太子河流域春季著生藻群落與水環(huán)境因子的關(guān)系

樊甜甜，楊柏賀

（1.大連海事大學公共管理與人文藝術(shù)學院，遼寧 大連 116023；2.大連海洋大學水產(chǎn)與生命學院，遼寧省水生生物學重點實驗室，遼寧 大連 116023）

著生藻類是水生態(tài)系統(tǒng)中重要的生物的組成部分和初級生產(chǎn)者之一，對水生態(tài)系統(tǒng)的變化和反應十分敏感[1-5]，在水生態(tài)系統(tǒng)中的多個生態(tài)功能中起不可或缺的作用[6,7]。水生態(tài)系統(tǒng)中著生藻群落與水環(huán)境因子間關(guān)系密切，其多個群落特征值，如香濃維納指數(shù)和豐富度指數(shù)等，一直作為評價和鑒定水生態(tài)系統(tǒng)的指標和依據(jù)[8-10]。

太子河位于中國遼寧省的東部地區(qū)，流經(jīng)本溪等城市。太子河流域位于遼陽城鄉(xiāng)結(jié)合部，面積175km2，地理位置優(yōu)越，上游環(huán)境和水質(zhì)較好，中下游水質(zhì)相對較差。近些年來，中國經(jīng)濟的快速發(fā)展和人類活動增多等多個因素，導致太子河流域受到了十分嚴重的污染，水流量逐年遞減。現(xiàn)今，關(guān)于遼寧省太子河流域的生物群落的調(diào)查已有了多篇報道[11,12]，但是對太子河流域著生藻類與水環(huán)境因子間的關(guān)系研究還較少。因此，于2011年4月對遼寧省太子河流域的著生藻類與水環(huán)境因子進行野外采樣調(diào)查，分析春季遼寧省太子河流域多種著生藻的群落特征及其與水環(huán)境因子之間的關(guān)系，以期找出對太子河流域著生藻群落結(jié)構(gòu)起主要影響的水環(huán)境因子，為太子河流域水生態(tài)環(huán)境的保護和評價提供參考。

1 材料和方法

1.1 采樣點設(shè)置

遼寧省太子河流域內(nèi)一共有24條支流，太子河流域的上游水體干凈清澈，中游至下游河水受到人為活動及干擾較大。根據(jù)太子河流域的環(huán)境特點，本次調(diào)查在上、中和下游三個地區(qū)選擇環(huán)境較好的省市級監(jiān)測點位進行監(jiān)測的38個采樣點位（圖 1）。

1.2 著生藻樣品的采集、鑒定及水環(huán)境因子的測定

在太子河流域的各采樣點上、下游100m的范圍內(nèi)[12]，選擇可以抵擋水流，且沒有樹蔭遮擋的9塊石塊，用刷子刷洗向陽面的藻類，然后用純水沖刷置于白色的鐵托盤里，用4%的甲醛溶液固定。樣品經(jīng)過濃鹽酸和濃硫酸消化后，運回實驗室，做成膠封片，在光學顯微鏡油鏡下鑒定和記錄數(shù)據(jù)，每個樣品計數(shù)超過一千個細胞[13-15]。

根據(jù)參考文獻[16-18]的方法測定各采樣點河流的pH、水深、流速和河寬、總?cè)芙夤腆w物及溶解氧含量、每個采樣點采集2L水樣，在48h內(nèi)送回實驗室，測定總磷、高錳酸鉀指數(shù)、電導率、總氮和懸浮物固體含量，記錄每個環(huán)境因子的數(shù)據(jù)[18]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

在WPS2013上制作柱狀圖，用Biodiversity pro計算香農(nóng)維納指數(shù)和物種豐富度指數(shù)，在Canoco 4.5上進行CCA分析，在Arc Map 10.1上完成太子河流域采樣點位圖[19]。

2 結(jié)果與分析

2.1 著生藻群落結(jié)構(gòu)特征

在太子河流域各水域中共鑒定出著生藻101種，以硅藻門種類最多，共90種；其次是綠藻門為5種；第三是藍藻門，為4種；隱藻門數(shù)量較少，僅2種。硅藻門密度最高，占總密度的89.45%；其次分別為綠藻門、藍藻門，分別占總密度的5.45%和4.23%；隱藻門密度最低，僅占0.09%（圖2）。

圖1 太子河流域采樣點分布Fig.1 The sampling sites in Taizi River Basin

圖2 春季太子河流域不同門類的著生藻類物種數(shù)（左）與密度占比（右）Fig.2 The species number and density proportion of various phylum periphytons in Taizi River Basin in spring

太子河全流域各點位著生藻物種數(shù)的平均值為18種，T1點種類數(shù)最多，共45種；密度平均值為9.10×106cells/m2，T12 點 密度 最高 ， 為 3.72×107cells/m2；香農(nóng)維納指數(shù)變化范圍為 0.66～4.23，平均值為2.92，T20點最高，為4.23；物種豐富度變化范圍為 1.12～6.53，平均值為 2.91，T2點最高，為5.02（圖 3）。

