三峽庫區源頭溪流灣灘河浮游植物群落特征

摘要： 為探討山地河流源頭溪流浮游植物群落的空間格局和生物多樣性維持機制，對灣灘河流域浮游植物群落空間結構變化特征及其與環境因子的關系進行研究；在三峽庫區湯溪河上游的灣灘河干支流設置9個樣地，調查浮游植物物種組成和環境變量，進行Spearman相關性分析。結果表明：豐水期和枯水期的浮游植物物種組成均主要以硅藻-綠藻型為主；均勻度指數和Simpson生物多樣性指數變化不大，水質較為清潔；豐水期和枯水期浮游植物密度分別為1.985 6×104～5.726 3×104，2.033 2×104～6.006 0×104 cells·L-1；pH值、溶解氧（DO）、總磷（TP）、海拔是影響灣灘河浮游植物特征指數變化的關鍵因子。

關鍵詞： 浮游植物； 群落特征； 空間格局； 生物多樣性； 灣灘河； 三峽庫區

中圖分類號： Q 948.8文獻標志碼： A"" 文章編號： 1000-5013（2024）05-0661-06

Phytoplankton Community Characteristics of Headstream Wantan River in Three Gorges Reservoir Area

Abstract： In order to explore the spatial pattern and biodiversity maintenance mechanism of phytoplankton community in headstream of mountain rivers and streams， the spatial structure change characteristics of phytoplankton community in Wantan River basin and their relationship with environmental factors were studied. Nine plots were set up in Wantan River tributaries in the upper reaches of Tangxi River in the Three Gorges Reservoir Area. The phytoplankton species composition and environmental variables were investigated， and Spearman correlation and other analyses were performed. The results showed that the phytoplankton species composition was mainly diatomic-green algae type in both wet and dry periods； evenness index and Simpson biodiversity index changed little， and the water quality was relatively clean； the phytoplankton densities in wet and dry periods were 1.985 6×104-5.726 3×104 and 2.033 2×104-6.006 0×104 cells·L-1respectively； the pH value， dissolved oxygen （DO）， total phosphorus （TP） and altitude were key factors affecting the variation of phytoplankton characteristic index in the Wantan River.

Keywords： phytoplankton； community characteristics； spatial pattern； biodiversity； Wantan River； Three Gorges Reservoir area

在水庫建設和形成過程中，隨著水動力學條件的變化，水生物群落也發生巨大變化。對我國三峽建壩后的浮游植物群落變化進行監測，發現生物多樣性格局與水庫調度和水體滯留時間密切相關，而浮游植物作為生產者，是形成水域生產力基礎之一［1-2］，在維持水域生態系統平衡、物質循環及能量流動等方面起著重要的作用［3］。由于浮游植物對水環境的變化十分敏感，河流連續性及庫區水生態環境的改變通常會導致浮游植物種類組成及群落結構發生變化［4］。

目前，長江支游浮游植物的野外調查主要從環境因子對浮游植物群落結構的影響進行研究。朱愛民等［5］對長江干流和支流未淹沒區與回水區的浮游植物進行調查，研究表明三峽工程蓄水對回水區浮游植物與水質的影響比長江干流大；朱愛民等［6］對水庫浮游植物群落結構特征進行分析，發現對淹沒支流河口，浮游植物群落組成特點明顯改變，組成成分發生明顯變化，硅藻優勢種類占比、最高優勢度明顯下降；張靜等［7］對長江干支流的浮游植物進行調查，認為總磷（TP）和總氮（TN）與浮游植物密度呈現顯著正相關；朱永鋒等［8］對三峽水庫進行了大范圍調查，發現硝態氨（NO3-N）、水溫是影響支流庫灣浮游植物群落結構的主要環境因子。

灣灘河是三峽庫區左岸一級支流湯溪河的上游河段，干流長46.2 km，流域面積633.8 km2，截止目前灣灘河干流規劃和建成的電站有18座，在我國西南山地河流梯級水電開發中具有典型的代表性。因此，針對灣灘河開展浮游植物群落結構研究對于西南山地河流和三峽庫區河流水質安全和生態系統完整性具有重要意義。本文通過開展灣灘河浮游植物采樣調查及水質評價，分析枯水期、豐水期灣灘河浮游植物群落結構特征及其與環境因子間的相關性，探明灣灘河水生態狀況，以期為灣灘河水生態保護提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 采樣點設置

灣灘河流域徑流主要來源于降雨和地下水，徑流的年內變化與降雨一致。每年3月下旬開始，隨著降雨增加，徑流也相應增大，4月為汛前過渡期，5-9月流域進入主汛期，徑流量大增，10月為汛后過渡期，降雨減少，徑流也逐漸減少，11月至次年2月很少降雨，徑流主要由地下水補給。于2020年7月（豐水期）和2020年12月（枯水期）在灣灘河共布設9個采樣點，涵蓋回龍電站（S1）、魚泉電站（S2）、匯合口（S3）、中源一級電站水壩（S4）、中源二級電站水壩（S5）、紅池壩鎮下（S6）、游家河匯口上（S7）、溫水（S8）、轉角樓（S9），如圖1所示。樣地特征一覽表，如表1所示。表1中：L為距電站水壩距離；H為海拔；θ為溫度；ρ（DO）為溶解氧（DO）的質量濃度；ρ（NH4N）為氨氮質量濃度；ρ（TP）為總磷的質量濃度。

