巴河春季浮游植物群落结构及其环境影响因子初探.pdf

第 卷 第 期 西 华 师 范 大 学 学 报(自 然 科 学 版)()年 月.:./.收稿日期:基金项目:国家自然科学基金项目()四川省科技计划资助项目()化学合成与污染控制四川省重点实验室开放基金项目()作者简介:龚怡萱()女硕士研究生主要从事方水环境生态学研究通信作者:张富斌()男博士副教授主要从事水生生物学研究:.引文格式:龚怡萱万佳璐张杰铭等.巴河春季浮游植物群落结构及其环境影响因子初探.西华师范大学学报(自然科学版)():.()():.巴河春季浮游植物群落结构及其环境影响因子初探龚怡萱万佳璐张杰铭李 斐张绍斌秦 强张富斌(.西华师范大学.环境科学与工程学院.西南野生动植物资源保护教育部重点实验室.国家淡水渔业工程技术研究中心(武汉)西南分中心四川 南充.巴中市生态环境局四川 巴中.四川省巴中生态环境监测中心站四川 巴中)摘 要:为探究巴河春季浮游植物群落结构特征及环境驱动因子于 年 月对该河流的浮游植物进行了调查和分析 结果显示:()调查河段共采集浮游植物 门 属 种(含变种)浮游植物密度介于.平均为.生物量介于.平均为.其中甲藻门()的平均密度和生物量最高()该河段浮游植物可划分为 个功能群其中优势度指数大于.的有、共 个功能群其中 功能群优势度最高为.()该河段水体综合营养状态指数平均为.除 样点其余均呈轻度富营养化状态基于 丰富度指数、多样性指数与 均匀度指数对巴河的水质评价结果为中度污染()冗余分析结果表明总氮、颗粒态总氮、综合营养状态指数、叶绿素、颗粒态总磷是影响巴河浮游植物群落结构及优势功能群的主要环境驱动因子关键词:浮游植物功能群冗余分析甲藻水华富营养化中图分类号:文献标志码:文章编号:()浮游植物是水生态系统中重要的生物类群能迅速响应水环境变化 等于 年提出功能群概念将具有相似生理、形态和生态特征的藻类划为同一个功能群相比于传统分类法功能群不仅能反映浮游植物的生境特征而且能反映藻类和环境之间的关系 因此功能群特征已成为浮游植物研究的重要内容水华是指水体藻类大量繁殖的现象通常是水体富营养化的外在表现是当前全球面临的主要水环境问题之一 近年来河流水华问题愈发突出不仅给相关企业带来经济上的损失还给沿河城市居民的饮用水和生活带来诸多不便严重威胁人体健康 甲藻作为水体中浮游植物的重要组成部分是形成河流水华的主要藻类之一 在淡水中甲藻水华主要由多甲藻属()和拟多甲藻属()的藻类引起 甲藻水华在世界范围内均有发生如以色列的 湖多年春季出现加顿多甲藻()水华韩国帕尔当水库出现 .水华意大利 湖出现 水华 国内淡水甲藻水华现象时有发生且近年呈增长趋势汝溪河和嘉陵江草街水库多年发生严重的倪氏拟多甲藻()水华香溪河多年春季出现多甲藻水华贵州三板溪水华春季发生佩纳形拟多甲藻()水华 目前甲藻水华已成为较常见的水环境问题并且主要在春季发生巴河位于西南山区全长约 是四川省巴中市和达州市的主要河流之一流经南江县、巴中市、平昌县、达川区和渠县在渠县与州河汇合后被称为渠江之后在重庆合川区汇入嘉陵江最终流入长江 本文 第 卷第 期 龚怡萱等:巴河春季浮游植物群落结构及其环境影响因子初探 以巴河浮游植物为研究对象以期深入了解巴河春季浮游植物群落结构和功能群特征同时结合水环境指标运用多元分析方法解析巴河春季浮游植物群落结构特征的环境驱动因子 本研究旨在为山区河流的浮游植物群落结构研究提供更多的基础资料探讨巴河在春季发生甲藻水华的可能性并为河流生态系统治理与健康管理提供科学依据?1Fig.1 Sampling sites in Bahe River106 42 E106 45 E106 48 E106 51 E31 54 N31 51 N31 48 N 材料与方法.