长江镇江和畅洲水域浮游植物群落结构及时空特征

时间：2024-05-23

潘杰，王召根，李佩杰，王银平，张家路，蔺丹清，刘凯 *

（1.江苏镇江长江豚类省级自然保护区管理处，江苏镇江 212000；2.中国水产科学研究院淡水渔业研究中心，农业农村部淡水渔业和种质资源利用重点实验室，江苏无锡 214081）

长江镇江段位于长江下游江苏省境内，为典型的沙洲生境，生态环境较好，渔业资源丰富，也是长江江豚的重要栖息地，建有江苏镇江长江豚类省级自然保护区等重要生态敏感区。浮游植物作为水生态系统的初级生产者，是水体中鱼类和其他经济动物直接或间接的饵料基础。此外，相较于其他水生生物，浮游植物个体微小，数量较大，新陈代谢快，对水环境因子的变化也非常敏感。因此，浮游植物的群落组成及变动，可以作为河流环境条件、生态系统健康、营养状态和水质评价的生物标志物。目前关于长江镇江段浮游植群落结构特征的研究仅见于2011 年邓祥元等的报道。

为了解长江镇江段浮游植物群落结构及其时空特征，于2016 年选取长江下游镇江和畅洲水域，对其浮游植物群落结构进行调查，拟为分布在该水域的重要生态敏感区提供本底数据，同时也可为后期长江禁捕效果评估提供依据。

1 材料与方法

1.1 样点设置和采样时间

长江镇江和畅洲为近代淤积并洲形成，和畅洲左岔道为感潮水道，每天两涨两落。位于上游的北固山潮位站多年平均潮位4.57 m，左岔道10.5 m以上等深线宽度约900 m，下口最窄处约600 m，主流深槽区域水位常年超过20 m，垂线平均流速在1.2～1.4 m/s，浅水区流速一般不超过1 m/s。在长江镇江和畅洲水域设置6 个断面，分别为断面1—断面6，在每个断面的南岸、中线和北岸各设置1个采样点（图 1）。分别于 2016 年 1 月、4 月、6 月和10 月各采样 1 次。

图1 采样断面

1.2 样品的采集与分析

浮游植物定量样品采集：用1 L 有机玻璃采水器，在各采样点水体表层和底层分别采样，混匀后取1 L 水样，注入丝口试剂瓶，并现场加入15 mL鲁哥氏试剂和4%的甲醛溶液固定，摇匀，带回实验室静置沉淀48 h 后，虹吸浓缩至50 mL，用于镜检。浮游植物定性样品采集：用25 号浮游生物网，在水下0.5 m 左右匀速画“∞”字形3～5 min 收集浮游植物。收集的浮游植物加入鲁哥氏试剂固定。

镜检前将样品充分摇匀，并快速吸取0.1 mL 样液，加入浮游植物计数框中，每片观察100 个视野。每个样品计数2 片，取两者均值作为最终结果。若2片计数结果相差15%以上，则进行第3 片计数，取3者中个数相近的2 片均值为结果，换算为每升水样中藻类的细胞数，单位为ind./L。

浮游植物分类鉴定参照《中国淡水藻类》《中国淡水生物图谱》。采用体积法计算浮游植物的生物量，单位为mg/L。

1.3 数据处理与统计分析

利用 Shannon-Wiener 多样性指数（H'）、Pielou均匀度指数（J）和 Margalef 物种丰富度指数（D）对浮游植物群落多样性进行描述，以优势度指数（Y）＞0.02 定为优势种，计算公式如下：

式中：N 为所有种类的总个体数；N为第i 种的个体数；S 为物种总数；f为第i 种出现的频率。

利用SPSS17.0 软件对浮游植物密度和生物量时空特征进行单因素方差分析（one-way ANOVA），并取P＜0.05 作为差异显著性的判定标准。

2 结果与分析

2.1 群落组成

调查共采集浮游植物 8 门30 科 49 属84 种（表1），其中硅藻门物种数最多，为35 种，占浮游植物物种总数的41.67%，其次为绿藻门和蓝藻门，物种数分别为26 种和12 种，占比分别为30.95%和14.29%。各季节浮游植物物种数差异较大，其中春季物种数最多，为51 种；其次是秋季，为36 种；冬季最少，为28 种。就各门类物种数而言，除秋季以硅藻门和绿藻门物种数最多外（均为11 种），其余季节均以硅藻门占优（表2）。空间上，断面4 浮游植物物种数最多，为 43 种；断面 2 其次，为 41 种；断面 3 物种数最少，为 35 种（表 3）。

