阿壩州黃河流域浮游植物群落結(jié)構(gòu)與水質(zhì)評價

劉浩翔，胡佳祥，王雄延，張植元，陳 嬌，蘇 丹，劉榮軍，楊紹平

(四川水利職業(yè)技術(shù)學院，四川 崇州，611231)

前言

黃河是我國第二大河流，是我國西北和華北地區(qū)極為重要的水資源，在青海境內(nèi)干流全長1694km，流域面積為1.21×105km2[1]。黃河上游干流與其黑、白河兩條支流為多種高原珍稀、名貴、特有的魚類提供重要的產(chǎn)卵、索餌和越冬場所[2-3]，是我國高原水生生物寶貴的種質(zhì)資源庫。白河是黃河上游的大支流之一，位于四川北部阿壩藏族自治州境內(nèi)，發(fā)源于紅原縣壤口鄉(xiāng)與刷經(jīng)寺鎮(zhèn)之間，北流入若爾蓋縣，在唐克鎮(zhèn)北約7km處流入黃河，長約150km，形成九曲黃河第一彎；與之相鄰的黑河同屬黃河上游大支流之一，位于黃河流域最南部，流經(jīng)川北若爾蓋高原。兩河分水嶺低矮，無明顯流域界，存在同谷異水的景觀，加之流域特性基本相同，與白河一起被稱為“姊妹河”。

浮游植物是水體主要的初級生產(chǎn)者，是水生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分[4]，具有分布范圍廣，生活周期短等特點[5]，其群落結(jié)構(gòu)的組成，數(shù)量分布，以及相對應(yīng)的物種多樣性與豐富度變化會直接影響到湖泊生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能，具有維持水生態(tài)系統(tǒng)平衡的重要作用[6]。浮游植物群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境之間關(guān)系密切，水體環(huán)境的變化會直接影響浮游植物群落結(jié)構(gòu)的變化，因此，可以通過研究此變化對水體的水質(zhì)情況進行一定的評估[7-10]。目前，已經(jīng)有較多國內(nèi)外學者從浮游植物群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子相互作用的關(guān)系[11-12]以及利用浮游植物進行水質(zhì)評價等方面進行了大量研究[13-14]。

由于黃河上游干流與黑白兩支流河流均是高原水體，其生態(tài)系統(tǒng)相對較為脆弱[15-16]，流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能有著極其重要的存在價值，因此，對該水體進行科學系統(tǒng)評估，是對其生態(tài)系統(tǒng)健康狀況開展流域的污染源針對性治理、修復(fù)退化的生態(tài)系統(tǒng)、保護生態(tài)功能、建立合理的生態(tài)流域補償機制和實施流域生態(tài)健康監(jiān)管等工作的前提基礎(chǔ)。目前，關(guān)于黃河上游浮游植物相關(guān)報道較少[17-18]，本文對阿壩州黃河流域干支流浮游植物的群落結(jié)構(gòu)組成、數(shù)量、生物量進行調(diào)查，并利用Shannon-Wiener多樣性指數(shù)與Margalef豐富度指數(shù)進行綜合分析，科學評估黃河上游干流以及支流的浮游植物群落及其水質(zhì)狀況，以期為黃河上游水體生態(tài)環(huán)境保護、修復(fù)以及水資源合理利用提供重要的基礎(chǔ)資料和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概括及樣點設(shè)置

黃河發(fā)源于青海省巴顏喀拉山麓的約古宗列盆地。黃河從河源而下，向南東方向經(jīng)青海的瑪多、達日、崗龍、門堂、木西合(甘肅)，到達四川阿壩州邊緣，經(jīng)四川省阿壩縣、若爾蓋縣后，于瑪曲縣黑河口處出境進入甘肅境內(nèi)，阿壩州黃河流域總面積為1.7萬km2。本研究在黃河上游干流及其兩條支流黑、白河共設(shè)置采樣點，分別是白河唐克鎮(zhèn)、白河匯合處、白河紅原阿木鄉(xiāng)、白河月亮灣、黑河君臨圣地、黑河牧場、黃河干流延丹村段等7個采樣點。

