茍 婷,許振成,李 杰，馬千里，王 麗, 趙學敏*, 梁榮昌,郭俊成

(1：環(huán)境保護部華南環(huán)境科學研究所, 廣州 510655)

(2：蘭州交通大學環(huán)境與市政工程學院, 蘭州 730070)

珠江流域西江支流賀江浮游藻類群落特征及水質(zhì)分析*

茍 婷1,2,許振成1,2,李 杰2，馬千里1，王 麗1, 趙學敏1*, 梁榮昌1,郭俊成1

(1：環(huán)境保護部華南環(huán)境科學研究所, 廣州 510655)

(2：蘭州交通大學環(huán)境與市政工程學院, 蘭州 730070)

為了解珠江流域西江支流賀江浮游藻類的分布并評價其水質(zhì)情況，于2013年豐水期和枯水期對賀江的浮游藻類群落結(jié)構(gòu)進行調(diào)查和分析，結(jié)果表明:調(diào)查期間共檢出浮游藻類7門130種，其中豐水期7門63種，枯水期5門103種，浮游藻類群落組成以綠藻門、硅藻門和藍藻門為主，豐水期綠藻門居多，硅藻門次之，藻細胞豐度平均值為2.13×106cells/L;枯水期硅藻門最多，藻細胞豐度平均值為3.71×106cells/L;優(yōu)勢種主要有水華微囊藻、卷曲魚腥藻、小顫藻、嚙蝕隱藻、短小舟形藻、變異直鏈藻、顆粒直鏈藻、四尾柵藻、集星藻、小球衣藻和小球藻.RDA分析表明，影響賀江浮游藻類群落分布的主要環(huán)境因子是氮、磷營養(yǎng)鹽，綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)顯示賀江處于中營養(yǎng)水平.

賀江;浮游藻類;群落結(jié)構(gòu);環(huán)境因子;綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)

水生態(tài)系統(tǒng)中浮游藻類的群落結(jié)構(gòu)、種群數(shù)量隨水環(huán)境的變化而改變，并且藻類能對水環(huán)境的改變做出靈敏而迅速的響應(yīng)[1-3].河流生態(tài)系統(tǒng)中的浮游藻類生活周期短，對水環(huán)境變化敏感，藻類特征的變化可被看成是對水質(zhì)變化的一個良好的指示，同時也是評價河流水體質(zhì)量的一項重要標準[4-5].河流浮游藻類的生態(tài)學特征除了受到河流自然生境的影響，還會更多地受到人類活動的影響[6-7].水利工程建設(shè)、攔壩建庫、排污等人類活動的干擾，導致河流浮游藻類的生態(tài)學特征具有顯著的空間異質(zhì)性和多樣性[8].如王愛愛等[9]研究的汾河中下游浮游藻類的種類數(shù)和比例存在一定的空間分布差異，這與部分樣點周邊鐵廠、洗煤廠等小企業(yè)污水的直接排放關(guān)系密切；李芳芳等[10]對大遼河水系夏季浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征的研究表明，由于上游河流型水庫大伙房水庫的建成，導致該段浮游藻類生態(tài)狀況發(fā)生變化，優(yōu)勢門類從硅藻逐漸演變?yōu)榫G藻.

賀江(23°20′～25°08′N，111°08′～112°11′E)是珠江流域西江水系的一級支流，其上游富川江發(fā)源于富川瑤族自治縣麥嶺鄉(xiāng)的茗山，向南流經(jīng)富川縣、鐘山縣、賀州市、廣東省封開縣，于封開縣江口鎮(zhèn)注入西江干流，全長352 km，集水面積11536 km2，多年平均流量193.3 m3/s，整個流域地處北回歸線以北，屬亞熱帶季風氣候，年平均氣溫20℃左右，流域內(nèi)修筑了包括龜石水庫(賀江上游)、合面獅水庫(賀江中游)、江口電站(賀江下游)等多座大中型水庫.賀江是賀州市的主要飲用水源，其水質(zhì)安全對賀州市社會穩(wěn)定和經(jīng)濟發(fā)展具有十分重要的意義.因此本研究全面調(diào)查賀江水生態(tài)及水質(zhì)狀況，從水體理化指標、浮游藻類種類組成、群落結(jié)構(gòu)變化等方面入手，探討影響賀江浮游藻類群落分布的環(huán)境因子，并綜合評價賀江水質(zhì)情況，從而為賀江的水環(huán)境保護提供科學依據(jù).

