長江武漢段和漢江武漢段浮游藻類群落比較研究

(. ， 43000；.市第六中學， 43000)

1 研究背景

浮游藻類作為水生態系統的初級生產者，個體較小，對于環境的變化較敏感，其群落組成和豐度能反映短期水體的富營養化水平，起到指示作用。2000年以來，歐盟國家在“水框架指令”的推動下，已經開始按照河流的不同類型分別進行健康評估和保護，而是否能夠達到良好的效果，與所選擇的浮游藻類參數密切相關[1]。

我國已開始河流健康評價的研究，所采用的指標較單調，更多的是借鑒國外相關指標，這些指標是否適用于我國河流還有待考證。目前，適應我國內陸河流健康評價的標準尚未建立，必須進行河流水生態系統中浮游藻類基礎數據的收集[2]。 國內河流健康評價的研究對象大多為單一河流[3-4]，而我國大多數河流分支較多，水網復雜，很難對某一河流進行單一判定。選取某一時期干流和支流健康狀況及相關影響因子進行比較的研究較少。

長江是我國第一大河，已有學者對其浮游藻類群落構成進行了研究，多集中于三峽庫區和河口區域等有大型水利工程或者地形較特殊區域。張馨月2015年對宜昌江段進行研究，結果顯示長江江段優勢種為硅藻、藍藻、綠藻，因季節的變化所占比例有所不同[5]。吳波對長江口區藻類分布格局進行了研究，發現長江口主河道以硅藻門為主，其次為綠藻[6]。漢江作為長江的最大支流，浮游藻類研究更多的偏向于漢江水華，研究結果顯示，數次水華的優勢種均為硅藻[7-11]。

目前，我國分別研究長江、漢江浮游藻類群落結構的成果較多，但是同一時期將兩者進行比較研究的較少。長江武漢段屬于長江中游，離三峽庫區和河口距離均較遠，但長江最大的支流漢江在武漢龍王廟匯入。武漢四季分明，年平均氣溫16℃～18℃，夏季前后受季風影響降水增多，每年5～10月為汛期。長江武漢段和漢江武漢段氣象條件相同，但由于水利工程的調控導致河流水動力條件和含沙量存在較大差異，匯合處分界明顯，汛期甚至會出現“頂托”現象。本研究于2016年開始，選擇2個典型斷面逐月監測浮游藻類群落結構及相關環境因子，希望對同一區域同一河流的干流和支流進行同步監測，了解氣候相同但水文和水質條件存在差異的干流和支流浮游藻類群落結構是否存在較大差異及其與環境因子的關系，為今后進行河流健康評價提供參考依據。

2 研究方法

2.1 研究對象

長江武漢段水體渾濁，含沙量高，水流速度快，江面寬闊；漢江武漢段水體清澈，流速較小，江面窄。

該研究根據地形特點設置2個采樣斷面：集家嘴斷面和37碼頭斷面。集家嘴斷面是國家重要水質基本斷面，也為漢江入長江河口控制斷面，距離河口0.8 km；37碼頭斷面處于長江，是國家重點水質基本斷面，為武漢河段控制斷面，處于集家嘴斷面匯入口的下游。監測斷面地理位置圖見圖1。

圖1 監測斷面位置

2.2 試驗方法

2016年7至2017年5月，每月上旬采樣監測一次。每個采樣斷面設置3條垂線，用有機玻璃采樣器取水面下0.5 m水樣，等量混勻之后取1 000 mL用于定量檢測。采集的樣品立即用魯哥氏液固定，用量為水樣體積1%～1.5%。經24 h沉淀濃縮至50 mL，用0.1 mL浮游藻類計數框在10×40倍光學顯微鏡下觀察計數，計數方法參考水庫漁業資源調查規范(SL167-2014)。

現場測定環境因子水溫、pH值、電導率、溶解氧，使用酸度計、電導率儀和溶氧儀等；高錳酸鹽指數、總磷、氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮，采集樣品后加相應保存劑固定，送實驗室進行檢測，檢測方法采用國家標準、環保標準或者水利標準。

本文統計軟件使用SPSS19，繪圖使用OriginPro 8。

3 結果分析

3.1 浮游藻類生物量變化

按季節分析監測數據，集家嘴斷面浮游藻類冬季增多，夏季減少。浮游藻類生物量最高值(0.442 mg/L)出現在3月，最低值(0.010 mg/L)出現在11月，平均浮游藻類生物量0.156 mg/L，硅藻生物量所占比例達到62%以上。37碼頭斷面浮游藻類冬季增多，夏季減少。浮游藻類生物量最高值(0.281 mg/L)出現在4月，最低值(0.007 mg/L)出現在11月，平均浮游藻類生物量0.107 mg/L，硅藻生物量所占比例達到76%。

