典型感潮河网浮游藻类功能群时空变化特征及水质评价_于菲.pdf

生态环境学报 2023,32(4):756-765 http:/ Ecology and Environmental Sciences E-mail: 基金项目：广东省重点领域研发计划项目（2020B1111350001）作者简介：于菲（1994 年生），女，工程师，硕士，研究方向为水环境与水生态。E-mail:*通讯作者，E-mail:linshuscies.org 收稿日期：2023-02-16 典型感潮河网浮游藻类功能群时空变化特征及水质评价 于菲，曾海龙，房怀阳，付玲芳，林澍*，董家豪 生态环境部华南环境科学研究所/国家水环境模拟与污染控制重点实验室/广东省水与大气污染防治重点实验室，广东 广州 510655 摘要：将形态、生理和生态特征相似的浮游藻类归为一组提出的功能群理论，可以从物种功能性的角度评价，更好预测水生态系统的变化。然而，目前该理论多应用于湖泊和水库，在复杂且受潮汐影响的感潮河网，浮游藻类功能群的研究相对不足。以中国大型感潮河网区珠江三角洲河网的腹地为研究区域，分析不同水期和涨退潮对该区域浮游藻类功能群的影响，探讨其时空变化特征及指示作用。结果显示，研究区域水体中共鉴定出浮游藻类 127 种，隶属于 25 个功能群，对应枯水期（1 月）和丰水期（7 月）的平均丰度分别为 24.0105 indL1和 52.7105 indL1。枯水期的优势功能群为 P、J、MP，而丰水期的优势功能群为 J、P、S1。浮游藻类的群落结构在不同水期有显著差异，但在涨退潮无显著差异，优势功能群组成一致。冗余分析结果表明，优势功能群与高锰酸盐指数、总磷、总氮、浊度、渠道化程度呈正相关，与溶解氧、透明度、植被覆盖度呈负相关。各样点浮游藻类功能群组成的相似性在枯水期主要受样点间的距离和潮汐的影响较大，而在丰水期受闸坝阻隔的影响更显著。基于功能群组成的聚类分析结果与基于水质指标的富营养评价结果一致。浮游藻类的 Shannon-Wiener 指数与Margalef 指数表现出相似的变化趋势（r=0.933，P=0.000），但与 Pielou 指数的相关性不显著（r=0.203，P=0.187）。综上，研究区域水体现正处于中-富营养型，丰水期水质稍好于枯水期。该研究可为了解感潮河网区浮游藻类功能群对水生态系统变化的响应提供参考，为感潮河网水生态管理和保护提供科学依据。关键词：感潮河网；浮游藻类；群落结构；功能群；时空变化；水质评价 DOI:10.16258/ki.1674-5906.2023.04.013 中图分类号：X173;X52 文献标志码：A 文章编号：1674-5906（2023）04-0756-10 引用格式：于菲,曾海龙,房怀阳,付玲芳,林澍,董家豪,2023.典型感潮河网浮游藻类功能群时空变化特征及水质评价J.生态环境学报,32(4):756-765.YU Fei,ZENG Hailong,FANG Huaiyang,FU Lingfang,LIN Shu,DONG Jiahao,2023.Spatio-temporal variation characteristics of phytoplankton functional groups and water quality evaluation in the typical tidal river network J.Ecology and Environmental Sciences,32(4):756-765.浮游藻类是在淡水水体中营浮游生活的一类光合自养生物，其个体小、细胞结构简单、生活周期短，对水体环境变化敏感，被认为是水质评价理想的生物指标（Reynolds，1984；胡韧等，2015；魏洪祥等，2021）。通过把形态、生理和生态特征相似的浮游藻类归为一组提出的浮游藻类功能群理论（Reynolds et al.，2002），可以从物种功能性上对水体生态系统的健康进行评价（赵耿楠等，2021）。