長江安徽-江蘇段秋季浮游植物空間分布特征

0浮游植物群落結(jié)構(gòu)及多樣性的相對因子分析長江是中國的一條重要河流，水資源豐富。它被稱為中國淡水養(yǎng)殖的搖籃和生物多樣性的典型代表。近年來,隨著長江流域經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和人口增長,長江水系的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況受到了或多或少的威脅和破壞。因此,調(diào)查長江干流浮游植物資源現(xiàn)狀,對掌握其漁業(yè)資源及生態(tài)環(huán)境的變化規(guī)律具有重要作用。浮游植物是水生態(tài)系統(tǒng)中生物資源的基礎(chǔ),浮游植物的群落結(jié)構(gòu)直接影響著水生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。浮游植物對水體營養(yǎng)狀態(tài)的變化能迅速作出響應(yīng),其群落結(jié)構(gòu)的時(shí)空變化特征與環(huán)境因子關(guān)系密切,生態(tài)系統(tǒng)中環(huán)境因子的改變直接影響著浮游植物的群落結(jié)構(gòu)。研究浮游植物群落結(jié)構(gòu)能夠在一定程度上分析預(yù)測水生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展演變趨勢[5,6,7,8,9,10,11,12,13]。近幾年,對長江河口口門、口外的浮游植物群落結(jié)構(gòu)及多樣性的研究較多,而對長江干流段特別是安徽-江蘇段的浮游植物群落的研究鮮見報(bào)道。為此,筆者在2009年秋季調(diào)查資料的基礎(chǔ)上,探討了長江安徽-江蘇段浮游植物的種群結(jié)構(gòu)及其生態(tài)意義,以期相關(guān)部門更好地了解長江安徽-江蘇段水生生物資源現(xiàn)狀,為長江安徽-江蘇段的生態(tài)環(huán)境評價(jià)和綜合開發(fā)利用提供一定科學(xué)依據(jù),同時(shí)也為研究長江安徽-江蘇段的浮游植物群落結(jié)構(gòu)變化趨勢積累資料。1材料和方法1.1采樣點(diǎn)布設(shè)方法在長江安徽-江蘇段布設(shè)了5個(gè)采樣站位,分別為江陰站、南京站、蕪湖站、銅陵站、安慶站(圖1),每個(gè)站位均在江南側(cè)、江中心、江北側(cè)布設(shè)1個(gè)采樣點(diǎn)。2009年秋季(11月5日—11月8日)對5個(gè)站位分別進(jìn)行1次采樣。1.2浮游植物計(jì)數(shù)及分類浮游植物樣品用1000mL有機(jī)玻璃采水器在水深0.5m處采集水樣1000mL,現(xiàn)場加入15mL魯哥試劑并搖勻。帶回實(shí)驗(yàn)室沉淀、濃縮后供鏡檢。浮游植物的觀察計(jì)數(shù)用0.1mL浮游植物計(jì)數(shù)框在10×40倍光學(xué)顯微鏡下進(jìn)行。計(jì)數(shù)時(shí)充分搖勻濃縮液,然后立即取0.1mL樣品放入計(jì)數(shù)框中全片計(jì)數(shù)。每個(gè)樣品計(jì)數(shù)2片,取其平均值做最終結(jié)果(若2片計(jì)數(shù)結(jié)果相差15%以上,則進(jìn)行第3片計(jì)數(shù),取其中個(gè)數(shù)相近的2片的平均值)。最后換算成每升水樣中藻類的細(xì)胞數(shù),即為細(xì)胞數(shù)量(cells/升)。