1.2 水體理化指標測定

水質(zhì)的各項指標均參考《水和廢水監(jiān)測分析方法》(第四版)[19]進行檢測。水質(zhì)指標除了亞硝酸鹽均與浮游植物采集在現(xiàn)場測定；水溫、pH、溶解氧利用美國YSI多參數(shù)水質(zhì)檢測儀測定；透明度利用薩氏透明度盤測定；利用濁度計(CN60M-200)檢測水體濁度；水體流速利用LS300-A流速儀測定；將水樣帶回實驗室利用紫外-可見分光光度法進行測定。

1.3 浮游植物數(shù)據(jù)收集與處理

1.3.1 浮游植物的樣品采集

用25號浮游生物網(wǎng)在水面和0.5m深的水層中，作“∞”字形循環(huán)緩慢拖網(wǎng)約5min采樣，再經(jīng)過過濾、清洗后裝入定性的樣本瓶中。定量樣本通過容量為5L的采水器采集不同水層水樣并混合，取50L水樣，通過25號浮游生物網(wǎng)過濾，清洗完成后裝入定量樣本瓶。現(xiàn)場將采集好的水樣根據(jù)樣品體積1.5%加入魯哥試劑固定，再加入5%的福爾馬林溶液保存樣本。所有樣本采集完畢后，帶回實驗室，在10×40的光學顯微鏡下對水體的浮游植物進行種類鑒定和計數(shù)，藻類的分類鑒定依據(jù)《中國淡水藻類——系統(tǒng)、分類及生態(tài)》[20]。

1.3.2 浮游植物密度及生物量

浮游植物密度N利用以下公式計算：

式中，Cs——計數(shù)框面積(mm2)；

Fs——每個視野的面積(mm2)；

Fn——計數(shù)過的視野數(shù)；

V——1L水樣經(jīng)沉淀濃縮后的體積(mL)；

U——計數(shù)框的體積(mL)；

Pn——每片計算出的浮游植物個數(shù)。

1.3.3 各采樣點多樣性指數(shù)

浮游植物多樣性指數(shù)評價見表1，物種數(shù)量包括底棲動物的物種密度及生物量，優(yōu)勢種采用計算優(yōu)勢物種優(yōu)勢度(Y)，生物多樣性指數(shù)為Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Margalef豐富度指數(shù)(R)：

Y=Pi×fi

Pi=ni/N

式中，Pi為第i類底棲動物的個體數(shù)目ni占底棲動物個體數(shù)目N的比例；fi為第i種在各個采樣點出現(xiàn)的頻率；Y≥0.02，表示該物種為優(yōu)勢種；S為采集點的物種總數(shù)。

表1 浮游植物多樣性指數(shù)評價標準

2 結(jié)果與分析

2.1 水體理化指標及水質(zhì)評價

黃河上游干流及其支流黑、白河7個采樣點各常規(guī)理化指標結(jié)果如表2，透明度、pH、溶解氧等3個指標在各河段之間變化不明顯，變異系數(shù)為1.826%～9.057%；水溫、濁度、亞硝酸鹽、流速等4個指標在各個河段之間變化較為明顯，變異系數(shù)為11.701%～24.562%。根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 3838-2002)，該水體水質(zhì)指標位于Ⅱ類水質(zhì)范圍。

