抚河流域浮游植物群落结构特征及其水生态状况评价_胡芳.pdf

生态环境学报 2023,32(4):744-755 http:/ Ecology and Environmental Sciences E-mail: 基金项目：国家自然科学基金项目（42161016）；江西省科技厅重大科技研发专项（20213AAG01012）；江西省重点研发计划项目（20212BBG71002）；江西省水利厅科技项目（202124ZDKT12）作者简介：胡芳（1987 年生），女，高级工程师，硕士，主要从事生态监测与评价研究。E-mail:*通讯作者：刘聚涛（1983 年生），男，正高级工程师，博士，主要从事生态环境保护研究。E-mail: 收稿日期：2021-08-12 抚河流域浮游植物群落结构特征及其水生态状况评价 胡芳1,2，刘聚涛1,2*，温春云1,2，韩柳，文慧1,2 1.江西省水利科学院，江西 南昌 330029；2.鄱阳湖流域生态水利技术创新中心，江西 南昌 330029 摘要：抚河流域水环境质量呈下降趋势，给沿岸供水甚至鄱阳湖生态安全造成巨大压力，亟需开展全流域生态监测与评价，诊断水生态风险。浮游植物作为水生态系统的初级生产者，能表征水生态环境的变化。针对以往抚河浮游植物群落特征研究主要集中在干流和河口等局部区域，以抚河干流和主要支流为研究对象，于丰（2017 年 7 月）、枯（2017 年 12 月）、平（2018年 4 月）等 3 个水文期对抚河流域 40 个采样点的水环境因子及浮游植物群落结构进行了调查，结合浮游植物的种类组成、优势种、密度、生物多样性等对抚河流域水生态状况进行评价，运用冗余分析方法（Redundancy analysis，RDA），分析抚河流域浮游植物优势种与水环境因子的关系。结果表明：抚河流域共检出浮游植物 7 门 171 种，浮游植物细胞密度变化范围为 8.331054.43106 cellL1，优势类群以硅藻、绿藻和蓝藻为主，颗粒沟链藻极狭变种（Aulacoseira granulata var.angustissima(O.Mller)Simonsen）、针杆藻（Synedra Ehr.sp.）、四尾栅藻（Scenedesmus quadricauda(Turp.)de Brb.）为抚河常年优势种。水温、氮磷营养盐（主要是正磷酸盐、硝氮）以及有机物（主要是五日生化需氧量、高锰酸盐指数）是影响抚河流域浮游植物优势种更替的重要影响因子。生物学评价结果表明，丰水期和枯水期，抚河水体处于富营养状态和中污染水平，平水期，抚河水体处于中营养状态和轻污染水平，但干流的南城县城河段以及下游，支流黎滩河、崇仁河的城市河段处于中污染水平。近 10 年，抚河水生态状况呈下降趋势，削减流域氮磷、有机物污染是抚河流域水生态环境保护的关键。研究结果可为抚河流域水生态环境保护提供科学依据。关键词：抚河流域；浮游植物；群落结构；优势种；水生态状况评价；冗余分析 DOI:10.16258/ki.1674-5906.2023.04.012 中图分类号：Q948.8;X826 文献标志码：A 文章编号：1674-5906（2023）04-0744-12 引用格式：胡芳,刘聚涛,温春云,韩柳,文慧,2023.抚河流域浮游植物群落结构特征及其水生态状况评价J.生态环境学报,32(4):744-755.HU Fang,LIU Jutao,WEN Chunyun,HAN Liu,WEN Hui,2023.Phytoplankton community structure and evaluation of aquatic ecological conditions in Fu River basin J.Ecology and Environmental Sciences,32(4):744-755.浮游植物是水生态系统的初级生产者，其群落结构、种群数量随水环境的变化而改变（Lepist et al.