浮游植物分類參照文獻(xiàn)。由于浮游植物的比重接近1,故可以直接由浮游植物的體積換算為生物量(濕重),即生物量為浮游植物的數(shù)量乘以各自的平均體積,單位為μg/L。單細(xì)胞藻類的生物量主要根據(jù)浮游植物個(gè)體形狀測量分析。1.3浮游植物群落相似性每個(gè)江段的3個(gè)樣品采取分別計(jì)數(shù),取其平均值作為該江段的浮游植物數(shù)量及生物量監(jiān)測結(jié)果。選用Mcnaughton優(yōu)勢度指數(shù)(Y,Mcnaughtonindex)計(jì)算浮游植物優(yōu)勢度,見公式(1)。式中,Y為優(yōu)勢度指數(shù);ni為某江段i種的數(shù)量;N為某江段浮游植物總數(shù)量;fi為i種在某江段3個(gè)采樣點(diǎn)中出現(xiàn)的頻率。采用SPSS11.5軟件進(jìn)行浮游植物群落結(jié)構(gòu)的相似性分析。群落相似性分析中,分別采用基于浮游植物種類組成的二值變量聚類和基于浮游植物數(shù)量組成的二值歐氏距離平方聚類。二值變量聚類分析時(shí),將各站位浮游植物種類的出現(xiàn)與否轉(zhuǎn)化為0/1矩陣(不出現(xiàn)用“0”表示,出現(xiàn)用“1”表示)。2結(jié)果與分析2.1浮游植物種數(shù),以綠藻為主,藍(lán)藻、隱藻共2009年秋季,通過對長江安徽-江蘇段(江陰段、南京段、蕪湖段、銅陵段、安慶段)調(diào)查(見表1),共檢出綠藻(Chlorophyta)、硅藻(Bacillariophyta)、藍(lán)藻(Cyanophyta)、裸藻(Euglenophyta)、隱藻(Cryptophyta)5門27種(包括變種和變型)。其中,硅藻種數(shù)最多,共16種,占浮游植物總種數(shù)的59.3%;其次是綠藻,共6種,占浮游植物總種數(shù)的22.2%;之后分別是藍(lán)藻、隱藻、裸藻,分別為2、2、1種,分別占浮游植物總種數(shù)的7.4%、7.4%、3.7%。從各具體調(diào)查江段的浮游植物分析結(jié)果看,5個(gè)江段的浮游植物種類數(shù)表現(xiàn)為南京段>銅陵段>蕪湖段=安慶段>江陰段。南京段共檢出硅藻、綠藻、藍(lán)藻、隱藻4門18種,其中硅藻、綠藻、藍(lán)藻、隱藻分別為11種、4種、2種和1種,分別占該江段浮游植物總種數(shù)的61.1%、22.2%、11.1%和5.6%;銅陵段共檢出硅藻、綠藻、藍(lán)藻、裸藻4門14種,其中硅藻、綠藻、藍(lán)藻、裸藻分別為9種、3種、1種和1種,分別占該江段浮游植物總種數(shù)的64.3%、21.4%、7.1%和7.1%;蕪湖段共檢出硅藻、綠藻2門13種,其中硅藻、綠藻分別為10種和3種,分別占該江段浮游植物總種數(shù)的76.9%、23.1%;安慶段共檢出硅藻、綠藻、隱藻3門13種,其中硅藻、綠藻、隱藻分別為10種、2種和1種,分別占該江段浮游植物總種數(shù)的76.9%、15.4%和7.7%;江陰段共檢出硅藻、綠藻、隱藻3門12種,其中硅藻、綠藻、隱藻分別為9種、2種和1種,分別占該江段浮游植物總種數(shù)的75.0%、16.7%和8.3%。2.2藻門的優(yōu)勢度以優(yōu)勢度指數(shù)大于10%定位優(yōu)勢種,則5個(gè)江段共檢出浮游植物優(yōu)勢種2門5種,分別為硅藻門的巴豆葉脆桿藻、意大利直鏈藻、隱頭舟形藻、小環(huán)藻以及隱藻門的尖尾蘭隱藻(表2)。