太子河流域及其主要支流底栖藻类群落与环境因子的关系

王丽，丛玉婷，卢亚楠，魏杰，王媛

（大连海洋大学水产与生命学院，辽宁　大连　116023）

底栖藻类是一类生长位置相对固定、生活环境多样、可着生于石头、水生植物、污泥、砂砾或其他各种基质上的藻类[1]，它们是淡水生态系统中重要的初级生产者，具有分布广泛、多样性丰富、对河流水质变化反应迅速可靠、生活史短、易于定点监测等优点[2]，对环境变化有很好的指示作用,因而在欧美等地常被用来作为河流水质监测指标[3]。在欧洲、北美等地区，硅藻用于环境水质监测已有很长的历史[4]，但国内有关底栖藻类与环境关系的研究相对较少，近几年才开始研究[5-6]。

大辽河水系主要由浑河、太子河及两者汇流后的大辽河组成,河流全长511 km，流域面积2.7万km2。流域涉及抚顺、沈阳、鞍山、本溪、辽阳、盘锦、营口等7个城市,是辽宁省经济较为发达的地区。大辽河流域的水资源对整个辽宁的经济和社会发展有着十分重要的作用。近年来大辽河流域污染严重，仅2004年调查结果中就有近20亿t的工业和生活污水，18个水质监测断面中83.3%的监测断面为Ⅴ类或超Ⅴ类水质，各城市段几乎全部超过Ⅴ类水质标准[7]，水体使用功能严重受损，COD平均浓度、综合污染指数列全国7大流域之首。流域水质污染不仅使河流生态环境遭到严重破坏，同时对河段中水生生物造成了一定的影响。该文旨在通过对大辽河水系太子河流域底栖藻类的研究，分析该区域的物种组成、空间分布特征及与环境因子的关系，以期为治理大辽河流域的污染问题提供科学的依据。

1　材料与方法

1.1　研究区域概况

太子河流域是辽宁省重要的工业和经济发展区域，也是辽宁省水环境建设的重要区域。太子河发源于抚顺市新宾县红石砬子，流经抚顺、本溪、丹东、辽阳、鞍山六市的十三个县（市），在三岔河与浑河汇合成为大辽河，太子河干流全长413 km，流域面积13 883 km2。浑河、太子河于三岔河汇合后经大辽河由营口入海，全长415.4 km，其中太子河流域，支流较多，人为污染较为严重，因此将太子河流域及其主要支流作为重点调查对象进行了研究。

1.2　样点设置

太子河及其主要支流共设有66个样点（图1），对其进行底栖藻类采集，其中大辽河干流共设有30个样点，其他支流为36个样点。

1.3　采样、鉴定及主要理化因子的测定

按照美国环保局（EPA）的方法[8]，在各样点随机选取3~5块该区域内主要类型的石块，在每块石头上选取特定的表面积（该文采用直径为3.5 cm或6.5 cm的圆环固定表面积），现场用尼龙刷将藻类刷下，并用无藻类的水冲洗石块多次，以保证藻类尽量被刷下来，全部转移到采样瓶中，并立即用甲醛进行固定，带回实验室参照文献对藻类进行分类、鉴定[9-12]；另取一部分刷液移入另外一个200 mL塑料瓶中，0.45 L微孔滤膜抽滤后丙酮萃取，用752紫外分光光度计在750、665、645和630波段测定叶绿素含量[13]。

用雷磁便携式pH计对水温、电导率进行现场测定；参照“中华人民共和国国家标准-地面水环境质量标准（GHZBI-121999），对硬度、碱度、NO2-N 、NH4-N 、NO3-N、TP、P、TDS、DO、HCO3-、CO3、悬浮物含量、硅酸盐含量等进行测定。坐标、海拔高度用GPS现场测量；用LJD型打印式流速流量仪测定样点流速，卷尺测定样点河段的水面宽度和平均水深。

图1　太子河及其主要支流采样点分布图

1.4　数据分析

该研究中去势对应分析（detrended correspon dence analysis,DCA）和典型对应分析（canonical correspondence analysis,CCA）采用软件为PC-Ord 5.0。

2　结果与讨论

2.1　群落结构特征

该研究共观察到底栖藻类208种（包括变种），分属硅藻、绿藻、蓝藻、裸藻、金藻及黄藻门7个门，计63个属。其中硅藻135种、绿藻44种、蓝藻21种、裸藻4种、金藻2种、黄藻和甲藻各1种。对于所有样点来说，硅藻门占绝对优势（64.90%），极细微曲壳藻隐头变种（Achnanthes minutissima）和弧形蛾眉藻（Ceratoneis arcus）为优势种，其相对丰富度分别为13.5%和3.15%，其次，绿藻门占21.15%，其中丝状藻类所占比例较大，赖氏鞘丝藻（Lyngbya lagerheinii）和湖泊鞘丝藻为优势种，其相对丰富度分别为28.63%和8.03.%，总体上太子河干流的物种组成与其他支流的差异不大，赖氏鞘丝藻（Lyngbya lagerheinii）是太子河干流和支流的优势种（表1）；其他支流优势种为极细微曲壳藻隐头变种（Achnanthes minutissima）和湖泊鞘丝藻（Lyngbya linmetica）。硅藻门的物种种类较其他门类来说，占具一定优势，但由于绿藻门的丝状藻类附着能力更强，因此，无论在干流还是支流上赖氏鞘丝藻等丝状绿藻占据较大的比例，数量丰富,表现出明显的富营养化河流特征。另支流较干流来说，物种丰富度更大些，流速变化对藻类生长有显著性影响，太子河干流流域水流较湍急，而支流部分大多为小溪，水浅流速较缓和，干流的叶绿素a平均值为23.11 μg/cm2小于支流的叶绿素含量平均值30.11 μg/cm2，这与周贤杰等[14]在对大宁河底栖藻类的研究中发现在高流速区叶绿素浓度明显高于低流速区相一致。