，2004），并且能对水环境的改变做出灵敏而迅速的响应（卢碧林等，2012）。其种类、优势种类群和丰富度等群落结构特征被广泛运用于湖泊、河流和水库等水体水生态监测与评价（Field et al.，1998；汪琪等，2020；杨毓鑫等，2020；张国庆等，2020），尤其是在饮用水源地水生态监测评估方面（郭沛涌等，2009；Katsiapi et al.，2011）。抚河位于江西省东部，是江西省第二大河，鄱阳湖水系主要河流之一，是抚州市中心城区和沿河县（区）主要饮用水源，也是省会南昌的备用水源。近年来，随着人口的快速增长以及工农业发展，抚河干流总氮水平较高（张洁等，2013），氨氮、高锰酸盐指数呈上升趋势（杨振宇等，2015），河口呈现富营养化（钟荣华等，2012），水环境质量呈下降趋势，给沿岸供水甚至鄱阳湖生态安全造成巨大压力，亟需开展全流域生态监测与评价，诊断水生态风险。目前，运用浮游植物对抚河生态环境进行评价的研究多集中在干流（张洁等，2013）和河口（钟荣华等，2012）等局部区域，对全流域进行全面与系统的调查研究尚无报道。此外，浮游植物群落结构的变化除了与温度、光照和营养盐等条件有关外，还和水文条件有关，对不同水文期浮游植物群落结构的调查更能反映河流的水生态状况。鉴于此，本研究于不同水文期对抚河干流及其主要支流浮游植物开展系统调查，揭示其群落结构时空分布特征，评价水体水生态状况，并运用冗余分析胡芳等：抚河流域浮游植物群落结构特征及其水生态状况评价 745（RDA）研究浮游植物优势种和环境因子的关系，分析不同水文期影响浮游植物群落结构分布的主要影响因子，以期为抚河流域水生态状况监测与评价、水质提升与水生态系统保护提供科学依据。1 材料与方法 1.1 研究区域概况与采样点 抚河地处中亚热带湿润季风性气候区，位于26302850N，1153511709E，发源于广昌县驿前镇灵华峰血木岭，主河道长 348 km，流域面积约 1.65104 km2，干流自南向北流，经广昌、南丰、南城、金溪、临川、丰城、南昌、进贤，汇入鄱阳湖，是鄱阳湖水系第二大河流。河源至南城县万年桥为抚河上游，又称盱江；南城县万年桥至抚河与临水汇合口为中游；抚河、临水汇合口以下为抚河下游。本研究采用 10 km10 km 网格布点法，在抚河流域设置采样点 40 个，于 2017 年 7 月（丰水期）、12 月（枯水期）和 2018 年 4 月（平水期）进行样品采集，其中干流设 23 个点位（111 为上游，1216 为中游，1723 为下游），支流设 17 个点位（2440），具体如图 1 所示。1.2 样品采集与测定 浮游植物定性样品用25#浮游生物网在水下0.5 m 作“”捞取，4%福尔马林固定，按照种类鉴定工具书（胡鸿钧等，2006），利用光学显微镜，对浮游植物进行分类鉴定；浮游植物定量水样用 5 L采水器采集表层水样 1 L，15 mL 鲁哥试剂固定，带回实验室静置沉淀 24 h 后浓缩并定容至 30 mL供镜检，参照淡水浮游生物研究方法（章宗涉等，1995）进行计数。环境因子样品的采集与浮游植物样品的采集同步进行，pH、水温（t）、溶解氧（DO）、电导率（）用便携式水质分析仪现场测定，透明度（SD）用塞式透明度盘现场测定，总氮（TN）、总磷（TP）、氨氮（NH4+-N）、硝氮（NO3-N）、磷酸盐（PO43-P）、高锰酸盐指数（CODMn）和叶绿素 a（Chl.a）的测定均参考水和废水监测分析方法(第 4 版)。1.3 数据处理 选用 Shannon-Wiener 指数（H）、Pielou 均匀度指数（J）和优势度（Y）评价抚河水生态状况，H、J 和 Y 计算方法如下：21=logsiiinnHNN=|（1）2=logHJS（2）=iinYfN|（3）式中：ni 第 i 种物种的个体数；N所有物种的个体数；S物种数；if第 i 种的出现频率；Y0.02优势种。方差分析（ANOVA）使用 SPSS16.0 统计软件进行，显著性水平为 0.05。