榕江下游流域夏秋季网采浮游植物群落结构特征

粟丽, 黄梓荣, 陈作志



榕江下游流域夏秋季网采浮游植物群落结构特征

粟丽, 黄梓荣*, 陈作志

中国水产科学研究院南海水产研究所, 农业部南海渔业资源开发利用重点实验室, 广东广州 510300

根据2013年7月(夏季)和11月(秋季)的调查数据, 对榕江流域揭阳至汕头段浮游植物物种组成、时间分布及多样性等群落结构特征进行了分析。结果显示: 共鉴定出浮游植物5门106种, 其中, 硅藻54种、绿藻32种、蓝藻12种、甲藻和裸藻各4种, 分别占种类总数的50.94%、30.19%、11.32%和3.77%。浮游植物种类数目秋季(79种)多于夏季(52种), 夏季丰度(12571.94×104细胞·m-3)是秋季(342.30×104细胞·m-3)的36.73倍。丰度在空间上表现出夏季呈无规则的变化, 秋季则呈上游站位高于下游站位的变化规律。优势种夏季主要为蓝绿藻类的微小色球藻、细小隐球藻、月牙藻和普通小球藻等6种; 秋季主要为颗粒直链藻和胶网藻2种。Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数和Margalef物种丰富度指数在秋季(2.42, 0.60, 2.79)高于夏季(1.46, 0.36, 1.12)。榕江流域水质状况的生物多样性指数综合评价显示, 该流域水质总体属于中度污染型, 生态环境受到了一定程度的污染破坏。

榕江; 浮游植物; 丰度; 生物多样性

1 前言

榕江是粤东一条重要河流, 流程仅次于韩江, 其发源于汕尾市陆河县凤凰山, 自西南蜿蜒流向东北, 经揭西、普宁、揭东、揭阳、潮阳及汕头等诸市县, 至汕头市牛田洋注入南海。榕江在广东省是仅次于珠江的深水河, 历史上有"黄金水道"和"状元港"的美誉。随着工业的发展、城市化进程加快及人口日益增多, 榕江流域水污染和水资源短缺情况日益突出。吴丽璇[1]等对榕江流域水质的监测发现2000至2003年榕江上游水质为Ⅲ类, 中下游水质为Ⅳ—劣Ⅴ类, 并且重金属污染较为严重, 尤以铁、锰为甚。除此外, 还有研究者对榕江的水文特征[2]、水质变化[3]及水环境容量[4]等进行了调查分析。

浮游植物作为初级生产者, 其种类和数量决定了水生态系统的结构和功能, 而水环境的改变将导致浮游植物群落结构发生变化。浮游植物种类组成、细胞丰度及优势种等在不同水环境中变化很大[5–6]。其群落结构的变化可以反映水体生态环境状况[7–8]。通过对浮游植物群落结构的研究可以了解水域生态环境及其变化规律。因此, 对水域中浮游植物进行调查分析对水域生态研究和环境监测都有重要意义。目前国内南方关于海湾海区[9–10]的报道较多, 关于江河的报道主要集中在珠江及其支流[11–12], 而关于榕江水域浮游植物的尚未见报道, 本文对榕江揭阳至汕头入海口水域浮游植物的种类组成、细胞丰度、优势种以及物种多样性等进行了调查分析, 以期为该水域生态环境评价及保护措施的制订等提供参考。

2 材料与方法

2.1 调查时间与站位

调查分别于2013年7月(夏季)和2013年11月(秋季)租用当地渔船进行了2个航次的浮游植物样品的采集, 此次共设置了12个调查站位, 调查站位分布于榕江揭阳至汕头入海口, 具体分布情况详见图1。

1.2 样品的采集与分析

浮游植物样品的采集采用浅水Ⅲ型浮游生物网(网目孔径0.077 mm)进行采集, 浮游生物网网口距水底0.5 m处时开始向水面拖拽, 采集的样品装入500 mL的聚乙烯瓶中, 现场用鲁哥氏液固定, 固定的样品带回实验室进行沉淀与浓缩, 取0.1 mL浓缩的样品置于浮游植物计数框中, 在光学显微镜下进行计数和分类。浮游植物样品采集与定量均参照《海洋调查规范海洋生物调查》[13]进行。

1.3分析方法

浮游植物群落结构分析主要运用Shannon-Wiener多样性指数()、Pielou均匀度指数()、Margalef物种丰富度指数()及优势度指数(), 计算公式分别如下:

Shannon-Wiener多样性指数()计算公式为:

