嘉陵江出口段三类水体蓝绿硅藻优势种变化机理 - 生态环境学报

生 态 环 境 学 报 2009, 18(1): 51-56Ecology and Environmental Scienceshttp://www.jeesci.comE-mail: editor@jeesci.com嘉 陵 江 出 口 段 三 类 水 体 蓝 绿 硅 藻 优 势 种 变 化 机 理郭 蔚 华 , 李 楠 , 张 智 , 曾 晓 岚重 庆 大 学 三 峡 库 区 生 态 环 境 教 育 部 重 点 实 验 室 , 重 庆 400045摘 要 : 三 峡 水 库 的 河 流 型 、 过 渡 型 、 湖 泊 型 水 体 中 后 两 者 为 富 营 养 化 敏 感 水 体 , 为 认 识 富 营 养 化 敏 感 时 期 嘉 陵 江 出 口 段 三 类水 体 蓝 藻 (Cyanophyta)、 绿 藻 (Chlorophyta)、 硅 藻 (Bacillariophyta) 优 势 种 变 化 及 机 理 ,2007 年 9 月 至 2008 年 8 月 进 行 了 三 种藻 类 的 现 场 调 查 分 析 。 结 果 表 明 , 在 3-7 月 份 , 总 藻 种 数 为 52 种 , 占 全 年 种 数 的 66.5%, 平 均 密 度 43.76×10 4 个 ·L -1 , 为 全年 中 最 高 , 因 此 3-7 月 为 富 营 养 化 敏 感 期 ; 优 势 藻 种 类 变 化 为 河 流 型 蓝 、 绿 、 硅 藻 分 别 为 6、4、9 种 , 过 渡 型 的 蓝 、 绿 、硅 藻 分 别 为 4、5、4 种 , 湖 泊 型 的 蓝 、 绿 、 硅 藻 分 别 为 6、5、3 种 ; 蓝 、 绿 、 硅 各 优 势 藻 的 平 均 优 势 度 在 2.5 m·s -1 为 0.11,2.0 m·s -1 为 0.11,1.5 m·s -1 为 0.10,0.05~0.2 m·s -1 为 0.07,0.2 m·s -1 )、 过 渡 型(0.05~0.2 m·s -1 )、 湖 泊 型 (0.05~0.2 m·s -1 ) 三 类 水[1-2]体 中 , 后 两 类 是 富 营 养 化 敏 感 水 体 [3] 。 嘉 陵 江 出口 段 工 业 集 中 、 人 口 密 集 、 商 业 发 达 , 水 环 境 污 染负 荷 大 , 近 几 年 春 季 小 环 藻 暴 发 连 连 发 生 [4-5] 。 嘉 陵江 污 染 状 况 对 三 峡 水 库 水 环 境 有 着 重 要 影 响 [6-7] , 浮游 藻 类 活 动 日 益 受 到 关 注 [5] 。 由 于 有 关 研 究 报 道 少 ,其 河 道 型 、 过 渡 型 、 湖 泊 型 水 体 优 势 藻 组 成 变 化 的研 究 尚 未 涉 及 , 弄 清 三 类 水 体 优 势 藻 的 变 化 规 律 ,对 了 解 三 峡 成 库 后 嘉 陵 江 出 口 段 富 营 养 化 敏 感 水体 中 优 势 藻 变 化 具 有 特 殊 意 义 [6-8] 。 为 此 , 进 行 了 嘉陵 江 出 口 段 三 类 水 体 优 势 藻 的 现 场 测 试 , 分 析 水 动力 下 优 势 藻 组 成 的 变 化 机 理 [9-11] 。本 文 以 嘉 陵 江 出 口 段 为 研 究 对 象 , 通 过 布 点 采[12-14]样 、 藻 类 鉴 定 、 水 质 测 试 等 , 分 析 富 营 养 化 敏感 期 河 流 型 、 过 渡 型 、 湖 泊 型 三 类 水 体 蓝 藻(Cyanophyta) 、 绿 藻 (Chlorophyta) 、 硅 藻(Bacillariophyta) 优 势 种 变 化 及 机 理 。1 材 料 与 方 法研 究 时 间 :2007 年 9 月 —2008 年 8 月 。1.1 样 点 设 置样 点 布 置 : 嘉 陵 江 出 口 段 左 、 右 两 岸 不 同 流 速水 体 共 设 5 个 采 样 点 :1. 磁 器 口 右 岸 ( 过 渡 型 水体 );2. 磁 器 口 左 岸 ( 河 流 型 水 体 );3. 化 龙 桥 右岸 ( 河 流 型 水 体 );4. 朝 天 门 右 岸 ( 过 渡 型 水 体 );5. 朝 天 门 左 岸 ( 河 流 型 水 体 )( 图 1)。图 1 嘉 陵 江 出 口 段 采 样 点 布 置Fig. 1 Sampling sites in the Jialing River基 金 项 目 : 国 家 “ 十 一 五 ” 科 技 支 撑 计 划 (2006BAJ 01A06-3)作 者 简 介 : 郭 蔚 华 (1956~), 男 , 副 教 授 , 主 要 从 事 水 体 生 物 修 复 技 术 研 究 。