表1 浮游植物物种组成

表2 浮游植物物种组成的时间特征种

表3 浮游植物物种组成的空间特征种

2.2 群落优势种

调查水域浮游植物优势种共10 种，其中硅藻门最多，为5 种。梅尼小环藻（Cyclotella meneghiniana）为4 个季节共有优势种，尖针杆藻（Synedra acus）和狭形纤维藻（Ankistrodesmus angustus）为春季和冬季共有优势种。4 个季节优势种差异较大，其中春季优势种最多，为5 种，夏季优势种最少，为2 种（表 4）。

表4 浮游植物优势种及其优势度时间特征①

2.3 密度和生物量

调查水域浮游植物密度为5.11×10～1 184.77×10ind./L，均值为 184.07×10ind./L；生物量为0.003 6～1.074 6 mg/L，均值为 0.104 3 mg/L。在浮游植物密度组成中，蓝藻门密度最大，为90.33×10ind./L，占浮游植物密度的49.07%，其次是硅藻门和绿藻门，二者密度占比分别为25.05%和16.18%，三者为浮游植物密度的主体。在浮游植物生物量组成中，硅藻门生物量最大，为0.055 6 mg/L，占浮游植物生物量的53.27%，是浮游植物生物量的主体，其次为隐藻门和绿藻门，二者生物量占比分别为13.58%和 11.52%（表 5）。

表5 各门类浮游植物密度及生物量

2.3.1 季节特征

调查水域浮游植物密度和生物量季节差异显著，其中秋季浮游植物密度和生物量显著高于其他3 个季节，分别为 423.29×10ind./L 和 0.162 9 mg/L，冬季浮游植物密度和生物量最低，显著低于（P＜0.05）春季和秋季，分别为65.52×10ind./L 和0.064 2 mg/L（图 2）。

图2 浮游植物密度和生物量的时间特征

各季节浮游植物密度和生物量的主体有所不同，就浮游植物密度而言，春季和秋季浮游植物密度主体为蓝藻门，其占比分别为51.52%和60.49%，夏季和秋季为硅藻门，其占比分别为50.00%和75.77%。就浮游植物生物量而言，夏季、秋季和冬季浮游植物生物量主体均为硅藻门，其占比分别为84.51%、35.50%和83.56%，春季则为甲藻门和隐藻门，二者生物量占比分别为34.13%和31.96%。

2.3.2 空间特征

各断面浮游植物密度和生物量也有所差异，其中断面2 浮游植物密度最高，为228.75×10ind./L，显著高于断面1、断面5 和断面6（P＜0.05）。断面5浮游植物密度最低，为134.51×10ind./L，显著低于断面 2、断面 3 和断面 4（P＜0.05），见图 3。由图 3可见，各断面浮游植物密度主体为蓝藻门、硅藻门和绿藻门，其中断面1 至断面4 蓝藻门密度占比最高，分别为48.86%，69.81%，58.27%和46.88%，断面5 绿藻门密度占比最高，为31.72%，断面6 硅藻门密度占比最高，为39.72%。生物量的空间特征和密度有所差异，其中断面6 浮游植物生物量最高，为0.167 8 mg/L，显著高于断面1 至断面3 及断面 5（P＜0.05），断面 5 浮游植物生物量最低，为0.067 8 mg/L，显著低于断面 4 和断面 6（P＜0.05）。各断面浮游植物生物量主体主要为硅藻门，其中断面1 至断面3、断面5 和断面6 硅藻门生物量占比最高，分别为53.86%，44.72%，52.98%，52.14%和79.81%，断面4 浮游植物生物量占比最高则为甲藻门，为31.46%。