表2 黃河上游干流及其支流黑、白河各采樣點水質(zhì)指標

2.2 浮游植物種類組成及優(yōu)勢種

統(tǒng)計分析結(jié)果顯示，共發(fā)現(xiàn)浮游植物7門31科63屬128種，隸屬于硅藻門(Bacillariophyta)、綠藻門(Chlorophyta)、藍藻門(Cyanophyta)、裸藻門(Euglenophyta)、隱藻門(Cryptophyta)、金藻門(Chrysophyta)、黃藻門(Xanthophyta)(見圖1)。其中硅藻門種類數(shù)最多，共9科26屬81種，占總種類數(shù)的63.281%；綠藻門種類數(shù)其次，共11科19屬23種，占總種類數(shù)的17.969%；藍藻門共2科7屬12種，占總種類數(shù)的11.719%；裸藻門1科2屬3種，占總種類數(shù)的2.344%：甲藻門1科1屬1種，占總種類數(shù)的0.781%；隱藻門1科2屬3種，占總種類數(shù)的2.344%；金藻門2科2屬2種，占總種類數(shù)的1.563%(見圖2)。五個采樣點優(yōu)勢種主要為中型脆桿藻(Fragilaria intermedia)、克洛脆桿藻(Fragilaria crotonensis)、尖針桿藻(Synedra acusvar)、肘狀針桿藻(Synedra ulna)、短小曲殼藻(Achnanthes exigua)、線型雙菱藻(Surirella linenris)、微型舟形藻(Navicula sutminiscula)、普通水綿(Spirogyra communis)，屬于硅-綠藻型水體。

圖1 阿壩州黃河流域各采樣點浮游植物種類組成

由圖2可得，7個采樣點中白河匯合處河段藻類種數(shù)最多，共計60種，而白河紅原阿木鄉(xiāng)河段藻類種類數(shù)最少，僅發(fā)現(xiàn)25種。在白河唐克鎮(zhèn)、白河紅原阿木鄉(xiāng)和白河月亮灣河段未見甲藻門、隱藻門、金藻門藻類；在白河匯合處、黑河牧場和黃河干流延丹村河段未見甲藻門藻類；黑河君臨圣地河段未見金藻門藻類。綠藻門、硅藻門與藍藻門在各河段分布較為均勻。

圖2 阿壩州黃河流域各采樣點浮游植物種類分布

2.3 浮游植物密度與生物量

浮游植物密度及生物量計算結(jié)果表明，白河各門類浮游植物平均密度變化范圍為0.0073×103ind./L～7.9598×103ind./L，各樣點總平均密度為9.4328×103ind./L。其中，硅藻門藻類的密度最高，為7.9598×103ind./L，占總平均密度的84.38%；綠藻門次之，其平均密度為0.6875×103ind./L，占總平均密度的7.29%；其次為藍藻門，平均密度為0.6384×103ind./L，占總平均密度的6.77%；而隱藻門、裸藻門、金藻門和甲藻門的平均密度均較低，分別占總平均密度的0.595%、0.459%、0.428%與0.077%(見圖3)。各樣點浮游植物總平均密度(9.4378×103ind./L)均小于3×105ind./L，根據(jù)藻類密度科初步認為黃河上游干流以及支流白河、黑河水體處于貧營養(yǎng)狀態(tài)。

圖3 阿壩州黃河流域各采樣點浮游植物密度分布

白河江段浮游植物各藻門平均生物量介于0.00002mg/L～0.01465mg/L之間，各樣點總平均生物量為0.01521mg/L。其中硅藻門平均生物量最大，而金藻門平均生物量最小?？傮w而言，綠藻門、硅藻門、隱藻門和藍藻門藻類平均生物量占比最大，分別為總平均生物量的96.316%、2.085%、0.671%和0.406%；金藻門、裸藻門和甲藻門的平均生物量均較低，各門類的平均生物量占總平均生物量的比例均小于0.2%，介于0.135%～0.192%(見圖4)。

圖4 阿壩州黃河流域各采樣點浮游植物生物量分布

2.4 浮游植物多樣性指數(shù)及水質(zhì)評價

浮游植物多樣性指數(shù)處理結(jié)果如表3，7個采樣點間的變化均不明顯(表)。其中，H處于1.82～3.01之間，平均值為2.57，最大值出現(xiàn)在黑河君臨圣地(3.01)，最小值出現(xiàn)在白河匯合處(1.82)；R介于2.98～5.95之間，平均值為4.73，最大值在白河匯合處(5.95)，最小值在白河紅原阿木鄉(xiāng)(2.98)(表3)。本研究結(jié)果表明，除了黑河君臨圣地H大于3，其余6個點H均小于3，其中白河匯合處H為1.82，R除了白河紅原阿木鄉(xiāng)其余均大于4，再結(jié)合前述的水質(zhì)理化指標，初步判斷黃河上游干流及其兩條支流黑、白河水體處于輕污染狀態(tài)。

