赤水河云南境内主要支流浮游植物群落结构研究_张友钊.pdf
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1、电力科技与环保2022,39(3):183 193Electric Power Technology and Environmental Protection183赤水河云南境内主要支流浮游植物群落结构研赤水河云南境内主要支流浮游植物群落结构研究究张友钊1,唐永忠1,李学华1,罗云莲2,陈梦瑶2,李正阳2,秦 强2,刘 飞3,张富斌2*(1.长江上游珍稀特有鱼类国家级自然保护区云南管护局,云南 昭通657000;2.西华师范大学 环境科学与工程学院,四川南充637009;3.中国科学院水生生物研究所,湖北 武汉430072)摘要:为了解赤水河云南境内主要支流浮游植物群落结构及其时空动态格局,于
2、 2022 年丰水期(6 月)、平水期(10 月)和枯水期(12 月)在石坎河、妥尼河以及铜车河共设置 5 个采样点分析水质现状并采集浮游植物。结果显示,除石坎河外,水质总体较好(不计总氮),妥尼河和铜车河水质基本维持在类,部分季节甚至可达类水质。调查期间共采集浮游植物 206种(变种),隶属于 7 门 20 目 35 科 75 属,以硅藻门种类最多,占全部浮游植物种类的 63.11%。浮游植物总平均密度(31.2718.00)104cells/L,总平均生物为 0.31330.2063 mg/L。基于相似性分析(ANOSIM)结果表明,浮游植物群落结构呈现显著的季节性差异(R=0.065 4
3、,P0.05),但无明显的空间差异(R=-0.086,P0.05)。依优势度指数(Y),调查区域浮游植物共有 18 种优势种类,包括硅藻门 11 种、绿藻门 4 种、蓝藻门 2 种和隐藻门 1 种。各样点浮游植物群落 Shannon-Wiener多样性指数(H)介于 2.463.61,Pielou 均匀度指数(J)介于 0.671.00,Margalef 丰富度指数(D)介于 2.273.88,单因素方差分析(One-way ANOVA)结果显示 3 种多样性指数无明显的季节(P0.05)和空间(P0.05)差异;基于多样性指数的水质评价结果表明,赤水河云南境内主要支流整体呈现中污染至寡污染。
4、本研究结果可以为赤水河流域水生态环境保护提供更多基础资料,同时,为其它流域开展水生态修复提供科学依据。关键词:相似性分析;多样性指数;时空格局;浮游植物;赤水河中图分类号:Q9文章编号:1674-8069(2023)03-183-11文献标识码:ADOI 编号:10.19944/j.eptep.1674-8069.2023.03.001引用本文格式张友钊,唐永忠,李学华,等.赤水河云南境内主要支流浮游植物群落结构研究J.电力科技与环保,2023,39(3):183-193.ZHANG Youzhao,TANG Yongzhong,LI Xuehua,et al.Research on phyt
5、oplankton community structure of main tributaries of the ChishuiRiver in Yunnan ProvinceJ.Electric Power Technology and Environmental Protection,2023,39(3):183-193.Research on phytoplankton community structure of main tributaries of theChishui River in Yunnan ProvinceZHANG Youzhao1,TANG Yongzhong1,L
6、I Xuehua1,LUO Yunlian2,CHEN Mengyao2,LI Zhengyang2,QINQiang2,LIU Fei3,ZHANG Fubin2*(1.Yunnan Management and Conservation Bureau of National Nature Reserve of Rare and Endemic Fishes in the UpperYangtze River,Zhaotong 657000,China;2.College of Environmental Science and Engineering,China West NormalUn
7、iversity,Nanchong 637009,China;3.Institute of Hydrobiology,Chinese Academy of Sciences,Wuhan 430072,China)Abstract:To understand the phytoplankton community structure and its spatio-temporal dynamic pattern in the maintributaries of the Chishui River in Yunnan Province,a total of 5 sampling sites we
8、re set up in the Shikan River,Tuoni Riverand Tongche River,respectively.The water quality was analyzed and the phytoplankton sampling was completed duringwet season(June),normal season(October)and dry season(December)in 2022.The results showed that the waterquality was generally good in the Tuoni Ri
9、ver and the Tongche River(excluding total nitrogen),which were basicallymaintained in class water quality.In some seasons,the water quality can even reach Class in the Tuoni River andthe Tongche River.A total of 206 species(varieties)of phytoplankton were collected during the survey,belonging to 7 p
10、hyla,20 orders,35 families and 75 genera.Diatoms accounted for 63.11%of the total phytoplankton species.The average收稿日期:2023-05-10基金项目:四川省科技计划资助(2022NSFSC1730);西华师范大学博士科研启动金(21E034);长江上游珍稀特有鱼类国家级自然保护区云南管护局2022中央财政林业草原生态保护恢复资金项目;长江上游珍稀特有鱼类国家级自然保护区云南管护局2021年中央财政林业改革发展资金项目2023 年 6 月电力科技与环保第 39 卷第 3 期18
