珠江口南沙河涌浮游植物群落結(jié)構(gòu)時空變化及其與環(huán)境因子的關(guān)系

任 輝,田 恬,楊宇峰,王 慶,*

1 暨南大學生態(tài)學系,廣州 510632 2 水體富營養(yǎng)化與赤潮防治廣東省教育廳重點實驗室,廣州 510632 3 熱帶亞熱帶水生態(tài)工程教育部工程研究中心,廣州 510632

珠江口南沙河涌浮游植物群落結(jié)構(gòu)時空變化及其與環(huán)境因子的關(guān)系

任 輝1,2,3,田 恬1,2,3,楊宇峰1,2,3,王 慶1,2,3,*

1 暨南大學生態(tài)學系,廣州 510632 2 水體富營養(yǎng)化與赤潮防治廣東省教育廳重點實驗室,廣州 510632 3 熱帶亞熱帶水生態(tài)工程教育部工程研究中心,廣州 510632

隨著城市生態(tài)健康理念的提出,城市河涌生態(tài)健康也受到了前所未有的關(guān)注。為更好的了解河涌的水環(huán)境和浮游植物現(xiàn)狀,于2015年3月至2016年2月對珠江口南沙河涌8個站位水環(huán)境和浮游植物群落結(jié)構(gòu)進行調(diào)查。結(jié)果顯示：共發(fā)現(xiàn)浮游植物164種(屬),隸屬7門73屬,其中以綠藻種類最多,達33屬79種,占48.17%；硅藻次之,17屬41種,占25%。優(yōu)勢種為梅尼小環(huán)藻 (Cyclotellameneghiniana)、假魚腥藻屬(Pseudanabaenasp.)和小球藻(Chlorellavulgaris)。浮游植物細胞密度在0.19 ×106—101.34 ×106個/L內(nèi)變動,呈現(xiàn)單峰型,在4月發(fā)生擬菱形弓形藻 (Schroederianitzschioides)水華,14涌密度高達87.38 ×106個/L,隨后因強降雨細胞密度驟降。浮游植物群落的季節(jié)演替基本符合PEG (Plankton Ecology Group)模型,從冬季的硅藻,到春夏季的綠藻,再到秋季的藍藻。One-way ANOVA分析顯示,各月份浮游植物細胞密度差異顯著(P<0.01)。Pearson相關(guān)性分析表明綠藻細胞豐度變化主導(dǎo)著浮游植物總豐度的變化(r=0.454,P<0.01)。運用Margalef物種豐富度指數(shù)、Shannon物種多樣性指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)對水體進行評價表明,調(diào)查水體呈中度污染。相關(guān)加權(quán)營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)表明,河涌全年處于富營養(yǎng)化狀態(tài)。浮游植物聚類分析表明,時間異質(zhì)性較高,總體相似性較低；空間上相似性較高,人為活動可能是導(dǎo)致空間差異的關(guān)鍵因子。冗余分析顯示,葉綠素a、溶解氧、鹽度、水溫、總氮和pH與浮游植物群落結(jié)構(gòu)關(guān)系最為密切。pH對硅藻門浮游植物影響較大,堿性條件適宜直鏈藻生長,春季水華形成的驅(qū)動因子是鹽度、溫度和總氮。

珠江口；河涌；浮游植物；聚類分析；冗余分析

河口可看作是淡水與海洋生物棲息地之間的生態(tài)交錯區(qū),該區(qū)域的環(huán)境因子變化與河流和海洋均有差異,具有自己的特殊性[1-2]。珠江流經(jīng)廣州南沙區(qū),貫穿其中形成交錯復(fù)雜的河涌,受到珠江徑流和海水的共同影響,同時河涌周圍大多為居民生活區(qū),受生活垃圾和污水的影響嚴重。

浮游植物是河口區(qū)水生生態(tài)系統(tǒng)的重要初級生產(chǎn)者,在生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)與能量轉(zhuǎn)換中起重要作用,為浮游動物提供直接的食物來源[3]。同時浮游植物已成為生物監(jiān)測以及評價水質(zhì)和水體營養(yǎng)狀況的重要生物指標,在國內(nèi)外已被廣泛采用[4-5]。

珠江干流、珠江廣州河段、珠江口已經(jīng)有相關(guān)研究報道[6-7],但對珠江口城市河涌研究未有報道。本研究對珠江口南沙河涌進行為期1年的周年調(diào)查,探討浮游植物分布與環(huán)境因子之間的關(guān)系,以期為城市河涌的保護和治理提供參考。

1 材料與方法

1.1 采樣區(qū)域與站位布設(shè)

2016年3月至2017年2月對珠江口廣州南沙河涌進行調(diào)查研究,選取8條河涌,設(shè)置8個采樣點,分別為2涌(S2)、6涌(S6)、8涌(S8)、12涌(S12)、14涌(S14)、16涌(S16)、19涌(S19)、21涌(S21),依次從內(nèi)陸到河口,采樣頻率為每月1次,其中2涌沿岸有施工工地,6涌、12涌、16涌位于居民區(qū)沿岸居民較多,8涌沿岸有餐飲店,14涌沿岸有水產(chǎn)市場污水直接排入河涌,19涌沿岸有漁人碼頭,21涌與河口相連接,涌內(nèi)有漁船,站點布設(shè)如圖1 。