表3 浮游植物Shannon-Wiener多樣性指數(shù)與Marglef豐富度指數(shù)

3 討論

浮游植物是水體的初級生產(chǎn)者，對水體污染物反應(yīng)迅速，且群落結(jié)構(gòu)變化特征對水體變化情況有一定指示作用[21-22]。相關(guān)研究表明，浮游植物中的優(yōu)勢類群對水體的營養(yǎng)化程度具有一定的指示作用[23-24]，例如，硅藻門藻類在中貧營養(yǎng)型水體中通常為優(yōu)勢類群，而綠藻門藻類在富營養(yǎng)水體中往往是優(yōu)勢類群[25-26]。本文調(diào)查的黃河上游干流及其兩條支流黑、白河均為高海拔水體，海拔的升高會導(dǎo)致水域溫度降低，水體中的各類營養(yǎng)物質(zhì)的溶解度、離解度和分解率等理化過程會有一定程度的下降，浮游藻類光合作用的酶促反應(yīng)以及呼吸作用強度降低，直接或間接影響藻類的增殖，物種的豐富度也會隨之降低[27-28]。本研究共鑒定出包括硅藻、綠藻、藍藻、金藻、甲藻、隱藻和裸藻在內(nèi)的浮游植物共7門31科63屬128種，其中優(yōu)勢種8種，分別是中型脆桿藻(Fragilaria intermedia)、克洛脆桿藻(Fragilaria crotonensis)、尖針桿藻(Synedra acusvar)、肘狀針桿藻(Synedra ulna)、短小曲殼藻(Achnanthes exigua)、線型雙菱藻(Surirella linenris)、微型舟形藻(Navicula sutminiscula)、普通水綿(Spirogyra communis)，該水體浮游植物屬硅-綠藻型，硅藻門藻類為絕對優(yōu)勢類群，這可能與硅藻門藻類多為狹冷性物種，適合生活在較冷的環(huán)境中有關(guān)[29]，其次是綠藻與藍藻門藻類，這與陳燕琴等[30]對黃河支流澤曲河、張軍燕等[31]對黃河上游瑪曲段以及高桂香等[32]對察汗烏蘇河浮游植物調(diào)查研究結(jié)果相似。浮游植物種類、數(shù)量以及生物量分析結(jié)果均體現(xiàn)了較為典型的高原貧營養(yǎng)型水體特征[33]。

通過水質(zhì)指標、浮游植物Shannon-Wiener多樣性指數(shù)與Marglef豐富度指數(shù)綜合分析結(jié)果顯示，黃河上游干流及其兩條支流黑、白河水體呈現(xiàn)溶氧與透明度偏高、水溫低、流速快等特點，屬于II類水質(zhì)范圍，該水體處于輕度污染，貧營養(yǎng)化的狀態(tài)。

就整體而言，由于黃河上游干流及兩條支流黑、白河地理環(huán)境特殊，雖然本研究在調(diào)查期間投入大量的人力物力，但由于野外采集條件較為苛刻，仍然存在采樣點偏少，采集頻率偏低等不足之處。但是，由于黃河上游干流及兩條支流黑、白河的浮游植物群落結(jié)構(gòu)與水質(zhì)調(diào)查研究未見系統(tǒng)的報道，因此本研究能初步展現(xiàn)黃河上游干流及其支流水域的生態(tài)現(xiàn)狀，同時可以為黃河上游水域水生態(tài)環(huán)境保護提供基礎(chǔ)資料和本底數(shù)據(jù)，在接下來的工作中進行更深入的研究，為該區(qū)域水環(huán)境的保護提供更全面、更科學的依據(jù)。