E-mail: gwhchl@yahoo.com.cn收 稿 日 期 :2008-12-081.2 水 样 采 集 、 处 理 、 测 试水 样 采 集 处 理 : 每 采 样 点 设 2 个 取 水 点 , 用 500mL 采 水 器 分 别 采 取 水 面 下 20 cm、40 cm 处 水 样 ,然 后 将 2 个 取 水 点 的 4 种 水 样 混 匀 带 回 , 取 出 混 合水 样 500 mL 用 10% 鲁 格 试 剂 7.5 mL 固 定 , 静 置 24h 后 镜 检 , 镜 检 时 先 将 其 充 分 摇 匀 , 再 于 显 微 镜 下进 行 藻 类 鉴 定 、 计 数 , 鉴 定 依 据 参 照 《 中 国 淡 水 藻类 》 [15] ; 每 一 水 样 重 复 3 次 , 结 果 进 行 平 均 处 理 ,每 次 镜 检 结 果 与 平 均 值 的 误 差 不 得 大 于 10%。实 验 器 材 :SWJ-73 型 深 水 采 样 器 ( 自 带 温 度计 ),LS45A 型 旋 杯 式 流 速 仪 ,DR5000 紫 外 分 光 光度 计 ,MOTIC BA200 数 码 显 微 镜 等 。水 样 总 氮 (TN) 测 定 采 用 过 硫 酸 钾 氧 化 - 紫外 分 光 光 度 法 , 总 磷 (TP) 测 定 采 用 钼 酸 铵 分 光光 度 法 , 具 体 参 照 《 水 和 废 水 监 测 分 析 方 法 》( 第

52 生 态 环 境 学 报 第 18 卷 第 1 期 (2009 年 1 月 )四 版 ) [16] 。1.3 藻 类 优 势 度 计 算 方 法优 势 度 (Y) 根 据 各 优 势 藻 种 出 现 的 频 率 及 个 体数 量 进 行 计 算 , 计 算 公 式 如 下 [17] :Y=(N i /N)f i式 中 :Y— 优 势 度N i — 样 品 中 某 藻 数 量N— 样 品 中 总 藻 数 量f i — 样 品 中 某 藻 出 现 频 率当 物 种 优 势 度 Y > 0.02 时 , 该 种 即 为 优 势 种群 [18-19] 。2 结 果 与 分 析2.1 结 果 处 理将 调 查 得 到 的 藻 类 数 据 通 过 优 势 度 计 算 公 式算 出 的 优 势 藻 、 优 势 度 整 理 成 表 1 和 表 2, 然 后 根据 研 究 目 标 和 表 中 内 容 展 开 分 析 。2.2 结 果 分 析2.2.1 富 营 养 化 敏 感 期 的 确 定在 调 查 的 3—7 月 , 藻 种 类 、 数 量 均 为 全 年 最大 , 藻 种 类 为 34, 占 全 年 66.5%, 平 均 密 度 为43.76×10 4 个 ·L -1 , 其 中 3、4 月 份 间 , 为 55.28×10 4个 ·L -1 。 因 此 ,3—7 月 为 嘉 陵 江 出 口 段 富 营 养 化 敏感 时 期 。2.2.2 硅 、 绿 、 蓝 藻 分 析 的 确 定3—7 月 份 嘉 陵 江 出 口 段 浮 游 藻 类 共 7 门 ,52种 ; 其 中 硅 藻 门 (Bacillariophyta)12 种 , 绿 藻 门(Chlorophyta) 19 种 , 蓝 藻 门 (Cyanophyta)11 种 , 隐藻 门 (Cryptophyta ) 4 种 , 裸 藻 门 (Eugleno-phyta ) 2种 , 甲 藻 门 (Pyrrophyta ) 2 种 , 金 藻 门 (Chrysophyta )2 种 ; 硅 藻 23.1%, 绿 藻 36.5%, 蓝 藻 21.2%, 裸 藻3.9%, 隐 藻 7.7%, 甲 藻 和 金 藻 各 3.8%, 硅 藻 、 绿藻 和 蓝 藻 占 总 藻 的 80.8%。 本 研 究 以 硅 、 绿 、 蓝 藻表 1 嘉 陵 江 出 口 段 富 营 养 化 敏 感 时 期 蓝 、 绿 、 硅 藻 优 势 种Table 1 The dominant algae of Cyanophyta, Chlorophyta and Bacillariophyta in the outlet of Jialing River during the vulnerable period of Eutrophication朝 天 门 化 龙 桥 磁 器 口 双 龙 湖小 颤 藻 Oscillatoria . tenuis Ag空 球 藻 Eudorina elegans Ehr湖 生 绿 星 球 藻 Asterococcus Sch球 形 念 珠 藻 Nostol spehaericumVauch纤 细 月 牙 藻 Selenastrum gracileReinsch小 形 色 球 藻 Chroococcus minorKütz多 变 鱼 腥 藻 Anabaena variabilisKütz微 绿 舟 形 藻 Navicula Kütz变 异 直 链 藻 Melosira varians Ag颗 粒 直 链 藻 Melosira granulate小 球 藻 Chloralla vulgaris Beij 