采样点的设置与采样时间 年春季(月)根据巴河河道特征在巴河巴中 河 段 共 设 置 了 个 采 样 点()从上游到下游依次为 采样点(图).样品的采集与分析.浮游植物样品采集定量样品采用 采水器取上、中、下层水样经充分混合后取 水样加入的鲁哥氏液固定经 静置沉淀最终浓缩并定容至 保存待检定性样品采用 浮游生物网在水中按“”字形采集 经浓缩并收集至 样品瓶中加入 的鲁哥氏液固定保存待检 为了保证各样点间样品具有可比性所有样品均在午后同一时间段采集 各样点均先采集定量样品再采集定性样品.水质参数测定氮磷含量与水体富营养化直接相关故本研究重点测定研究河段氮磷等水质指标 在实验室内采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定总氮()、溶解态总氮()、颗粒态总氮()采用纳氏试剂分光光度法测定氨氮()采用紫外分光光度法测定硝态氮()采用钼酸铵分光光度法测定总磷()、溶解态总磷()、颗粒态总磷()、磷酸根()采用丙酮提取分光光度法测定叶绿素()按照水质 高锰酸盐指数的测定(/)测定高锰酸盐指数 在采样现场使用塞氏盘测定水体透明度()使用便携式 测定仪()测定 和水温()使用便携式溶解氧测定仪()测定溶解氧()其余水质参数来源于巴中市生态环境监测中心.数据分析.浮游植物的鉴定与计数藻类分类鉴定主要参考中国淡水藻类 系统、分类与生态以及淡水微型生物图谱等资料 采用显微镜计数法进行定量分析 将浓缩后的定量样品溶液摇匀取.处理后的定量样品于浮游植物计数框内盖上盖玻片置于显微镜下镜检计数每个水样计数 片结果取平均值(若 片计数结果相差大于 则计数第 片直至相邻 片计数结果相差在 以内).浮游植物密度与生物量浮游植物密度以每升水样中浮游植物数量来计算公式为:式中 表示 水样中浮游植物的数量(.)表示计数框的面积()表示视野面积()表示每片计数过的视野数 表示 水样经浓缩后的体积()表示计数框的容积()表示计数所得个数浮游植物生物量采用体积转换法计算 由于浮游植物个体极小因此可用形态相近的几何体积公式计算细胞体积最终通过藻类体积换算为质量从而求得浮游植物的生物量 西华师范大学学报(自然科学版):./年表 基于多样性指数的水质评价标准 指数取值评价结果丰富度指数 .多污带.中污带.寡污带多样性指数 .多污带.中污带.寡污带均匀度指数 .多污带.中污带.寡污带.优势度功能群的优势度用 优势度指数来表示:式中 表示优势度指数表示第 个藻类功能群的出现频率表示第 个功能群丰度占总藻类丰度的比例 当.时定义为优势功能群.生物多样性指数采用 丰富度指数、多样性指数和 均匀度指数来衡量浮游植物多样性并对水质进行初步评价评价标准见表.水体富营养化评价采用综合营养状态指数法评价水体营养盐指数该方法综合考虑了、和高锰酸盐指数等因子克服了单一因子评价的不足可对水体营养状态进行连续的数值化分级因而为水体富营养化机理的定量研究提供基础 综合营养状态指数()计算公式参照文献:当()为富营养其中()为轻度富营养 为重度富营养.多元分析采用 .软件进行多元分析分析结果中第一轴梯度若大于 则采用典型相关分析()若介于 则采用 或 分析若小于则优先选择冗余分析()本研究中第一轴梯度小于故采用 来分析优势功能群与环境因子间的关系 为优化分析所有参数在进行多元分析前均进行正态性检验并将未通过检验的数据进行()转化 结果与分析.水体主要理化因子水质分析结果表明:年 月调查河段的 介于.介于.介于 .介于.其他主要理化参数如表 所示:平均值为.平均值(.)较 平均值(.)低 平均值为.平均值为.各样点 均高于 均高于 介于 平均为 平均值为 不同样点间、和 最高值出现在 样点、和 最高值出现在 样点 和 最大值出现在 样点而 最大值则出现 样点 而、和 最低值皆出现在 样点、和 最低值则分别出现在、和 样点表 巴河春季主要理化参数 样点/.