1 材料與方法

1.1 采樣點設(shè)置

圖1 賀江采樣點位分布Fig.1 Location of sampling sites in Hejiang River

在賀江上游至下游共設(shè)置9個采樣點(圖1)，其中1#龜石水庫位于賀江上游，2#位于馬尾河與賀江交匯口，3#賀街大橋穿過賀街鎮(zhèn)，4#新忠碼頭位于合面獅水庫庫尾，5#位于合面獅水庫壩首，6#位于扶隆碼頭，7#位于白垢鎮(zhèn)，8#位于江口電站(庫區(qū))，9#位于賀江與西江交匯口下游西江干流上.

1.2 樣品采集與分析

1.2.2 浮游藻類分析 浮游藻類定性樣品用25#浮游生物網(wǎng)在表層水中呈“∞”形來回撈取，4%的福爾馬林溶液固定，顯微鏡下進行種類鑒定;浮游藻類定量樣品用采水器采集表層(水下0.5 m)水樣1 L，加入10 ml魯哥試劑固定，樣品經(jīng)沉淀、濃縮、定容后，采用目鏡視野計數(shù)法進行藻類細胞計數(shù)與鑒定[12].

1.2.3 評價方法 綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)(TLI)法，使用Carlson方法評價[13]，公式如下:

(1)

式中，TLI(∑)表示綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)，TLI(j)代表第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)，Wj為第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的相關(guān)權(quán)重.浮游藻類優(yōu)勢度指數(shù)[14](Y)的計算公式為:

Y=fi(ni/N)

(2)

式中，ni/N為第i個物種個體數(shù)與樣品中總個體數(shù)的比值，ni為樣品中第i種浮游藻類的個體數(shù)，N為樣品中浮游藻類總個體數(shù)，fi為第i種浮游藻類在各樣點出現(xiàn)的頻度，當Y≥0.02時的物種為優(yōu)勢種.

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Canoco for Windows 4.5軟件對物種數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)進行排序分析，物種經(jīng)過篩選，滿足在各樣點出現(xiàn)的頻度>12.5%和至少在一個樣點的相對豐度>1%[15-16]，物種矩陣經(jīng)過lg(x+1)轉(zhuǎn)換，環(huán)境因子數(shù)據(jù)除pH外全部進行l(wèi)g(x+1)轉(zhuǎn)換[17]，基本圖形繪制在Origin 8.5中完成.

2 結(jié)果與分析

2.1 浮游藻類群落特征

2.1.1 浮游藻類群落組成 調(diào)查期間，賀江共檢出浮游藻類7門130種，其中豐水期檢出7門63種，枯水期檢出5門103種.豐水期和枯水期浮游藻類種類均主要由綠藻門、硅藻門和藍藻門組成，所占比例達92.07%～97.09%，甲藻門、金藻門、隱藻門和裸藻門種類較少，僅占2.91%～7.94%(表1).

表1 賀江各門浮游藻類種類數(shù)及所占比例

2.1.2 浮游藻類優(yōu)勢種及其優(yōu)勢度 根據(jù)公式(2)及Y≥0.02的標準，分別計算豐水期和枯水期浮游藻類的優(yōu)勢度，調(diào)查期間，賀江共有浮游藻類優(yōu)勢種11種，包括藍藻門3種:水華微囊藻(Microcystisflos-aquae)、卷曲魚腥藻(Anabaenacircinalis)、小顫藻(Oscillatoriatenuis)，隱藻門1種:嚙蝕隱藻(Cryptomonaserosa)，硅藻門3種:短小舟形藻(Naviculaexigua)、變異直鏈藻(Melosiravarians)、顆粒直鏈藻(Melosiragranulata)，綠藻門4種:四尾柵藻(Scenedesmusquadricauda)、集星藻(Actinastrumhantzschii)、小球衣藻(Chlamydomonasmicrosphaera)、小球藻(Chlorellavalgaris).豐水期有優(yōu)勢種10種，出現(xiàn)頻度均≥30%，藍藻門的水華微囊藻為第一優(yōu)勢種，出現(xiàn)頻度為89%，優(yōu)勢度為0.30；其次為綠藻門的四尾柵藻，出現(xiàn)頻度為56%，優(yōu)勢度為0.06；枯水期優(yōu)勢種4種，與豐水期相比，綠藻門藻類不再是優(yōu)勢種，水華微囊藻出現(xiàn)頻度也降低為22%，優(yōu)勢度則降為0.02，卷曲魚腥藻出現(xiàn)頻度不變，為78%，優(yōu)勢度由豐水期的0.03升高為0.42，成為枯水期的第一優(yōu)勢種，隱藻門的嚙蝕隱藻為第二優(yōu)勢種.

