漢江集家嘴2017~2019年浮游植物變化研究

盧云黎 王琪 羅春艷

摘要：為了收集自然河流中浮游植物群落結(jié)構(gòu)變化的基礎(chǔ)資料，研究影響其群落結(jié)構(gòu)的因子，同時為漢江水華的防治工作提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，2017～2019年對漢江集家嘴斷面浮游植物和部分理化因子進(jìn)行逐月監(jiān)測。結(jié)果表明：集家嘴斷面浮游植物密度、群落結(jié)構(gòu)及多樣性指標(biāo)存在季節(jié)和年際變化，但是差異性不明顯。春季浮游植物密度最大，冬季浮游植物密度最小。全年優(yōu)勢種為硅藻，春季密度最大。藍(lán)藻夏季密度最大，綠藻夏季和秋季密度較大。通過Pearson相關(guān)性分析，硅藻和氨氮正相關(guān)，藍(lán)藻和亞硝態(tài)氮正相關(guān)，綠藻和水溫正相關(guān)，和硝態(tài)氮負(fù)相關(guān)。水溫、氮含量對不同藻種存在不同程度的影響。

關(guān)鍵詞：浮游植物;藻類;理化因子;漢江集家嘴

中圖法分類號：X52 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.05.011

文章編號：1006 - 0081（2021）05 - 0043 - 06

浮游植物作為水生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)者，種類繁多、個體較小，對于環(huán)境的變化較敏感，能及時反映水域生態(tài)環(huán)境情況，其群落組成、豐度、多樣性等群落水平指標(biāo)能用于評價水質(zhì)污染狀況和水體營養(yǎng)水平[1-2]。2000年以來，歐盟國家在“水框架指導(dǎo)令”的推動下，已經(jīng)開始按照河流的不同類型分別進(jìn)行健康評估和保護(hù)，但是各國采用的指標(biāo)因河流特征的不同而存在差異[3]。我國大型河流評價尚處于研究階段，目前適應(yīng)我國內(nèi)陸河流健康評價的標(biāo)準(zhǔn)尚未建立，對河流水生態(tài)系統(tǒng)中浮游植物基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集十分必要。

漢江是長江的第一大支流，漢江中下游主要經(jīng)過襄陽、鐘祥、沙洋、潛江、仙桃和漢川等城鎮(zhèn)，最后在武漢市龍王廟匯入長江。

近年來，隨著漢江平原經(jīng)濟(jì)的加速發(fā)展，污染負(fù)荷增大，冬春季節(jié)經(jīng)常發(fā)生硅藻水華[4-6]。已有研究表明：氣溫偏高、持續(xù)日照等水文氣象條件以及營養(yǎng)鹽[7-9]等和水華的發(fā)生密切相關(guān)。從2017年開始對漢江集家嘴斷面的浮游植物、部分理化因子進(jìn)行逐月監(jiān)測，所得數(shù)據(jù)可作為基礎(chǔ)資料，用于研究該區(qū)域浮游植物變化趨勢及影響因子，為漢江水華的防治工作奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 采樣斷面

集家嘴斷面位于湖北省武漢市硚口區(qū)集家嘴，是國家重點(diǎn)水質(zhì)基本斷面，為漢江入長江河口控制斷面。該斷面監(jiān)測河段較為順直，其間無支流匯入，下游約0.8 km處漢江匯入長江，斷面位置見圖1。本研究采用2017～2019年集家嘴斷面水溫、pH值、電導(dǎo)率、溶解氧、懸浮物、高錳酸鹽指數(shù)、總磷、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮、氨氮、浮游植物數(shù)量等監(jiān)測數(shù)據(jù)，對該斷面浮游植物變化趨勢進(jìn)行分析研究。

1.2 樣品采集與測定

1.2.1 采樣頻次

2017～2019年每月采集水溫、pH值、電導(dǎo)率、溶解氧、懸浮物、高錳酸鹽指數(shù)、總磷、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮、氨氮、浮游植物。