式中ni为第i种浮游植物个体数; N为浮游植物个体总数。H′值越大, 水质越清洁(0—1为重污染; 1—2为中污染; 2—3为轻污染; 大于3为清洁)[14]。

Pielou均匀度指数()计算公式为:

=/log2(2)

式中为Shannon-Wiener多样性指数;为浮游植物种类数。值越大, 水质越清洁(0—0.3为重污染; 0.3—0.5为中污染; 0.5—0.8为轻污染或无污染)[15]。

Margalef物种丰富度指数()计算公式为:

=(－1)/log2(3)

式中:为种类数;为个体数。值越大, 水质越清洁(D值0—1为重污染; 1—2为α–中污染; 2—3为β–中污染; 3—4清污染; 大于4为清洁)[16]。

种类优势度指数()计算公式为:

=(N/)f(4)

式中N为第种的个体数;为每个钟的总个体数;f为第种在各站位中出现的频度,>0.02为优势种[17]。

夏、秋季浮游植物丰度差异显著性的统计分析及各站位间浮游植物分布的聚类分析均使用SPSS 19.0进行。

3 结果与分析

3.1 浮游植物种类组成

夏秋两个航次共鉴定浮游植物5门33科106种(含变种、变型及个别未定种), 夏季52种, 秋季79种。其中硅藻54种, 占种类组成的50.94%; 绿藻32种, 占30.19%, 蓝藻12种, 占11.32%, 甲藻和裸藻类均4种, 分别占3.77%。两个航次浮游植物种类均以硅藻居多。

调查发现两季平均出现种类为17种, 其中夏季16种, 秋季18种。出现种类最多的为Z2站, 秋季出现了28种。从图2可以看出各站位之间浮游植物种类存在水平差异和季节差异。通过各站位种类数目的聚类分析发现浮游植物种类数目的季节变化表现为夏季呈无规则的变化, 秋季则呈上游站位高于下游站位的变化规律。

3.2 浮游植物细胞丰度时空变化

3.2.1 季节变化

夏秋两季浮游植物细胞丰度存在显著差异(<0.05)。两季各站位浮游植物细胞丰度变化范围为11.50—28616.32×104细胞·m-3, 平均6457.12×104细胞·m-3; 夏季平均丰度为12571.94×104细胞·m-3, 其中蓝藻平均丰度为9104.12×104细胞·m-3, 绿藻为3397.85× 104细胞·m-3, 其他(主要为硅藻和甲藻) 69.98×104细胞·m-3; 秋季平均丰度为342.30×104细胞·m-3, 其中硅藻平均丰度为240.62×104细胞·m-3, 绿藻为93.31×104细胞·m-3, 其他(主要为蓝藻和甲藻) 8.37× 104细胞·m-3; 浮游植物平均细胞丰度夏季是秋季的36.73倍。通过聚类分析发现浮游植物丰度表现出夏季呈无规则的变化, 而秋季则呈上游站位高于下游站位的变化规律(图3)。浮游植物季节变化还表现在各门类细胞丰度所占比例上, 夏季蓝藻类所占比例高达72.41%, 硅藻比例仅占百分之零点几; 秋季则演变为硅藻比例最高(70.30%), 而蓝藻比例变得很低, 详见图4。

3.2.2 水平分布

两个季节浮游植物细胞丰度的水平分布也存在较大差异。夏季浮游植物丰度最高站位为Z5 (28616.32×104细胞·m-3), 最低为Z4(4666.84×104细胞·m-3), 其他站位丰度范围为7724.69—18820.96× 104细胞·m-3; 秋季丰度最高站位为Z2(1812.66×104细胞·m-3), 最低为Z8(11.50×104细胞·m-3), 其他站位丰度范围为12.86—1121.72×104细胞·m-3。

3.3 浮游植物优势种的组成及季节变化

以优势度大于0.02为判断标准, 本次调查流域浮游植物优势种共出现了8种(见表1), 两季优势种种类差异很大, 有明显的季节更替。夏季出现了6种, 其中有4种为蓝藻类, 其余2种为绿藻类; 秋季出现了2种, 1种为硅藻类, 1种为绿藻类。两季优势种均为淡水或咸淡水种类。夏季微小色球藻()优势度最高0.30。秋季颗粒直链藻()优势度最高, 高达0.51。其他优势种及优势度详见表 1。

表1 榕江流域浮游植物优势种组成

3.4 浮游植物物种多样性的时空变化

3.4.1 季节变化

从表2可以看出榕江流域浮游植物多样性指数存在季节变化。多样性指数整体表现为秋季高于夏季, 夏季平均为1.46, 秋季平均为2.42; 均匀度指数夏季平均为0.36, 秋季为0.60, 也表现为秋季高于夏季; 丰富度指数夏季均值为1.12秋季为2.79。秋季浮游植物多样性、均匀度和丰富度指数均高于夏季, 表明秋季浮游植物群落结构稳定性较高。

