长江安徽-江苏段秋季浮游植物空间分布特征

长江安徽-江苏段秋季浮游植物空间分布特征

0浮游植物群落结构及多样性的相对因子分析长江是中国的一条重要河流，水资源丰富。它被称为中国淡水养殖的摇篮和生物多样性的典型代表。近年来,随着长江流域经济快速发展和人口增长,长江水系的生态环境质量状况受到了或多或少的威胁和破坏。因此,调查长江干流浮游植物资源现状,对掌握其渔业资源及生态环境的变化规律具有重要作用。浮游植物是水生态系统中生物资源的基础,浮游植物的群落结构直接影响着水生态系统的结构和功能。浮游植物对水体营养状态的变化能迅速作出响应,其群落结构的时空变化特征与环境因子关系密切,生态系统中环境因子的改变直接影响着浮游植物的群落结构。研究浮游植物群落结构能够在一定程度上分析预测水生态系统的发展演变趋势[5,6,7,8,9,10,11,12,13]。近几年,对长江河口口门、口外的浮游植物群落结构及多样性的研究较多,而对长江干流段特别是安徽-江苏段的浮游植物群落的研究鲜见报道。为此,笔者在2009年秋季调查资料的基础上,探讨了长江安徽-江苏段浮游植物的种群结构及其生态意义,以期相关部门更好地了解长江安徽-江苏段水生生物资源现状,为长江安徽-江苏段的生态环境评价和综合开发利用提供一定科学依据,同时也为研究长江安徽-江苏段的浮游植物群落结构变化趋势积累资料。1材料和方法1.1采样点布设方法在长江安徽-江苏段布设了5个采样站位,分别为江阴站、南京站、芜湖站、铜陵站、安庆站(图1),每个站位均在江南侧、江中心、江北侧布设1个采样点。2009年秋季(11月5日—11月8日)对5个站位分别进行1次采样。1.2浮游植物计数及分类浮游植物样品用1000mL有机玻璃采水器在水深0.5m处采集水样1000mL,现场加入15mL鲁哥试剂并摇匀。带回实验室沉淀、浓缩后供镜检。浮游植物的观察计数用0.1mL浮游植物计数框在10×40倍光学显微镜下进行。计数时充分摇匀浓缩液,然后立即取0.1mL样品放入计数框中全片计数。每个样品计数2片,取其平均值做最终结果(若2片计数结果相差15%以上,则进行第3片计数,取其中个数相近的2片的平均值)。最后换算成每升水样中藻类的细胞数,即为细胞数量(cells/升)。浮游植物分类参照文献。由于浮游植物的比重接近1,故可以直接由浮游植物的体积换算为生物量(湿重),即生物量为浮游植物的数量乘以各自的平均体积,单位为µg/L。单细胞藻类的生物量主要根据浮游植物个体形状测量分析。1.3浮游植物群落相似性每个江段的3个样品采取分别计数,取其平均值作为该江段的浮游植物数量及生物量监测结果。选用Mcnaughton优势度指数(Y,Mcnaughtonindex)计算浮游植物优势度,见公式(1)。式中,Y为优势度指数;ni为某江段i种的数量;N为某江段浮游植物总数量;fi为i种在某江段3个采样点中出现的频率。采用SPSS11.5软件进行浮游植物群落结构的相似性分析。群落相似性分析中,分别采用基于浮游植物种类组成的二值变量聚类和基于浮游植物数量组成的二值欧氏距离平方聚类。二值变量聚类分析时,将各站位浮游植物种类的出现与否转化为0/1矩阵(不出现用“0”表示,出现用“1”表示)。2结果与分析2.1浮游植物种数,以绿藻为主,蓝藻、隐藻共2009年秋季,通过对长江安徽-江苏段(江阴段、南京段、芜湖段、铜陵段、安庆段)调查(见表1),共检出绿藻(Chlorophyta)、硅藻(Bacillariophyta)、蓝藻(Cyanophyta)、裸藻(Euglenophyta)、隐藻(Cryptophyta)5门27种(包括变种和变型)。其中,硅藻种数最多,共16种,占浮游植物总种数的59.3%;其次是绿藻,共6种,占浮游植物总种数的22.2%;之后分别是蓝藻、隐藻、裸藻,分别为2、2、1种,分别占浮游植物总种数的7.4%、7.4%、3.7%。从各具体调查江段的浮游植物分析结果看,5个江段的浮游植物种类数表现为南京段>铜陵段>芜湖段=安庆段>江阴段。