1.2.2 理化因子

現(xiàn)場檢測水溫、pH值、電導(dǎo)率、溶解氧。集家嘴斷面設(shè)置3條垂線，分別采集表層水樣（水面下0.5 m），帶回實(shí)驗(yàn)室按國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法對懸浮物、高錳酸鹽指數(shù)、總磷、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮、氨氮進(jìn)行檢測。

1.2.3 浮游植物

浮游植物樣品采樣參照SL167-2014《水庫漁業(yè)資源調(diào)查規(guī)范》，定性樣品使用25號浮游生物網(wǎng)在表層呈“∞”形緩慢拖拽采集。定量采集每條垂線表層水樣等量混勻后取1 000 mL，加入水樣體積1%的魯哥試劑固定，回實(shí)驗(yàn)室后導(dǎo)入沉降器，沉淀24 h，虹吸去除上清液，將水樣濃縮定容至50 mL。

通過光學(xué)顯微鏡，用定性樣品鑒定浮游植物種類，優(yōu)勢種鑒定到種。用定量樣品通過0.1 mL計數(shù)框?qū)Ω∮沃参镞M(jìn)行計數(shù)，每瓶樣品計數(shù)2次，取平均值。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

以O(shè)rigin8統(tǒng)計浮游植物定量數(shù)據(jù)并繪制圖表。利用SPSS19.0軟件，以Pearson相關(guān)性系數(shù)進(jìn)行雙側(cè)檢驗(yàn)，分析浮游植物密度與理化因子的相關(guān)性。浮游植物物種多樣性采用豐富度指數(shù)、多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)進(jìn)行分析 [10]：

2 結(jié)果與分析

2.1 浮游植物種類與密度組成

2017年共鑒定浮游植物7門，30種，其中，硅藻門13種、綠藻門7種、藍(lán)藻門2種、甲藻門4種、裸藻門2種、隱藻門1種、金藻門1種。2018年共鑒定浮游植物5門，24種，其中，硅藻門11種、綠藻門8種、藍(lán)藻門3種、甲藻門1種、裸藻門1種。2019年共鑒定浮游植物5門，28種，其中，硅藻門9種、綠藻門11種、藍(lán)藻門5種、甲藻門1種、裸藻門2種。

統(tǒng)計2017～2019年集家嘴斷面浮游植物數(shù)量，并逐月進(jìn)行比較（圖2），每月柱狀圖中，左為2017年浮游植物數(shù)量，中為2018年浮游植物數(shù)量，右為2019年浮游植物數(shù)量。由圖2可知，該斷面不同年份各月浮游植物數(shù)量差異性較大，其中2018年3月因漢江發(fā)生硅藻水華，集家嘴斷面浮游植物總數(shù)達(dá)到1.87×106 cells/L。2017全年浮游植物數(shù)量年均值為1.0×105 cells/L，2018年和2019年均值為3.0×105 cells/L。

由浮游植物數(shù)量統(tǒng)計可以看出，集家嘴斷面硅藻門浮游植物數(shù)量占比較大，比較2017～2019年該斷面硅藻門浮游植物組成（圖3）可知，直鏈藻屬（Melosira）、小環(huán)藻屬（Cyclotella）、冠盤藻屬（Stephanodiscus）占比較大，其次為針桿藻屬（Synedra）和星桿藻屬（Asterionella）。統(tǒng)計硅藻門各種屬不同年份出現(xiàn)的頻次（表1），直鏈藻屬（Melosira）、小環(huán)藻屬（Cyclotella）全年出現(xiàn)的頻次較高，其次為針桿藻屬（Synedra）、舟形藻屬（Navicula）。

