广东韩江潮州段浮游植物群落结构特征与水质评价.pdf
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1、2023 年 7 月水 生 态 学 杂 志第 44 卷第 4 期DOI:10.15928/j.1674-3075.202109280340收稿日期:2021-09-28修回日期:2023-02-08基金项目:广东省教育厅创新强校项目(2018KTSCX134);潮州市科技计划项目(2019GY12);广东省攀登计划专项资金(pd-jh2020b0375);国家自然科学基金(31902416)。作者简介:林小植,1980年生,男,博士研究生,研究方向为水生生物学。E-mail:广东韩江潮州段浮游植物群落结构特征与水质评价林小植1,胡苑玲1,王瑞旋1,李冬梅1,林鸿生1,查广才1,温茹淑2,吴晓琼
2、1(1.韩山师范学院,广东 潮州 521041;2.嘉应学院,广东 梅州 514015)摘要:为探究广东韩江潮州市饮用水源保护江段浮游植物群落结构特征及水质富营养化状况,于2019年2月至2020年1月在潮州段设立4个采样点,进行浮游植物调查和水质监测。结果表明,韩江潮州共鉴定出浮游植物8门103属290种,其中绿藻门42属99种,硅藻门21属87种,蓝藻门24属70种。全年有9个月的种类组成以硅藻门为绝对优势种,绿藻门仅在6、9、10月种类数多于硅藻门,表明该江段浮游植物组成为硅藻-绿藻型。浮游植物丰度月变化在 0.831061.99106个/L,月均丰度为 0.90106个/L,全年以硅藻
3、门丰度最高,占 47.01%。优势种11种,其中硅藻门5种,隐藻门4种,蓝藻门和裸藻门各1种,颗粒沟链藻(Melosira granulata)是绝对优势种。Shan-non-Wiener多样性指数(H)为3.145.08,平均值4.40;Pielou均匀度指数(J)为0.690.99,平均值0.87;Margalef丰富度指数(D)为2.606.85,平均值5.08,表明水质为轻度污染。Cluster聚类和NMDS排序分析显示,物种构成可分为2个类群,类群I包括2019年2-7月,类群II包括2019年8-12月和2020年1月。Pearson相关性和冗余分析表明,影响浮游植物优势种的水环境
4、因子主要是透明度和亚硝态氮,影响颗粒沟链藻分布的是盐度和水温,影响隐藻门分布的主要是透明度、pH和水温。参照地表水环境质量标准,韩江潮州段为类水,多样性指数显示为轻度污染,浮游植物群落结构和优势物种显示水体为偏中营养型。关键词:浮游生物;群落结构;水环境;季节动态;韩江潮州段中图分类号:Q145,X824文献标志码:A文章编号:1674-3075(2023)04-0052-09水 生 态 学 杂 志Journal of HydroecologyVol.44,No.4第 44 卷第 4 期2023年7月Jul.2023由于人类经济社会活动的影响,水环境生态系统和水资源污染日益严重,许多河流和湖泊
5、的水质富营养化正在快速恶化中(Douterelo et al,2004;况琪军等,2005)。20世纪初,韩博平等(2003)对广东省各流域19座水库进行研究,发现大部分水库水质状况为中度污染,3座污染严重,水质已超富营养化。浮游植物是水生生态系统中最重要的初级生产者,其生长速度快,对水生态系统敏感,能够对环境干扰作出反应,被认为是水体营养状态的良好指标,也是反映水体污染状况最好的指示生物(Paerl et al,2010;Jiang et al,2014);其群落特征及动态变化是多个环境因子的时空综合作用结果,与水环境中各种理化因子密切相关,是评价水质状况及其变化趋势的重要指标,可用于评价河
6、流、湖泊富营养化(Kamenir et al,2004;况琪军等,2005;Suikkanen et al,2007)。已有研究表明,通过浮游生物群落结构特征结合水环境因子动态情况进行多样性、Pearson 相关性和RDA 分析,多角度对水质进行评价,能够更好地反映水质综合状况(吴慧双等,2020)。韩江(1151311709E,23172605N)是广东省第二大河流,也是粤东1 400万居民的饮用水源地,曾被评为“全国十大最美家乡河”之一,具有重要的饮用水、灌溉、航运等综合功能。上游由梅江和汀江汇合而成,中游为梅州的三河坝至潮州水利枢纽段,下游流经潮州分为东溪、西溪、北溪,最终注入南海。近年