其中最早提出的 FG（Functional Groups）（Reynolds et al.，2002），被广泛应用于湖泊和水库的浮游藻类研究（Becker et al.，2010；王徐林等，2018，钱奎梅等，2019），已有文献显示该方法相比传统方法能更好地预测水生态系统的变化和反应人类活动的影响（Wang et al.，2021），但在河流的应用相对较少（董静等，2013；赵耿楠等，2021）。相比湖泊、水库等流动性较差的水体，大型河流的浮游藻类群落结构受河流形态、水文、光照、上下游、人类活动等因素综合影响，稳定性较差，具有明显的空间异质性（江源等，2013）。感潮河网是具有一定空间范围的网状水系，内部主要河流与海洋交汇（石全等，2018），受径流、潮汐动力及流域排污等多种因素的影响，水动力学及其物质输运过程更复杂（陈仲晗等，2022），浮游藻类的群落结构更多变（Chethan et al.，2016）。珠江三角洲河网区作为中国大型感潮河网区之一，目前针对该水域的浮游藻类已有较多研究，涉及到多样性调查和对环境因子的响应（Wang et al.，2015，2016；李鑫等，2019；Hu et al.，2023），也有涉及浮游藻类功能群的研究（Wang et al.，2021）。本文在这个基础上针对感潮河网的特性，考虑干支流、涨退潮及闸坝阻隔的影响，在河网区腹地进行更细致的布点，并重点选取河网中下游的断面深入研究，探讨于菲等：典型感潮河网浮游藻类功能群时空变化特征及水质评价 757 浮游藻类功能群组成的时空变化及其影响因子，期望能为感潮河网水生态管理和保护提供科学依据。1 材料与方法 1.1 采样区域概况及点位设置 珠江三角洲河网水系发达，珠江流域三大水系中最大的西江、北江在此交汇，众多支流贯穿其中（王超等，2013），河网下部与南海连通，每年受上游来水淹没以及海潮倒灌影响，水面季节性变化较大（王亚雄等，2022），是典型的感潮河网区。研究地的河网区位于珠江三角洲河网腹地，大部分处在城镇区域，城市化率超过 90%，区域内建有 3 座闸坝，分别位于北江（BJ）汇入西南涌（XN）口、潭洲水道（TZ）汇入佛山水道（FS）口、西江汇入甘竹溪（GZ）口。根据河流分支情况，我们在河网区上、中、下游共布设了 22 个监测断面，分别于 2022 年枯水期（1 月）、丰水期（7 月）进行了生境、水质和浮游藻类采集，用以分析感潮河网区浮游藻类功能群时空变化及其影响因子。根据我们团队对感潮河流多年的跟踪研究，越靠近入海口的点位相比于上游受潮汐作用的影响更大。因此，为分析涨退潮对浮游藻类功能群组成的影响，我们重点选取了位于河网区中下游的 11 个点位（图 1 中用*标识）进行涨退潮监测，并对最下游受潮汐影响显著的 RG-01 点位进行每日 4 次连续 3 日采样。1.2 样品采集与鉴定 1.2.1 生境分析 采用现场调查并结合卫星遥感影像分析点位上下游 500 m 范围内河段的岸线类型、缓冲带植被覆盖度及土地利用方式。1.2.2 水质分析 水温（T）、溶解氧（DO）采用哈希 HQ40D 便携式多参数分析仪，透明度（SD）用塞氏盘现场测定，其余指标在监测断面按 水质 采样方案设计技术指导（HJ 4952009）（环境保护部，2009a）标准在左、中、右岸按表层、底层取混合样带回实验室分析。pH采用STARTER3100酸度计、盐度（SAL）采用 SX713 盐度计、浊度（NTU）采用雷磁 WZS-185A 测定。高锰酸盐指数（CODMn）的检测依照GB/T 11892-89（国家环境保护总局，1989a）、氨氮（NH3-N）的检测依照 HJ 5352009（环境保护部，2009b）、总氮（TN）的检测依照 HJ 6362012（环境保护部，2012）、总磷（TP）的检测依照 GB/T 118931989（国家环境保护总局，1989b）、叶绿素a（Chl a）的检测依照 HJ 8972017（环境保护部，2017）规定的步骤操作。