南京段共检出硅藻、绿藻、蓝藻、隐藻4门18种,其中硅藻、绿藻、蓝藻、隐藻分别为11种、4种、2种和1种,分别占该江段浮游植物总种数的61.1%、22.2%、11.1%和5.6%;铜陵段共检出硅藻、绿藻、蓝藻、裸藻4门14种,其中硅藻、绿藻、蓝藻、裸藻分别为9种、3种、1种和1种,分别占该江段浮游植物总种数的64.3%、21.4%、7.1%和7.1%;芜湖段共检出硅藻、绿藻2门13种,其中硅藻、绿藻分别为10种和3种,分别占该江段浮游植物总种数的76.9%、23.1%;安庆段共检出硅藻、绿藻、隐藻3门13种,其中硅藻、绿藻、隐藻分别为10种、2种和1种,分别占该江段浮游植物总种数的76.9%、15.4%和7.7%;江阴段共检出硅藻、绿藻、隐藻3门12种,其中硅藻、绿藻、隐藻分别为9种、2种和1种,分别占该江段浮游植物总种数的75.0%、16.7%和8.3%。2.2藻门的优势度以优势度指数大于10%定位优势种,则5个江段共检出浮游植物优势种2门5种,分别为硅藻门的巴豆叶脆杆藻、意大利直链藻、隐头舟形藻、小环藻以及隐藻门的尖尾兰隐藻(表2)。其中,江阴段检出浮游植物优势种2门4种,分别为硅藻门的巴豆叶脆杆藻、意大利直链藻、隐头舟形藻以及隐藻门的尖尾兰隐藻,优势度变化在10.14%~15.46%;南京段检出浮游植物优势种1门4种,分别为硅藻门的巴豆叶脆杆藻、意大利直链藻、隐头舟形藻、小环藻,优势度变化在10.09%~11.85%;芜湖段检出浮游植物优势种1门3种,分别为硅藻门的巴豆叶脆杆藻、意大利直链藻、隐头舟形藻,优势度变化在10.43%~12.17%;铜陵段检出浮游植物优势种1门4种,分别为硅藻门的巴豆叶脆杆藻、意大利直链藻、隐头舟形藻、小环藻,优势度变化在11.86%~13.60%;安庆段检出浮游植物优势种1门4种,分别为硅藻门的巴豆叶脆杆藻、意大利直链藻、隐头舟形藻、小环藻,优势度变化在10.57%~14.10%。2.3浮游植物的组成由表3可见,2009年秋季长江安徽-江苏段的浮游植物数量变化在5.68×104~7.08×104cells/L之间,平均为6.01×104cells/L,在所调查的5个江段中,浮游植物数量表现为:南京段>铜陵段>芜湖段>安庆段>江阴段,南京段最多,江阴段最少,最大值是最小值的1.25倍。从浮游植物数量组成来看,长江安徽-江段以硅藻最多,绿藻次之;硅藻数量占浮游植物总数量的百分比分变化在60.9%~80.4%之间,平均为72.5%,在所调查的5个江段中,硅藻数量占浮游植物总数量的百分比表现为:芜湖段(80.4%)>安庆段(76.6%)>江阴段(74.7%)>铜陵段(73.0%)>南京段(60.9%),芜湖段最高,南京段最低;长江安徽-江段绿藻数量占浮游植物总数量的百分比分变化在14.1%~26.7%之间,平均为19.7%,在所调查的5个江段中,绿藻数量占浮游植物总数量的百分比表现为:南京段(26.7%)>铜陵段(21.0%)>芜湖段(19.6%)>江阴段(15.1%)>安庆段(14.1%),南京段最高,安庆段最低。2.4浮游植物生物量组成2009年秋季,长江安徽-江苏段浮游植物生物量变化在30.43~34.73µg/L之间,平均为32.46µg/L,在所调查的5个江段中,浮游植物生物量表现为:芜湖段>安庆段>铜陵段>南京段>江阴段,芜湖段最高,江阴段最低,最高值是最低值的1.14倍(见表3)。虽然在浮游植物数量上,南京段、铜陵段均高于芜湖段,但浮游植物生物量却是芜湖段高于南京段、铜陵段;这主要是由各个江段的浮游植物细胞数量和生物量中占主导地位的种类组成存在差异造成;因为生物量的高低除与细胞数量有关外,还与细胞个体大小密切相关,相对于南京段、铜陵段而言,芜湖段出现的大型种类比较多,如尖辐节藻、短小辐节藻、近缘桥弯藻等。从浮游植物生物量组成(表3)来看,长江安徽江段虽然仍以硅藻生物量最高,但浮游植物生物量组成与其数量组成相差较大。在数量组成方面,5个江段均以硅藻最多,绿藻次之;而在生物量组成方面,虽然5个江段都仍然以硅藻生物量最大,但在某些江段出现了隐藻、裸藻生物量明显大于绿藻的现象。而且,长江安徽-江苏段硅藻生物量占浮游植物总生物量的比例远较其数量占浮游植物总数量的比例大,变化在77.3%~96.1%之间,平均为91.6%。同时,由表3可见,在所调查的5个江段中,硅藻数量占浮游植物总数量的百分比表现为:芜湖段(96.1%)>安庆段(95.5%)>江阴段(95.3%)>南京段(93.8%)>铜陵段(77.3%),芜湖段最高,铜陵段最低;这与5个江段的硅藻数量所占比例的排序也有所不同。这主要是由浮游植物种类组成不同以及种类个体大小的差异造成。2.5浮游植物群落结构由基于种类组成的二值变量聚类分析结果(图2A)可以看出,芜湖站的浮游植物群落结构与其他各站位的相似性最低,成为单独的一枝。