7、来,由于经济快速发展,排入江河的污染物增多,水质污染事件时有发生(张李源清和王玲,2010),有时水质为级(广东省水利厅,2021)。有关韩江富营养状况和浮游植物的研究甚少,仅见零星调查报告(陈霓彤,2014)。2019年2月至2020年1月,对韩江潮州段进行浮游植物组成和周年变化调查,并检测水质指标,分析其种群结构、优势物种、污染指示物种、多样性指数等变化,旨在为水生态学评价和水环境监测提供依据,为建立韩江饮用水源健康安全环境管理机制提供参考。1 材料与方法1.1 采样地点本次调查共设置4个采样点,分别是韩江西岸的竹竿山水厂(S1)和青龙庙(S4);东岸的桥东水厂(S2)2023 年第 4
8、期林小植等,广东韩江潮州段浮游植物群落结构特征与水质评价和韩江大桥(S3),该江段为潮州市一级饮用水源保护江段(图1)。每月采样1次,共12次。图1 韩江潮州段浮游植物采样点分布Fig.1 Location of the phytoplankton sampling sitesat Chaozhou section of Hanjiang River1.2 采样方法浮游生物定性、定量采样方法参照 湖泊富营养化调查规范 进行(金相灿和屠清瑛,1990)。因采样点的分布和距离相对较小(4.50.86.0轻污染4.53.00.80.56.04.0-中污染3.02.00.50.34.02.0-中污染2
9、.01.00.30.12.01.0重污染1.00.11.00.01.5 季节变化聚类以12个月浮游植物的种类和数量组成原始数据矩阵,用Bray-Curtis相似性系数为基础构建月份之间的相似性矩阵。采用等级聚类(UPGMA)的分类方法和非度量多维标度排序法(NMDS)分析潮州段浮游植物群落的季节变化特征。本文四季划分为春季(2-4月)、夏季(5-7月)、秋季(8-10月)、冬季(11-1月),建立聚类分析图和NMDS平面图。任意两样本间的距离代表其相似程度;聚类越近,相似程度越高。以协强系数(Stress)检验 NMDS 分析结果的优劣(Clarke&Warwick,2001;林小植等,201
10、6)。通过相似性分析(ANOSIM)检验不同矩阵间的差异显著性,组内所有位点的平均秩相似性与组间所有位点间的平均秩相似性差异用R表示,域值为-1,1(林小植等,2016)。应用SIMPER(Similarity Percentages)方法分析每种浮游植物群落组内相似性和组间相异性的平均贡献率,将贡献率5%的浮游植物定义为主要特征种;对全年优势物种浮游植物进行聚类和排序分析。所有群落结构分析用PRIMER 5.0软件包(Plymouth Marine Laboratory,UK)完成。532023 年 7 月水 生 态 学 杂 志第 44 卷第 4 期2 结果2.1 浮游植物种类组成2019年
11、2月至2020年1月的采样调查,韩江潮州段共鉴定出浮游植物8门103属290种。其中绿藻门最多,达42属99种,硅藻门21属87种,蓝藻门24属70种,裸藻门16种,甲藻门7种,黄藻门6种,隐藻门4种,金藻门1种,种类组成及其占比见图2。浮游植物Phytoplankton0占比/%Proportion20406080100120物种数/种Species0510152025303540硅藻门 蓝藻门 绿藻门 黄藻门 甲藻门 金藻门 裸藻门 隐藻门种类占比图2 浮游植物种类组成及占比Fig.2 Species number and percentageof each phytoplankton t
12、axa从时间分布上看(图3),浮游植物物种数出现最多在2019年5月,有127种,最少的在2019年6月,仅44种。各月的物种构成中,硅藻门、绿藻门、蓝藻门的物种在所有物种中占比较大。硅藻门的物种数在2019年2、3、4、5、7、8、11、12月和2020年1月中占比均最大,绿藻门在6、9、10月物种数大于硅藻门(图4)。因此认为韩江潮州段浮游植物的种类组成特征为硅藻-绿藻型。2019年6月韩江潮州段仅由硅藻门、蓝藻门、绿藻门构成,其余各月均由37门浮游植物构成;金藻门只有分歧锥囊藻(Dinobryon drivergens)1 种,仅在2020年1月采到(图3)。时间Time物种数/种Spe