3.4.2 水平变化

从表2可见, 榕江流域浮游植物多样性水平呈无规律变化, 多样性指数变幅为0.27—3.33, 均值为1.94, 最高站位为Z5, 其次为站位Z9, 最低为Z7; 各站位均匀度指数变幅为0.07—0.77, 均值为0.48, 变化趋势与多样性指数变化趋势相似; 各站位物种丰富度指数变幅为0.68—4.02, 均值为1.96。总体来说榕江流域浮游植物多样性指数、均匀度指数和丰富度指数均处较低水平。

4 讨论

4.1 榕江流域浮游植物群落结构特征

此次调查的榕江流域位于揭阳至汕头段, 该河段处于中下游, 营养盐丰富, 再加上该河段连接入海口每天会出现两次高潮和两次低潮, 因此该河段浮游植物主要以喜富营养的淡水和咸淡水种类为主, 夏季和秋季种类差异较大。夏季浮游植物丰度分布型为蓝藻-绿藻-硅藻, 秋季为硅藻-绿藻-蓝藻。夏季蓝绿藻占绝对优势, 而秋季则以硅藻和绿藻为优势种。该次调查还发现该河段夏季优势门类为蓝藻门和绿藻门, 其中蓝藻类所占比例高达72.41%, 绿藻类27.03%, 硅藻与其他藻类仅占0.56%; 表明夏季该河段浮游植物群落以蓝藻为主导; 秋季该河段则演替为以硅藻门为主导的浮游植物群落, 其硅藻类比例达70.30%。有研究发现, 营养水平较低的水体常以硅藻、甲藻、隐藻类占优势, 而富营养水体则常以蓝藻、绿藻类占优势[18]。因此, 这种变化可能是该河段夏季营养盐较秋季丰富, 从而导致夏季更适合蓝藻类的生长繁殖, 秋季更适合硅藻类的生长。由于缺少水体营养元素的监测, 此推论还有待进一步的调查研究。

表2 榕江流域浮游植物多样性指数、均匀度指数和丰富度指数

从夏秋两季浮游植物优势种来看, 夏季的优势种色球藻、隐球藻、月牙藻和小球藻均为喜富营养、耐有机污染的常见种类。而秋季优势种颗粒直链藻是也是淡水中常见的种类, 在半咸水中也能占优势地位[19], 其对水环境变化很敏感, 在富营养化水体中易形成优势, 常为富营养化水体的指示藻种[20]。综上表明榕江流域浮游植物以喜富营养、耐污染种类为优势的群落结构, 有明显的群落结构更替。

4.2 季节变化对浮游植物的影响

此次调查发现榕江流域浮游植物出现了明显的季节演替, 一般而言, 影响浮游植物季节性动态变化的关键因子为温度和营养盐, 其中温度是驱动浮游植物群落季节演替最重要的因子。李秋华[21]等分析研究了调水水库的浮游植物群落, 发现影响浮游植物群落动态变化的主要环境因子是水温和降雨量。水温的季节变化直接影响浮游植物生长, 适宜的温度能促进浮游植物的生长和繁殖[22], 有研究发现浮游植物叶绿素浓度与水温呈正相关关系[23], 这也可能是夏季榕江流域浮游植物细胞丰度显著高于秋季的原因。温度还能影响水体的分层, 间接的影响浮游植物在水体的悬浮, 从而影响其在水体的分布和演替[24], MWAURA的研究表明水温是蓝藻迅速生长的第一调节因子[25], 较高的水温容易诱导蓝藻水华的发生[26]。据查阅当地气温资料显示, 该区域7月份温度为26—32℃, 11月份为16—24 ℃, 因此夏季较高的温度可能是蓝藻占优势的原因, 秋季温度走低可能是浮游植物以耐受低温的硅藻为优势的原因, 由于缺少水体理化环境因子的测定, 该现象还需进一步研究。

