蔡志宇 伍遇普 林楓 田波 向浩 吳益平 黃盼君 劉千凡 周志國

摘要：為了解長江湖北宜昌中華鱘自然保護區(qū)浮游植物群落周年變化特征及水質(zhì)生物評價，2021年春、夏、秋和冬四個季節(jié)在保護區(qū)水域設(shè)置了10個斷面，開展了保護區(qū)浮游植物現(xiàn)狀監(jiān)測調(diào)查。結(jié)果顯示：共采集到浮游植物102種，隸屬于8門49屬，其中硅藻門種類最多，其次為綠藻門。優(yōu)勢物種共計16種，以綠藻門種類為多。浮游植物的密度范圍為10.21～102.09×104 Cells/L，全年平均密度為27.92×104 Cells/L；物量范圍為0.10～6.96 mg/L，平均生物量為2.26 mg/L；生物量及密度變化趨勢為夏季高冬季低、上游高下游低。浮游植物Shannon多樣性指數(shù)（H）變化范圍為1.39～3.25，年均值為2.43；Pielou 均勻度指數(shù)（J）的波動范圍為 0.25～0.87，年均值為0.47。浮游植物多樣性和均勻度指數(shù)指示水體較為清潔，浮游植物密度指示水體營養(yǎng)類型為極貧營養(yǎng)。浮游植物生物量與環(huán)境因子之間的冗余分析及Pearson相關(guān)分析結(jié)果表明，浮游植物群落結(jié)構(gòu)變化受溫度、溶解氧和流速影響較大。

關(guān)鍵詞：浮游植物；群落結(jié)構(gòu)；水質(zhì)生物評價；中華鱘自然保護區(qū)

中圖分類號：X82? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

浮游植物是一個生態(tài)學(xué)概念，又被稱為浮游藻類[1]，是指懸浮生活在水中，完全沒有或者游泳能力微弱、不足以抵抗水的流動力的微小植物。浮游植物是水域生態(tài)系統(tǒng)中的初級生產(chǎn)者，能通過葉綠素進(jìn)行光合作用將光能轉(zhuǎn)化為生物能并儲存無機碳，在水生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)化過程中起著重要作用[2-3]。水生態(tài)系統(tǒng)動態(tài)平衡是生物群落與環(huán)境因子之間相互影響和制約的結(jié)果，水生生物群落結(jié)構(gòu)受水環(huán)境變化影響，水生生物群落結(jié)構(gòu)及動態(tài)變化也會反映出水體環(huán)境變化[4-5]。浮游植物對環(huán)境條件的變化較為敏感，能夠根據(jù)水體營養(yǎng)狀態(tài)的變化迅速作出響應(yīng)，因此浮游植物的群落結(jié)構(gòu)變動情況可以作為所處水體污染狀況的一項重要指標(biāo)，經(jīng)常用來評價水體是否健康 [6-8]。

中華鱘（Acipenser sinensis）屬于洄游性魚類，為我國一級保護動物。中華鱘產(chǎn)卵場主要分布于長江上游，葛洲壩水利樞紐建成后，中華鱘繁殖群體被迫滯留于壩下江段，形成了目前為止已知僅有的產(chǎn)卵場。為保護中華鱘的自然繁殖群體及其棲息地和產(chǎn)卵場等生境，1996年4月，湖北省人民政府正式批準(zhǔn)建立“長江湖北宜昌中華鱘自然保護區(qū)”，保護區(qū)范圍為葛洲壩至枝城楊家溪60 km的長江干流江段，對中華鱘的物種延續(xù)起著關(guān)鍵性的作用。浮游植物群落結(jié)構(gòu)變化影響著水體生態(tài)環(huán)境，也持續(xù)影響著水體生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，因此，研究浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征變化，對于水生態(tài)保護具有重要意義[9]。