2.1.3 浮游藻類細胞豐度 賀江豐水期浮游藻類總細胞豐度介于5.71×105～1.16×107cells/L之間，平均值為2.13×106cells/L；枯水期浮游藻類細胞總豐度介于3.37×105～2.49×107cells/L之間，平均值為3.71×106cells/L；豐水期和枯水期均以龜石水庫樣點(1#)浮游藻類細胞總豐度最高，且枯水期(2.49×107cells/L)高于豐水期(1.16×107cells/L)；白垢鎮(zhèn)樣點(7#)浮游藻類細胞總豐度枯水期比豐水期顯著升高，由0.79×106cells/L升高到2.71×106cells/L，而新忠碼頭樣點(4#)浮游藻類細胞總豐度明顯降低，由1.88×106cells/L降低到0.34×106cells/L，其它樣點浮游藻類豐度變化不大(圖2).

圖2 賀江各采樣點浮游藻類細胞豐度組成Fig.2 Phytoplankton cell abundance of each sampling site in Hejiang River

2.2 水體理化參數(shù)

表2 賀江水體主要理化參數(shù)

2.3 賀江營養(yǎng)狀態(tài)評價

賀江水環(huán)境TLI如圖3所示，除馬尾河與賀江交匯口樣點(2#)豐水期TLI為52.1外，其他各樣點均在30～50之間，水質(zhì)整體處于中營養(yǎng)水平.但豐水期、枯水期營養(yǎng)狀態(tài)有所差異，除個別樣點(1#、8#)外，豐水期TLI值均高于枯水期，說明賀江水體豐水期營養(yǎng)程度較嚴重.TN是導致賀江綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)偏高的主要原因，2#樣點污染嚴重可能與附近居民生活污水排放和支流水質(zhì)的營養(yǎng)狀況有關(guān).

圖3 賀江各樣點綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)Fig.3 The comprehensive trophic state index of each sampling site in Hejiang River

2.4 浮游藻類群落與環(huán)境因子的關(guān)系

對經(jīng)過篩選的52種浮游藻類(代碼見表3，其中豐水期30種，枯水期37種)與7個環(huán)境因子進行排序分析.DCA分析表明，豐水期和枯水期4個軸中梯度最大值分別為1.918和2.199，均小于3，說明數(shù)據(jù)適用于RDA分析(表4).豐水期、枯水期4個環(huán)境因子軸與物種軸之間的相關(guān)系數(shù)均接近1.000，說明排序圖能很好地反映藻類與環(huán)境因子之間的關(guān)系[18]，豐水期、枯水期共累計解釋了浮游藻類物種和環(huán)境關(guān)系的83.5%、84.3%.RDA排序結(jié)果(圖4)表明，豐水期影響賀江浮游藻類分布的主要環(huán)境因子是TP、NH3-N和TN；枯水期影響賀江浮游藻類分布的主要環(huán)境因子是DO、TN.因此，氮、磷營養(yǎng)鹽是影響賀江浮游藻類群落分布最主要的環(huán)境因子.