1.2.3 生物样品采集与分析 浮游藻类定性、定量采样：与水质采样同步，定性样品采集使用 25 号浮游生物网在水体透光层（深度以 3 倍透明度计）底部进行划“”形拖动捞取。定量样品在水深10 m 时，分别在水面下 0.5 m 处、1/2 透光层和透光层底部采集。将各层次采集的样品充分混匀后，取 1 L 水样装入样品瓶中。加入 1015 mL 的 1.5%鲁哥氏液进行固定后，低温避光保存运送至实验室进行镜检分析。藻类的鉴定主要参考中国淡水藻类系统、分类及生态（胡鸿钧等，2006），并依据Reynolds et al.（2002）总结的方法进行功能群的划分。1.2.4 数据分析与处理 运用 Excel 2010、Origin 9.0、Canoco 5、Prism 6.02软件对水质、生物和生境数据进行统计和分析。通过 Photoshop 2021 绘制采样点图。样点渠道化岸线比例：A=Li/Ln100%（1）样点缓冲带植被覆盖度：B=Mi/Mn100%（2）水体富营养化评价采用广泛适用于中国湖泊、图 1 感潮河网采样断面分布 Figure 1 Distribution of sampling sections in the tidal river network 758 生态环境学报 第32卷第4期（2023年4月）水库和河流水体富营养化评价的 EI 指数（E）（李祚泳等，2010）：1.1826=1=1=10.77lnnnjjjjjjEWEWX()（3）优势度和生物多样性指数（孙军等，2004）采用以下公式计算：优势度：=iinYfN（4）Y 值大于 0.02 的视为采样区域的优势种；Shannon-Wiener 物种多样性指数（H）：=lniinnHNN|（5）Margalef 物种丰富度指数（D）：1=lnSDN（6）Pielou 均匀度指数（J）：=lnHJS（7）式中：Li 渠道化岸线长度（m）；Ln调查河段总长度（m）；Mi生态缓冲带植被面积（m2）；Mn生态缓冲带总面积（m2）；Wj 指标 j 的归一化权重值；Xj 指标 j 的规范值；N某样点调查物种的总个体数；ni 第 i 种物种的个体数；fi 第 i 种物种在各站点的出现频率；S物种总数目。2 结果 2.1 生境 河网区大部分位于城区，干流和主要支流多用于防洪、排涝、排水及航运，两岸渠道化程度较高。如图 2 所示，渠道化程度较高的点位，缓冲带植被覆盖度一般较低，如 BJ-01、FS-01。区域土地利用方式水产养殖占比 54.6%，农业种植占比 50.0%，工业占比 36.4%，居民区占比 31.8%。2.2 水质指标 枯水期、丰水期各指标水质监测结果如图 3 所示，丰水期水质稍优于枯水期，样点 FS-01、SZ-01、PZ-02、MS-01、LB-01、XN-01 的水质相对较差。T 为丰水期（31.8）高于枯水期（18.7）。pH呈中性偏碱性，从枯水期到丰水期总体变化不大。TN、NH3-N、SAL、TP、Chl a、CODMn、NTU 在丰水期具有相似的变化趋势。DO 在枯水期与 T（r=0.452，P=0.035）、NH3-N（r=0.522，P=0.013）、TN（r=0.677，P=0.001）呈显著负相关，与 SD（r=0.503，P=0.017）、pH（r=0.516，P=0.014）呈显MS-01BJ-01BJ-02BJ-03NS-01SS-01SS-02SS-03LB-01XN-01XN-02XN-03FS-01TZ-01TZ-02CC-01PZ-01PZ-02RG-01GZ-01SZ-01DH-010.0040.080.0120采样点岸线渠道化比例/%26.753.380.0植被覆盖度/%图 2 样点渠道化岸线比例和缓冲带植被覆盖度 Figure 2 Channelization degree and vegetation coverage of sampling si