目前，對長江湖北宜昌中華鱘自然保護區(qū)內(nèi)浮游植物群落調(diào)查研究甚少，且調(diào)查范圍限于某一斷面[10]。鑒于此，2021年的春、夏、秋和冬四個季節(jié)，在長江湖北宜昌中華鱘自然保護區(qū)水域開展了浮游植物及相關(guān)環(huán)境因子的監(jiān)測工作。根據(jù)相關(guān)監(jiān)測結(jié)果，分析了保護區(qū)浮游植物群落結(jié)構(gòu)的周年變化特征，探討了其與保護區(qū)環(huán)境因子的關(guān)系，并依據(jù)生物學(xué)指標(biāo)對保護區(qū)水質(zhì)進(jìn)行了評價。本研究結(jié)果將填補長江湖北宜昌中華鱘自然保護區(qū)浮游植物群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子關(guān)系等研究的空白，豐富保護區(qū)水生生物研究方面的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為保護區(qū)生態(tài)系統(tǒng)保護提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1采樣斷面、監(jiān)測周期與頻次

采樣斷面：在長江湖北宜昌中華鱘自然保護區(qū)設(shè)置了10調(diào)查斷面（圖1），順?biāo)鞣较驈纳现料乱砸来螢殡僦瑝危╕ZB）、艾家鎮(zhèn)（AJZ）、將軍帽（JJM）、虎牙山（HYS）、洋豐碼頭（YFMT）、塔坪橋（TPQ）、高壩洲鎮(zhèn)（GBZZ）、濱江公園（BJGY）、孫家河（SJH）、劉家河（LJH）。

監(jiān)測周期及頻次：2021年5月、7月、9月和12月對10個監(jiān)測斷面進(jìn)行了浮游植物監(jiān)測，同時對各個斷面的環(huán)境因子進(jìn)行了測量。

圖1采樣斷面示意圖

1.2樣品采集、保存及鑒定

樣品采集：參照《內(nèi)陸水域漁業(yè)自然資源調(diào)查手冊》，在各采樣斷面分左岸、河中、右岸3個采樣點進(jìn)行浮游植物的定性和定量樣品采集。定性調(diào)查：用25號浮游生物網(wǎng)采集。采集時將網(wǎng)緊扎于竹竿前端，將網(wǎng)沒于水中作水平∞形巡回拖動，拖動速度不超過0.3 m/s，目測時可以底管前端的網(wǎng)體全部展開為標(biāo)準(zhǔn)。在行船上采集時，則將網(wǎng)系在船后水平拖取。定量采集：在水深不超過2 m時，以采水器采取水面下0.5 m處水樣1個；水深為2～3 m時，在離水底0.5 m處增加一個采水樣點；水深為3～5 m時，在水下1.5～2.5 m處再增加一個水樣；各層水樣等量混合后，再取一個混合水樣加以固定。

樣品固定：浮游植物標(biāo)本采集后，除留待活體觀察的樣品以外，其余樣品立刻以魯哥氏液固定（一般每升水加15 mL魯哥氏液）。定量樣品固定后還需濃縮至30～50 mL貯存。濃縮一般采用沉淀法：將固定后的樣品搖勻后全部倒入沉淀器中靜置24～48 h，以虹吸管吸去上清液；操作中不能攪動液體，而使沉淀在下部的固體物質(zhì)隨虹吸管中的液體逸出；反復(fù)進(jìn)行操作，直至樣品濃縮至30～50 mL時裝入樣瓶中保存。

樣品分析：采用顯微鏡計數(shù)法進(jìn)行定量分析。將濃縮后的定量樣品溶液搖勻，以經(jīng)校正的定量吸管吸取0.1 mL注入容量為0.1 mL的計數(shù)框，蓋上蓋玻片置于顯微鏡下鏡檢計數(shù)。每個水樣計數(shù)兩次，兩次計數(shù)的結(jié)果取平均值，若該平均值與兩次計數(shù)結(jié)果的差距不大于該均值的10％，則該均值為最終計數(shù)結(jié)果；否則，計數(shù)第三次，將三次計數(shù)結(jié)果取平均值，同樣用上法校驗[11-13]。