全年2個斷面的浮游藻類生物量基本保持一致，集家嘴斷面春季因綠藻的大量繁殖，浮游藻類生物量較37碼頭明顯增多，見圖2。

我呆呆地看著父親，不知道他到底想說什么。父親拍了拍我的后腦勺說：“你心里的煩惱就像這些小草，怎么鋤都不能使它們真正消失。所以，最好的辦法就是不要去理會它們，時間長了，你會發現自己曾經歷的煩惱也可以是生命中的一道風景。每當你有了煩惱時，不如試著享受眼前的時光，比如你現在雖然不能去朋友家了，但是不是可以站在門口好好欣賞一下雨中的田園，或者讀一本書？”我看著門外田野里的雨景，漸漸地領會到了父親的意思。

圖2 浮游藻類生物量變化

3.2 優勢藻種分析

2個斷面的全年浮游藻類群落結構基本一致，優勢種均為硅藻，其余監測到的浮游藻種有甲藻、綠藻、藍藻和裸藻等。逐月監測數據顯示，硅藻每月都有檢出；甲藻秋季最少，甲藻細胞數量少但個體較大，因而生物量占浮游藻類總生物量比例較大，常見藻種為多甲藻，偶見角甲藻和薄甲藻；綠藻春季大量增長，監測資料顯示集家嘴斷面爆發式增長的綠藻種類主要為水綿和盤星藻；藍藻增長出現于夏季，常見種類為顫藻，偶見色球藻和魚腥藻。

硅藻生物量按季度取均值進行比例分析(見圖3)：

(1)夏季。2個斷面優勢種均為直鏈藻。集家嘴斷面直鏈藻占比例較大，超過48%，其他藻種占比例較??；37碼頭斷面直鏈藻雖為優勢種，但與脆桿藻、舟形藻、小環藻所占比例差距不大。

(2)秋季。2個斷面優勢種均為直鏈藻。集家嘴斷面直鏈藻占比超過85%；37碼頭斷面藻類群落結構組成與夏季差別不大。

(3)冬季。集家嘴斷面優勢種為直鏈藻，37碼頭斷面優勢種為小環藻。集家嘴斷面小環藻占比增多，直鏈藻占比降至65.9%；37碼頭斷面直鏈藻和小環藻占比均大幅提升，合計比例超過95%。

(4)春季。2個斷面優勢種均變為小環藻。集家嘴斷面小環藻占62%，直鏈藻占比降至約20%；37碼頭斷面群落結構恢復多樣性，小環藻和直鏈藻相較于冬季占比減小，其他藻種所占比例增大。

(5)全年。37碼頭斷面的群落結構組成相較于集家嘴斷面浮游藻類種類更多，僅冬季與集家嘴斷面差異不大；集家嘴斷面除春季外，直鏈藻均占據絕對優勢。

圖3 硅藻群落結構

表1 環境因子監測數據

3.3 環境因子分析

表1對2個斷面逐月監測的環境因子進行了統計，并使用圖4的“垂直盒”圖標進行了表述，每個盒子代表了60%的數據變動范圍，盒中實線為平均值，上下范圍代表95%置信區間?？梢钥闯黾易鞌嗝婧?7碼頭斷面電導率、懸浮物、硝酸鹽氮、總磷差異較大，逐月監測數據顯示，2個斷面的水溫、溶解氧和氨氮波動較大，季節性變化明顯。

圖4 環境因子變化

表2將監測斷面浮游藻類生物量和監測的環境因子進行了Pearson相關性研究，結果顯示集家嘴斷面的甲藻生物量和氨氮含量的變化顯著相關；37碼頭斷面浮游藻類總生物量的變化與pH值和氨氮含量顯著相關，其中硅藻生物量與水溫、pH值、溶解氧、硝酸鹽氮、氨氮含量顯著相關，甲藻生物量與總磷含量顯著相關，綠藻生物量與硝酸鹽氮含量顯著相關，藍藻生物量與高錳酸鹽指數含量顯著相關。分析監測的環境因子之間的Pearson相關性，發現與水溫顯著相關的環境因子有pH值、溶解氧和氮含量。

4 討 論

從以上結果可以看出，長江武漢段和漢江武漢段浮游藻類的季節性變化趨勢一致，2個斷面雖然有部分環境因子(電導率、懸浮物、硝酸鹽氮和總磷)存在差異，但有差異的環境因子大部分與浮游藻類的生物量變化無顯著相關性，存在相關性的環境因子與硅藻生物量的變化有關，因2個斷面的優勢種群均為硅藻，因而不影響浮游藻類生物量的變化趨勢。