小 颤 藻 Oscillatoria . tenuis Ag(Ehr.) Ralfs短 线 脆 杆 藻 Fragilaria brevistriaGrun多 变 鱼 腥 藻 Anabaena variabilisKütz梅 尼 小 环 藻 Cyclotella meneghinianaKütz纤 细 席 藻 Phormidium tenue (Menegh)Gorn集 球 藻 Palmellococcus miniatus Chod卵 形 衣 藻 Chlamydomonas ovalis Zietz四 角 盘 星 藻 Pediastrum tetras (Her.)Ralfs十 字 柱 形 鼓 藻 Penium cruciferum (DeBary) Wittr小 球 藻 Chloralla vulgaris Beij近 缘 针 杆 藻 Synedra affinis Kütz 小 颤 藻 Oscillatoria . tenuis Ag 集 星 藻 Actinastrum hantzschii Lag球 形 念 珠 藻 Nostol spehaericum 细 小 隐 球 藻 Aphanocapsa elachistaVauchW.et湖 生 卵 囊 藻 Oocystis lacustis双 头 针 杆 藻 Synedra amphicephala EhrChod球 形 念 珠 藻 Nostol spehaericum Vauch梅 尼 小 环 藻 Cyclotella meneghinianaKütz纤 细 席 藻 Phormidium tenue (Menegh)Gorn卵 形 衣 藻 Chlamydomonas ovalisZietz四 尾 栅 藻 Scenedesmus armatus(Chod.) Smith短 线 脆 杆 藻 Fragilaria brevistria Grun近 缘 针 杆 藻 Synedra affinis Kütz 短 线 脆 杆 藻 Fragilaria brevistria Grun 镰 形 纤 维 藻 Ankistrodesmus双 头 针 杆 藻 Synedra ulna颗 粒 直 链 藻 Melosira granulate (Ehr.)固 氮 鱼 腥 藻 Anabaena azotica Ley(Nitzsch) EhrRalfs湖 生 卵 囊 藻 Oocystis lacustis小 型 月 牙 藻 Selenastrum minutum尖 针 杆 藻 Synedra acus Kütz.ChodColl颗 粒 直 链 藻 Melosira granulate不 定 腔 球 藻 Coelosphserium dubium变 异 直 链 藻 Melosira varians Ag(Ehr.) RalfsGrunow梅 尼 小 环 藻 Cyclotella meneghinianaKützKütz铜 绿 微 囊 藻 Microcystis aeruginosa近 缘 桥 弯 藻 Cymbella affinis Kütz近 缘 针 杆 藻 Synedra affinis Kütz湖 生 卵 囊 藻 Oocystis lacustis Chod类 颤 藻 鱼 腥 藻 Anabaena osicellariordesBory中 华 柱 形 鼓 藻 Penium sinense Jao球 衣 藻 Chlamydomonas globsa颗 粒 直 链 藻 最 窄 变 种 Melosira granulate var angrstissima Müll

郭 蔚 华 等 : 嘉 陵 江 出 口 段 三 类 水 体 蓝 绿 硅 藻 优 势 种 变 化 机 理 53Table 2表 2 嘉 陵 江 出 口 段 富 营 养 化 敏 感 时 期 蓝 、 绿 、 硅 藻 优 势 种 的 变 化The changes and dominance of the dominant algae of Cyanobacteria, Chlorophyta and Bacillariophytain the outlet of Jialing River during the vulnerable period of Eutrophication磁 器 口 左 ( 河 流 型 ) 朝 天 门 左 ( 河 流 型 ) 化 龙 桥 ( 河 流 型 ) 朝 右 、 磁 右 远 岸 ( 过 渡 型 ) 磁 器 口 右 近 岸 ( 湖 泊 型 ) 双 龙 湖(2.5 m·s -1 ) (2.0 m·s -1 ) (1.5 m·s -1 ) (0.05~0.2 m·s -1 ) (