此外，對水體水質(zhì)理化參數(shù)指標(biāo)也進(jìn)行了監(jiān)測。具體方法如下：采用YSI多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測儀（YSI 6600V2，Xylem Analytics）現(xiàn)場測定電導(dǎo)率水溫（Water Temperature，WT）、電導(dǎo)率（Conductivity，Cond）、pH、溶解氧（Dissolved Oxygen，DO）；采用塞氏盤現(xiàn)場測量水體透明度（SD）；使用流速儀（FP111）測定流速（Current Velocity，CV）；現(xiàn)場采集的水樣帶回實驗室，參照《水和廢水監(jiān)測分析方法（第四版）》（國家環(huán)境保護總局，2002）對總氮（Total Nitrogen，TN）和總磷 （Total Phosphorus，TP）等水質(zhì)參數(shù)及進(jìn)行測定。

1.3數(shù)據(jù)處理與分析

對浮游植物的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)（Ｈ）、Pielou均勻度指數(shù)（Ｊ）及優(yōu)勢度（Ｙ）進(jìn)行計算。相關(guān)計算公式如下：

式中：Ni為第ｉ種的個體數(shù)；Ｎ為樣品中的總個體數(shù)；fi為第ｉ種在各樣點出現(xiàn)的頻率；S為種類數(shù)。取優(yōu)勢度Y≥0.02的物種作為優(yōu)勢種。

對多樣性指數(shù)以及TN、TP、pH和DO等，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)差標(biāo)準(zhǔn)化處理后，采用SPSS 26.0軟件對浮游植物與環(huán)境因子做Pearson相關(guān)性分析。先對浮游植物相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行去趨勢對應(yīng)分析（Detrended correspondence analysis，DCA）：當(dāng)排序軸最大梯度長度大于3時選擇典范對應(yīng)分析（canonical correspondence analusis，CCA），當(dāng)排序軸最大梯度長度小于3時選擇冗余分析（Redundancy analysis， RDA），最終用物種與環(huán)境因子的雙序圖表示浮游植物與環(huán)境因子的關(guān)系[14]。采樣點的繪制結(jié)合使用 ArCIS 10.8 和 BigMap完成。

1.4水質(zhì)和營養(yǎng)類型生物評價標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)Shannon-Wiener多樣性指數(shù)（Ｈ）進(jìn)行水質(zhì)評價，當(dāng)Ｈ值在小于1，則表示水體處于重污狀態(tài)；當(dāng)Ｈ值在大于1，小于2，則表示水體處于輕污染狀態(tài)；當(dāng)Ｈ大于3，則表示水體較為清潔。根據(jù)Pielou均勻度指數(shù)（Ｊ）進(jìn)行水質(zhì)評價，當(dāng)J值在小于0.3，則表示水體處于重污狀態(tài)；當(dāng)J值在大于0.3，小于0.5，則表示水體處于中污染狀態(tài)；當(dāng)J大于0.5，則表示輕污染或無污染狀態(tài)[15]。

根據(jù)浮游植物細(xì)胞密度進(jìn)行營養(yǎng)類型評價：當(dāng)浮游植物密度小于等于50000 ind./L時，表示所處水體處于極貧營養(yǎng)狀態(tài)。當(dāng)密度大于50000 ind./L，小于100000 ind./L時表示所處水體處于貧營養(yǎng)狀態(tài)。當(dāng)密度大于100000 ind./L，小于900000 ind./L時，表示所處水體處于貧中營養(yǎng)狀態(tài)。當(dāng)密度大于1000000 ind./L，小于4000000 ind./L時，表示所處水體處于中營養(yǎng)狀態(tài)。當(dāng)密度大于400000 ind./L，小于800000 ind./L時，表示所處水體處于中富營養(yǎng)狀態(tài)。當(dāng)密度大于8100000 ind./L，小于9900000 ind./L時，表示所處水體處于富營養(yǎng)狀態(tài)。當(dāng)密度大于1000000 ind./L，時，表示所處水體處于富營養(yǎng)狀態(tài) [16]。

2結(jié)果與分析

2.1浮游植物種類組成及優(yōu)勢種

2021年，在長江湖北宜昌中華鱘自然保護區(qū)共鑒定到浮游植物102種，隸屬于8門49屬。其中硅藻門種類最多35種，占總數(shù)的34.31%；其次為綠藻門27種，占總數(shù)的26.47%；藍(lán)藻門種類為22種，占總數(shù)的21.57%；甲藻門、隱藻門，金藻門、裸藻門，黃藻門各4，5，6，2和1種，分別占總數(shù)的3.92%，4.9%，5.88%，1.96%和0.98%（圖2）。