2個監測斷面的優勢浮游藻類均為硅藻，該研究分析結果與已有長江、漢江浮游藻類群落結構研究結果一致[12- 13]。黎佛林對江西水系包含的數條不同水動力條件的河流硅藻分布進行了研究，研究結果顯示影響硅藻生長的最主要因子是流速，直鏈藻和小環藻在大江中豐度較大，緩流水體適合大多數藻類生長[14]。該研究結果中集家嘴斷面直鏈藻和小環藻在不同季節交替占據優勢，37碼頭斷面直鏈藻和小環藻都占據主導地位，與此研究結論吻合。

表2 監測斷面環境因子與浮游藻類生物量的Pearson相關性

注：**在0.01水平(雙側)上顯著相關，*在0.05水平(雙側)上顯著相關。

況琪軍等人的調查結果顯示，小環藻在低溫條件下也能很好的生長，而直鏈藻適宜于春末夏初的水溫條件[12]。該研究中水溫較低的季節冬季和春季小環藻均有大量生長，所占比例較大，與其研究結論一致。

研究顯示，氮磷比11.8∶1～15.5∶1之間有利于硅藻大量繁殖[12]，比較各季度2個斷面的氮磷比，37碼頭斷面均處于此范圍內，而集家嘴斷面氮磷比均不在此范圍內，但差距不大，因而37碼頭硅藻種類群落結構相較于集家嘴斷面更多樣，可能一部分來自于氮磷比的差別，一部分來自于2個斷面流速的差異，后期可以進行相關研究。

環境因子之間的相關性分析顯示，與水溫顯著相關的環境因子有pH值、溶解氧和氮含量。pH值通過測量電池電動勢獲得，電極的電位和水的電離平衡都受溫度的影響，所以水溫和pH值顯著相關。溶解氧測定的是水中溶解的分子態氧，水溫與溶解度直接相關，因而水溫是影響溶解氧的主要因素。水體中溫度升高會促進微生物的生長，特別是硝化細菌，隨著水溫的增高，硝化細菌的硝化能力會增強，直接影響水體中各種氮的含量，因而水溫與氮含量顯著相關。

浮游藻類生物量與環境因子的相關性分析顯示，與浮游藻類生物量存在顯著相關性的環境因子在不同斷面間存在差異，考慮到2個斷面浮游藻類生物量均存在季節性差異，光照、水溫季節性變化較大，且水溫與大部分環境因子有顯著相關性，也有研究顯示15℃～20℃有利于硅藻生長，充分的日照使硅藻能進行光合作用，大量繁殖[10]。藍藻在30℃生長最好，硅藻光照強度適應范圍較廣，而藍藻只適宜于較低的光照強度[15]，所以水溫可能是影響浮游藻類群落結構及生物量的重要環境因子。

長江武漢段和漢江武漢段的優勢種均為硅藻，且種類多樣，國外多用硅藻指數進行健康河流評價。美國已開發多種硅藻指數用于監測河流富營養化狀態，研究顯示當硅藻在浮游植物群落中占據優勢時，硅藻指數的評價結果較優[16]。富足的營養鹽、適宜的氣候條件、水文條件都具備時容易發生水華[11]。長江和漢江武漢段營養鹽和氣候條件均相似，差別最大的是水文條件，漢江1992，1998，2000，2003和2008年曾發生5次水華，主要優勢種為小環藻，均出現在春季漢江下游流量較小，流速緩慢，水位較低，長江流量遠大于漢江流量，發生“頂托”現象的時間段[11]，說明水文條件是關鍵因子?？梢詫⒋舜窝芯揩@得結果作為基礎數據，后期利用硅藻指數等指標對長江、漢江武漢段進行河流健康評價，以期找出浮游藻類生長和水文條件之間的聯系，為預警水華做參考。

5 結 論

通過逐月監測武漢區域長江、漢江江段浮游藻類的生物量及群落結構，分析環境因子之間的相關性，比較2個斷面的監測數據，發現以下特點。

(1)2個斷面浮游藻類生物量變化趨勢由大到小依次為春季、 冬季 、夏季和秋季，春季達到峰值。集家嘴斷面平均浮游藻類生物量略高于37碼頭斷面，主要來自于春季綠藻大量的增長。

(2)2個斷面浮游藻類優勢種均為硅藻，其中直

鏈硅藻為主要種類。37碼頭斷面地處長江，硅藻種類較多且占總生物量比例較大，春夏季節常見多甲藻，顫藻為藍藻常見種類。集家嘴斷面硅藻常見種為直鏈藻，其他硅藻種類偶有出現，群落構成相對簡單；春季常見多甲藻。

(3)水溫、pH值、溶解氧和氮含量與浮游植物生物量變化顯著相關。相較于集家嘴斷面，37碼頭斷面浮游植物生物量的變化和環境因子的相關性更加顯著。

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