11、4density of phytoplankton was 31.2718.00104cells/L,and the average biomass was 0.313 30.206 3 mg/L.Significantseasonal differences(R=0.065 4,P 0.05)among the Shikan River,the Tuoni River and the Tongche River.According to the dominance index(Y),there were 18dominant phytoplankton species in the surv
12、ey area,including 11 species of diatom,4 species of chlorophyta,2 species ofcyanobacteria and 1 species of cryptophyta.Shannon-Wiener diversity index(H)ranged from 2.46 to 3.61,Pielouevenness index(J)ranged from 0.67 to 1.00,Margalef richness index(D)ranged from 2.27 to 3.88.The results of One-wayAN
13、OVA showed that there were no significant seasonal(P 0.05)and spatial(P 0.05)differences among the threediversity indexes.The results of water quality evaluation based on diversity index showed that the main tributaries of theChishui River in Yunnan Province showed-medium to oligo-pollution.The resu
14、lts of this study can provide more basicdata for aquatic ecological environment protection in the Chishui River basin,and provide scientific basis for aquaticecological restoration in other rivers.Key words:similarity analysis;diversity index;spatial and temporal pattern;phytoplankton;the Chishui Ri
15、ver1引言浮游植物(Phytoplankton)是一类营浮游生活的藻类,富含光合色素1。作为水生态系统中重要的初级生产者,在生态系统的物质循环和能量流动中扮演着重要角色2。浮游植物个体极小,生活史短,对水环境及栖息生境的变化十分敏感且具有较高的特异适应性3。随水文节律或季节更替,非生物因子(光照、水温、透明度、营养盐等)及生物因子(以浮游植物为食的消费者等)会出现规律性的变化,这些因素会直接影响浮游植物生长,因而,通常会出现浮游植物群落结构随季节规律性的动态变化4-5。另外,由于栖息生境的差异,浮游植物群落结构通常还表现出空间差异6-7。静水或缓流水体中的藻类群落结构与流水环境存在较大差异8
16、。一方面,河流筑坝改变了天然河流的水文形势,使得原有的流水环境变为静水或缓流水状态。另一方面,筑坝影响元素的生物地化循环,进而导致水体营养元素比例发生改变9-10,最终使得浮游植物群落结构发生较大的变化11。一般而言,在水质较好,且保持流水生境的水体主要以硅藻门(Bacillariophyta)为优势种类,种类数占比可超过 60%12-13,而静水或缓流水体则通常以蓝藻门(Cyanophyta)、绿藻门(Chlorophyta)和甲藻门(Dinophyta)等为优势种类14-15,8。综上,浮游植物的群落结构及其动态变化格局可直接反应水环境状况16,且具有较强的敏感性17-19,因而,长期以来
17、备受研究者关注20-23,是水生态环境调查与评价不可或缺的关键内容。赤水河,是长江一级支流,发源于乌蒙山北麓,流域面积 20 440 km2,支流众多,其一级支流主要包括石坎河、妥尼河、铜车河、桐梓河、习水河等十余条24。赤水河是唯一一条干流未修建大坝,仍保持自然流态的大型一级支流,其整个干流及源头部分支流均被划入“长江上游珍稀、特有鱼类国家级自然保护区”,受保护的河段长约 630 km,占整个保护区的 54%25,在长江上游珍稀、特有鱼类保护方面发挥着举足轻重的作用26-27。2018 年 12 月国家启动长江经济带小水电清理整改以来,赤水河流域云南境内在 2020 年年底率先完成分布在支流
18、的17 座小水电拆除工作,其中 13 座位于支流保护区缓冲区。电站拆除后,保护区内河流连通性增加,水质得到有效改善,其生境发生了较大变化,势必引起浮游植物群落发生相应变化。基于此,本研究选择赤水河流域云南境内位于“长江上游珍稀、特有鱼类国家级自然保护区”的主要支流为研究对象,分析其水电站拆除后浮游植物群落结构及其时空动态格局,旨在为赤水河流域水生态环境保护提供更多基础资料,同时,为其它流域今后小水电整治与水生态修复提供科学依据。2材料与方法2.1研究区域概况与样点设置赤水河流域在云南主要涉及昭通市镇雄县和威信县。“长江上游珍稀、特有鱼类国家级自然保护区”在赤水河云南境内的功能区划为核心区和缓冲
19、区,其中,核心区位于赤水河干流,而缓冲区包括2023 年张友钊 等:赤水河云南境内主要支流浮游植物群落结构研究第 3 期185干流和支流。其中,支流缓冲区包括石坎河、妥尼河、铜车河和倒流河,石坎河共约 48 km、妥尼河共约 49 km、铜车河共约 84 km 河段属缓冲区,而倒流河仅云南境内约 30 km 的河段为缓冲区,四川境内的则不属于保护区范围28。根据电站拆除和保护区支流生境特征,选取云南境赤水河主要支流为研究区域,共设置 5 个采样点,分别位于石坎河(2 个样点,SK-1 和 SK-2)、妥尼河(2 个样点,TN-1 和 TN-2)以及铜车河(1个样点,TC-1)(图 1)。图 1
20、浮游植物采集样点分布图Fig.1Phytoplankton sampling site distribution2.2水质分析利用便携式水质分析仪对采样河流进行水质现场测定,测定指标包括 pH、电导率(s/cm)、溶解氧(mg/L)和水温()。此外,现场采集 400 mL水样,加入浓硫酸至 pH2,密封避光带回实验室测定。其中,高锰酸盐指数参照 GB/T 11892-89 进行测定、采用纳氏试剂分光光度法(HJ 535-2009)测定氨氮(NH4+-N)、采用碱性过硫酸钾紫外分光光度法(HJ 636-2012)测定总氮(TN)、通钼酸铵分光光度法(GB 11893-89)测定总磷(TP)。2.