浮游植物種類數(shù)在四季存在差異，其中春季67種、夏季92種、秋季79種和冬季87種。各門類存在一定的季節(jié)差異，比如，綠藻門種類在春、夏和秋季種類較多；硅藻門種類在秋季和冬季種類多，在春季最少；藍(lán)藻門種類在春季最多，冬季最少（圖3）。

經(jīng)統(tǒng)計分析，10個采樣斷面浮游植物優(yōu)勢物種共有16種，包括硅藻門、綠藻門、藍(lán)藻門和隱藻門四大類（表1）。其中，綠藻門優(yōu)勢物種最多，為6種，包括雙尾柵藻（Scenedesmus obliquus），二角盤星藻（Pediastrum duplex），卵囊藻（Ocystis sp.），彎曲柵藻（Scenedesmus arcuatus），新月藻（Closterium），螺旋纖維藻（Ankistrodesmus spiralis）；其次為硅藻門的5種，包括顆粒直鏈藻（Melosira granulate），脆桿藻（Fragilaria sp.），雙頭舟形藻（Navicula dicephala）布紋藻（Gyrosigma），橋彎藻（Cymbella）；藍(lán)藻門4種，包括顫藻（Oscillatoria），席藻（Phormidium corium），阿氏項圈藻（Anabaenopsis arnoldii），束絲藻（Aphanizomenon）；隱藻門（Cryptophyta）僅1種，反曲彎隱藻（Campylomonas reflexa）。

2.2浮游植物密度和生物量

浮游植物的密度范圍為10.21～102.09×104 Cells/L，全年平均密度為27.92×104 Cells/L，（表2）。從季節(jié)上來看，浮游植物密度不同季節(jié)之間存在較大差異，密度大小順序總體為：夏季>秋季>春季>冬季；其中，夏季的浮游植物平均密度最高為44.59×104 Cells/L，顯著高于春、冬季的16.26×104 Cells/L 和15.43×104 Cells/L（P<0.05）；其次為秋季的35.40×104 Cells/L；春季和冬季浮游植物密度之間的差異性不顯著。從空間上看，浮游植物密度分布也存在較大差異，各個季節(jié)總體表現(xiàn)為下游江段相對較大，而上游江段相對較?。▓D4）。

各采樣點浮游植物生物量范圍為 0.10～6.96 mg/L，平均生物量為2.26 mg/L。從季節(jié)上來看，各采樣點生物量季節(jié)變化趨勢與密度基本一致，即：夏季>秋季>春季>冬季。夏季的浮游植物平均密度最高為3.64 mg/L，顯著高于春、冬季節(jié)的1.13 mg/L和1.22mg/L（P<0.05）。從空間上看，保護區(qū)下游生物量相對較大，上游江段相對較小，與密度變化趨勢基本一致（表2，圖4）。

2.3浮游植物與水體理化因子相關(guān)性

與環(huán)境因子進(jìn)行Pearson 相關(guān)性分析的結(jié)果表明：浮游植物密度與溶解氧（DO）含量、透明度（SD）、流速（CV）、透明度（SD）負(fù)相關(guān)關(guān)系（P＜0.05），與溫度正相關(guān)（P＜0.05）；生物量與總磷（TP）及溫度正相關(guān)（P＜0.05），與溶解氧（DO）含量、流速（CV）及透明度呈顯著負(fù)相關(guān)系（P＜0.05）。游植物群落結(jié)構(gòu)起最主要作用的環(huán)境因子是溫度，可能是由于保護區(qū)江段位于亞熱帶地區(qū)，各季節(jié)的溫度變化顯著導(dǎo)致（表3）。

對16種優(yōu)勢物種進(jìn)行去趨勢對應(yīng)分析（DCA），排序軸最長梯度小于3，說明浮游植物群落結(jié)構(gòu)接近線性模型，故本研究采用冗余分析（RDA）探究浮游植物與水體環(huán)境因子的關(guān)系。結(jié)果顯示，溫度、透明度、溶解氧與浮游植物群落結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。其中水溫與第一排序軸為正相關(guān)；水溫與第一排序軸為最大正相關(guān)，溶解氧與第二排序軸呈最大負(fù)相關(guān)（圖5）。