1.2 樣品收集及處理

用有機玻璃采水器采集1 L水樣,立即加入水樣量1.5%體積的魯哥氏液固定,沉淀48 h濃縮至30 mL,取0.1 mL使用浮游植物計數(shù)框在顯微鏡下進行種類鑒定和計數(shù)。種類鑒定參照浮游植物的種類鑒定,主要依據(jù)《中國淡水藻類——系統(tǒng)、分類及生態(tài)》[8]、《藻類名詞及名稱》[9]和《中國常見淡水浮游藻類圖譜》[10],計數(shù)參考《淡水浮游生物研究方法》[11]。水溫(WT)、pH、溶解氧(DO)、鹽度等指標用YSI plus型水質(zhì)分析儀現(xiàn)場測定,用透明度盤測定水體透明度(SD),實驗室測定總氮(TN)、總磷(TP)及葉綠素(Chl. a)[12]。

圖1 南沙河涌采樣站位設(shè)置圖Fig.1 Sampling stations in Nansha′s Rivers

1.3 數(shù)據(jù)分析

運用Margalef物種豐富度指數(shù)(D)、Shannon物種多樣性指數(shù)(H′)、Pielou均勻度指數(shù)(J)及浮游植物優(yōu)勢度(Y)等參數(shù)分析浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征。將優(yōu)勢度Y>0.02的藻類定為優(yōu)勢種[13-14]。

水體富營養(yǎng)化程度采用綜合營養(yǎng)指數(shù)法[15,16],公式如下：

式中,TLI(∑) 表示綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；TLI(j) 代表第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)。Wj第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的相關(guān)權(quán)重,它按下述方法進行加權(quán)。

以Chl.a作為基準參數(shù),則第j種參數(shù)的歸一化的相關(guān)權(quán)重計算公式為：

式中,rij為第j種參數(shù)與基準參數(shù)Chl.a的相關(guān)系數(shù)[15]；m為評價參數(shù)的個數(shù)。

利用SPSS 21.0進行one-way ANOVA分析；利用Origin 9.0進行圖形繪制；利用ArcGis 10.0進行站點繪制；利用大型多元統(tǒng)計軟件PRIMER 5.0對浮游植物群落進行聚類分析；利用 Canoco 4.5對浮游植物物種和環(huán)境數(shù)據(jù)進行冗余分析(RDA)。

2 結(jié)果

2.1 理化數(shù)據(jù)

調(diào)查期間各站點水溫全年平均值在25 ℃,最低水溫在7.8 ℃,變化范圍較大,方差分析表明各月份存在顯著差異(P<0.05)；鹽度變化范圍不大,最高不超過5,2涌到12涌鹽度全年平均值在0.5以下,14涌至21涌鹽度全年均值在1以上,方差分析表明,2015年3月、4月和2016年2月與其余月份存在顯著差異(P<0.05)；總氮全年均值超過2 mg/L,在14涌站點均值達到4.87 mg/L,遠超其他各站點,全年最大值也出現(xiàn)在14涌,高達13.16 mg/L,最小值出現(xiàn)在19涌,為0.9 mg/L,方差分析表明,2015年4月顯著高于其余月份(P<0.01)；總磷除14涌以外,其余各站點年均值均低于0.16 mg/L,14涌均值為0.35 mg/L,最大值出現(xiàn)在14涌,為0.94 mg/L,方差分析表明,2015年11月顯著高于其余月份(P<0.01)；葉綠素a波動范圍較大,最小值出現(xiàn)在2涌,為1.13 μg/L,最大值出現(xiàn)在14涌,高達514.78 μg/L,方差分析表明,2015年4月顯著高于其余月份(P<0.01),此時出現(xiàn)水華現(xiàn)象,水華種為擬菱形弓形藻(Schroederianitzschioides)(圖2)。

圖2 珠江口南沙河涌水質(zhì)指標的季節(jié)變化Fig.2 Seasonal changes of water quality indicators in Nansha′s Rivers, Pearl River estuary

2.2 浮游植物種類

調(diào)查共發(fā)現(xiàn)浮游植物164種(屬),隸屬于7門73屬。其中以綠藻種類最多,達33屬79種,占48.17%；硅藻次之,17屬41種,占25%；裸藻和藍藻分別為5屬18種和15屬23種；甲藻門、黃藻門和隱藻門各為1屬1種。種類數(shù)在7月至11月最多,10月份達到最大值98種,3月份種類數(shù)最少,僅有62種。從組成類群上來看,全年都以硅藻、綠藻和藍藻占優(yōu),所占比例分別為,47%—77%、19%—55%和13%—35%。