平均 第 卷第 期 龚怡萱等:巴河春季浮游植物群落结构及其环境影响因子初探 表 巴河春季水体富营养化评价结果 样点综合营养状态指数营养状态中营养轻度富营养轻度富营养轻度富营养轻度富营养轻度富营养轻度富营养 研究河段水体()介于 平均为 根据评价标准除 样点水体富营养化评价结果为中营养外其余各样点均处于轻度富营养状态(表).浮游植物群落结构特征.浮游植物种类组成本次调查共鉴定出浮游植物 门 属 种(含变种)其中硅藻门()种类数最多为 种 占 该 河 段 浮 游 植 物 种 类 数 的 其次是绿藻门()共 种占.裸藻门()种占.甲藻门()和蓝藻门()各 种分别占.隐藻门()和金藻门()种类最少皆为 种占.浮游植物密度和生物量调查结果显示春季浮游植物总平均密度为.其中甲藻门平均密度最大为.占该河段春季浮游植物平均密度的.而蓝藻门平均密度最低仅占总平均密度的 其余各门类藻类平均密度占比介于.不同样点间浮游植物密度在 最大为 .而 密度最低 仅为.其余样点密度介于.甲藻门密度在 个样点比例均超过其中在 最大为 蓝藻门密度在各个样点比例均未超过(图)春季浮游植物的总平均生物量为 其中甲藻门的平均生物量最大为.占调查河段春季浮游植物平均生物量的.而蓝藻门的平均生物量最低仅占总平均生物量的 其余各门类藻类平均生物量介于.不同样点间浮游植物生物量在 最大为.而 的生物量最低仅为.其余各样点生物量介于.甲藻门生物量在除 的其余所有样点比例均超过 在 最大为.蓝藻门和绿藻门生物量在各个样点比例均未超过(图)Fig.2 Density percentage and biomass percentage of algaeeach phylumin?2100806040200?/%?：?。?。SD；SBnn-S1 D-S2 D-S3 D-S4 D-S5 D-S6 D-S7 D-?D-S1 B-S2 B-S3 B-S4 B-S5 B-S6 B-S7 B-?B-?西华师范大学学报(自然科学版):./年.浮游植物的功能群根据 功能群分类法调查河段浮游植物可划分为 个功能群包括、(表)优势功能群(.)共 个分别是、其中功能群的优势度最高达 其余优势功能群的优势度在.、功能群出现率最高均为 其次为 出现率为.其余功能群出现率介于.表 巴河浮游植物功能群划分 功能群功能群生境特征代表种优势度 出现率/寡营养型到富营养型、大中型深水或浅水湖泊卵圆双眉藻 、多甲藻 .、拟多甲藻 .频繁搅动的浑浊型淡水湖泊窗纹藻 .、短缝藻 .、膨胀桥弯藻 、扁圆卵形藻 、短小曲壳藻 、双菱藻 .、缢缩异极藻 、舟形藻 .、颤藻 .淡水型中营养型湖泊囊裸藻 .、旋转囊裸藻 .混合程度较高的富营养淡水水体纤维藻 .、小球藻 、螺旋弓形藻 .广适性(多反映牧食环境多的静水环境)裸甲藻 、啮蚀隐藻 .富营养小中水体对分层敏感梅尼小环藻 .较浅的贫中营养型水体圆筒锥囊藻 、锥囊藻 .混合程度较高的中富营养浅水水体球衣藻 、尖尾蓝隐藻 .富含有机质或农业废水和生活污水的水体宽扁裸藻 、长尾扁裸藻 、裸藻 .浅水、浑浊程度大的水体含河流针杆藻 .、菱板藻 .、双头菱形藻 .混合程度较高中富营养浅水水体脆杆藻 .、普通等片藻 、颗粒直链藻极狭变种 .中营养型水体混合层鼓藻 .、爪哇鼓藻 .浅水清水混合层菱形肋缝藻 、卵圆双壁藻 .温暖的混合水体棒胶藻 .中富营养型湖泊变温层蹄形藻 .富营养分层水体浅水湖泊多变鱼腥藻 .混合的高富营养浅水水体栅藻 .贫营养水体 值升高明显根管藻 .中营养水体对分层敏感双肋藻 .中营养型的静水水体水流速度慢、大型挺水植物或沉水植物密集的河流弯棒杆藻 .