龙江冬季浮游植物落结构及多样性研究

龙江冬季浮游植物落结构及多样性研究【摘要】在生态系统的复杂网络中，浮游植物虽个体微小，却在维持生态平衡方面发挥着关键作用。龙江作为重要的水域生态系统，深入研究其冬季浮游植物群落结构特征与多样性，对于理解生态系统功能和保障水域生态健康具有重要意义。本研究于2025年1月在龙江设置了5个采样断面，对各采样断面的浮游植物进行了调查和分析，并运用浮游生物多样性指数评估水质污染程度。结果显示：1)共鉴定出5门37种浮游植物，其中蓝藻门(Cyanophyta)物种数最多，硅藻门(Bacillariophyta)密度和生物量最大，总共123.60万个·L-1。绿藻门(Chlorophyta)和硅藻门(Bacillariophyta)的物种数也较多；浮游植物多样性指数对应的水质污染程度为从清洁至重度污染，此次研究为龙江水域生态环境评价提供重要的基础资料和科学依据。【关键词】浮游植物；生物多样性；龙江流域；群落结构StudyontheStructureandDiversityofWinterPhytoplanktonCommunitiesintheLongjiangRiverAbstract:Inthecomplexnetworkofecosystems,phytoplankton,despitetheirsmallsize,playakeyroleinmaintainingecologicalbalance.Asanimportantaquaticecosystem,itisofgreatsignificancetostudythestructuralcharacteristicsanddiversityofphytoplanktoncommunitiesinLongjiangRiverinwinter,whichisofgreatsignificanceforunderstandingecosystemfunctionsandensuringtheecologicalhealthofwaters.Inthisstudy,fivesamplingsectionsweresetupinLongjianginJanuary2025,andphytoplanktonineachsamplingsectionwereinvestigatedandanalyzed,andtheplanktonicbiodiversityindexwasusedtoevaluatethedegreeofwaterpollution.Theresultsshowedthat:1)Atotalof37phylaand37phytoplanktonspecieswereidentified,amongwhichCyanophytahadthelargestnumberofspecies,andBacillariophytahadthehighestdensityandbiomass,withatotalof1.236millionphyla·L-1。ThephylumChlorophytaandBacillariophytaalsohadahighernumberofspecies.Thephytoplanktondiversityindexcorrespondstothewaterpollutiondegreefromcleantoseverepollution,andthisstudyprovidesimportantbasicdataandscientificbasisfortheevaluationoftheecologicalenvironmentofLongjiangwaters.Keywords:phytoplankton;biodiversity;Longjiangriverbasin;communitystructure目录TOC\o"1-9"\f\h\u71511引言 1198642材料与方法 1143342.1采样断面设置与采样时间 133512.2浮游植物采样方法 2229412.2.1浮游植物样品采集与处理 2139612.2.2数据处理 298522.2.3评价标准 261263结果分析 3162303.1浮游植物群落结构特征 3221553.2浮游植物密度与生物量 596343.3龙江冬季浮游植物多样性分析 68234讨论 612444参考文献 8引言福清龙江是闽东地区独流入海的水系，也是福清市最大的河流。