浮游植物群落与水环境因子间的 RDA 分析利用 CANOCO 4.5 分析软件和CANODRAW 4.5 作图软件进行，物种数据采用主要浮游植物的细胞密度数据，按照 Y0.02 进行筛选（李思阳等，2016）。物种数据经 lg(x+1)转换，环境数据除 pH 值外，都进行 lg(x+1)转换，使其趋于正态分布（Flores et al.，1998；史晓丹等，2008）。2 结果分析 2.1 水环境因子状况 表 1 表明，采样期间，抚河 pH 值变化范围为6.789.46，时空分布差异均不显著（P0.05）；透明度（SD）为 0.101.50 m，电导率（）为 32.9169.8 Scm1，硝氮（NO3-N）变化范围为 0.082.24 mgL1，各指标时空分布差异显著（P0.05）；水温（t）介于 8.137.0 之间，SS 范围为 1.28131.33 mgL1，正磷酸盐（PO43-P）为 0.000.56 图 1 抚河流域采样点设置图 Figure 1 Distribution of sampling sites in Fu River 746 生态环境学报 第 32 卷第 4 期（2023 年 4 月）mgL1，溶解氧（DO）在 4.0215.81 mgL1之间波动，大部分处于类水水平，部分时期部分采样点处于类水水平（丰水期 F23，平水期 F23、F30）或类水水平（平水期 F20、F40）；氨氮（NH4+-N）在 0.002.62 mgL1之间，除枯水期的F40、平水期的 F19、F20、F39 外，其余均优于类水；CODMn变化范围为 0.988.24 mgL1，除平水期的 F9、F10、F12 外，其余均优于类水，单因素方差分析表明，t、SS、PO43-P、DO、NH4+-N、CODMn时间分布差异显著（P0.05）。对抚河不同时期的 TP 和 TN 浓度进行分析，结果表明，抚河流域丰、枯、平 3 期 TP 质量浓度分 别 为 (0.060.04)、(0.130.20)、(0.060.05)mgL1，样点中 92.50%优于类水水质，其中类水水质占75.83%；TN质量浓度分别为(0.890.30)、(1.430.72)、(1.530.98)mgL1，样点中 40.83%优于类水水质，32.50%为类水，类和劣类均为 13.33%。单因素方差分析表明，抚河 TP 浓度时间分布差异显著（P=0.024），空间分布差异不显著（P=0.065）；TN 浓度时空分布差异显著（P0.05）。2.2.2 优势种 本次调查共检出浮游植物优势种 22 种，其中蓝藻门 4 种：鱼腥藻（Anabaena Bory sp.）、伪鱼腥藻（Pseudanabaena sp.）、微囊藻（Microcystis Ktz.sp.）和平裂藻（Merismopedia Meyen sp.），硅藻门12种：颗 粒 沟 链 藻（Aulacoseira granulata（Ehrenberg）Simonsen）、颗粒沟链藻极狭变种螺旋变型（Aulacoseira granulata var.angustissima f.spiralis(Hust.)Czarn.&D.Reinke）、变异直链藻（Melosira varians C.Agardh）、颗粒沟链藻极狭变种（Aulacoseira granulata var.angustissima(O.Mller)Simonsen)（葛大艳等，2021）、菱形藻（Nitzschiaceae）、针杆藻（Synedra Ehr.sp.）、尖针杆藻（Synedra acus Ktz.）、小环藻（Cyclotella operculata Ktz.）、舟形藻（Navicula Bory sp.）、尖头舟形藻（Navicula cuspidate（Ktz.）Pfitzer.）、羽纹藻（Pinnul aria Ehr.sp.）和脆杆藻（Fragilaria Lyngb.s