類附著能力更強，因此，無論在干流還是支流上賴氏鞘絲藻等絲狀綠藻占據(jù)較大的比例，數(shù)量豐富,表現(xiàn)出明顯的富營養(yǎng)化河流特征。另支流較干流來說，物種豐富度更大些，流速變化對藻類生長有顯著性影響，太子河干流流域水流較湍急，而支流部分大多為小溪，水淺流速較緩和，干流的葉綠素a平均值為23.11 μg/cm2小于支流的葉綠素含量平均值30.11 μg/cm2，這與周賢杰等[14]在對大寧河底棲藻類的研究中發(fā)現(xiàn)在高流速區(qū)葉綠素濃度明顯高于低流速區(qū)相一致。

從底棲藻類密度來看，太子河干流的底棲藻類平均密度（1.34×105cells/cm2）低于其他支流（5.21×106cells/cm2），相對大遼河干流，其支流（小湯河西支、北沙河、南沙河等）屬于小型溪流，大部分河道均可涉水而過，因此其優(yōu)勢類群代表了整個河道底棲藻類的特征。而太子河干流水流湍急，采樣局限于河岸邊水流較緩區(qū)域，同時較大的流速不利于底棲藻類的生長[15]，所以太子河干流的優(yōu)勢種、密度及物種豐富度等與其他支流存在的差異較大。

在屬水平上，該研究區(qū)域所觀察到的物種與遼河流域的另外3條支流（遼河、渾河、大遼河上）很相似，主要以曲殼藻（Achnanthes）、舟形藻（Navicula）、峨眉藻（Ceratoneis）、橋彎藻（Cymbella）、脆桿藻（Fragilaria）、異極藻（Gomphonema）為主[16]。Wang等[17]在美國Interior Plateau Eco-region地區(qū)、Leland和Porter[18]在 Illinois 河上游、Komulaynen[19]在俄羅斯西北部也均發(fā)現(xiàn)了類似物種。

表1　太子河干流及其主要支流底棲藻類的優(yōu)勢種

2.2　底棲硅藻的空間分布特征

根據(jù)采樣各樣本底棲硅藻物種組成特點及各分類單元的密度，對每次采樣點共66個樣點進行DCA分析（見圖2）。結(jié)果表明：采樣的66個站位點包括干流樣點和支流樣點在DCA第一軸上得到了較好的分化。大遼河干流上點和支流共66個采樣點大致分為 5 組：上流前段（T8，T14，T15，T16）聚為第一組，北沙河段（T41，T43，T44）聚為第二組，中流中段（T31，T32，T39等）聚為第三組，中流下段（T55，T57，T58）聚為第四組及其他樣點聚為第五組。上述分析再次表明：研究區(qū)域底棲藻類群落存在明顯的空間差異，太子河主流各區(qū)域分段及支流的底棲藻類群落組成存在差異，這是干流的特殊生境所致（如河流流速較大，河流深度較深等）。

2.3　底棲硅藻與環(huán)境因子的關(guān)系

在CCA分析之前，為消除物種豐富度極端值對分類得分的影響，先對數(shù)據(jù)進行了標(biāo)準(zhǔn)化處理，并降低稀有物種的權(quán)重，以便使研究主要集中在豐富度高的物種上。

CCA分析結(jié)果顯示氨氮、海拔和TDS是影響底棲藻類空間分布的最重要因素（P=0.002）,其中海拔與CCA第一軸呈正相關(guān)，氨氮（NH4-N）和TDS與CCA第一軸呈負相關(guān)（見圖3）。對于河流來說，N、P是其主要的營養(yǎng)元素，N、P濃度是影響底棲藻類群落空間變動的主要因子[18]，Christie和Smol等[20]也發(fā)現(xiàn)氨氮是影響底棲藻類空間分布的最主要因素之一（P＜0.05）。氨氮作為營養(yǎng)元素決定底棲藻類的生產(chǎn)能力，并可以通過食物鏈的傳遞作用，決定以藻類為食的刮食者和沉積物顆粒收集者的密度[21]，從而作用于底棲藻類的分布。同時，氨氮在河流中可能對河流生物產(chǎn)生直接或協(xié)同的毒性效應(yīng)[22]。

TDS也是一個影響藻類分布的重要環(huán)境因子之一。它與CCA第一軸呈負相關(guān)（P=0.002）。這一研究結(jié)果與Sudharar et al.[23]和Bate et al.[24]發(fā)現(xiàn)TDS是影響底棲硅藻分布的重要因素相一致。通常，TDS包括水中的無機鹽類（鈣、鎂、鉀、鈉 、重碳酸鹽、氯化物和硫酸鹽）和一些溶解于水中的小分子的有機物。TDS可以影響水體的透明度，高的固態(tài)物質(zhì)減弱了光在水中的穿透性，從而影響了底棲藻類群落對光的利用效率。

海拔綜合反映了一個地區(qū)的溫度和光照等因素的變化，屬于宏觀尺度的環(huán)境因子，因此從根本上決定了底棲藻類的群落組成。March等[25]也發(fā)現(xiàn)海拔因素是影響底棲藻類分布的重要因子之一。不同的生境環(huán)境造成了藻類對營養(yǎng)物質(zhì)及環(huán)境因子的需求也不相同，這就決定了不同地理位置各種類群的消長。

圖2　大遼河底棲藻類采樣點DCA排序圖

圖3　大遼河底棲藻類采樣點與環(huán)境因子的CCA排序圖

3　結(jié)論

共觀察到底棲藻類208種，分屬硅藻、綠藻、藍藻、裸藻、金藻及黃藻門7個門，計63個屬。硅藻門占絕對優(yōu)勢（64.90%）,極細微曲殼藻隱頭變種（Achnanthes minutissima）和弧形蛾眉藻（Ceratoneis arcus）為優(yōu)勢種。賴氏鞘絲藻（Lyngbya lagerheinii）是大遼河干流的優(yōu)勢種，而極細微曲殼藻隱頭變種Achnanthes minutissima和湖泊鞘絲藻Lyngbya linmetica是其他支流的優(yōu)勢種。

DCA分析表明，5月太子河干流樣點與其他支流樣點在DCA第一軸上分化較好，表明研究區(qū)域底棲藻類群落存在明顯的空間差異，這主要是由于干流的特殊生境所致。

CCA結(jié)果顯示，海拔、總磷、COD、氨氮、TDS是影響底棲藻類空間分布的最主要因素。