江阴和安庆的浮游植物群落结构最接近,在距离为1处即聚为一枝;之后铜陵、南京站的浮游植物与江阴、安庆站的浮游植物逐步聚合,分别在距离为12和16处聚为一类。由基于数量组成的二值欧氏距离平方聚类分析结果(图2B)可以看出,各站位的浮游植物植物群落结构大致聚为两类,南京、芜湖、江阴3站聚为一类,铜陵、安庆站聚为一类;其中,南京和芜湖的浮游植物群落结构最接近,在距离为1处即聚为一枝。3浮游植物群落长江安徽-江苏段共检出绿藻、硅藻、蓝藻、裸藻、隐藻5门27种(包括变种和变型)。其中,硅藻种数最多,16种,占浮游植物总种数的59.3%;其次是绿藻,6种,占浮游植物总种数的22.2%。浮游植物数量变化在5.68×104~7.08×104cells/L之间,生物量变化在30.43~34.73µg/L之间;与以往的研究相比,江段浮游植物种类数减少,数量上升,说明该江段的水质在恶化。但浮游植物群落基本结构未发生明显改变,仍以硅藻门的巴豆叶脆杆藻、意大利直链藻、隐头舟形藻、小环藻为主要种类和优势种,优势种种数较多且优势度不高,表明该江段水质的恶化程度尚不严重。聚类分析表明,基于数量组成的二值欧氏距离平方法更能显示出浮游植物群落结构所反映的真实情况。4讨论4.1植物生长调节浮游植物群落结构直接影响着水生态系统的结构和功能。因此,研究浮游植物群落结构对预测水生态系统的发展演变趋势具有一定的借鉴意义。有关长江安徽-江苏段浮游植物群落结构的研究方面,黄春贵在1999年秋季的调查表明:长江江苏段共有浮游植物7门38种。然而本次调查仅得到浮游植物5门27种,与上述调查结果相比偏少,且没有发现指示极贫营养型水质的金藻门及甲藻门种类。浮游植物的种类组成与环境因子关系密切,随水质状况不同其种群结构和数量会发生相应变化,当水体受到污染后,清洁性种类将逐渐减少甚至物种消失,而耐污性种类则会大量出现甚至成为优势种;反之,浮游植物群落结构特征也一定程度地反映了水体生态环境状况。因此,长江江苏段浮游植物种类的减少可能暗示了该江段的水质在恶化。从浮游植物种类组成上看,本次各调查江段的浮游植物均以硅藻为主,与黄春贵在1999年11月份的调查结果一致,从而说明,虽然经历了10年的变化,但长江江苏段以硅藻为主要种类的浮游植物群落基本结构没有变,这也在一定程度上反映出长江水质的恶化程度尚不严重。4.2浮游植物群落结构优势种种类数及其数量对群落结构的稳定性有重要影响;优势种种类数越多且优势度越小,则群落结构越复杂、稳定。本次调查显示,各江段的浮游植物优势种都在3种以上,优势种种数较多且优势度不高,表明长江安徽-江苏段的浮游植物群落结构比较复杂。从优势种组成来看,陈校辉等在2004年12月的调查显示,长江江苏段浮游植物优势种为直链藻、颤藻、脆杆藻、微孢藻和圆筛藻;本次调查显示,浮游植物优势种为脆杆藻、直链藻、隐头舟形藻和尖尾兰隐藻,2次调查的浮游植物优势种虽有一定差别,但主要优势种均为硅藻门种类,进一步显示出长江江苏段浮游植物群落结构没有发生明显变化。4.3水质营养的利用影响水体浮游植物生长的环境因子很多,主要有营养盐、温度和光照;此外,水体结构和水文情势对浮游植物群落结构也有一定影响。在营养水平较高的水体中(TN>0.2mg/L,TP>0.02mg/L),营养盐对藻类的限制作用会下降,其它因素会影响藻类对营养盐的利用。从本次水质调查结果(另文发表)看,江阴、南京、芜湖、铜陵、安庆5个站位的TN变化在1.24~1.35mg/L之间,均高于0.2mg/L;TP变化在0.058~0.072mg/L之间,均高于0.02mg/L;因此,氮磷可能已不是长江安徽-江苏段藻类生长的限制性因子。同时,对比长江与同时期、同流域的湖泊、池塘等流动性较小的水体,可以看出长江的浮游植物水平较湖泊、池塘低。因此,推测长江藻类生长的重要影响因素可能是水体结构和水文情势。有关湖泊水质营养类型的藻类学评价的研究表明,浮游植物数量和生物量的多寡与水体的营养状况呈正相关性。本研究显示,长江安徽-江苏段的浮游植物数量与陈校辉等在2004年的调查结果相比明显偏高,表明随着时间的推移,长江的浮游植物数量在增加,显示出长江水质在恶化。这与按浮游植物种类评价的结果一致。4.4浮游植物群落结构的相似性基于种类组成的二值变量聚类和基于数量组成的二值欧氏距离平方聚类的分析结果差异较大。出现这种现象,主要是由于2种方法的侧重点不同。二值变量聚类仅考虑浮游植物的种类组成,不