它发源于莆田县大洋乡的瑞云山，自西向东流经东张、宏路、融城，最后于海口汇入福清湾，太城溪、可路溪、太北溪等是它的支流，其全长62公里，流域面积为538平方公里。是一条来发电、防洪、灌溉、游览、城市供水排水于一体的重要河流，对福清市的经济发展起着不可估量的作用。近年来，随着城乡经济和社会的迅速发展，龙江水体污染问题日趋严重，有的河段长期出现黑臭。浮游植物不仅是生物多样性的重要构成部分，而且浮游植物的种类蕴含着丰富的遗传资源和生态价值。每种浮游植物都有其独特的生态位，它们相互依存来维持生态的稳定。是评价水环境的质量的重要标准。研究浮游植物的群落结构与多样性，对发现新物种以及了解生态关系有一定的影响，进而为生物多样性保护提供数据，这是保护龙江流域生态生物多样性的重要环节。浮游植物处在水生生态系统食物链的最底层，它们的群落结构和多样性是生态系统健康状况的“指示标志”。冬季时，龙江的水体环境发生改变会致使浮游植物群落出现变动。在冬季生态系统里，在物质循环和能量流动过程中，浮游植物起着极为关键的作用。它们能通过光合作用将太阳能转化，然后固定二氧化碳且释放氧气，并且吸收营养元素参与生态系统中的循环。在淡水中的浮游藻类，主要由蓝藥门、硅藻门、金藻门以及甲藻门和其他绿藻门等构成REF_Ref12777\n\h[1]，但目前对于龙江浮游植物的研究较少，不能很好地反映该区域浮游藻类的情况。本研究于2025年1月对龙江的浮游植物进行了定性和定量的分析和研究，旨在了解龙江水体浮游植物的种类、组成及数量，为制定科学合理的水资源管理策略提供了关键依据。而且，研究龙江冬季浮游植物群落结构特征与多样性具有重要的现实意义和科学价值。能使我们更好地掌握生态系统的健康状态、管理并保护水资源、应对气候变化，还能够丰富生物学知识。因此，加强这一领域的研究对维护龙江生态系统的稳定与可持续发展具有重要意义。材料与方法采样断面设置与采样时间采样时间为2025年1月。根据龙江流域段水环境及地形特征共设置了5个采样点（图1），分别为前洋桥省控断面（S1）、大斜龙江桥省控断面（S2）、天宝省控断面（S3）、倪浦省控断面（S4）、海口桥国控断面（S5）。图1龙江浮游植物采样点编号断面位置经纬度前洋桥省控断面大斜龙江桥省控断面天宝坡省控断面浦省控断面海口桥国控断面浮游植物采样方法浮游植物样品采集与处理对于浮游植物的定性样品的采集，使用25号浮游生物网，在水中呈“∞”形进行拖动采样，捞取后放入试样瓶加入适量的4%的甲醛溶液固定样品。定量样品的采集使用有机玻璃的采水器，于水深约0.5m处，采集1L的水样装入试样瓶中，加入1%的鲁哥氏液固定带回实验室，静置沉淀48h，虹吸吸去上层清液REF_Ref13101\r\h[2]，浓缩至50mL，进行镜检。采用体积法，计算浮游植物的生物量，单位为mg/LREF_Ref13185\r\h[3]。数据处理采用Mcnaughton优势度指数（Y）REF_Ref13264\r\h[4]，确定浮游植物优势种（Y≥0.02）。采用Shannon-Weiner多样性指数（H′）、Pielou均匀度指数（J）、Margalef丰富度指数（D）REF_Ref13332\r\h[5]，评价浮游植物生物多样性。(2.1)式中：i——样品中第i种个体数与总个体数的比值；N——样品中所有物种的总体个数；fi——该种在点位出现频率。(2.2)(2.3)(2.4)(2.5)——i——第i种的个体数；N——样品中所有物种的总体个数；S——样品中的藻类物种总数。评价标准H′和J评价标准见表1。表1H′和J评价标准H′J数值评价结果数值评价结果≤1重污染0～0.3重污染1～2中污染0.3～0.5中污染2～3轻污染0.5～0.8轻污染3～4清洁区域0.8～1.0清洁区域测定的环境参数包括、氨氮(NH4+ⅣN)、总氮(TN)、总磷(TP)、高锰酸盐。采用纳氏试剂分光光度法（HJ535-2009）和碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法（HJ636-2012）测定氨氮和总氮，钼酸铵分光光度法（CB/T11893-1989）测定总磷，采用国标（GB11892-89）测定水中的高锰酸盐指数REF_Ref13411\r\h[6]。