2.2 著生藻群落結(jié)構(gòu)及其與水環(huán)境因子的相關(guān)性

太子河流域水體理化因子見表1。由表1可知，太子河流域內(nèi)平均水深為63.07cm，平均河寬為43.84m，平均水流速為0.48m/s，水體呈堿性，溶解氧含量較高，平均9.41mg/L，總氮含量較高，平均為4.20mg/L。

DCA分析結(jié)果顯示：太子河流域著生藻豐度和環(huán)境因子間呈單峰模型。選擇著生藻密度和環(huán)境因子做CCA分析（圖4）。由圖4可知，電導率（P=0.001，F(xiàn)=2.10）、水深（P=0.001，F(xiàn)=2.34）、河寬（P=0.001，F(xiàn)=1.71）和總氮（P=0.025，F(xiàn)=1.50）是影響著生藻群落的主要水環(huán)境因子。電導率和總氮是影響下游流域的主要水環(huán)境因子，電導率和總氮與著生藻類群落呈正相關(guān)性，水深和河寬是影響中部流域的主要水環(huán)境因子，與著生藻類群落呈正相關(guān)性。

圖3 春季太子河流域水域著生藻群落特征Fig.3 Community structure of periphytons in TaiziRiver Basin in spring

表1 太子河流域水環(huán)境因子（平均值±標準差）Tab.1 The water environmental factors in the Taizi River Basin（mean± SD）

圖4 春季太子河流域著生藻與環(huán)境因子的CCA分析Fig.4 Canonical correspondence analysis of periphytons environmental relationship in Taizi River Basin in spring

3 討論

3.1 太子河著生藻功能群及其群落結(jié)構(gòu)特征

本次調(diào)查在太子河流域共鑒定出著生藻類101種，主要以硅藻門為主，優(yōu)勢種為小席藻Phormidium tenus等絲狀藻類。太子河流域著生藻類種類最高的點位為 T1（45種），最低點位為 T32（6種）；著生藻類密度平均值為9.10×106cells/m2，密度最高的位點為T12（3.72×107cells/m2），最低位點為T16（2.82×105cells/m2）。T12點位于流域上游，河岸有香蒲Typha orientalis Presl等多種植被，總氮含量較高，水體富營養(yǎng)化較為嚴重，導致藍藻門的小顫藻Oscillatoria tenuis等藻類大量生長，導致密度較高。T16點位于太子河上游支流，往下10km入黃河，河水的流量較大，流速較慢，水體含沙量增加，不利于著生藻的生長和繁殖，所以，著生藻類的密度較低[20]。香濃維納指數(shù)平均值為2.92，香農(nóng)維納指數(shù)最高的點位為 T20（4.23），最低的點位為 T5（0.66）；豐富度指數(shù)平均值為2.90物種，豐富度指數(shù)最高的點位為T1（6.53），最低的點位為 T32（1.11）。香農(nóng)維納指數(shù)和豐富度指數(shù)在一定程度上反應了水質(zhì)狀況，兩個指數(shù)的數(shù)值越大，硅藻群落結(jié)構(gòu)就越為穩(wěn)定，著生藻類生活的水體環(huán)境也較好，反之則較差[21-24]。太子河流域香農(nóng)維納指數(shù)與物種豐富度指數(shù)較高，香農(nóng)維納指數(shù)平均為2.92，物種豐富度指數(shù)平均為2.91，結(jié)合水質(zhì)評價標準，認為太子河流域為β-中污型。

著生藻類群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子典范對應分析表明，遼寧省太子河流域水深、電導率、總氮與河寬是影響其著生藻群落結(jié)構(gòu)的主要環(huán)境因子。水深、電導率和總氮與著生藻群落有顯著相關(guān)性，均呈正相關(guān)，溶解氧與著生藻群落結(jié)構(gòu)負相關(guān)。研究表明，電導率的升高或降低會改變著生藻群落多樣性[25]，影響太子河流域著生藻類群落生長繁殖?？偟呛饬克w受營養(yǎng)物質(zhì)污染程度的重要指標，對太子河流域著生藻分布起重要作用，水中總氮含量較高時，著生藻群落迅速繁殖，水體也呈現(xiàn)富營養(yǎng)化狀態(tài)[26-28]，這可能是太子河流域水體富營養(yǎng)化的原因，對中、下游有一定影響。水深與河寬是著生藻群落的主要限制環(huán)境因子，影響太子河上游。太子河流域水淺且流速大，兩岸寬度較窄，這極大影響了主動能力弱的著生藻類的群落生長繁殖。溶解氧含量也影響著生藻生理活動和群落結(jié)構(gòu)。溶解氧含量下降會導致著生藻群落的死亡[29]。

本次調(diào)查發(fā)現(xiàn)，太子河流域中、上游環(huán)境相對較好，下游人類活動和工廠產(chǎn)生多處污染。本次僅調(diào)查了太子河流域一個季節(jié)，不能精確反映著生藻群落的變化規(guī)律，下一步將增加采樣調(diào)查次數(shù)，進一步探討太子河流域著生藻群落與環(huán)境因素之間的關(guān)系。