13、cies02019-0220406080100120140金藻门隐藻门裸藻门甲藻门黄藻门绿藻门蓝藻门硅藻门2019-032019-042019-052019-062019-072019-082019-092019-102019-112019-122020-01图3 浮游植物种类组成的月变化Fig.3 Monthly variation of phytoplanktonspecies composition时间Time占比/%Proportion02019-0210硅藻门2019-032019-042019-052019-062019-072019-082019-092019-102019-11
14、2019-122020-01蓝藻门绿藻门203040506070图4 硅藻门、蓝藻门、绿藻门物种的月变化Fig.4 Monthly variation of the proportion ofphytoplankton species number for Bacillariophyta,Cyanophyta and Chlorophyta2.2 优势种组成和丰度全年 Y0.02 的优势种共有 11 种,其中硅藻门5 种,颗粒沟链藻为绝对优势种;隐藻门4种,绿藻门、蓝藻门各1种(表2)。表2 浮游植物优势种及污染指示等级Tab.2 Phytoplankton dominant species
15、and theirindication of pollution level优势种颗粒沟链藻Melosira granulata吻状隐藻Cryptomonas rostrata窄异极藻延长变种Gomphonema angustatumvar.钝脆杆藻Fragilaria capucina尖尾蓝隐藻Chroomonas acuta卵形隐藻Cryptomonas ovata变异直链藻Melosira varians啮蚀隐藻Cryptomonas erosa小球藻Chlorella vulgaris细微颤藻Oscillatoria subtillssima颗粒沟链藻最窄变种Melosira gran
16、ulatavar.相对丰富度/%8.277.126.183.773.773.663.353.353.253.143.04出现频度/%100.0041.6791.67100.0033.3350.00100.0050.0091.6741.67100.00优势度0.54460.40350.30380.11310.11310.10690.08940.08940.08390.07850.0633污染等级a-ms-ms-ms-ms-ms-ms-ms-ms-ms-ms-ms注:-ms为中营养型,-ms为中富营养型,-ms为富营养型。Note:-ms is mesotrophic type,-ms is me
17、dium eutrophic type,-ms is eutrophic type.542023 年第 4 期2.3 浮游植物丰度构成和季节变化韩 江 潮 州 段 浮 游 植 物 月 丰 度 在 0.831061.99106个/L,月均丰度0.90106个/L。全年硅藻门丰度为5.06106个/L,占全部类群的47.01%,全年的绿藻门、隐藻门、蓝藻门占比也较大,分别占20.97%、16.87%、11.38%(图5)。浮游植物Phytoplankton0占比/%Proportion123456丰度/106个L-1Abundance010203040硅藻门蓝藻门甲藻门裸藻门隐藻门绿藻门丰度值占比
18、50图5 浮游植物丰度的门组成Fig.5 Phytoplankton abundance at the phylum level浮游植物全年丰度最高值出现在2019年10月,为1.99106个/L,月均丰度0.83106个/L;丰度最低值在 2019 年 2 月,为 0.20106个/L(图 6)。硅藻门全年都有出现,且数量占比大,隐藻门则在秋末冬初出现,金藻门和黄藻门在定量采样中未采集到。根据湖泊富营养类型评价的细胞密度标准(况琪军等,2005),潮州市江段水质处于贫营养与贫中营养型。时间Time丰度/106个L-1Abundance02019-02隐藻门裸藻门甲藻门绿藻门蓝藻门硅藻门201
19、9-032019-042019-052019-062019-072019-082019-092019-102019-112019-122020-010.51.01.52.02.5图6 浮游植物丰度的月组成Fig.6 Monthly variation of phytoplanktonabundance2.4 浮游植物多样性指数韩江潮州段浮游植物 Shannon-Wiener 多样性指数(H)均值为4.40(3.145.08),2019年3月最低,为 3.14;Pielou 均匀度指数(J)均值为 0.87(0.690.99);Margalef 丰富度指数(D)均值为 5.08(2.606.85
