榕江下游流域夏秋季網采浮游植物群落結構特征

粟麗, 黃梓榮, 陳作志

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榕江下游流域夏秋季網采浮游植物群落結構特征

粟麗, 黃梓榮*, 陳作志

中國水產科學研究院南海水產研究所, 農業部南海漁業資源開發利用重點實驗室, 廣東廣州 510300

根據2013年7月(夏季)和11月(秋季)的調查數據, 對榕江流域揭陽至汕頭段浮游植物物種組成、時間分布及多樣性等群落結構特征進行了分析。結果顯示: 共鑒定出浮游植物5門106種, 其中, 硅藻54種、綠藻32種、藍藻12種、甲藻和裸藻各4種, 分別占種類總數的50.94%、30.19%、11.32%和3.77%。浮游植物種類數目秋季(79種)多于夏季(52種), 夏季豐度(12571.94×104細胞·m-3)是秋季(342.30×104細胞·m-3)的36.73倍。豐度在空間上表現出夏季呈無規則的變化, 秋季則呈上游站位高于下游站位的變化規律。優勢種夏季主要為藍綠藻類的微小色球藻、細小隱球藻、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藻2種。Shannon-Wiener多樣性指數、Pielou均勻度指數和Margalef物種豐富度指數在秋季(2.42, 0.60, 2.79)高于夏季(1.46, 0.36, 1.12)。榕江流域水質狀況的生物多樣性指數綜合評價顯示, 該流域水質總體屬于中度污染型, 生態環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, 其發源于汕尾市陸河縣鳳凰山, 自西南蜿蜒流向東北, 經揭西、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。隨著工業的發展、城市化進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]等對榕江流域水質的監測發現2000至2003年榕江上游水質為Ⅲ類, 中下游水質為Ⅳ—劣Ⅴ類, 并且重金屬污染較為嚴重, 尤以鐵、錳為甚。除此外, 還有研究者對榕江的水文特征[2]、水質變化[3]及水環境容量[4]等進行了調查分析。

浮游植物作為初級生產者, 其種類和數量決定了水生態系統的結構和功能, 而水環境的改變將導致浮游植物群落結構發生變化。浮游植物種類組成、細胞豐度及優勢種等在不同水環境中變化很大[5–6]。其群落結構的變化可以反映水體生態環境狀況[7–8]。通過對浮游植物群落結構的研究可以了解水域生態環境及其變化規律。因此, 對水域中浮游植物進行調查分析對水域生態研究和環境監測都有重要意義。目前國內南方關于海灣海區[9–10]的報道較多, 關于江河的報道主要集中在珠江及其支流[11–12], 而關于榕江水域浮游植物的尚未見報道, 本文對榕江揭陽至汕頭入海口水域浮游植物的種類組成、細胞豐度、優勢種以及物種多樣性等進行了調查分析, 以期為該水域生態環境評價及保護措施的制訂等提供參考。

2 材料與方法

2.1 調查時間與站位

調查分別于2013年7月(夏季)和2013年11月(秋季)租用當地漁船進行了2個航次的浮游植物樣品的采集, 此次共設置了12個調查站位, 調查站位分布于榕江揭陽至汕頭入海口, 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(網目孔徑0.077 mm)進行采集, 浮游生物網網口距水底0.5 m處時開始向水面拖拽, 采集的樣品裝入500 mL的聚乙烯瓶中, 現場用魯哥氏液固定, 固定的樣品帶回實驗室進行沉淀與濃縮, 取0.1 mL濃縮的樣品置于浮游植物計數框中, 在光學顯微鏡下進行計數和分類。浮游植物樣品采集與定量均參照《海洋調查規范海洋生物調查》[13]進行。

1.3分析方法

浮游植物群落結構分析主要運用Shannon-Wiener多樣性指數()、Pielou均勻度指數()、Margalef物種豐富度指數()及優勢度指數(), 計算公式分別如下:

Shannon-Wiener多樣性指數()計算公式為:

式中ni為第i種浮游植物個體數; N為浮游植物個體總數。H′值越大, 水質越清潔(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()計算公式為:

=/log2(2)

式中為Shannon-Wiener多樣性指數;為浮游植物種類數。值越大, 水質越清潔(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()計算公式為:

=(－1)/log2(3)

式中:為種類數;為個體數。值越大, 水質越清潔(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]。

種類優勢度指數()計算公式為:

=(N/)f(4)

式中N為第種的個體數;為每個鐘的總個體數;f為第種在各站位中出現的頻度,>0.02為優勢種[17]。

夏、秋季浮游植物豐度差異顯著性的統計分析及各站位間浮游植物分布的聚類分析均使用SPSS 19.0進行。

3 結果與分析

3.1 浮游植物種類組成

夏秋兩個航次共鑒定浮游植物5門33科106種(含變種、變型及個別未定種), 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%, 藍藻12種, 占11.32%, 甲藻和裸藻類均4種, 分別占3.77%。兩個航次浮游植物種類均以硅藻居多。

調查發現兩季平均出現種類為17種, 其中夏季16種, 秋季18種。出現種類最多的為Z2站, 秋季出現了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差異。通過各站位種類數目的聚類分析發現浮游植物種類數目的季節變化表現為夏季呈無規則的變化, 秋季則呈上游站位高于下游站位的變化規律。

3.2 浮游植物細胞豐度時空變化

3.2.1 季節變化

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

3.2.2 水平分布

兩個季節浮游植物細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細胞·m-3), 最低為Z4(4666.84×104細胞·m-3), 其他站位豐度范圍為7724.69—18820.96× 104細胞·m-3; 秋季豐度最高站位為Z2(1812.66×104細胞·m-3), 最低為Z8(11.50×104細胞·m-3), 其他站位豐度范圍為12.86—1121.72×104細胞·m-3。