3 討論

3.1 賀江浮游藻類群落特征

河流是人類開發(fā)活動較多的區(qū)域，據(jù)世界自然基金會(WWF)與世界資源研究所的報告顯示：世界上最長的227條河流中，有60%以上被水壩、運河和引水工程所阻斷.河流建壩形成水庫后，從本質(zhì)上改變了河流的水動力條件，河流生境發(fā)生變化，生境的差異導致浮游藻類群落分布不同[19].賀江由于上游龜石水庫、中游合面獅水庫、下游江口電站的建成，使其部分河段由河相類型轉(zhuǎn)變?yōu)楹煜囝愋?與其它河流、水庫的研究結(jié)果類似[20-22]，賀江河流段浮游藻類以硅藻門為主，其中舟形藻、直鏈藻、菱形藻、尖針桿藻、羽紋藻、橋彎藻和梅尼小環(huán)藻占絕對優(yōu)勢，而龜石水庫(1#)、合面獅水庫(5#)、江口電站(8#)的浮游藻類以綠藻門居多，更接近水庫浮游藻類的分布特征，其中柵藻、卵囊藻、四角藻、衣藻、小球藻和月牙藻所占比例較大.龜石水庫的藻細胞豐度高達1.16×107～2.49×107cells/L，主要是由于龜石水庫地處低山丘陵，水庫蓄水后在水庫周邊的小范圍凹地形成天然港灣，庫區(qū)周邊的污染來源多且直接排入水體，水體氮、磷營養(yǎng)鹽豐富，并且流速極慢，長年適宜的條件導致藻類大量繁殖.研究認為，中營養(yǎng)型水體以甲藻門、隱藻門和硅藻門占優(yōu)勢，而富營養(yǎng)型水體以藍藻門、綠藻門占優(yōu)勢[23]，賀江藻類組成以硅藻門和綠藻門為主，屬于中-富營養(yǎng)型水體，與綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法評價結(jié)果一致.賀江浮游藻類群落的組成與相近水體東江干流[24]和西江下游的珠三角河網(wǎng)水域[25]的群落組成相似，但在不同時期浮游藻類的組成比例、優(yōu)勢種和藻細胞豐度差異明顯.賀江浮游藻類枯水期硅藻門種類所占比例顯著提高，綠藻門種類比例有所下降(表1)，并且綠藻門種類不再是枯水期的優(yōu)勢種，這說明賀江水體豐水期比枯水期污染嚴重，豐水期水質(zhì)較差；浮游藻類的總細胞豐度枯水期略高于豐水期，這與表征藻類生物量的參數(shù)葉綠素a顯示的結(jié)果一致，但各樣點藻細胞豐度分布不均勻(圖2)，這與各江段水體營養(yǎng)條件的差異有關(guān).

3.2 賀江浮游藻類群落分布與環(huán)境因子的關(guān)系

浮游藻類群落結(jié)構(gòu)在不同水體具有不同的特征，其演替規(guī)律是眾多環(huán)境因子在時間和空間上相互影響的結(jié)果[26-27].研究表明，水溫是影響浮游藻類分布的重要環(huán)境因子[28]，水溫為20℃左右時以硅藻為主，30℃以綠藻為主，40℃以藍藻為主.賀江豐水期和枯水期平均水溫分別為29.5和20.0℃，浮游藻類的變化規(guī)律是由豐水期的綠藻向枯水期的硅藻轉(zhuǎn)變;水體pH值與藻類生長密切相關(guān)[29]，不同藻類生長都有其適合的pH范圍[29]，本研究中豐水期pH與綠藻相關(guān)性較高，枯水期與藍藻相關(guān)性較高；RDA分析顯示，DO也是影響賀江浮游藻類分布的重要環(huán)境因子，浮游藻類在大量生長時由于光合作用對水體有較強的富氧作用，而在藻類大量死亡時則需要消耗大量DO[30].

表3 賀江RDA分析浮游藻類代碼

表4 賀江浮游藻類與環(huán)境因子的RDA分析結(jié)果

圖4 賀江豐水期(a)和枯水期(b)環(huán)境因子與浮游藻類的RDA分析Fig.4 RDA results of environmental factors in wet (a) and dry (b) seasons and phytoplankton in Hejiang River

營養(yǎng)鹽是影響浮游藻類分布的一個重要環(huán)境因子[31-32]，本研究中豐水期NH3-N、TP濃度顯著高于枯水期(表2)，原因可能是豐水期雨量大，強降水沖刷土壤中積累的營養(yǎng)鹽進入水體，也可能是沖擊河底沉積物，使已經(jīng)沉積的營養(yǎng)鹽再度釋放出來，從而導致營養(yǎng)鹽濃度的顯著升高.RDA分析也顯示，水體氮、磷濃度對賀江浮游藻類分布影響極大.有研究認為當水體中TN和TP濃度分別達到0.2和0.02 mg/L時，就有可能發(fā)生藻類“水華”現(xiàn)象[33].賀江豐水期和枯水期TN、TP平均濃度均遠高于藻類水華發(fā)生的氮、磷閾值，并且含量較高的區(qū)域集中在2#～4#之間，該河流段穿過居民生活區(qū)，接納了周圍片區(qū)的城市生活污水以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的面源污染廢水，人為因素導致TN、TP濃度偏高.將賀江及賀江流域主要梯級水庫的TN、TP濃度與南方地區(qū)其它河流、水庫進行比較(表5)，結(jié)果顯示賀江TN濃度居于中間水平，高于西江干流和香溪河庫灣，低于九龍江；TP濃度處于較低水平，低于西江干流、九龍江和香溪河庫灣.龜石水庫和合面獅水庫TN濃度高于高州水庫，低于東江劍潭水庫.已有研究表明[34,36]，高州水庫和九龍江發(fā)生過藻類“水華”現(xiàn)象.河流水華發(fā)生的主要影響因素包括水體中含有豐富的氮磷營養(yǎng)鹽、緩慢的水文水動力以及適宜的氣象條件[38]，賀江流域營養(yǎng)鹽已滿足藻類水華發(fā)生的條件，并且由于水庫的阻隔使賀江部分河段的水體滯留時間較長，水體流速相對較緩.此外，流域處于亞熱帶季風氣候區(qū)，氣候溫暖濕潤，為藻類的大量快速繁殖提供了有利的外部條件.因此，賀江發(fā)生藻類“水華”的風險較高，特別是水庫區(qū).