54 生 态 环 境 学 报 第 18 卷 第 1 期 (2009 年 1 月 )细 胞 单 生 个 体 多 于 单 细 胞 群 生 链 状 个 体 ( 直 链 藻 ),优 势 蓝 藻 的 单 细 胞 群 生 链 状 、 丝 状 个 体 多 于 单 细 胞单 生 ( 针 杆 藻 ) 和 单 细 胞 群 生 球 状 个 体 , 优 势 绿 藻多 为 单 细 胞 单 生 ( 月 牙 藻 , 小 球 藻 ) 和 群 生 球 状 、团 状 、 栅 状 等 , 而 丝 状 绿 藻 未 见 。 这 是 因 为 硅 藻 、蓝 藻 多 为 漂 生 、 附 生 , 鲜 有 固 着 生 , 而 绿 藻 丝 状 个体 为 固 着 生 , 其 它 个 体 多 为 漂 生 。结 构 变 化 : 硅 、 蓝 、 绿 藻 组 成 结 构 在 嘉 陵 江 与湖 泊 不 一 样 , 硅 藻 占 55%、 蓝 藻 占 13%、 绿 藻 占 32%( 图 2), 从 表 2 可 知 同 期 的 重 庆 双 龙 湖 中 硅 藻 占7.1%, 蓝 藻 35.7%, 绿 藻 占 57.1%( 图 3); 硅 、 蓝 、绿 藻 组 成 结 构 随 流 速 而 变 化 , 河 流 型 、 过 渡 型 、 湖泊 型 水 体 中 三 大 藻 之 间 的 百 分 比 变 化 如 图 4~7, 即随 流 速 减 小 最 大 优 势 的 硅 藻 所 占 百 分 比 逐 渐 减 小 ,而 蓝 藻 、 绿 藻 所 占 百 分 比 逐 渐 提 高 , 绿 藻 成 为 最 大优 势 藻 群 ; 随 着 嘉 陵 江 流 速 减 小 , 其 硅 、 蓝 、 绿 藻组 成 结 构 接 近 双 龙 湖 硅 、 蓝 、 绿 藻 的 结 构 。优 势 度 变 化 : 随 着 流 速 减 小 各 样 点 的 优 势 藻 种数 有 所 增 加 , 平 均 优 势 度 逐 渐 下 降 , 即 优 势 藻 种 数与 流 速 反 相 关 , 平 均 优 势 度 与 流 速 正 相 关 , 而 总 优势 度 与 流 速 不 成 相 关 性 。 原 因 分 析 见 2.2.7 节 。2.2.6 不 同 流 速 的 优 势 藻 变 化 机 理不 同 流 速 的 硅 藻 变 化 机 理 : 硅 藻 对 水 流 的 适 应性 表 现 为 , 硅 藻 具 有 硅 壳 , 沉 降 系 数 大 于 蓝 藻 、 绿藻 , 多 为 假 性 浮 游 藻 类 , 需 借 水 流 动 力 产 生 悬 浮 ,流 速 太 小 不 能 浮 动 , 过 大 悬 浮 受 到 干 扰 影 响 。 没 有气 囊 、 鞭 毛 等 浮 动 结 构 的 硅 藻 在 一 定 流 速 内 如 何 保持 悬 浮 进 行 光 合 作 用 , 这 方 面 未 见 研 究 报 道 。 分 析认 为 悬 浮 与 沉 降 系 数 有 关 , 硅 壳 厚 薄 变 化 可 使 沉 降系 数 变 小 , 硅 壳 厚 薄 对 大 型 硅 藻 尤 为 重 要 , 依 赖 硅盐 的 硅 藻 其 硅 壳 厚 薄 是 对 一 定 流 速 的 适 应 , 这 种 适应 可 能 是 硅 藻 漫 长 进 化 的 结 果 之 一 , 这 一 点 对 大 型硅 藻 尤 为 重 要 。 因 此 , 硅 藻 适 宜 流 速 范 围 较 宽 , 包括 0.05~0.2 m·s -1 过 渡 型 水 体 , 而 在 湖 泊 型 水 体 中出 现 较 少 。不 同 流 速 的 蓝 、 绿 藻 变 化 机 理 : 优 势 蓝 藻 、 绿藻 的 沉 降 系 数 小 于 硅 藻 , 有 的 种 类 有 气 囊 ( 固 氮 鱼腥 藻 )、 鞭 毛 ( 卵 形 衣 藻 、 球 衣 藻 、 空 球 藻 ), 多 属真 性 浮 游 植 物 , 漂 生 于 水 面 , 对 流 速 较 为 敏 感 , 适应 流 速 范 围 较 窄 为 0.2 m·s -1 以 下 水 体 , 即 0.05~0.2m·s -1 过 渡 型 和 小 于 0.05 m·s -1 湖 泊 型 水 体 。对 上 述 2 个 机 理 分 析 , 从 表 2 可 知 过 渡 型 水 体硅 ∶ 蓝 ∶ 绿 藻 为 4∶4∶5, 表 明 0.05~0.2 m·s -1 适 合硅 、 蓝 、 绿 藻 生 活 , 该 水 体 是 优 势 硅 藻 种 数 由 多 变少 , 优 势 蓝 藻 、 绿 藻 由 少 变 多 的 相 交 水 体 。2.2.7 优 势 藻 的 优 势 度 变 化 原 因用 SPSS 10.0 对 表 2 有 关 数 据 分 析 ( 表 3), 优势 藻 种 数 与 流 速 有 一 定 反 相 关 , 各 点 平 均 优 势 度 与流 速 正 相 关 , 总 优 势 度 与 流 速 不 相 关 。 