1.2 樣品采集和處理

1） 水樣定性。在調查水體的各采樣點采集浮游植物定性水樣，樣品用質量分數2%的魯哥氏液固定后帶回實驗室觀察，并進行浮游植物種類鑒別，確定水體中浮游植物的優勢種。

2） 水樣定量。將同一采樣斷面3個采樣點水樣混合后取1 000 mL，加15 mL魯哥氏液進行固定。

3） 室內觀察與處理。種類鑒定參照《中國淡水藻類： 系統、分類及生態》，通過 0.1 mL浮游生物計數框計數。

1.3 數據分析

采用優勢度指數（Y）確定浮游植物的優勢種，當優勢度指數Y≥0.02時，認定為優勢種［9］。優勢度指數的計算式為

2 研究結果與分析

2.1 灣灘河浮游植物群落結構時空分布特征

2.1.1 浮游植物的種類組成與優勢種 灣灘河豐水期和枯水期浮游植物種類數（k），如圖2所示。由圖2可知：灣灘河豐水期共檢出浮游植物7門86種，硅藻門種類最為豐富，共47種，綠藻門次之，有22種；枯水期共檢出浮游植物7門71種，以硅藻門為主，共42種，其次是綠藻門16種。豐水期浮游植物種類數量比枯水期的種類數多。

調查期間，灣灘河豐水期和枯水期浮游植物優勢種及優勢度，如表2所示。由表2可知：不論豐水期還是枯水期，優勢物種的種類均以藍藻門的小顫藻為主，豐水期和枯水期浮游植物優勢種種類相同。

2.1.2 浮游植物密度及生物量 灣灘河豐水期和枯水期浮游植物密度和生物量變化，如圖3所示.圖3中：P為浮游植物密度；wB為生物量。

由圖3可知：豐水期浮游植物密度為1.985 6×104～5.726 3×104 cells·L-1，生物量為0.017 8～0.068 8 mg·L-1；枯水期浮游植物密度為 2.033 2×104～6.006 0×104 cells·L-1，生物量為0.020 7～0.072 6 mg·L-1 ；不論是豐水期還是枯水期，采樣點S4浮游植物密度及生物量最高，采樣點S3次之，采樣點S5的浮游植物密度及生物量最低。

2.1.3 浮游植物特征指數 灣灘河豐水期和枯水期浮游植物特征指數變化，如圖4所示。圖4中：δH為多樣性指數；δJ為均勻度指數。

由圖4（a）可知：豐水期各采樣點浮游植物多樣性指數的變化范圍為3.489 6～5.236 4，平均值為4.461 6；枯水期多樣性指數在3.987 6～5.528 6波動，平均值為4.750 2。由圖4（b）可知：豐水期各采樣點浮游植物均勻度指數為0.412 8～0.497 9，平均值為0.448 1；枯水期均勻度指數為0.454 7～0.510 5，平均值為0.488 1。

2.1.4 Simpson生物多樣性指數 灣灘河豐水期和枯水期浮游植物Simpson生物多樣性指數變化，如圖5所示。圖5中：δD為Simpson生物多樣性指數。由圖5可知：豐水期各采樣點浮游植物Simpson生物多樣性指數為0.489 6～0.587 9，平均值為0.534 8；枯水期均勻度指數為0.518 7～0.610 2，平均值為0.567 5；枯水期Simpson生物多樣性指數略高于豐水期。

2.2 灣灘河豐水期和枯水期浮游植物密度與環境因子關系

灣灘河豐水期和枯水期浮游植物密度及特征指數與環境影響因子的Spearman相關性分析熱圖，如圖6所示。圖6中：t為時間；r為Spearman相關系數。

由圖6可知：豐水期δJ與pH值呈顯著負相關（r=-0.667，plt;0.05），枯水期δJ與wDO（r=-0.703，Plt;0.05）呈顯著負相關，δJ與wTP呈顯著正相關（r=0.683，Plt;0.05）。

3 討論

3.1 灣灘河浮游植物的時空分布特征

豐水期和枯水期的浮游植物物種組成均主要以硅藻-綠藻型為主。豐水期和枯水期浮游植物群落組成差異較小（圖2），豐水期和枯水期浮游植物優勢種種類相同。多樣性指數和優勢種也可用于水體污染程度劃分及水質評價［10-11］，枯水期采樣點S4，S5，S7，S9的水質類型為清潔-寡污型，其余采樣點在不同水情期的水質類型均為β-中污型。