2.3 浮游植物豐度

浮游植物全年細胞豐度范圍為0.10 ×106—101.34 ×106個/L(圖3),周年變化呈單峰型,在2015年4月達到峰值。時間變化顯著,2015年4月浮游植物細胞平均豐度達到34.97 ×106個/L,各河涌范圍在8.32×106—101.34 ×106個/L,14涌高達101.34 ×106個/L,此時發(fā)生擬菱形弓形藻(S.nitzschioides)水華,隨后2015年5月因強降雨浮游植物細胞豐度驟降,2016年2月份最低,均值為0.26 ×106個/L。統(tǒng)計分析顯示,2015年4月份浮游植物細胞豐度顯著高于其余月份(P<0.01)。空間變化不明顯,14涌站點浮游植物細胞豐度較高,2涌較低。Pearson相關(guān)性分析表明,浮游植物細胞豐度與硅藻門細胞比例呈極顯著負相關(guān)(r=-0.349,P<0.01),與藍藻門細胞比例呈顯著負相關(guān)(r=-0.244,P<0.05),與綠藻門細胞比例呈極顯著正相關(guān)(r=0.454,P<0.01),綠藻門細胞比例與硅藻門(r=-0.620,P<0.01)和藍藻門(r=-0.705,P<0.01)細胞比例呈極顯著負相關(guān)。

優(yōu)勢度大于0.02的優(yōu)勢種共有17種,其中硅藻門僅有3種,綠藻門8種,藍藻門6種。梅尼小環(huán)藻(Cyclotellameneghiniana)、假魚腥藻屬(Pseudanabaenasp.)和小球藻 (Chlorellavulgaris)作為優(yōu)勢種出現(xiàn)最多,12次調(diào)查中出現(xiàn)9次,其中小球藻從2015年5月份開始連續(xù)9個月為優(yōu)勢種,四尾柵藻(Scenedesmusquadricauda)作為優(yōu)勢種出現(xiàn)8次(表1)。

2.4 浮游植物種類多樣性指數(shù)及綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)

全年各站點Margalef物種豐富度指數(shù)范圍在0.65—3.14之間,呈現(xiàn)單峰型變化；Shannon物種多樣性指數(shù)范圍在0.63—3.30之間,均值在2.36—2.86之間波動；Pielou均勻度指數(shù)范圍在0.20—0.95,均值在0.77—0.92之間波動(圖4)。Shannon物種多樣性指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)顯著正相關(guān)(r=0.971,P<0.01)。

采用 Chl.a、TP、TN、SD作為水體綜合營養(yǎng)狀態(tài)評價指標,計算得到綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)(圖4),對調(diào)查區(qū)域水質(zhì)進行富營養(yǎng)化評價。全年大多數(shù)月份,TLI(∑)>50表明各條河涌處于富營養(yǎng)狀態(tài)。在4月,除S2和S6外,其余河涌TLI(∑)>70,為重度富營養(yǎng)。

圖3 珠江口南沙河涌浮游植物豐度的季節(jié)變化Fig.3 Seasonal changes of phytoplankton abundance in Nansha′s Rivers, Pearl River estuary① Chlorophyta ② Bacillariophyta ③ Cyanophyta ④ other phytoplankton ⑤density

圖4 珠江口南沙河涌各指數(shù)的季節(jié)變化Fig.4 Seasonal changes of various indexes in Nansha′s Rivers, Pearl River estuary

2.5 浮游植物群落聚類分析

對南沙河涌浮游植物種類豐度進行時間聚類分析,在相似水平為0.22時,結(jié)果明顯可分為3類,第一類為2016年1月、2月和2015年11月、12月,第二類為2015年5月、6月、7月、8月、9月和10月,最后一類為2015年3月和4月；空間上相似性較高,在相似水平0.46時,可將8個采樣站點分為4類,第一類為S14和S19,第二類為S21、S6、S12和S16,第三類為S2,第四類為S8,其中S2和S14相似性最低(圖5)。

圖5 珠江口南沙河涌浮游植物時空聚類圖Fig.5 Dendrogram of phytoplankton in Nansha′s Rivers, Pearl River estuary

2.6 浮游植物與環(huán)境因子的關(guān)系

以水溫、總氮、透明度、溶氧、葉綠素a、pH、總磷和鹽度8個環(huán)境因子,對廣州南沙河涌浮游植物主要優(yōu)勢種和常見種進行去趨勢分析(DCA),排序結(jié)果顯示四個軸最大長度為2.179,表明數(shù)據(jù)進一步分析應(yīng)該采用基于線性模型的冗余分析(RDA)。數(shù)據(jù)分析顯示, RDA排序第一軸和第二軸特征值分別為0.135和0.089,種類和環(huán)境相關(guān)性為0.827和0.754,表明排序軸可較好的反映浮游植物優(yōu)勢種和環(huán)境因子之間的關(guān)系(表2)。環(huán)境因子與RDA分析軸之間的相關(guān)性表明,水溫、鹽度和總氮顯著影響物種變量分布,葉綠素a、溶氧、pH和透明度也在一定程度上影響物種變量分布(表3)。