总 优 势 度 反映 着 优 势 硅 、 蓝 、 绿 藻 之 和 占 总 优 势 藻 的 份 额 , 即图 2 嘉 陵 江 三 大 藻 类 组 成 图 3 双 龙 湖 三 大 藻 类 组 成 图 4 河 流 型 水 体 优 势 藻 种 构 成Fig. 2 The composition of the three Fig. 3 The composition of the three Fig. 4 The composition of the dominant algaealgae in Jialing River algae in Shuanglong Lake in the river type water图 5 过 渡 型 水 体 优 势 藻 种 构 成 图 6 湖 泊 型 水 体 优 势 藻 种 构 成 图 7 双 龙 湖 优 势 藻 种 构 成Fig. 5 The composition of the dominant Fig. 6 The composition of the dominant Fig. 7 The composition of the dominantalgae in the river-lake type water algae in the lake type water algae in Shuanglong Lake

郭 蔚 华 等 : 嘉 陵 江 出 口 段 三 类 水 体 蓝 绿 硅 藻 优 势 种 变 化 机 理 55表 3 流 速 与 平 均 优 势 度 的 相 关 性 分 析Table 3 The correlation analysis between the velocity ofwater and the average dominance在 2.5 m·s -1 为 0.88,2.0 m·s -1 为 0.99,1.5 m·s -1 为 0.67,0.05~0.2 m·s -1 为 0.89,

56 生 态 环 境 学 报 第 18 卷 第 1 期 (2009 年 1 月 )[13] KIPLAGAT K, LOT HAR K,FRANCIS M M. Temporal changes inphytoplankton structure and composition at the Turkwel Gorge Reservoir[J].Hydrobiologia, 1998(368): 41-59.[14] 金 相 灿 , 屠 清 瑛 . 湖 泊 富 营 养 化 调 查 规 范 [M]. 北 京 : 中 国 环 境 科学 出 版 社 , 1990: 138-207.Jin Xiangcan, Tu Qingying. Regulation for Investigation on Eutrophicationof Lakes[M]. Beijing: China Environmental Science Press,1990: 138-207.[15] 胡 鸿 钧 , 魏 印 心 . 中 国 淡 水 藻 类 - 系 统 、 分 类 及 生 态 [M]. 北 京 : 科 学出 版 社 , 2006: 5-950.Hu Hongjun, Wei Yinxin. The Freshwater Algae of China-systematics,Taxonomy and Ecology[M]. Beijing: Science Press, 2006: 5-950.[16] 国 家 环 境 保 护 总 局 《 水 和 废 水 监 测 分 析 方 法 》 编 委 会 . 水 和 废 水 监测 分 析 方 法 [M]. 北 京 : 中 国 环 境 科 学 出 版 社 , 2002: 246-256.The Compilation Committee of Analysis Methods of Water and ExhaustedWater Monitoring Belonging to State EnvironmentalProtection Administration. Analysis Methods of Water and ExhaustedWater Monitoring[M]. 4th edition. 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In order to recognizethe changes and mechanisms in the dominant algae composition of Cyanophyta, Chlorophyta and Bacillariophyta in the outletof Three Gorges reservoir during the vulnerable period, this research was carried out in the outlet area of Jialing River from September2007 to August 2008. The results indicated that, from March to July, there were totally 52 algae representing 66.5% of total speciesin one year and at the same time the average