2.2 浮游植物優(yōu)勢種

按不同年份和不同季節(jié)統(tǒng)計集家嘴斷面浮游植物優(yōu)勢度。

2017～2019年集家嘴斷面優(yōu)勢種涵蓋硅藻門、藍(lán)藻門、綠藻門。其中，硅藻門的直鏈藻屬（Melosira）、小環(huán)藻屬（Cyclotella），藍(lán)藻門的偽魚腥藻屬（Pseudoanabaena）優(yōu)勢度均大于0.1。2019年除一直占據(jù)優(yōu)勢的硅藻門，藍(lán)藻門和綠藻門出現(xiàn)優(yōu)勢種。

集家嘴斷面不同季節(jié)浮游植物優(yōu)勢種類存在一定差異，春季和冬季主要為硅藻門，夏季和秋季藍(lán)藻門和綠藻門出現(xiàn)優(yōu)勢種。硅藻門中直鏈藻屬（Melosira）在夏季和秋季優(yōu)勢度較高，小環(huán)藻屬（Cyclotella）在春季和冬季優(yōu)勢度較高;藍(lán)藻門夏季、秋季優(yōu)勢種主要為顫藻屬（Oscillatoria）;綠藻門夏季和秋季均有優(yōu)勢種但種類不同。

2.3 浮游植物多樣性

采用豐富度指數(shù)、多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)對不同季節(jié)集家嘴斷面浮游植物物種的多樣性進(jìn)行分析，集家嘴斷面不同季節(jié)浮游植物物種多樣性差異不大，不同季節(jié)多樣性指標(biāo)數(shù)據(jù)見表4。豐富度指數(shù)（D）最大值出現(xiàn)在2018年2月和4月，最小值出現(xiàn)在2018年12月;多樣性指數(shù)（H）最大值出現(xiàn)在2017年4月，最小值出現(xiàn)在2018年12月;均勻度指數(shù)（J）最大值出現(xiàn)在2017年5月，最小值出現(xiàn)在2019年6月。

2.4 理化因子與浮游植物密度的關(guān)系

統(tǒng)計2017～2019年集家嘴斷面各月理化因子的變化范圍及全年均值（表5），將理化因子和該斷面硅藻門、藍(lán)藻門、綠藻門浮游植物數(shù)量進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析（表6～8）。

集家嘴斷面2017～2019年各理化因子區(qū)間范圍和均值差異性不大。水溫夏季增高，冬季降低;溶解氧夏季降低，冬季增高;亞硝酸鹽氮含量夏季增高，冬季降低;硝酸鹽氮含量夏季降低，冬季增高;氨氮含量冬季增高，夏季降低。根據(jù)相關(guān)性分析，硅藻數(shù)量和氨氮正相關(guān)，藍(lán)藻數(shù)量和亞硝酸鹽氮正相關(guān)，綠藻數(shù)量和水溫正相關(guān)，和硝酸鹽氮負(fù)相關(guān)。對于3種藻類，各理化因子之間，水溫和溶解氧、硝酸鹽氮、氨氮負(fù)相關(guān)，和亞硝酸鹽氮正相關(guān);氨氮和水溫負(fù)相關(guān)，和溶解氧正相關(guān);亞硝酸鹽氮和水溫正相關(guān)，和溶解氧、硝酸鹽氮負(fù)相關(guān);硝酸鹽氮和水溫、亞硝酸鹽氮負(fù)相關(guān)，和高錳酸鹽指數(shù)、溶解氧正相關(guān)。

3 討 論

3.1 浮游植物群落結(jié)構(gòu)

2017～2019年集家嘴斷面浮游植物的優(yōu)勢種主要為硅藻門的直鏈藻屬（Melosira）和小環(huán)藻屬（Cyclotella），藍(lán)藻門的顫藻屬（Oscillatoria）和偽魚腥藻屬（Pseudoanabaena），綠藻門的集星藻屬（Actinastrum）和盤星藻屬（Pediastrum）。春季和冬季的優(yōu)勢種為硅藻，主要為小環(huán)藻屬（Cyclotella），小環(huán)藻數(shù)量秋季增多春季減少;夏季和秋季硅藻門中直鏈藻屬（Melosira）優(yōu)勢度較大;夏季藍(lán)藻繁殖增多，其中藍(lán)藻門的偽魚腥藻屬（Pseudoanabaena）優(yōu)勢度明顯增大;秋季適宜綠藻繁殖，綠藻門的集星藻屬（Actinastrum）優(yōu)勢度增強(qiáng)。