第 卷第 期 龚怡萱等:巴河春季浮游植物群落结构及其环境影响因子初探 调查结果显示功能群的平均密度最大为.占调查河段春季浮游植物功能群平均密度的.而 功能群的平均密度最低仅占总平均密度的.其余各浮游植物功能群的平均密度占比介于.不同样点间功能群在 个样点比例均超过 在 样点最大为 和 功能群的密度在各个样点比例均未超过(图)功能群的平均生物量最大为.占调查河段春季浮游植物功能群平均密度的.而 功能群的平均密度最低仅占总平均生物量的.其余各浮游植物功能群的平均生物量占比介于.不同样点间功能群生物量在除 的其余所有样点比例均超过 在 最大为.、和 功能群的生物量在各个样点比例均未超过(图)100806040200?/%?S1 D-S2 D-S3 D-S4 D-S5 D-S6 D-S7 D-?D-S1 B-S2 B-S3 B-S4 B-S5 B-S6 B-S7 B-?B-?3Fig.3 Density percentage and biomass percentage of each functional groupTDBAJH1FSX3NPDW1X2ECYX1W2PLNO?3.02.52.01.51.00.50S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7Margalef?Pielou?Shannon Wiener?-Fig.4 Diversity index of phytoplankton?4?.浮游植物的多样性指数多样性指数分析表明(图)调查区域浮游植物 丰富度指数介于.平均为 多样性指数介于.平均为.均匀度指数介于.平均为 基于多样性指数的水质评价结果显示该河段水体整体呈中度污染水平.浮游植物优势群与环境因子的关系参与冗余分析()的环境因子包括、()、氮磷比()经筛选得出主要的环境影响因子为、()、轴 的特征值为.是主要特征轴(表)表 优势功能群丰度与环境因子的 分析统计特征 轴序特征值物种环境积累变化率/物种环境相关性物种环境相关性积累变化率/轴.轴.轴.轴.西华师范大学学报(自然科学版):./年Fig.5 RDA analysis on the abundance of dominantgroups and environmental factorsfunctional?：?，?。?5RDA-1.0 0.4-0.61.0MPChl a-KNCLOX1YEKPTNW2 据 分析结果可知(图)与所有功能群都呈正相关 与功能群、呈正相关与功能群、呈负相关()与功能群、呈正相关与功能群 呈负相关 与功能群、呈正相关与功能群 呈负相关 与功能群、呈正相关与功能群、呈负相关 讨 论.巴河水体理化特性与出现甲藻水华的可能性调查显示研究河段浮游植物共 门 属 种浮游植物的种类组成以硅藻门为主但甲藻门的平均密度与平均生物量最大其次为硅藻门 调查期间、以及 样点的优势藻类均为拟多甲藻(.)且密度分别为.、.及 .均大于.具有形成甲藻水华的潜势 适宜的水温是甲藻水华形成的重要条件拟多甲藻可在 大量繁殖最适生长水温为 调查河段在春季水温介于.是甲藻生长的适宜温度 这与长江流域其余水体形成甲藻水华的温度相似三峡水库长江干流及其若干支流的拟多甲藻在四季均能成为优势种类但是只在水温介于.时形成水华 大部分的硅藻表现出对低温较强的耐受性最适水温为 调查期间的水温也是硅藻生长的最适温度 有研究表明甲藻水华和硅藻水华具有一定的关联性常相继出现 调查河段水体 介于.