表5 不同河流(湖庫)TN、TP濃度

4 結(jié)論

1) 調(diào)查期間共檢出浮游藻類7門130種，枯水期檢出的浮游藻類種類最多，以硅藻門種類為主，浮游藻類群落為綠藻-硅藻-藍藻型，藻細胞總豐度在枯水期高于豐水期.

2) 賀江水體整體處于中營養(yǎng)水平，龜石水庫樣點的藻細胞豐度較高， 豐水期、枯水期均高達107數(shù)量級，發(fā)生藻類水華的潛在風險較高.

3) 賀江浮游藻類群落的分布受水體理化性質(zhì)的影響較大，氮、磷營養(yǎng)鹽是影響賀江浮游藻類群落分布的關(guān)鍵因素，控制外源氮、磷的輸入，加強流域的生態(tài)環(huán)境保護、水生態(tài)監(jiān)測和影響因子作用機理研究，對防范賀江水體的藻類水華有重要意義.

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Phytoplankton community structure and water quality assessment of Hejiang River, a branch of Xijiang River, Pearl River drainage basin

GOU Ting1,2, XU Zhencheng1,2, LI Jie2, MA Qianli1, WANG Li1, ZHAO Xuemin1, LIANG Rongchang1& GUO Juncheng1

(1:SouthChinaInstituteofEnvironmentalSciences,MinistryofEnvironmentalProtection,Guangzhou510655,P.R.China)

(2:CollegeofEnvironmentalandMunicipalEngineering,LanzhouJiaotongUniversity,Lanzhou730070,P.R.China)

To study the distribution of phytoplankton and evaluate water quality of Hejiang River, a branch of Xijiang River, Pearl River drainage basin, the community structure of phytoplankton was investigated and analyzed in wet and dry seasons in 2013. The results showed that a total of 130 species belonging to seven phyla of phytoplankton was identified. Including 63 species of seven phyla in wet season and 103 species of five phyla in dry season, phytoplankton community structure in Hejiang River was represented by Chlorophyta, Bacillariophyta and Cyanophyta. Chlorophyta was dominant in wet season, followed by Bacillariophyta. The mean value of phytoplankton density was 2.13×106cells/L. Bacillariophyta dominated the phytoplankton in dry season, and the mean value of phytoplankton density was 3.71×106cells/L. The dominant species wereMicrocystisflos-aquae,Anabaenacircinalis,Oscillatoriatenuis,Cryptomonaserosa,Naviculaexigua,Melosiravarians,Melosiragranulata,Scenedesmusquadricauda,Actinastrumhantzschii,ChlamydomonasmicrosphaeraandChlorellavalgaris. Based on RDA analysis, nitrogen and phosphorus were important environmental factors that affected the distribution of phytoplankton in Hejiang River. The river was classified as mesotrophic according to comprehensive trophic state index.

Hejiang River; phytoplankton; community structure; environmental factors; comprehensive trophic level index

*國家自然科學基金項目(41401115)、國家水體污染控制與治理科技重大專項(2014ZX07206-005-04)、賀江后評估項目(PM-ZX024-201402-023)和鶴地水庫藍藻水華監(jiān)控與應(yīng)急處置技術(shù)項目(PM-ZX022-201409-014)聯(lián)合資助.2014-05-22收稿；2014-10-16收修改稿.茍婷(1988～),女,碩士研究生；E-mail:gouting0212@126.com.

J.LakeSci.(湖泊科學)， 2015， 27(3)： 412-420

http： //www.jlakes.org.E-mail： jlakes@niglas.ac.cn

?2015 byJournalofLakeSciences

**通信作者; E-mail:zhaoxuemin@scies.org.