3 討論3.1 南沙河涌浮游植物群落分布特征

由于存在地域和水體類型差異,不同河流生態(tài)系統(tǒng)浮游植物群落的組成和動態(tài)存在較大差異[17-18]。近年來對內(nèi)陸河流進行研究發(fā)現(xiàn)[19-21],綠藻和硅藻作為主要優(yōu)勢類群,不僅是在數(shù)量上占優(yōu)勢,且種類上也有明顯優(yōu)勢。調(diào)查珠江廣州河段發(fā)現(xiàn)浮游植物127種,細胞豐度在0.15 ×106個/L—28.81 ×106個/L,主要以假魚腥藻和顆粒直鏈藻為優(yōu)勢種,存在明顯的季節(jié)交替[22]。對珠三角河網(wǎng)水域的調(diào)查共發(fā)現(xiàn)浮游植物383種[23]。目前研究認為,硅藻為貧營養(yǎng)型水體的優(yōu)勢種,綠藻為中營養(yǎng)型水體的優(yōu)勢種,而藍藻為富營養(yǎng)型水體的優(yōu)勢種[24]。本研究調(diào)查共發(fā)現(xiàn)浮游植物164種(屬),主要以綠藻和硅藻為優(yōu)勢種,屬綠藻-硅藻型,多樣性指數(shù)和富營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)評價發(fā)現(xiàn)水體呈現(xiàn)中污-富營養(yǎng)的狀態(tài)。珠江口南沙河涌浮游植物種類數(shù)呈現(xiàn)單峰模式,在7月至11月種類數(shù)最多,表現(xiàn)出高溫季節(jié)高,低溫季節(jié)低的特點。對Ganges江調(diào)查發(fā)現(xiàn)夏季的浮游植物種類從之前的37種增加到82 種,這與夏季水溫升高和高光照有直接關(guān)系[25]。調(diào)查期間,在2015年4月份發(fā)生綠藻門擬菱形弓形藻水華,硅藻門梅尼小環(huán)藻是全年大多數(shù)月份的優(yōu)勢種。小球藻和假魚腥藻屬作為優(yōu)勢種,經(jīng)常出現(xiàn)在養(yǎng)殖池塘、水庫、湖泊等相對封閉靜止水體中[26-29],在河流中出現(xiàn)僅有個別報道[30],可能是由于調(diào)查河涌水體富營養(yǎng)化嚴重所致。

表1 南沙河涌浮游植物優(yōu)勢種

表2 珠江口南沙河涌浮游植物優(yōu)勢種RDA分析統(tǒng)計信息

表3 RDA前2軸與環(huán)境因子之間相關(guān)系數(shù)

*：P<0.05；**：P<0.01；SPEC AX1：物種排序軸1 Species axis 1；SPEC AX2：物種排序軸2 Species axis 2；ENVI AX1：環(huán)境因子排序軸1 Environmental factors axis 1；ENVI AX2：環(huán)境因子排序軸2 Environmental factors axis 2

圖6 浮游植物與環(huán)境因子RDA分析圖 Fig.6 RDA ordination diagram shown relationships between phytoplankton and environmental factors1. 梅尼小環(huán)藻 C. meneghiniana, 2. 變異直鏈藻M. varians, 3. 顆粒直鏈藻極狹變種 M. granulate var. angustissima, 4. 二形柵藻 S. dimorphus, 5. 擬菱形弓形藻 S. nitzschioides, 6. 四尾柵藻 S. quadricauda, 7. 四足十字藻 C. tetrapedia, 8. 小球藻 C. vulgaris, 9. 衣藻屬 Chlamydomonas sp., 10. 假魚腥藻屬 Pseudanabaena sp., 11. 巨顫藻 O. princeps, 12. 膨脹色球藻 C. turgidus, 13. 綠色裸藻 Euglena viridis, 葉綠素a: chlorophyll a, 鹽度: salinity, 溶氧: dissolved oxygen, 水溫: water temperature, 總氮: total nitrogen, 總磷: total phosphorus, 透明度: transparency

浮游植物細胞豐度呈現(xiàn)單峰型,調(diào)查區(qū)域處于亞熱帶地區(qū),冬季水溫較低不利于浮游植物繁殖,進入春季氣溫迅速回升,降雨增多,上游帶來大量藻種和營養(yǎng)鹽,適宜的水溫促使浮游植物迅速繁殖爆發(fā),從而形成水華,達到峰值。不同門類的藻類對環(huán)境的適應(yīng)性是不同的,當周圍生存環(huán)境發(fā)生變化時,能適應(yīng)該生存條件的種類迅速繁殖,成為優(yōu)勢類群。PEG模型中浮游植物群落的季節(jié)演替大概過程是：從冬春季的隱藻和硅藻轉(zhuǎn)變?yōu)橄募镜木G藻,到夏末秋初則以藍藻占優(yōu)勢；隨著秋季的到來,硅藻的重要性再次上升[31]。本研究基本符合PEG模型,冬季硅藻占優(yōu)勢,春夏季綠藻占優(yōu)勢,秋季藍藻占優(yōu)勢。由于夏季時間長,春秋季節(jié)時間短,綠藻占優(yōu)勢時間久,主導(dǎo)著浮游植物細胞豐度的變化。相關(guān)性分析也表明,綠藻門細胞豐度增加可以促使細胞豐度大量增加,而硅藻門和藍藻門細胞豐度增幅較小。