从底栖藻类密度来看，太子河干流的底栖藻类平均密度（1.34×105cells/cm2）低于其他支流（5.21×106cells/cm2），相对大辽河干流，其支流（小汤河西支、北沙河、南沙河等）属于小型溪流，大部分河道均可涉水而过，因此其优势类群代表了整个河道底栖藻类的特征。而太子河干流水流湍急，采样局限于河岸边水流较缓区域，同时较大的流速不利于底栖藻类的生长[15]，所以太子河干流的优势种、密度及物种丰富度等与其他支流存在的差异较大。

在属水平上，该研究区域所观察到的物种与辽河流域的另外3条支流（辽河、浑河、大辽河上）很相似，主要以曲壳藻（Achnanthes）、舟形藻（Navicula）、峨眉藻（Ceratoneis）、桥弯藻（Cymbella）、脆杆藻（Fragilaria）、异极藻（Gomphonema）为主[16]。Wang等[17]在美国Interior Plateau Eco-region地区、Leland和Porter[18]在 Illinois 河上游、Komulaynen[19]在俄罗斯西北部也均发现了类似物种。

表1　太子河干流及其主要支流底栖藻类的优势种

2.2　底栖硅藻的空间分布特征

根据采样各样本底栖硅藻物种组成特点及各分类单元的密度，对每次采样点共66个样点进行DCA分析（见图2）。结果表明：采样的66个站位点包括干流样点和支流样点在DCA第一轴上得到了较好的分化。大辽河干流上点和支流共66个采样点大致分为 5 组：上流前段（T8，T14，T15，T16）聚为第一组，北沙河段（T41，T43，T44）聚为第二组，中流中段（T31，T32，T39等）聚为第三组，中流下段（T55，T57，T58）聚为第四组及其他样点聚为第五组。上述分析再次表明：研究区域底栖藻类群落存在明显的空间差异，太子河主流各区域分段及支流的底栖藻类群落组成存在差异，这是干流的特殊生境所致（如河流流速较大，河流深度较深等）。

2.3　底栖硅藻与环境因子的关系

在CCA分析之前，为消除物种丰富度极端值对分类得分的影响，先对数据进行了标准化处理，并降低稀有物种的权重，以便使研究主要集中在丰富度高的物种上。

CCA分析结果显示氨氮、海拔和TDS是影响底栖藻类空间分布的最重要因素（P=0.002）,其中海拔与CCA第一轴呈正相关，氨氮（NH4-N）和TDS与CCA第一轴呈负相关（见图3）。对于河流来说，N、P是其主要的营养元素，N、P浓度是影响底栖藻类群落空间变动的主要因子[18]，Christie和Smol等[20]也发现氨氮是影响底栖藻类空间分布的最主要因素之一（P＜0.05）。氨氮作为营养元素决定底栖藻类的生产能力，并可以通过食物链的传递作用，决定以藻类为食的刮食者和沉积物颗粒收集者的密度[21]，从而作用于底栖藻类的分布。同时，氨氮在河流中可能对河流生物产生直接或协同的毒性效应[22]。

TDS也是一个影响藻类分布的重要环境因子之一。它与CCA第一轴呈负相关（P=0.002）。这一研究结果与Sudharar et al.[23]和Bate et al.[24]发现TDS是影响底栖硅藻分布的重要因素相一致。通常，TDS包括水中的无机盐类（钙、镁、钾、钠 、重碳酸盐、氯化物和硫酸盐）和一些溶解于水中的小分子的有机物。TDS可以影响水体的透明度，高的固态物质减弱了光在水中的穿透性，从而影响了底栖藻类群落对光的利用效率。

海拔综合反映了一个地区的温度和光照等因素的变化，属于宏观尺度的环境因子，因此从根本上决定了底栖藻类的群落组成。March等[25]也发现海拔因素是影响底栖藻类分布的重要因子之一。不同的生境环境造成了藻类对营养物质及环境因子的需求也不相同，这就决定了不同地理位置各种类群的消长。

图2　大辽河底栖藻类采样点DCA排序图

图3　大辽河底栖藻类采样点与环境因子的CCA排序图

3　结论

共观察到底栖藻类208种，分属硅藻、绿藻、蓝藻、裸藻、金藻及黄藻门7个门，计63个属。硅藻门占绝对优势（64.90%）,极细微曲壳藻隐头变种（Achnanthes minutissima）和弧形蛾眉藻（Ceratoneis arcus）为优势种。赖氏鞘丝藻（Lyngbya lagerheinii）是大辽河干流的优势种，而极细微曲壳藻隐头变种Achnanthes minutissima和湖泊鞘丝藻Lyngbya linmetica是其他支流的优势种。

DCA分析表明，5月太子河干流样点与其他支流样点在DCA第一轴上分化较好，表明研究区域底栖藻类群落存在明显的空间差异，这主要是由于干流的特殊生境所致。

CCA结果显示，海拔、总磷、COD、氨氮、TDS是影响底栖藻类空间分布的最主要因素。