21、3样品采集与处理2.3.1样品采集参照赤水河流域多年平均流量28,于 2022 年 6月(丰水期)、2022 年 10 月(平水期)和 2022 年12 月(枯水期)进行样品采集。由于支流水深较浅(3 m),在采集浮游植物样品时未进行分层采集。其中,浮游植物定量样品采用有机玻璃采水器在水下 0.2 m 处采集 1 L 水样,立即装入样品瓶,并加入 15 mL 鲁哥试液,固定保存。浮游植物定性样品采用 25#浮游生物网放置水下 0.2 m处,让水体在生物网中自由过滤约 5 min(均为流水生境),最后浓缩收集至 50 mL 样品管,加入 1 mL 鲁哥试液保存。各样点样品采集好后,做好相应记录,
22、并及时贴上标签。2.3.2样品处理浮游植物定量样品采集后,尽快带回实验室,经 48 h 静置沉淀,最终浓缩定容至 50 mL。定量样品观察时,先通过振荡器将浓缩定容后的样品充分摇匀,迅速取 0.1 mL 于藻类计数框中,进行鉴定和计数。定性样品则取样品底部 100 L 左右,置于载玻片并盖上盖玻片后进行种类鉴定。浮游植物计数和生物量计算参照淡水浮游生物研究方法29和内陆水域渔业自然资源调查手册30进行;浮游植物种类鉴定主要参考中国淡水藻类:系统、生态及分类31。2.4数据处理与分析2.4.1浮游植物优势度指数(Y)基于浮游植物优势度指数(Y)确定其优势种类6,当 Y0.02 时被定义为优势种(
23、妥尼河 Y0.016),优势度指数(Y)计算公式如下:Y=(niN)fi(1)式中:ni为第 i 种浮游植物的数量,N 为浮游植物的总数量,fi为第 i 种浮游植物的出现率。2.4.2 浮游植物多样性指数浮游植物多样性指数采用最常用的 3 种指数,分别为 Shannon-Wiener 多样性指数(H)32、Pielou 均匀度指数(J)33、Margalef 丰富度指数(D)34。各多样性指数计算公式如下:H=i=1n(ni/N)ln(ni/N)(2)J=H/lnS(3)D=(S 1)/lnN(4)式(2)(4)中:ni、N 优势度指数公式中含义相同,S为样品浮游植物种类数。3 种多样性指数随
24、季节和空间的差异比较采用单因素方差分析(One-way ANOVA)。2023 年 6 月电力科技与环保第 39 卷第 3 期1862.4.3 浮游植物的时空格局浮游植物季节和河流间(空间)差异采用多元分析。首先以 Bray-Curtis 相似性系数为基础构建相似性矩阵,采用等级聚类(非加权的组平均法(unweighted group average method),UPGMA)的分类方法和非度量多维标度排序的方法(non-metricmultidimensional scaling,NMDS)分析浮游植物群落的季节和空间结构特征,在相似性矩阵基础上建立聚类分析图和 NMDS 图(3D)35,
25、25。其次,使用单因素的相似性分析(analysis ofsimilarities,ANOSIM)来检验不同季节和空间差异的显著性,相似性检验统计量用 R 表示,R 介于-11之间,R0 说明组间差异大于组内差异,R0 表示组间差异小于组内差异,R=0 则表示组间与组内具有相同的相似性,检验的显著性用 P 表示,P0.05表示显著性差异35,25。浮游植物基础数据采用 Excel 2013 和 SPSS 20进行统计,多样性指数、时空格局分析采用 PRIMER6.0 软件处理,图表采用 Origin 2018 绘制,采样地图使用 ArcGIS 10.3 制作。本研究中所有统计显著水平设为 0.
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