2019年集家嘴斷面浮游植物年均數(shù)量較前2 a有所增加，硅藻仍為全年優(yōu)勢種群，藍(lán)藻和綠藻的生長季節(jié)性特征明顯，藍(lán)藻門和硅藻門物種種類較之前有所增多。

3.2 浮游植物群落結(jié)構(gòu)與理化因子關(guān)系

本研究通過相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，浮游植物不同種屬和不同的理化因子具有相關(guān)性。硅藻數(shù)量和氨氮含量正相關(guān)，而氨氮和水溫負(fù)相關(guān)，因而水溫較低且氨氮較高的春季硅藻大量繁殖，漢江春季時有硅藻水華發(fā)生。藍(lán)藻數(shù)量和亞硝態(tài)氮正相關(guān)，而亞硝態(tài)氮和水溫正相關(guān)、和硝態(tài)氮負(fù)相關(guān)，因而藍(lán)藻在亞硝態(tài)氮較高的夏季出現(xiàn)明顯的增長趨勢。綠藻數(shù)量和水溫正相關(guān)、和硝態(tài)氮負(fù)相關(guān)，因而綠藻在夏、秋季節(jié)出現(xiàn)較多，在硝態(tài)氮含量更高的秋季優(yōu)勢度較明顯。

4 結(jié) 論

本文通過對2017～2019年逐月采集到的漢江集家嘴斷面水樣進(jìn)行理化因子和浮游植物群落分析，研究浮游植物群落結(jié)構(gòu)的變化趨勢及其與主要理化因子之間的關(guān)系，得到以下結(jié)論：

（1）集家嘴斷面浮游植物密度，群落結(jié)構(gòu)及多樣性指標(biāo)存在一定的季節(jié)和年際變化，但是差異性不明顯。

（2）集家嘴斷面全年優(yōu)勢種為硅藻，春季和冬季硅藻優(yōu)勢明顯，夏季和秋季藍(lán)藻及綠藻具有一定優(yōu)勢。春季浮游植物密度最大，冬季浮游植物密度最小。硅藻春季密度最大，藍(lán)藻夏季密度最大，綠藻夏季和秋季密度較大。

（3）通過Pearson相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，理化因子對浮游植物群落結(jié)構(gòu)有一定的影響。硅藻和氨氮正相關(guān)，氨氮含量較高的春季大量繁殖;藍(lán)藻和亞硝態(tài)氮正相關(guān)，亞硝態(tài)氮含量較高的夏季大量繁殖;綠藻和水溫正相關(guān)，和硝態(tài)氮負(fù)相關(guān)，因此在夏、秋季節(jié)出現(xiàn)增長。

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（編輯：李 慧）

Abstract： In order to collect the basic data of phytoplankton community structure change in the natural rivers and study the factors affecting the community structure to provide basic data for the prevention and control of water bloom in the Hanjiang River， phytoplankton and some physical and chemical factors of Jijiazui cross-section of the Hanjiang River were monitored monthly from 2017 to 2019. The results showed that the phytoplankton density， community structure and diversity index of Jijiazui cross-section had seasonal and annual changes， but the difference was not obvious. The density of phytoplankton was the highest in spring and the lowest in winter. Diatom was the dominant species in whole year， and the density was the highest in spring. The density of cyanobacteria was the highest in summer， and the density of green algae was higher in summer and autumn. The Pearson correlation analysis showed that diatom was positively correlated with ammonia nitrogen， cyanobacteria was positively correlated with nitrite nitrogen， green algae was positively correlated with water temperature and negatively correlated with nitrate nitrogen. The effects of water temperature and nitrogen content on different algae species varied.

Key words： phytoplankton; algae; physical and chemical factors; Hanjiang River