其中,江陰段檢出浮游植物優(yōu)勢種2門4種,分別為硅藻門的巴豆葉脆桿藻、意大利直鏈藻、隱頭舟形藻以及隱藻門的尖尾蘭隱藻,優(yōu)勢度變化在10.14%~15.46%;南京段檢出浮游植物優(yōu)勢種1門4種,分別為硅藻門的巴豆葉脆桿藻、意大利直鏈藻、隱頭舟形藻、小環(huán)藻,優(yōu)勢度變化在10.09%~11.85%;蕪湖段檢出浮游植物優(yōu)勢種1門3種,分別為硅藻門的巴豆葉脆桿藻、意大利直鏈藻、隱頭舟形藻,優(yōu)勢度變化在10.43%~12.17%;銅陵段檢出浮游植物優(yōu)勢種1門4種,分別為硅藻門的巴豆葉脆桿藻、意大利直鏈藻、隱頭舟形藻、小環(huán)藻,優(yōu)勢度變化在11.86%~13.60%;安慶段檢出浮游植物優(yōu)勢種1門4種,分別為硅藻門的巴豆葉脆桿藻、意大利直鏈藻、隱頭舟形藻、小環(huán)藻,優(yōu)勢度變化在10.57%~14.10%。2.3浮游植物的組成由表3可見,2009年秋季長江安徽-江蘇段的浮游植物數(shù)量變化在5.68×104~7.08×104cells/L之間,平均為6.01×104cells/L,在所調(diào)查的5個(gè)江段中,浮游植物數(shù)量表現(xiàn)為:南京段>銅陵段>蕪湖段>安慶段>江陰段,南京段最多,江陰段最少,最大值是最小值的1.25倍。從浮游植物數(shù)量組成來看,長江安徽-江段以硅藻最多,綠藻次之;硅藻數(shù)量占浮游植物總數(shù)量的百分比分變化在60.9%~80.4%之間,平均為72.5%,在所調(diào)查的5個(gè)江段中,硅藻數(shù)量占浮游植物總數(shù)量的百分比表現(xiàn)為:蕪湖段(80.4%)>安慶段(76.6%)>江陰段(74.7%)>銅陵段(73.0%)>南京段(60.9%),蕪湖段最高,南京段最低;長江安徽-江段綠藻數(shù)量占浮游植物總數(shù)量的百分比分變化在14.1%~26.7%之間,平均為19.7%,在所調(diào)查的5個(gè)江段中,綠藻數(shù)量占浮游植物總數(shù)量的百分比表現(xiàn)為:南京段(26.7%)>銅陵段(21.0%)>蕪湖段(19.6%)>江陰段(15.1%)>安慶段(14.1%),南京段最高,安慶段最低。2.4浮游植物生物量組成2009年秋季,長江安徽-江蘇段浮游植物生物量變化在30.43~34.73μg/L之間,平均為32.46μg/L,在所調(diào)查的5個(gè)江段中,浮游植物生物量表現(xiàn)為:蕪湖段>安慶段>銅陵段>南京段>江陰段,蕪湖段最高,江陰段最低,最高值是最低值的1.14倍(見表3)。雖然在浮游植物數(shù)量上,南京段、銅陵段均高于蕪湖段,但浮游植物生物量卻是蕪湖段高于南京段、銅陵段;這主要是由各個(gè)江段的浮游植物細(xì)胞數(shù)量和生物量中占主導(dǎo)地位的種類組成存在差異造成;因?yàn)樯锪康母叩统c細(xì)胞數(shù)量有關(guān)外,還與細(xì)胞個(gè)體大小密切相關(guān),相對于南京段、銅陵段而言,蕪湖段出現(xiàn)的大型種類比較多,如尖輻節(jié)藻、短小輻節(jié)藻、近緣橋彎藻等。從浮游植物生物量組成(表3)來看,長江安徽江段雖然仍以硅藻生物量最高,但浮游植物生物量組成與其數(shù)量組成相差較大。在數(shù)量組成方面,5個(gè)江段均以硅藻最多,綠藻次之;而在生物量組成方面,雖然5個(gè)江段都仍然以硅藻生物量最大,但在某些江段出現(xiàn)了隱藻、裸藻生物量明顯大于綠藻的現(xiàn)象。而且,長江安徽-江蘇段硅藻生物量占浮游植物總生物量的比例遠(yuǎn)較其數(shù)量占浮游植物總數(shù)量的比例大,變化在77.3%~96.1%之間,平均為91.6%。