太子河流域及其主要支流底棲藻類群落與環境因子的關系

王麗，叢玉婷，盧亞楠，魏杰，王媛

（大連海洋大學水產與生命學院，遼寧　大連　116023）

底棲藻類是一類生長位置相對固定、生活環境多樣、可著生于石頭、水生植物、污泥、砂礫或其他各種基質上的藻類[1]，它們是淡水生態系統中重要的初級生產者，具有分布廣泛、多樣性豐富、對河流水質變化反應迅速可靠、生活史短、易于定點監測等優點[2]，對環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監測指標[3]。在歐洲、北美等地區，硅藻用于環境水質監測已有很長的歷史[4]，但國內有關底棲藻類與環境關系的研究相對較少，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,是遼寧省經濟較為發達的地區。大遼河流域的水資源對整個遼寧的經濟和社會發展有著十分重要的作用。近年來大遼河流域污染嚴重，僅2004年調查結果中就有近20億t的工業和生活污水，18個水質監測斷面中83.3%的監測斷面為Ⅴ類或超Ⅴ類水質，各城市段幾乎全部超過Ⅴ類水質標準[7]，水體使用功能嚴重受損，COD平均濃度、綜合污染指數列全國7大流域之首。流域水質污染不僅使河流生態環境遭到嚴重破壞，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，分析該區域的物種組成、空間分布特征及與環境因子的關系，以期為治理大遼河流域的污染問題提供科學的依據。

1　材料與方法

1.1　研究區域概況

太子河流域是遼寧省重要的工業和經濟發展區域，也是遼寧省水環境建設的重要區域。太子河發源于撫順市新賓縣紅石砬子，流經撫順、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查對象進行了研究。

1.2　樣點設置

太子河及其主要支流共設有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

按照美國環保局（EPA）的方法[8]，在各樣點隨機選取3~5塊該區域內主要類型的石塊，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的圓環固定表面積），現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、電導率進行現場測定；參照“中華人民共和國國家標準-地面水環境質量標準（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、海拔高度用GPS現場測量；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　數據分析

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

2　結果與討論

2.1　群落結構特征

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勢種（表1）；其他支流優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較大的比例，數量豐富,表現出明顯的富營養化河流特征。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現在高流速區葉綠素濃度明顯高于低流速區相一致。

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、Leland和Porter[18]在 Illinois 河上游、Komulaynen[19]在俄羅斯西北部也均發現了類似物種。

表1　太子河干流及其主要支流底棲藻類的優勢種

2.2　底棲硅藻的空間分布特征

根據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：研究區域底棲藻類群落存在明顯的空間差異，太子河主流各區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　底棲硅藻與環境因子的關系

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，先對數據進行了標準化處理，并降低稀有物種的權重，以便使研究主要集中在豐富度高的物種上。

CCA分析結果顯示氨氮、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，氨氮（NH4-N）和TDS與CCA第一軸呈負相關（見圖3）。對于河流來說，N、P是其主要的營養元素，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]也發現氨氮是影響底棲藻類空間分布的最主要因素之一（P＜0.05）。氨氮作為營養元素決定底棲藻類的生產能力，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生直接或協同的毒性效應[22]。

TDS也是一個影響藻類分布的重要環境因子之一。它與CCA第一軸呈負相關（P=0.002）。這一研究結果與Sudharar et al.[23]和Bate et al.[24]發現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，高的固態物質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的溫度和光照等因素的變化，屬于宏觀尺度的環境因子，因此從根本上決定了底棲藻類的群落組成。March等[25]也發現海拔因素是影響底棲藻類分布的重要因子之一。不同的生境環境造成了藻類對營養物質及環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境因子的CCA排序圖

3　結論

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）為優勢種。賴氏鞘絲藻（Lyngbya lagerheinii）是大遼河干流的優勢種，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。