3.2 浮游植物群落聚類分析

浮游植物時間聚類分析表現(xiàn)出相鄰月份浮游植物群落相似性較高的現(xiàn)象。2015年3月和4月調(diào)查區(qū)域發(fā)生擬菱形弓形藻水華,水華種占絕對優(yōu)勢,主導(dǎo)著浮游植物群落結(jié)構(gòu)的組成,導(dǎo)致兩個月浮游植物群落結(jié)構(gòu)相似。2015年5月至9月,浮游植物群落結(jié)構(gòu)相似,以梅尼小環(huán)藻、小球藻和假魚腥藻為主要優(yōu)勢種,調(diào)查區(qū)域浮游植物細胞豐度平均值為1.33 ×106個/L,且水溫都在20 ℃以上(圖2),處于波峰位置,適合浮游植物生長。2015年11月至2016年2月,浮游植物優(yōu)勢種類相似,可能是由于溫度較低,導(dǎo)致浮游植物細胞豐度低,平均值僅為0.49 ×106個/L,從而出現(xiàn)四個月浮游植物群落結(jié)構(gòu)相似的現(xiàn)象。有研究報道,水溫是影響浮游植物種類組成及多樣性的關(guān)鍵因子,隨著水溫的升高,大量浮游植物得以快速生長和繁殖,水溫降到浮游植物的最適溫度以下時,浮游植物的生長逐漸減緩直至停止生長[32]。

由于各采樣點所處的地理位置和生境不同,因此各樣點中浮游植物的種類數(shù)、組成以及細胞密度表現(xiàn)出一定的空間差異。有研究認為人類活動對浮游植物的數(shù)量分布特征和群落結(jié)構(gòu)有重要影響[33]。浮游植物空間聚類表明,站點S14和S19浮游植物群落結(jié)構(gòu)相似,兩站點受人為活動影響尤為嚴重,站點14緊挨水產(chǎn)市場,岸邊停放大量漁船,堆放大量死魚、死蝦、貝類等,嚴重影響河涌水質(zhì)環(huán)境,站點S19為南沙漁人碼頭,兩站點環(huán)境較為相似。S6、S12、S16和S21站點人為活動較為頻繁,與 S14和S19站點有所區(qū)別,主要受生活污水排放影響。站點S2和S8處于不同環(huán)境,相對于其他站點受污染較小,S2位于建筑工地旁,且離河口最遠,周圍未發(fā)現(xiàn)污染源,站點S8雖位于小餐館旁,但排污口位于站點下游。其中站點S2與S14浮游植物群落相似性最低,可能是由于水環(huán)境有較大差別。調(diào)查區(qū)域穿過城市居民區(qū)且地理位置相差不遠,河涌全年呈現(xiàn)出富營養(yǎng)化狀態(tài),浮游植物群落結(jié)構(gòu)整體上有一定的相似性。

3.3 環(huán)境因子對南沙河涌浮游植物的影響

溫度、營養(yǎng)鹽、光照強度和水動力學是影響浮游植物生長的主要環(huán)境因子,同樣也影響著浮游植物的分布[34],其他物理、化學和生物因子也能夠通過特定的方式和過程影響水溫和營養(yǎng)鹽,從而進一步影響浮游植物群落在水體中的分布[35]。

RDA分析中,與軸1呈顯著相關(guān)性的是溫度、溶氧、鹽度和pH,影響著軸1方向的物種變化；與軸2呈顯著相關(guān)性是溫度和葉綠素a,主導(dǎo)著軸2 方向上的物種變化(圖6)。梅尼小環(huán)藻、巨顫藻、假魚腥藻、膨脹色球藻和四足十字藻與水溫呈正相關(guān),其密度受水溫影響較大。研究發(fā)現(xiàn),假魚腥藻與水溫呈正相關(guān),一般在夏秋季大量出現(xiàn)[36]。梅尼小環(huán)藻、變異直鏈藻和顆粒直鏈藻極狹變種與pH呈顯著相關(guān)性,研究地區(qū)pH范圍為6.63—8.50,均值為7.94,水體呈現(xiàn)堿性(圖2),有研究報道,硅藻門浮游植物受pH影響較大,直鏈藻適合堿性環(huán)境生長[37],與本研究結(jié)果一致(圖6)。透明度和水溫成為影響浮游植物功能群分布的關(guān)鍵因子[38]。透明度會直接影響浮游植物和其他水生生物的生存,隨著透明度的增加,豐度和生物量逐漸減小[39]。水溫與所選多數(shù)浮游植物呈正相關(guān),浮游植物的生長需要在一定的光照和溫度下進行,溫度也是影響浮游植物生長最直接的環(huán)境因子,不同種類的浮游植物適宜生長的溫度不同。對Mahanadi江浮游植物的研究表明,對種群影響最大的環(huán)境因子是水溫,浮游植物種類數(shù)與溫度和光照強度有直接關(guān)系[40]。河口鹽度對浮游植物分布有重要影響,是影響黃河口浮游植物空間變化的關(guān)鍵環(huán)境因子,甲藻、藍藻與綠藻群落受鹽度變化的影響程度明顯大于硅藻群落[41]。擬菱形弓形藻與鹽度和總氮呈顯著正相關(guān),與溫度呈正相關(guān),表明鹽度、溫度和總氮可能是其形成水華的關(guān)鍵因子。總氮、總磷的增加促進擬菱形弓形藻迅速生長,同時擬菱形弓形藻大量增殖大大增加了水體中總氮和總磷的含量。葉綠素a與所選絕大多數(shù)浮游植物均呈現(xiàn)正相關(guān),表明所選浮游植物能較好反映南沙河涌浮游植物群落變化。