同時(shí),由表3可見,在所調(diào)查的5個(gè)江段中,硅藻數(shù)量占浮游植物總數(shù)量的百分比表現(xiàn)為:蕪湖段(96.1%)>安慶段(95.5%)>江陰段(95.3%)>南京段(93.8%)>銅陵段(77.3%),蕪湖段最高,銅陵段最低;這與5個(gè)江段的硅藻數(shù)量所占比例的排序也有所不同。這主要是由浮游植物種類組成不同以及種類個(gè)體大小的差異造成。2.5浮游植物群落結(jié)構(gòu)由基于種類組成的二值變量聚類分析結(jié)果(圖2A)可以看出,蕪湖站的浮游植物群落結(jié)構(gòu)與其他各站位的相似性最低,成為單獨(dú)的一枝。江陰和安慶的浮游植物群落結(jié)構(gòu)最接近,在距離為1處即聚為一枝;之后銅陵、南京站的浮游植物與江陰、安慶站的浮游植物逐步聚合,分別在距離為12和16處聚為一類。由基于數(shù)量組成的二值歐氏距離平方聚類分析結(jié)果(圖2B)可以看出,各站位的浮游植物植物群落結(jié)構(gòu)大致聚為兩類,南京、蕪湖、江陰3站聚為一類,銅陵、安慶站聚為一類;其中,南京和蕪湖的浮游植物群落結(jié)構(gòu)最接近,在距離為1處即聚為一枝。3浮游植物群落長江安徽-江蘇段共檢出綠藻、硅藻、藍(lán)藻、裸藻、隱藻5門27種(包括變種和變型)。其中,硅藻種數(shù)最多,16種,占浮游植物總種數(shù)的59.3%;其次是綠藻,6種,占浮游植物總種數(shù)的22.2%。浮游植物數(shù)量變化在5.68×104~7.08×104cells/L之間,生物量變化在30.43~34.73μg/L之間;與以往的研究相比,江段浮游植物種類數(shù)減少,數(shù)量上升,說明該江段的水質(zhì)在惡化。但浮游植物群落基本結(jié)構(gòu)未發(fā)生明顯改變,仍以硅藻門的巴豆葉脆桿藻、意大利直鏈藻、隱頭舟形藻、小環(huán)藻為主要種類和優(yōu)勢種,優(yōu)勢種種數(shù)較多且優(yōu)勢度不高,表明該江段水質(zhì)的惡化程度尚不嚴(yán)重。聚類分析表明,基于數(shù)量組成的二值歐氏距離平方法更能顯示出浮游植物群落結(jié)構(gòu)所反映的真實(shí)情況。4討論4.1植物生長調(diào)節(jié)浮游植物群落結(jié)構(gòu)直接影響著水生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。因此,研究浮游植物群落結(jié)構(gòu)對預(yù)測水生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展演變趨勢具有一定的借鑒意義。有關(guān)長江安徽-江蘇段浮游植物群落結(jié)構(gòu)的研究方面,黃春貴在1999年秋季的調(diào)查表明:長江江蘇段共有浮游植物7門38種。然而本次調(diào)查僅得到浮游植物5門27種,與上述調(diào)查結(jié)果相比偏少,且沒有發(fā)現(xiàn)指示極貧營養(yǎng)型水質(zhì)的金藻門及甲藻門種類。浮游植物的種類組成與環(huán)境因子關(guān)系密切,隨水質(zhì)狀況不同其種群結(jié)構(gòu)和數(shù)量會發(fā)生相應(yīng)變化,當(dāng)水體受到污染后,清潔性種類將逐漸減少甚至物種消失,而耐污性種類則會大量出現(xiàn)甚至成為優(yōu)勢種;反之,浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征也一定程度地反映了水體生態(tài)環(huán)境狀況。