density was up to 43.76×10 4 cells·L -1 , which reached the maximum of one year,therefore, the time segment from March to July was the eutrophication vulnerable period. The changes of the dominant algae compositionof Cyanophyta, Chlorophyta and Bacillariophyta were as follows: in the river type water,there were 6 kinds of Cyanophyta, 4kinds of Chlorophyta and 9 kinds of Bacillariophyta, respectively;in the river-lake type water, the composition was 4 Cyanophyta, 5Chlorophyta and 4 Bacillariophyta, respectively;in the lake type water, the composition was 6 Cyanophyta, 5 Chlorophyta and 3Bacillariophyta and the mean dominances of the three algae were:0.11 at a velocity of 2.5 m·s -1 , 0.11 at a velocity of 2.0 m·s -1 , 0.10at a velocity of 1.5 m·s -1 , 0.07 at a velocity of 0.05~0.2 m·s -1 and 0.06 below the velocity of 0.05 m·s -1 . By the analysis, the changesin dominant species of Cyanophyta, Chlorophyta and Bacillariophyta were related to the velocity of water with the positive correlationbetween the dominant species of Bacillariophyta and the velocity the negative correlation between the dominant species ofCyanophyta, Chlorophyta and the velocity. The mechanisms showed the floating with a certain velocity might be beneficial to thephotosynthesis process of the Bacillariophyta with silica shell and the appropriate velocity range was 0.05 to 2.5 m·s -1 ;some kinds ofBacillariophyta could be appropriate to a certain velocity of water by the thinner silica shell in evolution;Cyanophyta and Chlorophytahad small sedimentation coefficients, of which had air sac or flagella so they were easy to float to accept much light to adapt tothe velocity below 0.2 m·s -1 ;the mean dominances of the dominant algae in Cyanophyta, Chlorophyta and Bacillariophyta hadnegative correlation with the diversity of dominant algae. With the velocity of water becoming lower and lower in the sampling sites,the mean dominance of the dominant algae was smaller but the diversity of dominant algae was larger.Key words: changes and mechanisms; dominant algae; Cyanophyta; Chlorophyta; Bacillariophyta; Jialing River