呈弱碱性状态适宜甲藻的生长当水体呈富营养状态时含量主要受生物过程的控制 因此在调查期间水体中甲藻的生长也会使得水体 值升高 同时风速较缓水流速度平稳是水体出现水华的重要原因调查河段处于库区水体几乎处于静水状态这也可能诱发甲藻水华甲藻水华通常出现在有机物质丰富的淡水水体中无机营养盐、含量在水华形成与维持中也具有一定的决定性作用 定律表明当 小于 时浮游植物的生长受氮的限制当 大于 时浮游植物的生长受磷的限制 研究河段水体 介于 但由于调查河段的、含量均处于较高的水平所以调查区域可能不存在营养限制问题 同时浮游植物间存在种间竞争其中硅藻是拟多甲藻生存空间的有力竞争者有学者研究表明甲藻与硅藻对营养盐的吸收速率存在互相影响并且认为从微观分子水平研究甲藻与硅藻的相互作用物质及其机理是进一步研究水华种间关系的必要途径群落物种多样性是用于评价群落内物种组成稳定性、数量分布均匀程度与群落稳定性等特征的重要指标同时也是衡量水质污染的重要指标 根据多样性指数巴河的整体水质评价结果为中度污染水平这可能主要与调查河段的枣林电站、李家湾拦河坝等水利设施有关.浮游植物功能群及其与环境因子的关系调查河段共有 个浮游植物功能群其中优势功能群 个 在优势功能群中、功能群通常在富营养型水体中占优势、功能群则在中营养到富营养的水体中均能占据优势 优势功能群的生境特征与调查河段水体呈现出轻度富营养化的情况相吻合 在调查时期功能群的生物量与密度均占巴河浮游植物总量的 以上功能群的优势度也远远大于其余优势功能群 功能群可以通过不同途径获取生长所需资源但在能量条件方面则需要光热能量充足所以为了预防调查河段出现以 功能群的代表物种拟多甲藻引起水华可以考虑先调节巴河浮游植物的能量条件再调节水体中的营养成分环境因素对于浮游植物的群落特征会产生重要的影响大量研究表明、水温和氮磷等营养物质均能 第 卷第 期 龚怡萱等:巴河春季浮游植物群落结构及其环境影响因子初探 影响浮游植物群落的分布并且特定功能群对生境的选择与适应性也不同 研究河段甲藻生物量与密度占比均在 以上除去对甲藻的生长有明显作用的季节条件氮、磷作为构成水体初级生产力的主要生源要素直接影响了浮游植物的生产力水平 根据 分析结果、和()与浮游植物功能群密度有较强的相关性 以拟多甲藻为代表的 功能群是巴河最主要的优势功能群它与 呈负相关与其他所有环境因子呈正相关说明相较于氮功能群的生长对磷具有更明显的消耗导致 浓度随着 功能群丰度的增加而不断降低 由于浮游植物密度越高 浓度越高因此 不作为影响浮游植物分布的主要环境因子 仅 功能群与 和()呈负相关其余优势功能群均与 和()呈正相关、功能群与 呈正相关而、功能群则与 呈负相关所有优势功能群均与 呈正相关综合来看 可能是驱动调查河段浮游植物优势功能群的主要环境变量而水体中、()、与浮游植物优势功能类群也密切相关参考文献:卢碧林严平川田小海等.洪湖水体藻类藻相特征及其对生境的响应.生态学报():.谭香夏小玲程晓莉等.丹江口水库浮游植物群落时空动态及其多样性指数.环境科学():.():.杨文朱津永陆开宏等.淡水浮游植物功能类群分类法的提出、发展及应用.应用生态学报():.杜红春王晓宁吴虎等.汉江中下游浮游植物群落结构、功能群特征及水质评价.长江流域资源与环境():.田泽斌刘德富姚绪姣等.水温分层对香溪河库湾浮游植物功能群季节演替的影响.长江流域资源与环境():.杨柳燕肖琳.湖泊蓝藻水华暴发、危害与控制.北京:科学出版社.陈伟江廖月清王苗苗等.水体富营养化修复技术研究进展.应用化工():.张远夏瑞张孟衡等.水利工程背景下河流水华暴发成因分析及模拟研究.环境科学研究():.:.夏瑞张远王璐等.汉江下游河流型水华暴发的多影响要素特征识别.环境科学研究():.:.():.():.().():.().(/):.刘学君 .以色列 湖多甲藻水华期间浮游植物的 曲线.水生生物学报():.().():.(.).():.向蓉.基于实时荧光定量 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