從時間尺度分析，豐水期小顫藻的優勢度明顯高于其他物種，豐水期優勢度指數明顯高于枯水期（表2），枯水期浮游植物的多樣性指數、均勻度指數普遍高于豐水期，枯水期Simpson生物多樣性指數也略高于豐水期。說明在豐水期的浮游植物物種數量分布較不均勻，生態系統的結構趨于簡單化，而枯水期浮游植物物種數量分布均勻，異質度較高。此外，枯水期水溫適宜，有利于浮游植物生長，使得枯水期的浮游植物密度高于豐水期。

從空間采樣點分析，采樣點S6浮游植物的多樣性指數最低，采樣點S4的多樣性指數最高；從各采樣點的均勻度指數變化來看，豐水期采樣點S7浮游植物的均勻度指數最高，采樣點S3最低，而枯水期采樣點S7浮游植物的均勻度指數最高，采樣點S1最低。采樣點S1海拔較高；采樣點S7，S8與電站水壩距離較遠，受人類活動影響較少，因此浮游植物密度都較低；采樣點S3由于處于干流支流匯合處，浮游植物密度較高；采樣點S4，S9位于灣灘河的支流，且采樣點S4位于上游位置，水流流速較緩、泥沙淤積、營養物質含量增加，導致浮游植物密度增加。

3.2 灣灘河浮游結構的主要影響因子

相關性分析表明，pH值、溶解氧（DO）、總磷（TP）、海拔是影響灣灘河浮游植物特征指數變化的關鍵因子（圖6）。采樣點S4的浮游植物密度及生物量最高，采樣點S5的最低（圖3）。采樣點S4位于采樣點S5上游，入庫河流帶來部分營養鹽和有機質，導致上游營養鹽豐富，浮游植物群落大量繁殖，且人口活動相對較密集，生活污水排入其中，有機物含量相對高，為浮游植物的生長提供了一定的營養條件，有利于部分藻類生長，因此，浮游植物的數量和生物量增大；采樣點S5人口稀疏、無大型工廠、有機污染少、營養鹽含量低、水溫相對低，限制了浮游植物的生長。DO和TP是影響浮游植物均勻度指數變化的主要環境影響因子，因為藻類生長繁殖過程消耗水體中的DO，水體中DO質量濃度降低，浮游植物密度增加，藻類競爭作用導致DO成為關鍵影響因子［12-13］；而高TP質量濃度導致部分浮游植物快速增長，這與張靜等［7］的研究結果一致。此外，水體pH值對浮游植物的組成和分布有一定的影響［14］。豐水期和枯水期平均pH值分別為7.6和7.5，影響了部分浮游植物的生長，與浮游植物群落結構變化表現為負相關關系。

浮游植物群落結構不僅受pH值、溶解氧（DO）、總磷（TP）等因素的限制，還受水文條件的影響較大。電站建成后，庫區因為水體變深、增大，流速減小，庫區河段的水生生態將發生較大的變化。此外，采樣點所處位置附近的電站水壩運行時間為4～5 a，生物趨向于適應新的環境，并與新環境之間達到新的平衡。根據調查結果，灣灘河流域內浮游植物以硅藻為主，硅藻屬于流水型浮游植物，庫區硅藻數量將減少，而適宜靜水的藍藻門、綠藻等其他門類的種類將會增加并成為優勢種，生活于急流淺水區的著生藻類將會因水環境的快速改變而消失［15］，這與朱愛民等［5］的研究結果一致。因而，采樣點與電站的距離和浮游植物密度呈正相關關系。

此外，回龍電站、魚泉電站、中源一級電站、中源二級電站等依次分布于灣灘河的梯級電站，在各水電站下游采集的浮游植物樣品分析結果表明，雖然各梯級小電站浮游植物豐度存在一定差別，但優勢種均相同，且浮游植物組成占比較為相似。浮游植物的生長、繁殖、休眠都在水體中，由于同一河流水系的連續性，即使存在水電站阻隔，同一河流水系水生生物種屬來源仍可表現一定的趨同性［16］。

4 結論

1） 豐水期和枯水期的浮游植物物種組成均主要以藍藻-硅藻型為主，豐水期共檢出浮游植物7門86種，枯水期共檢出浮游植物7門71種。豐水期和枯水期共有優勢種為小顫藻、尖針桿藻、線性舟形藻、簡單舟形藻、膨脹橋彎藻、黃群藻、普通水綿。

2） 灣灘河浮游植物具有時空異質性，枯水期的浮游植物密度、多樣性指數和均勻度指數均高于豐水期。中源一級電站水壩（S4）浮游植物密度及生物量最高，中源二級電站水壩（S5）浮游植物密度及生物量最低。

3） pH值、溶解氧（DO）、總磷（TP）、海拔是影響灣灘河浮游植物特征指數變化的關鍵因子。

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