4.3 浮游植物多样性

浮游植物多样性指数是用于评价浮游植物种类组成稳定性、数量分布均匀程度和群落结构特征等的指标。夏秋两季榕江浮游植物多样性指数、均匀度指数和丰富度指数均值分别为1.94、0.48和1.96, 参照浮游植物多样性和均匀度指数分级评价标准[14–15],榕江流域水质状况属于中度污染。调查流域浮游植物多样性有明显的季节变化, 夏季该河段浮游植物多样性指数、均匀度指数和丰富度指数均值分别为1.49、0.36和1.12; 秋季分别为2.42、0.60和2.79, 三项指数综合显示该河段夏季为中度污染, 而秋季为轻度污染, 表明秋季水质状况好于夏季。张俊逸[27]等对珠江广州段浮游植物进行了调查, 得出该河段中大码头浮游植物多样性指数和均匀度指数均值分别为2.73和0.52, 鱼珠码头分别为2.58和0.51。与调查的榕江河段相比珠江水域浮游植物多样性略高。与长江下游秋季浮游植物多样性(2.38—2.73)[28]持平。总体来说, 榕江流域浮游植物多样性较低, 浮游植物稳定性较差, 水环境受到了一定程度的污染。为提高该流域生态环境, 应制定严格的污水废水排放标准, 减少生活污水、工业污水及农业污水排放等。

5 结论

(1) 本次调查流域浮游植物以淡水种类为主, 共鉴定出浮游植物5门106种, 其中, 硅藻54种、绿藻32种、蓝藻12种、甲藻和裸藻各4种, 分别占种类总数的50.94%、30.19%、11.32%和3.77%。

(2) 浮游植物种类数目秋季(79种)多于夏季(52种), 但丰度表现为夏季(12571.94×104细胞·m-3)远远高于秋季(342.30×104细胞·m-3)。

(3) 浮游植物种类数目与丰度在空间上的分布均表现出夏季呈无规则的变化, 而秋季则呈上游站位高于下游站位的变化规律。

(4) 夏秋两季均表现出优势种单一优势度高的特点。夏季以蓝藻类(占72.41%)为主, 秋季则转变为以硅藻类(占70.30%)为主。

(5) 浮游植物多样性和均匀度指数秋季(2.42, 0.60)较夏季(1.46, 0.36)高, 总体来说, 该流域浮游植物多样性和均匀度指数均属较低水平, 表明该流域生态系统较脆弱, 生态环境较差, 应注重加强该流域生态环境的保护。

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Community characteristics of net phytoplankton in summer and autumn in the lower reaches of Rongjiang River

SU Li, HUANG Zirong*, CHEN Zuozhi

South China Sea Fisheries Research Institute, Chinese Academy of Fishery Sciences;Key Laboratory of south China Sea Fishery Resources Exploitation & Ftilization, Ministry of Agriculture, P.R.China, Guangzhou, 510300 China

Species composition, distribution and diversity of phytoplankton were investigated in July and November 2013 in Rongjiang River. Results showed that a total of 106 phytoplankton species belonging to 5 phyla were identified. Phytoplankton composition included 54 species of Bacillariophyta, 32 species of Chlorophyta, 12 species of Cyanophyta, and 4 species of Pyrrophyta and Euglenophyta, respectively, where the number of species accounted for 50.94%, 30.19%, 11.32%, 3.77%, and 3.77% of the total species, respectively. The species number was 79 in autumn, higher than that in summer (52 species). The abundance of phytoplankton was 12571.94×104cells·m-3in summer, accounting for 36.73 times of that in autumn. Moreover, distribution of abundance indicated that it presented irregular variation in summer, while the upstream stations were higher than downstream in the autumn. Dominant species in summer were,,and, while those in autumn wereand. Shannon-Wiener diversity index, Pielou evenness indexand Margalef richness indexwere higher in autumn (2.38, 0.66, 2.79) than in summer (1.72, 0.43, 1.12). According to biodiversity of phytoplankton, water quality of Rongjiang River was moderate polluted, which indicated a certain degree of degradation in ecosystem.

Rongjiang River, phytoplankton, abundance, biodiversity

10.14108/j.cnki.1008-8873.2017.02.002

Q 948.8

A

1008-8873(2017)02-009-06

2015-10-14;

2015-11-12

农业部财政专项(20141005)

粟丽(1985—), 女, 助理研究员, 主要从事海洋浮游植物及渔业资源生态研究, E-mail: suli@scsfri.ac.cn

黄梓荣, 男, 副研究员, 主要从事渔业资源与生态研究, E-mail: hzr0114@163.com

粟丽, 黄梓荣, 陈作志. 榕江下游流域夏秋季网采浮游植物群落结构特征[J]. 生态科学, 2017, 36(2): 9-14.

SU Li, HUANG Zirong, CHEN Zuozhi. Community characteristics of net phytoplankton in summer and autumn in the lower reaches of Rongjiang River[J]. Ecological Science, 2017, 36(2): 9-14.