4 結(jié)論

(1)珠江口廣州南沙河涌全年調(diào)查期間觀察到浮游植物共計164種(屬),隸屬于7門73屬,主要是綠藻、硅藻和藍藻三個門類,屬于綠藻-硅藻水體；梅尼小環(huán)藻、假魚腥藻屬和小球藻作為優(yōu)勢種出現(xiàn)最多,12次調(diào)查中出現(xiàn)9次；浮游植物密度最高出現(xiàn)在2015年4月,14涌密度高達101.34 ×106個/L,發(fā)生擬菱形弓形藻水華,2016年2月份最低,可能是水溫較低的原因；浮游植物群落的季節(jié)演替基本符合PEG模型,從冬季的硅藻,到春夏季的綠藻,再到秋季的藍藻；相關(guān)性分析表明綠藻細胞豐度變化主導(dǎo)著浮游植物總豐度的變化。

(2)聚類分析表明,浮游植物時間聚類分析表現(xiàn)出相鄰月份浮游植物群落相似性較高的現(xiàn)象,可分為3類,水溫是關(guān)鍵因子；空間聚類分析顯示,人為活動對浮游植物的數(shù)量分布特征和群落結(jié)構(gòu)有重要影響。

(3)冗余分析顯示,葉綠素a、溶解氧、鹽度、水溫、總氮和pH與浮游植物群落結(jié)構(gòu)關(guān)系最為密切。春季水華形成的關(guān)鍵因子是鹽度、溫度和總氮。

致謝：羅洪添、梁迪文、武宇輝、龍艾虹和張依幫助采樣和水質(zhì)測定,劉之威和陸欣鑫幫助鑒定和數(shù)據(jù)分析。特此致謝。

[1] 郭沛涌, 沈煥庭. 河口浮游植物生態(tài)學研究進展. 應(yīng)用生態(tài)學報, 2003, 14(1): 139- 142.

[2] Lopes C B, Lilleb? A I, Dias J M, Pereira E, Vale C, Duarte A C. Nutrient dynamics and seasonal succession of phytoplankton assemblages in a Southern European Estuary: Ria de Aveiro, Portugal. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 2007(3/4), 71: 480- 490.

[3] Litchman E, Klausmeier C A, Schofield O M, Falkowski P G. The role of functional traits and trade-offs in structuring phytoplankton communities: scaling from cellular to ecosystem level. Ecology Letters, 2007, 10(12): 1170- 1181.

[4] Tao X. Phytoplankton biodiversity survey and environmental evaluation in Jia Lize wetlands in Kunming City. Procedia Environmental Sciences, 2011, 10: 2336- 2341.

[5] Verasztó C S, Kiss K T, Sipkay C S, Gimesi L, Vadadi-Fül?p C S, Türei D, Hufnagel L. Long-term dynamic patterns and diversity of phytoplankton communities in a large eutrophic river (the case of River Danube, Hungary). Applied Ecology and Environmental Research, 2010, 8(4): 329- 349.

[6] 江源, 王博, 楊浩春, 劉全儒, 周云龍. 東江干流浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征及與水質(zhì)的關(guān)系. 生態(tài)環(huán)境學報, 2011, 20(11): 1700- 1705.

[7] 張俊逸, 蔣江巒, 劉擎, 龔映雪, 王慶, 楊宇峰. 珠江廣州段微生物和浮游植物群落與水質(zhì)特征研究. 水生態(tài)學雜志, 2011, 32(2): 38- 46.

[8] 胡鴻鈞, 魏印心. 中國淡水藻類——系統(tǒng)、分類及生態(tài). 北京: 科學出版社, 2006.

[9] 曾呈奎, 畢列爵. 藻類名詞及名稱(第二 版). 北京: 科學出版社, 2005.

[10] 翁建中, 徐恒省. 中國常見淡水浮游藻類圖譜. 上海: 上海科技出版社, 2010.

[11] 章宗涉, 黃祥飛. 淡水浮游生物研究方法. 北京: 科學出版社, 1991.

[12] 國家環(huán)境保護總局. 水和廢水監(jiān)測分析方法(第四版). 北京: 中國環(huán)境科學出版社, 2002.

[13] Spatharis S, Roelke D L, Dimitrakopoulos P G, Kokkoris G D. Analyzing the (mis)behavior of Shannon index in eutrophication studies using field and simulated phytoplankton assemblages. Ecological Indicators, 2011, 11(2): 697- 703.

[14] Danilov R, Ekelund N G A. The efficiency of seven diversity and one similarity indices based on phytoplankton data for assessing the level of eutrophication in lakes in central Sweden. Science of the Total Environment, 1999, 234(1/3): 15- 23.