因此,長江江蘇段浮游植物種類的減少可能暗示了該江段的水質(zhì)在惡化。從浮游植物種類組成上看,本次各調(diào)查江段的浮游植物均以硅藻為主,與黃春貴在1999年11月份的調(diào)查結(jié)果一致,從而說明,雖然經(jīng)歷了10年的變化,但長江江蘇段以硅藻為主要種類的浮游植物群落基本結(jié)構(gòu)沒有變,這也在一定程度上反映出長江水質(zhì)的惡化程度尚不嚴(yán)重。4.2浮游植物群落結(jié)構(gòu)優(yōu)勢種種類數(shù)及其數(shù)量對群落結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有重要影響;優(yōu)勢種種類數(shù)越多且優(yōu)勢度越小,則群落結(jié)構(gòu)越復(fù)雜、穩(wěn)定。本次調(diào)查顯示,各江段的浮游植物優(yōu)勢種都在3種以上,優(yōu)勢種種數(shù)較多且優(yōu)勢度不高,表明長江安徽-江蘇段的浮游植物群落結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。從優(yōu)勢種組成來看,陳校輝等在2004年12月的調(diào)查顯示,長江江蘇段浮游植物優(yōu)勢種為直鏈藻、顫藻、脆桿藻、微孢藻和圓篩藻;本次調(diào)查顯示,浮游植物優(yōu)勢種為脆桿藻、直鏈藻、隱頭舟形藻和尖尾蘭隱藻,2次調(diào)查的浮游植物優(yōu)勢種雖有一定差別,但主要優(yōu)勢種均為硅藻門種類,進(jìn)一步顯示出長江江蘇段浮游植物群落結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生明顯變化。4.3水質(zhì)營養(yǎng)的利用影響水體浮游植物生長的環(huán)境因子很多,主要有營養(yǎng)鹽、溫度和光照;此外,水體結(jié)構(gòu)和水文情勢對浮游植物群落結(jié)構(gòu)也有一定影響。在營養(yǎng)水平較高的水體中(TN>0.2mg/L,TP>0.02mg/L),營養(yǎng)鹽對藻類的限制作用會下降,其它因素會影響藻類對營養(yǎng)鹽的利用。從本次水質(zhì)調(diào)查結(jié)果(另文發(fā)表)看,江陰、南京、蕪湖、銅陵、安慶5個(gè)站位的TN變化在1.24~1.35mg/L之間,均高于0.2mg/L;TP變化在0.058~0.072mg/L之間,均高于0.02mg/L;因此,氮磷可能已不是長江安徽-江蘇段藻類生長的限制性因子。同時(shí),對比長江與同時(shí)期、同流域的湖泊、池塘等流動(dòng)性較小的水體,可以看出長江的浮游植物水平較湖泊、池塘低。因此,推測長江藻類生長的重要影響因素可能是水體結(jié)構(gòu)和水文情勢。有關(guān)湖泊水質(zhì)營養(yǎng)類型的藻類學(xué)評價(jià)的研究表明,浮游植物數(shù)量和生物量的多寡與水體的營養(yǎng)狀況呈正相關(guān)性。本研究顯示,長江安徽-江蘇段的浮游植物數(shù)量與陳校輝等在2004年的調(diào)查結(jié)果相比明顯偏高,表明隨著時(shí)間的推移,長江的浮游植物數(shù)量在增加,顯示出長江水質(zhì)在惡化。這與按浮游植物種類評價(jià)的結(jié)果一致。4.4浮游植物群落結(jié)構(gòu)的相似性基于種類組成的二值變量聚類和基于數(shù)量組成的二值歐氏距離平方聚類的分析結(jié)果差異較大。出現(xiàn)這種現(xiàn)象,主要是由于2種方法的側(cè)重點(diǎn)不同。二值變量聚類僅考慮浮游植物的種類組成,不