结果分析浮游植物群落结构特征龙江流域浮游植物种类组成见表3。表2龙江流域浮游植物群落组成门科属种蓝藻门6111333.33硅藻门7111230.77绿藻门10111128.21金藻门2225.13甲藻门2112.56合计273639表3龙江流域浮游植物群落组成种类(Chrysophyta)在各样点间浮游植物种类有明显的变化，由表4可知，前洋桥省断面的浮游植物种类最多，为22表4龙江流域的浮游植物种类的水平分布样点硅藻蓝藻前洋桥省控断面511061大斜龙江桥省控断面310041天宝陂省控断面212100泥浦省控断面24013海口桥国控断面01011浮游植物密度与生物量2025年1月龙江水体浮游植物密度与生物量检测结果见表5。对于龙江各个采样点进行数据分析，发现冬季各个采样点浮游植物密度变化较大，其变幅为69.8341万个·L-1～0.0548万个·L-1，平均密度为27.23万个·L-1；其中前洋桥省控断面采样点的浮游植物密度为69万个·L-1，大斜龙江桥省控断面采样点的浮游植物密度为65万个·L-1，天宝陂省控断面采样点的浮游植物密度为0.32万个·L-1，泥浦省控断面采样点的浮游植物密度为0.25万个·L-1，海口桥国控断面采样点的浮游植物密度为0.06万个·L-1，其中最高密度出现在前洋桥省控断面采样点，最低密度出现在海口桥国控断面采样点。龙江水体浮游植物生物量变化范围也较大，其变幅为15.3642～0.0466mg·L-1，各样点平均生物量为0.0720mg·L-1。其中前洋桥省控断面采样点的浮游植物生物量为15.3642mg·L-1，大斜龙江桥省控断面采样点的浮游植物生物量为0.1911mg·L-1，天宝陂省控断面采样点的浮游植物生物量为0.0781mg·L-1，泥浦省控断面采样点的浮游植物生物量为0.3288mg·L-1，海口桥国控断面采样点的浮游植物密度为0.0466mg·L-1，前洋桥省控断面采样点平均生物量最高，为2.99mg·L-1；海口桥国控断面采样点平均生物量最低，为0.035mg·L-1。生物量大于2mg·L-1的样点有1个，占20%；生物量小于0.05mg·L-1的样点有1个，占20%。密度/(万个·L-1)生物量/(mg·L-1)密度/(万个·L-1)生物量/(mg·L-1)密度/(万个·L-1)生物量/(mg·L-1)5.90000.109225.0600金藻门(Chrysophyta)密度/(万个·L-1)生物量/(mg·L-1)密度/(万个·L-1)生物量/(mg·L-1)密度/(万个·L-1)生物量/(mg·L-1)0.00000.000027.1300龙江冬季浮游植物多样性分析由表6可知，龙江水体浮游植物Margalef丰富度指数变动范围在0.9102～3.4744，平均为2.5356，其中前洋桥省控断面采样点的浮游植物Margalef丰富度指数为2.1747，大斜龙江桥省控断面采样点的浮游植物Margalef丰富度指数为1.1656，天宝陂省控断面采样点的浮游植物Margalef丰富度指数为2.8236，泥浦省控断面采样点的浮游植物Margalef丰富度指数为3.4744，海口桥国控断面采样点的浮游植物Margalef丰富度指数为0.9102。经数据分析，龙江各个采样点的D值呈现不同值。其中属泥浦省控断面采样点和天宝陂省控断面采样点D值均在0.8，洋桥省控断面采样点和大斜龙江桥省控断面采样点的D值均小于0.8，而海口桥国控断面采样点D值为0。由表6可知，龙江水体的Shannon-Wiener指数变动范围在0～2.164，平均为1.311。H′DJM0.0000龙江流域环境因子状况如表7。表7龙江流域环境因子状况时间WT/℃TP/(mg/L)CODMn/(mg/L)NH4+-N/(mg/L)TN/(mg/L)12.832.50-8.40讨论一般而言，水流速度与藻类细胞自身浮力对浮游植物生长有很大的影响REF_Ref13496\r\h[7]。蓝藻生长需要特定条件。阳光要充足，以支持蓝藻光合作用；还需丰富的氮、磷等营养元素，稳定的水流环境。蓝藻往往在水体富营养化时快速繁殖，形成蓝藻水华REF_Ref13548\r\h[8]。硅藻含硅质细胞壁，在稳定水体中极易沉淀，并在不同的基质上附着生长，当水流速度较大时，则有利于硅藻悬浮成为浮游植物；因此在混合水体中硅藻可以较好地避免沉降损失REF_Ref13548\r\h[8]。