[15] 王明翠, 劉雪芹, 張建輝. 湖泊富營養(yǎng)化評價方法及分級標準. 中國環(huán)境監(jiān)測, 2002, 18(5): 47- 49.

[16] 易齊濤, 陳求穩(wěn), 趙德慧, 徐鑫. 淮南采煤塌陷湖泊浮游植物功能群的季節(jié)演替及其驅(qū)動因子. 生態(tài)學報, 2016, 36(15): 4843- 4854.

[17] 洪松, 陳靜生. 中國河流水生生物群落結(jié)構(gòu)特征探討. 水生生物學報, 2002, 26(3): 295- 305.

[18] Hamilton P B, Lavoie I, Ley L M, Poulin M. Factors contributing to the spatial and temporal variability of phytoplankton communities in the Rideau River (Ontario, Canada). River Systems, 2011, 19(3): 189- 205.

[19] 宋賢英, 張捷, 白春節(jié), 周蓉蓉, 劉偉, 徐石林, 譚大鵬, 黃平沙. 甬江干流浮游植物的群落結(jié)構(gòu)及其季節(jié)變化. 應(yīng)用與環(huán)境生物學報, 2013, 19 (4): 663- 669.

[20] 王超, 賴子尼, 李新輝, 高原, 李躍飛, 余煜棉. 西江下游浮游植物群落周年變化模式. 生態(tài)學報, 2013, 33(14): 4398- 4408.

[21] 林施泉, 邵曉陽, 姜丹, 劉成士. 福建省木蘭溪流域浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征. 濕地科學, 2013, 11(1): 48- 53.

[22] 雷光英, 楊宇峰, 王慶, 胡韌, 王朝暉. 珠江廣州河段水質(zhì)和浮游植物群落特征. 暨南大學學報: 自然科學版, 2007, 28(3): 302- 307.

[23] 王超, 李新輝, 賴子尼, 曾艷藝, 高原, 劉乾甫, 楊婉玲. 珠三角河網(wǎng)浮游植物生物量的時空特征, 生態(tài)學報, 2013, 33(18): 5835- 5847.

[24] 劉健康. 高級水生生物學. 北京: 科學出版社, 1999.

[25] Lakshminarayana J S S. Studies on the phytoplankton of the River Ganges, Varanasi, India,Part II "The seasonal growth and succession of the plankton algae in the River Ganges". Hydrobiologia, 1965, 25(1/2): 138- 165.

[26] 劉孝竹, 李卓佳, 曹煜成, 文國樑. 低鹽度養(yǎng)殖池塘常見浮游微藻的種類組成、數(shù)量及優(yōu)勢種群變動. 南方水產(chǎn), 2009, 5(1): 9- 16.

[27] 孫育平, 王曉輝, 胡韌, 韓博平. 南亞熱帶高產(chǎn)漁業(yè)水庫——顯崗水庫敞水區(qū)浮游植物群落結(jié)構(gòu)的季節(jié)變化特征. 應(yīng)用與環(huán)境生物學報, 2010, 16(2): 228- 234.

[28] 黃志敏, 陳椽, 劉之威, 龍勝興. 貴州百花湖夏季浮游植物晝夜垂直分布特征. 生態(tài)學報, 2014, 34(19): 5389- 5397.

[29] 徐鳳潔, 俞秋佳, 王昊彬, 譚渝峰, 由文輝. 淀山湖夏秋季浮游植物優(yōu)勢種生態(tài)特征分析. 華東師范大學學報: 自然科學版, 2014, (6): 90- 100, 120.

[30] 張萍, 劉憲斌, 李寶華, 白明, 李彤, 王娟娟. 海河干流浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征研究. 淡水漁業(yè), 2015,45(4): 41- 48.

[31] Sommer U, Gliwicz Z M, Lampert W, Duncan A. The PEG-model of seasonal succession of planktonic events in freshwaters. Archiv für Hydrobiologie, 1986, 106(4): 433- 471.

[32] 俞秋佳, 徐鳳潔, 蔣躍, 王昊彬, 余華光, 由文輝. 夏秋季蘇州河浮游植物群落特征及其影響因子. 生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學報, 2014, 30(4): 450- 457.

[33] 孫翠慈, 王友紹, 孫松, 張鳳琴. 大亞灣浮游植物群落特征. 生態(tài)學報, 2006, 26(12): 3948- 3958.

[34] Xiao L J, Wang T, Hu R, Han B P, Wang S, Qian X, Padisák J. Succession of phytoplankton functional groups regulated by monsoonal hydrology in a large canyon-shaped reservoir. Water Research, 2011, 45(16): 5009- 5019.

[35] Muhid P, Davis T W, Bunn S E, Burford M A. Effects of inorganic nutrients in recycled water on freshwater phytoplankton biomass and composition. Water Research, 2012, 47(1): 384- 394.

[36] 朱夢靈, 潘曉潔, 鄭志偉, 鄒曦, 胡蓮, 張志永, 萬成炎. 漢豐湖支流浮游植物群落結(jié)構(gòu)及環(huán)境因子影響分析. 水生態(tài)學雜志, 2014, 35(6): 46- 52.