3.3 浮游植物優勢種的組成及季節變化

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

表1 榕江流域浮游植物優勢種組成

3.4 浮游植物物種多樣性的時空變化

3.4.1 季節變化

從表2可以看出榕江流域浮游植物多樣性指數存在季節變化。多樣性指數整體表現為秋季高于夏季, 夏季平均為1.46, 秋季平均為2.42; 均勻度指數夏季平均為0.36, 秋季為0.60, 也表現為秋季高于夏季; 豐富度指數夏季均值為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均高于夏季, 表明秋季浮游植物群落結構穩定性較高。

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律變化, 多樣性指數變幅為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; 各站位均勻度指數變幅為0.07—0.77, 均值為0.48, 變化趨勢與多樣性指數變化趨勢相似; 各站位物種豐富度指數變幅為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、均勻度指數和豐富度指數均處較低水平。

4 討論

4.1 榕江流域浮游植物群落結構特征

此次調查的榕江流域位于揭陽至汕頭段, 該河段處于中下游, 營養鹽豐富, 再加上該河段連接入海口每天會出現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藻-綠藻-硅藻, 秋季為硅藻-綠藻-藍藻。夏季藍綠藻占絕對優勢, 而秋季則以硅藻和綠藻為優勢種。該次調查還發現該河段夏季優勢門類為藍藻門和綠藻門, 其中藍藻類所占比例高達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藻為主導; 秋季該河段則演替為以硅藻門為主導的浮游植物群落, 其硅藻類比例達70.30%。有研究發現, 營養水平較低的水體常以硅藻、甲藻、隱藻類占優勢, 而富營養水體則常以藍藻、綠藻類占優勢[18]。因此, 這種變化可能是該河段夏季營養鹽較秋季豐富, 從而導致夏季更適合藍藻類的生長繁殖, 秋季更適合硅藻類的生長。由于缺少水體營養元素的監測, 此推論還有待進一步的調查研究。

表2 榕江流域浮游植物多樣性指數、均勻度指數和豐富度指數

從夏秋兩季浮游植物優勢種來看, 夏季的優勢種色球藻、隱球藻、月牙藻和小球藻均為喜富營養、耐有機污染的常見種類。而秋季優勢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勢地位[19], 其對水環境變化很敏感, 在富營養化水體中易形成優勢, 常為富營養化水體的指示藻種[20]。綜上表明榕江流域浮游植物以喜富營養、耐污染種類為優勢的群落結構, 有明顯的群落結構更替。

4.2 季節變化對浮游植物的影響

此次調查發現榕江流域浮游植物出現了明顯的季節演替, 一般而言, 影響浮游植物季節性動態變化的關鍵因子為溫度和營養鹽, 其中溫度是驅動浮游植物群落季節演替最重要的因子。李秋華[21]等分析研究了調水水庫的浮游植物群落, 發現影響浮游植物群落動態變化的主要環境因子是水溫和降雨量。水溫的季節變化直接影響浮游植物生長, 適宜的溫度能促進浮游植物的生長和繁殖[22], 有研究發現浮游植物葉綠素濃度與水溫呈正相關關系[23], 這也可能是夏季榕江流域浮游植物細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藻迅速生長的第一調節因子[25], 較高的水溫容易誘導藍藻水華的發生[26]。據查閱當地氣溫資料顯示, 該區域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藻占優勢的原因, 秋季溫度走低可能是浮游植物以耐受低溫的硅藻為優勢的原因, 由于缺少水體理化環境因子的測定, 該現象還需進一步研究。

4.3 浮游植物多樣性

浮游植物多樣性指數是用于評價浮游植物種類組成穩定性、數量分布均勻程度和群落結構特征等的指標。夏秋兩季榕江浮游植物多樣性指數、均勻度指數和豐富度指數均值分別為1.94、0.48和1.96, 參照浮游植物多樣性和均勻度指數分級評價標準[14–15],榕江流域水質狀況屬于中度污染。調查流域浮游植物多樣性有明顯的季節變化, 夏季該河段浮游植物多樣性指數、均勻度指數和豐富度指數均值分別為1.49、0.36和1.12; 秋季分別為2.42、0.60和2.79, 三項指數綜合顯示該河段夏季為中度污染, 而秋季為輕度污染, 表明秋季水質狀況好于夏季。張俊逸[27]等對珠江廣州段浮游植物進行了調查, 得出該河段中大碼頭浮游植物多樣性指數和均勻度指數均值分別為2.73和0.52, 魚珠碼頭分別為2.58和0.51。與調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, 浮游植物穩定性較差, 水環境受到了一定程度的污染。為提高該流域生態環境, 應制定嚴格的污水廢水排放標準, 減少生活污水、工業污水及農業污水排放等。

5 結論

(1) 本次調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、藍藻12種、甲藻和裸藻各4種, 分別占種類總數的50.94%、30.19%、11.32%和3.77%。

(2) 浮游植物種類數目秋季(79種)多于夏季(52種), 但豐度表現為夏季(12571.94×104細胞·m-3)遠遠高于秋季(342.30×104細胞·m-3)。

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

(4) 夏秋兩季均表現出優勢種單一優勢度高的特點。夏季以藍藻類(占72.41%)為主, 秋季則轉變為以硅藻類(占70.30%)為主。

(5) 浮游植物多樣性和均勻度指數秋季(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均屬較低水平, 表明該流域生態系統較脆弱, 生態環境較差, 應注重加強該流域生態環境的保護。

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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

農業部財政專項(20141005)

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

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

粟麗, 黃梓榮, 陳作志. 榕江下游流域夏秋季網采浮游植物群落結構特征[J]. 生態科學, 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.