20、)(图7)。时间Time多样性指数(H、D)Diversity index02019-02H2019-032019-042019-052019-062019-072019-082019-092019-102019-112019-122020-01DJ123456780.00.20.40.60.81.01.2多样性指数(J)Diversity index图7 浮游植物多样性指数的月变化Fig.7 Monthly variation of the phytoplanktondiversity index2.5 理化指标根据地表水环境质量标准(GB3838-2002),韩江潮州段的高锰酸盐指数、溶解
21、氧、氨氮、粪大肠杆菌各月平均值均在类水范围内。水体环境理化指标见表3。2.6 浮游植物与水环境因子的相关性及冗余分析浮游植物丰度与水环境因子的Pearson相关性分析显示,隐藻门丰度与流速(FR)呈显著正相关(r=0.768,P=0.011),与透明度(SD)呈极显著正相关(r=0.872,P=0.002)。以浮游植物优势种(Y0.02)的生物量与各月份的相关水环境因子数据进行冗余(RDA)分析(图8)。结果表明,RDA 第 1、2 轴的特征值分别为 0.4632、0.2777,共解释了韩江潮州段浮游植物总变异数的98.4%,第1轴和第2轴浮游植物优势种与水环境因子的典型相关都达到了0.999
22、,表明具有很强的相关性,透明度(SD)和亚硝态氮(NO2-N)对浮游植物优势种影响最大,且呈显著相关(P0.05),大部分优势种与透明度呈正相关关系,与亚硝态氮呈现负相关关系。以隐藻门为主(S8、S9、S10、S11)的优势种与FR、pH、SD呈正相关关系,与水温(WT)呈负相关关系。硅藻门中颗粒沟链藻(S2)与盐度(SAL)呈正相关关系,与WT呈负相关关系。2.7 聚类分析及群落特征等级聚类分析表明,可将12个调查月分成2个类群,类群I包括2019年2-7月;类群II包括2019年8-12月和2020年1月(图9-a)。类群I中对群落内贡献率5%的种类有克洛脆杆藻(Fragilaria cr
23、otonensis)、钝脆杆藻、尖针杆藻(Synedra acus)、游丝藻(Planctonema lauterbornii)、颗粒沟链藻、变异直链藻;类群II中对群落内贡献率5%的种类有颗粒沟链藻、颗粒沟链藻最窄变种、变异直链藻、啮蚀隐藻、吻林小植等,广东韩江潮州段浮游植物群落结构特征与水质评价552023 年 7 月水 生 态 学 杂 志第 44 卷第 4 期状隐藻、尖尾蓝隐藻。类群 I 与 II 的差异系数为86.95%,对类群间差异贡献率5%的种类有颗粒沟链藻、窄异极藻延长变种、吻状隐藻。CODMnNO2-NWTNH3-NCODMn:高锰酸盐指数,NH3-N:氨氮,SD:透明度,DO
24、:溶氧量,WT:水温,pH:酸碱度,SAL:盐度,FR:流速,CO:电导率,NO2-N:亚硝态氮。S1:钝脆杆藻,S2:颗粒沟链藻,S3:颗粒沟链藻最窄变种,S4:变异直链藻,S5:窄异极藻延长变种,S6:细微颤藻,S7:小球藻,S8:啮蚀隐藻,S9:吻状隐藻,S10:卵形隐藻,S11:尖尾蓝隐藻图8 浮游植物优势种与水环境因子变量的RDA排序CODMn:permanganate index,NH3-N:ammonia-nitrogen,SD:wa-ter transparency,DO:dissolved oxygen,WT:water temperature,pH:pH value,SAL
25、:salinity,FR:flow velocity,CO:electrical conductivity,NO2-N:nitrite nitrogen,S1:Fragilaria capucina.S2:Melosira granu-lata,S3:Melosira granulata var.,S4:Melosira varians,S5:Gompho-nema angustatum var.,S6:Oscillatoria subtillssima,S7:Chlorella vul-garis,S8:Cryptomonas erosa,S9:Cryptomonas rostrata,S1
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