[37] 李慧, 劉妍, 范亞文, 國超旋. 三江平原濕地同江地區(qū)水域夏季浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征. 植物學報, 2014, 49(4): 440- 449.

[38] 熊蓮, 劉冬燕, 王俊莉, 吳明姝, 李東京. 安徽太平湖浮游植物群落結(jié)構(gòu). 湖泊科學, 2016, 28(5): 1066- 1077.

[39] 李磊, 李秋華, 焦樹林, 李鑰, 肖晶, 鄧龍, 孫榮國, 高永春, 駱蘭. 小關(guān)水庫夏季浮游植物功能群對富營養(yǎng)化特征的響應(yīng). 環(huán)境科學, 2015, 36(12): 4436- 4443.

[40] Arhonditsis G B, Winder M, Brett M T, Schindler D E. Patterns and mechanisms of phytoplankton variability in Lake Washington (USA). Water Research, 2004, 38(18): 4013- 4027.

[41] 蘇芝娟, 王玉玨, 董志軍, 張義文, 劉東艷, 王艷霞. 調(diào)水調(diào)沙后黃河口鄰近海域浮游植物群落響應(yīng)特征. 海洋學報, 2015, 37(4): 62- 71.

SpatialandtemporaldistributionofphytoplanktoncommunityanditsrelationshipwithenvironmentfactorsinNansha′sRivers,PearlRiverestuary

REN Hui1,2,3, TIAN Tian1,2,3, YANG Yufeng1,2,3, WANG Qing1,2,3,*

1InstituteofHydrobiology,JinanUniversity,Guangzhou510632,China2KeyLaboratoryofEutrophicationandRedTideControl,EducationDepartmentofGuangdongProvince,Guangzhou510632,China3EngineeringResearchCenterforTropicalandSubtropicalAquaticEcologicalEngineering,MinistryofEducation,Guangzhou510632,China

The concept of urban ecological health has increased concern over the ecological health of urban rivers. Therefore, in order to study the spatial and temporal distribution of phytoplankton communities and the water quality of Nansha′s rivers, Pearl River estuary, eight sites were sampled on a monthly basis from March 2015 to February 2016. During this period, 164 phytoplankton species, from 7 phyla and 73 genera, were recorded. The most diverse group was the green algae (79 spp., 33 genera), which accounted for 48.17% of the total recorded species, followed by diatoms (41 spp., 17 genera), which accounted for 25% of the total recorded species, and the dominant species includedCyclotellameneghiniana,Pseudanabaenasp., andChlorellavulgaris. The overall abundance ranged from 0.19×106to 101.34×106cells/L and exhibited a unimodal pattern of seasonal variation. The peak abundance corresponded to an algal bloom that occurred in April 2015, during which the dominant species,Schroederianitzschioides, reached 87.38×106cells/L at site 14 (S14) and then rapidly decreased over the next month. The seasonal succession of the phytoplankton community structure in Nansha′s rivers conformed to the Plankton Ecology Group (PEG) Model, with Chlorophyta dominating during the spring and summer, Cyanophyta dominating during the end of summer and autumn, and Bacillariophyta dominating during the winter. The temporal variation of phytoplankton density was significant (P<0.01), as was the positive correlation of the proportion of Chlorophyta cells in total phytoplankton abundance (r=0.454,P<0.01). The Shannon-Wiener diversity, Margalef abundance, Pielou evenness, and trophic state indices indicated that Nansha′s rivers were experiencing moderate eutrophication. Cluster analysis indicated that the phytoplankton communities possessed high temporal heterogeneity but low spatial heterogeneity. Human activities maybe the key factor for spatial differences. Meanwhile, redundancy analysis (RDA) indicated that chlorophylla, salinity, dissolved oxygen, water temperature, total nitrogen, and pH were most closely related to the phytoplankton community structure, and pH significantly affected the abundance and species of Bacillariophyta, with alkaline environments benefitingMelosira, in particular. Salinity, water temperature, and total nitrogen were the driving factors of the spring algal bloom.

Pearl River estuary; urban river; phytoplankton; cluster analysis; redundancy analysis (RDA)

國家自然科學基金 (U1301235, 41503072);公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項 (201403008);廣東省自然科學基金(S2012040006824);高等學校博士學科點專項科研基金(20124401120013)

2016- 09- 13; < class="emphasis_bold">網(wǎng)絡(luò)出版日期

日期:2017- 05- 25

*通訊作者Corresponding author.E-mail: wq2010@jnu.edu.cn

10.5846/stxb201609131852

任輝,田恬,楊宇峰,王慶.珠江口南沙河涌浮游植物群落結(jié)構(gòu)時空變化及其與環(huán)境因子的關(guān)系.生態(tài)學報,2017,37(22):7729- 7740.

Ren H, Tian T, Yang Y F, Wang Q.Spatial and temporal distribution of phytoplankton community and its relationship with environment factors in Nansha′s Rivers, Pearl River estuary.Acta Ecologica Sinica,2017,37(22):7729- 7740.