在本次研究中，采样时间恰好处于冬季这一特殊时节。通常情况下，冬季往往伴随着较低的气温，然而此次采样期间的气候条件却呈现出独特之处——尽管气温确实偏低，但阳光却十分充足。在对各个采样点展开详细的环境因子分析过程中，我们可以发现，各个采样点中氮、磷等对于浮游植物生长起着关键作用的营养元素含量颇为丰富。综合这些因素来看，它们极有可能共同构成了龙江浮游植物中蓝藻门物种数占据最多这一现象的重要成因。同样地，绿藻和蓝藻在较低的温度下有一定的耐性，且有数据表明，硅藻和绿藻在水温较低时都可能成为优势种类REF_Ref13757\r\h[9]。也发现到大部分蓝藻具伪空泡，在稳定水体中可以通过浮力调节机制来生长并有效避免沉降损失REF_Ref13806\r\h[10]；我们注意到与硅藻相比，蓝藻对于高水温的耐受能力会更强REF_Ref13835\r\h[11]，生长速率甚至与温度成正相关REF_Ref13871\r\h[12]。通过对数据的分析发现高水位也就是高水温与低营养盐浓度，此时更有利于蓝藻的生长；低水位则伴随低水温与较高营养盐浓度，蓝藻门的生长会因为水体混合扰动和水温变化而受到抑制[7]。这一系列因素让蓝藻在不同的水温条件下都具有一定的生存优势。同时水华束丝藻和直链藻在较低的水温条件下具有较高的生长优势而在本次研究的采样期间，龙江流域正好处于蓄水期，此时的水位条件使得水体环境更倾向于高水位状态所带来的优势，也就为蓝藻的生长提供了绝佳的机会。在龙江流域，蓝藻门、绿藻门和硅藻门的物种数量在众多浮游植物中占据了一定优势。这是因为多种环境因素与浮游植物自身特性共同作用的结果。经过数据分析，这一差异可能与该地区水温、氮和磷含量等一些环境因子相关，而正是因为这些环境因子为多种浮游植物提供了良好的生长环境，从而吸引了多种多样的浮游植物在此繁衍生存。这一发现不仅为我们理解浮游植物的分布规律提供了新的思考方向，也进一步强调了不同环境因子对浮游植物群落结构有很重要的影响。本研究针对龙江水域的浮游植物的优势种展开深入探究。经研究发现，该区域浮游植物优势种共7种，其中颗粒直链藻和丝藻束优势度最为突出。总磷超标可能会引起水体中的蓝藻暴发及水体富营养化REF_Ref13914\r\h[13]。颗粒直链藻分布极为广泛，在江河、水库、湖泊等各类淡水系统中都能发现其身影。它对水体环境变化极为敏感，一旦水体出现富营养化情况，便容易成为优势物种。与其他直链藻相比，颗粒直链藻在混合水体环境中适应性更强，能更好地占据优势地位。蓝藻暴发及水体富营养化大多是由总磷超标引起的，在众多优势种里，在较低的水温条件下束丝藻和直链藻具有较高的生长优势REF_Ref13969\r\h[14]，鱼腥藻的生长与光照条件紧密相关。鱼腥藻含有光合色素，通过光合作用制造有机物。但过强的直射光对其有害，适度的散射光最为适宜，每天大约需要10到16小时的光照时长来满足浮游植物光合作用的需求。本次研究采样期间光照充足，这极有可能是鱼腥藻占据优势的关键因素。可知颗粒直链藻和变异直链藻这两种藻类都是富营养化及污染水体的指示物种。在水体中如果颗粒直链藻和变异直链藻的生物量呈现较大时，意味着该水体可能已经受到一定程度的污染。浮游植物密度指在单位体积的水体中，浮游植物个体的数量。浮游植物生物量，则指单位体积或者单位面积内，浮游植物的总质量。浮游植物密度与生物量的数值大小，直接决定了生态系统中能量流动起始规模的大小。浮游植物密度处于一个适宜的范围，意味着在这个生态系统里，有充足的能量能够被传递给更高营养层级的生物。浮游植物密度和生物量还是水体环境质量极为重要的指示性指标。这是因为不同种类的浮游植物，对于各种环境因子，像温度、酸碱度、营养盐浓度等，都有着各自不同的适应区间。某些浮游植物可能适应在温度较低、酸碱度呈弱酸性且营养盐浓度较低的水体环境中生存，而另一些则可能偏好温度较高、酸碱度接近中性且营养盐浓度较高的环境。当水体中的浮游植物密度和生物量发生变化时，很可能是水体环境因子发生了改变，从而影响了浮游植物的生存状态，所以这些水体环境因子能够体现出水体环境质量的情况。此外，在多数采样断面中，蓝藻门或者硅藻门与绿藻门的密度和生物量较大。研究还对5个采样点断面进行了详细分析。结果显示，该水域除前洋桥省控断面浮游植物的平均密度和平均生物量较高，其余断面浮游植物的平均密度和平均生物量较低。然而在下游的天宝陂省控断面和泥浦省控断面的水质却呈现清洁状态，这可能与该水体的环境因子有关，或与附近的村庄息息相关。