图3 浮游植物密度和生物量的空间特征

2.4 多样性特征值

调查水域浮游植物H’为0～2.282 0，均值为1.570 2；J 为 0.130 7～1.000 0，均值为 0.713 8；D 为0～1.137 0，均值为 0.595 5。其中 H’和 D 季节特征表现为秋季最高，分别为1.851 8 和0.833 1；夏季最低，分别为1.058 3 和0.296 0。J为冬季最高，为0.828 6；秋季最低，为0.568 3，见图4。空间上3 个指数值差异不显著，其中H’在断面5 最高，为1.730 1；断面2最低，为 1.397 8。D 在断面4 最高，为 0.642 3；在断面 3 最低，为 0.531 2。J 在断面 5 最高，为 0.822 2；在断面3 最低，为0.614 8，见图5。

图4 浮游植物群落多样性的时间特征

图5 浮游植物群落多样性的空间特征

3 讨论

长江为河流生境，流速、泥沙含量等都影响着浮游植物的群落结构。该研究中，长江镇江和畅洲水域共采集浮游植物84 种，硅藻门物种数最多，其次为绿藻门和蓝藻门，同邓祥元等研究结果相似。但该研究中硅藻门物种数最多，而邓祥元等研究则是绿藻门最多，这可能是因为调查时间不同，邓祥元等调查时间在4—5 月，而该研究于4 个季节均有采样，结果更能反映该水域浮游植物的群落结构特征，此外以硅藻门物种为主的群落结构也更符合河流中浮游植物群落结构特征。

现存量上，长江镇江和畅洲水域浮游植物密度和生物量分别为184.07×10ind./L 和0.104 3 mg/L，高于沈蓉蓉2019 年对长江下游干流浮游植物（60.3×10ind./L 和 0.023 mg/L）及邓祥元等2010 年对长江镇江段浮游植物的调查结果（56.9×10ind./L），这可能与调查水域有沙洲分布有关。和畅洲作为江心洲，减缓了附近水域的流速，特别是洲头水域，江面宽阔，流速较缓，且自然岸线多，这些都为浮游植物的生长和繁殖提供了良好的水域环境。此外，该研究中浮游植物密度主体为蓝藻门，生物量主体为硅藻门，这与长江已有的调查结果相似，也符合河流生境中浮游植物现存量结构特征。

温度及水文条件均影响浮游植物的生长与繁殖，因此不同季节和不同水域浮游植物的群落结构特征会有所差异。在该研究中，浮游植物物种数、现存量和多样性指数均呈现了季节和空间差异。

时间上，秋季浮游植物密度和生物量最高，显著高于其他3 个季节（P＜0.05），冬季浮游植物密度和生物量最低，显著低于春季和秋季（P＜0.05）。夏季长江受上游降雨及泄洪的影响，水体流速及泥沙含量增加均不利于浮游植物的生长，加上水量短时间的增大，导致浮游植物在一定程度上减少了。因此，与湖泊浮游植物现存量一般在夏季最高不同，长江表现为秋季最高，这可能与秋季有适宜的水温及较缓的水流有关。

空间上，调查水域浮游植物密度和生物量的最大值分别出现在断面2 和断面6，最小值均出现在断面5。蓝藻门作为浮游植物密度主体，其最大值也出现在断面2，因此决定了断面2 浮游植物密度最高，这可能是由于断面2 为被和畅洲分流后的北汊，其水流缓，水体小，较其他断面更适合蓝藻的生长与繁殖；而作为生物量主体的硅藻门，其密度则在断面6 最高，断面6 为长江干流，水体营养程度低，水体大，水温相对较低，更适合硅藻的生长与繁育，加上硅藻门单个藻的平均质量远高于蓝藻门，因此浮游植物生物量的最大值出现在断面6。而断面5 位于洲尾，由于水流对和畅洲的冲刷，其泥沙含量可能会高于其他断面，泥沙含量增加，水体透明度下降，不利于浮游植物的生长和生存，这可能是此处浮游植物密度和生物量低的原因。