（SP3為卵囊藻； SP4 為彎曲柵藻；SP5 為新月藻；SP6 為螺旋纖維藻；SP7 為顆粒直鏈藻；SP8 為脆桿藻；SP9 為雙頭舟形藻；SP10為布紋藻；SP11 為橋彎藻；SP12 為顫藻；SP13 為席藻；SP14阿氏項圈藻；SP15為束絲藻；SP16為反曲彎隱藻）

2.4水體營養(yǎng)狀態(tài)生物學(xué)評價

對10個采樣斷面浮游植物生物多樣性進(jìn)行統(tǒng)計，結(jié)果表明：各斷面浮游植物Shannon多樣性指數(shù)（H）變化范圍為1.39～3.25，年均值為2.43；H季節(jié)變化差異不大，各個季節(jié)之間差異不明顯。Pielou 均勻度指數(shù)（J）的波動范圍為0.25～0.87，年均值為0.47，季節(jié)之間變化差異不顯著。不同斷面上，Shannon多樣性指數(shù)（H）和Pielou 均勻度指數(shù)（J）差異較大，總體上下游江段各指數(shù)值大于上游江段（表4，圖6）。

按照常用的浮游植物生物學(xué)評價水質(zhì)和營養(yǎng)類型的方法，根據(jù)生物學(xué)指標(biāo)Shannon多樣性指數(shù)（H）和Pielou 均勻度指數(shù)（J）評價長江湖北宜昌中華鱘自然保護區(qū)水質(zhì)， 細(xì)胞密度評價營養(yǎng)程度，結(jié)果見表5。結(jié)果表明：全年Shannon多樣性指數(shù)（H）主要集中在2～3之間，屬于輕污染；春季和夏季的Pielou 均勻度指數(shù)（J）范圍在0.3～0.5之間，屬于中污染，而秋季和冬季＞0.5，屬于 輕污染。全年浮游植物細(xì)平均胞密度均小于0.5×106 cells/L，暗示長江湖北宜昌中華鱘自然保護區(qū)營養(yǎng)類型為極貧營養(yǎng)?？傮w而言，保護區(qū)水質(zhì)屬于輕污染，營養(yǎng)類型為極貧營養(yǎng)（表5）。

3結(jié)論

1）調(diào)查期間，共鑒定到浮游植物102種，隸屬于8門49屬。其中硅藻門種類最多，其次為綠藻門27種，黃藻門最少。浮游植物優(yōu)勢物種共有16種（Y>0.02），包括綠藻門6種，硅藻門5種，藍(lán)藻門4種，隱藻門僅1種。浮游植物的密度范圍為10.21～102.09×104 Cells/L，全年平均密度為27.92×104 Cells/L； 生物量范圍為 0.10～6.96 mg/L，平均生物量為2.26 mg/L。生物量及密度變化趨勢為夏季高冬季低、上游高下游低。

2）浮游植物與水體理化因子的相關(guān)性分析結(jié)果表明：與溶解氧、透明度、流速、透明度呈顯著負(fù)相關(guān)，與溫度呈顯著正相關(guān)；對16種優(yōu)勢物種進(jìn)行去趨勢對應(yīng)分析（DCA），排序軸最長梯度小于3，適合采用冗余分析（RDA）。結(jié)RDA結(jié)結(jié)果顯示，溫度、透明度、溶解氧與浮游植物群落結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。

3）各斷面浮游植物Shannon多樣性指數(shù)（H）變化范圍為1.39～3.25，年均值為2.43； Pielou 均勻度指數(shù)（J）的波動范圍為 0.25～0.87，年均值為0.47。下游江段各指數(shù)值大于上游江段。按照常用的浮游植物生物學(xué)評價水質(zhì)和營養(yǎng)類型的方法進(jìn)行水質(zhì)評價，結(jié)果表明，保護區(qū)水質(zhì)屬于輕污染，營養(yǎng)類型為極貧營養(yǎng)。

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（收稿日期：2022-08-12）