浮游植物的生活史与江河的水文条件息息相关，包括种类、密度、生物量以及多样性指数等，都直接影响着水域生态系统的结构与功能。Margalef丰富度指数法在生态学研究中具有重要的使用价值，它能够帮助我们更好地了解群落结构和物种多样性的基本特征，并为生态管理提供一些科学依据。Simpson优势度指数D不仅揭示了物种的丰富程度，还揭示了物种间的重要性和均匀程度，是在生物多样性研究中衡量群落结构和稳定性的一个重要指标。Shannonwiener指数属于生态学领域，是用于阐述生物群落物种多样性的一种指标，该指标对物种丰度和物种多样性这两个因素进行综合考量，并将二者统一量化为一个数值。生物群落的Shannonwiener指数越高，就意味着该流域物种多样性越丰富，环境也就越稳定；要是这个指数较低，就表明物种丰度不均衡，生态系统的稳定性也就较差。所以，Shannonwiener指数在评估生态系统稳定性以及生物多样性保护等方面有着重要的意义。而这些浮游植物多样性指数常被用于评价水体健康情况。一般来说，水质较差时，该指数一般偏低，水质清洁时，指数较高，反应出该水体群落结构是稳定的。根据表1的评价标准，龙江各个采样点的D值呈现不同值。其中属泥浦省控断面采样点和天宝陂省控断面采样点D值均在0.8，说明在这两个采样点流域附近的水质较好；前洋桥省控断面采样点和大斜龙江桥省控断面采样点的D值均小于0.8，说明这两个流域附近的水质良好；而海口桥国控断面采样点D值为0，说明在海口桥国控断面流域附近的水质较差。通过综合分析龙江流域浮游植物的4个多样性指数，我们初步判断该流域水质整体可能处于中度污染状态。然而，浮游生物多样性指数与环境变化的关系并非绝对稳定。在一些未受严重污染的水域，可能因某种藻类占据明显优势，导致多样性指数偏低，从而高估水质污染程度；而在一些严重污染的水域，多样性指数却可能较高。这表明，单纯依靠浮游植物多样性指数来评估水质污染程度存在一定误差。在未来的研究中，我们不能仅仅依赖单一指标[15]，而要综合运用更多的评估指标和研究方法，从而更加准确地把握水质状况，为水资源保护和管理提供更可靠的科学依据。在生态环境保护备受瞩目的当下，龙江流域生态研究意义重大。通过对浮游植物数量的监测可以对水体富营养化进行风险评估，进而有效防控REF_Ref14025\r\h[15]。本研究围绕该流域浮游植物的群落结构和物种多样性展开，设置多处采样点并科学采集样品，来揭示浮游植物群落结构与多样性现状，并评估水质状况。研究结果显示，龙江流域浮游植物种类丰富，蓝藻门物种占比较高。丰富的浮游植物种类，反映出流域生态环境的复杂性与多样性，它们在物质循环和能量流动中发挥着关键作用。通过浮游生物多样性指数评估水质，发现龙江流域水质污染程度跨度大，从清洁到重度污染都有。这一研究结果给我们敲响了警钟，龙江流域的水生态环境可能正遭受破坏，所以需要加大治理与保护的力度。水生态系统是一个紧密关联的整体，任何一处的变动都会在生态系统中发生连锁反应。要是我们不迅速行动起来，污染不断加重必然会打破生态平衡，进而影响人类的生活质量，也会对该地区的可持续发展形成阻碍。在实际应用中，浮游植物对当地渔业资源的保护也意义非凡。浮游植物作为水生食物链的根基，对其情况有所掌握能够为渔业资源开发利用的科学规划提供助力。按照浮游植物的生长规律去制定捕捞计划，就能够防止过度捕捞现象。参照水质状况来指导渔业生产，就能确保水产品的质量安全。参考文献曹慧敏,姚莉.湖泊浮游生物群落多样性研究进展综述[J].广东化工,2020,47(09):127-128.周晗,蔡梅,王元元,等.铜山源水库春夏季浮游植物群落特征及其与环境因子的关系[J].生态与农村环境学报,2024,40(01):87-95.DOI:10.19741/j.issn.1673-4831.2022.1015.李明,叶思思,李娟,等.丹江流域浮游植物群落的时空变化及驱动因子[J].河南师范大学学报(自然科学版),2025,53(02):1-14+175.DOI:10.16366/ki.1000-2367.2024.06.14.0002.宋娇,汪震,朱忠胜,等.遵义湘江河浮游植物群落结构及多样性调查[J].水产养殖,2024,45(08):12-17+24姚学杏.澎溪河水华季浮游植物群落结构及其对水环境的响应[D].西南大学2024.DOI:10