安庆西江位于吉阳矶水道，历史上曾分布许多沙洲，经冲刷并合，仍保留官洲、清洁洲、新生洲、复生洲等4个江心洲。为减轻同马大堤防汛任务，21世纪初才封阻西江上游，下游出口仍与干流相通。安庆西江水质优越，鱼类资源丰富，在历史上是江豚理想的栖息地。目前长江生态环境恶化，长江江豚野外种群数量不断下降，为对长江江豚进行抢救性保护，2016年有关组织已成功将7头长江干流的江豚迁入西江，因此，对西江保护区水环境进行全面系统的调查具有重要意义。目前，中国水产科学研究院淡水渔业研究中心水生生物资源团队已对保护区内浮游动物及植被进行了调查，结果表明,西江浮游动物种类较多，植物区系较为复杂多样[1]。浮游植物是水体中的生产者，其群落结构随外界环境而迅速变化，浮游植物群落状态能很好地反映水质现状。本研究中，通过4季采集长江故道西江不同区域水样，分析西江水体理化因子、藻类群落结构特征及其生物多样性等，了解西江浮游植物群落结构及分布特征和水质现状，以期为西江水环境保护和江豚保护提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 调查区域及采样点设置
西江位于安庆市大观区海口镇培文村，地处安徽省西南部、长江下游北岸、大别山南麓前沿(116°52′15.32″～116°55′13.43″E, 30°26′26.75″～30°28′41.45″N)，系长江下游典型的鹅头型河道，南北宽0.3～0.8 km，长约9 km，高程约10 m，面积约3 km2。于2017年3月10日、6月28日、9月26日和12月23日4次对西江进行采样，共设置5个断面15个采样点，采样点分布如图1所示。
1.2 方法
1.2.1 样品采集 现场在水深3 m以内用有机玻璃采水器采集表层(0.5 m)水样1 L，样品用鲁哥试剂固定，再加入1%的福尔马林液保存后带回实验室，参照相关资料进行鉴定。在水深3～10 m处用有机玻璃采水器分别取表层和底层水样各500 mL混合，水样于4 ℃下保存并运回实验室分析。
图1 西江浮游植物样点设置
Fig.1 Sampling sites of phytoplankton in Xijiang River
1.2.2 水质分析 采用国家水质标准监测分析方法[2]测定pH、温度(T)、透明度(SD)、溶解氧(DO)及总氮(TN)、总磷(TP) 、溶解性总氮(DTN)、溶解性总磷(DTP)等水体理化因子，采用热乙醇萃取分光光度法 [3]测定叶绿素a。
1.2.3 浮游植物分析 将固定好的浮游植物样品带回实验室，将水样充分震荡，静止24～48 h，使浮游藻类慢慢沉淀后，利用虹吸法将上清液缓慢吸出，将沉淀收集到定量瓶内浓缩至50 mL，待镜检。浮游植物种类鉴定参考《中国内陆水域常见藻类图谱》、《中国淡水藻类-系统、分类及生态》。
1.2.4 水体营养状态分析 利用透明度(SD)、总磷(TP)、总氮(TN)、叶绿素a(Chl-a)和高锰酸盐指数(CODMn)等5项水质指标加权,计算卡尔森营养状态指数(TLI)，对调查河段水体进行综合营养状态评价。卡尔森营养状态指数用0～100的一系列连续数字对水体营养状态进行分级[4-5]，营养状态分级与污染程度对应关系见表1。营养状态指数计算公式为
TLI(Chl-a)=10×(2.5+1.086 ln Chl-a),
TLI(TP)=10×(9.436+1.624 ln TP),
TLI(TN)=10×(5.453+1.694 ln TN),
TLI(SD)=10×(5.118-1.94 ln SD),
TLI(COD)=10×(0.109+2.661 ln COD),
TLI=[TLI(Chl-a)+TLI(TP)+TLI(TN)+
TLI(SD)+TLI(COD)]/5。
采用优势度指数(Y)来筛选浮游植物的优势种，计算公式为
Y=(Ni/N)×fi。
其中：N为样品中浮游植物总个体数；Ni为样品中第i种浮游植物个体数；
i为不同物种出现的频率，当Y>0.02时，确定为优势种[6-7]。
采用Canoco 4.5进行浮游植物群落结构与环境因子相关性分析。
表1 卡尔森营养状态指数评价水质
Tab.1 Evaluation of water quality by Carlson nutritional status index
总评分值TLI score value营养状态分级 trophic status classification定性评价 qualitative evaluation0
1.3 数据处理
采用SPSS 13.0进行单因素方差分析(One-way ANOVA)，用Duncan法进行组间多重比较。
2 结果与分析
2.1 理化因子时空变化
从表2可见：春、秋季节所有理化因子差异不大，除个别因子外；春季pH、DO含量最高；夏季水体透明度最高，TN、DTN含量最低；秋季CODMn、Chl-a含量最高，pH和透明度最低；冬季TN、DTN、NH3-N含量最高，CODMn、Chl-a含量最低。对不同季节西江水质参数进行统计分析显示，TP、DTP、SD、Tur 4个季节均无显著性差异(P>0.05)；pH和DO 4个季节间均有显著性差异(P<0.05)；NH3-N冬季与另外3个季节间均有显著性差异(P<0.05)，春、夏、秋3个季节间无显著性差异(P>0.05)。
2.2 西江浮游植物种类组成
本次调查4个季节共鉴定出浮游植物7门30科47属104种。其中，绿藻门最多为58种，占浮游植物种类总数的55.77%；其次是硅藻门和蓝藻门，种类数分别为19种和14种，分别占浮游植物种类总数的18.27%和13.46%；隐藻门、裸藻门和甲藻门最少，各为3种，均占浮游植物种类总数的2.88%(图2)。西江浮游植物种类较多，绿藻门在种类数上占绝对优势，绿藻门种类组成变化相对较大，是引起西江浮游植物群落结构变化的主要因素之一。
表2 不同季节西江水质参数(平均值±标准差)
Tab.2 Seasonal water quality parameters of Xijiang River(mean±S.D.)
季节 season总氮/(mg·L-1)TN溶解性总氮/(mg·L-1)DTN总磷/(mg·L-1)TP溶解性总磷/(mg·L-1)DTP总氨氮/(mg·L-1)NH3-N化学需氧量/(mg·L-1)CODMn叶绿素a/(μg·L-1)Chl-a春季spring0.54±0.080.33±0.040.03±0.010.01±0.000.04±0.01b4.06±0.4925.86±3.19夏季summer0.42±0.050.28±0.030.03±0.010.01±0.000.06±0.01b3.82±0.2115.57±2.98秋季autumn0.53±0.040.34±0.060.03±0.010.01±0.000.09±0.01b4.52±0.4230.57±6.73冬季winter0.82±0.220.45±0.160.03±0.010.01±0.000.31±0.01a2.82±0.7410.50±4.37季节 seasonpH值pH value透明度/cmSD温度/℃T浊度/NTUTur溶解氧/(mg·L-1)DO亚硝酸氮/(mg·L-1)NO2-N春季spring8.98±0.04a100.00±21.8822.21±0.627.30±2.0811.89±1.11a0.001±0.001夏季summer8.56±0.18b110.00±13.0829.17±0.546.92±1.728.92±0.41c0.003±0.001秋季autumn8.01±0.15d98.90±11.2128.48±0.126.10±0.806.34±0.65d0.005±0.006冬季winter8.21±0.33c108.00±6.5410.76±0.487.18±0.669.58±0.11b0.001±0.001
注：同列中标有不同字母者表示组间有显著性差异(P<0.05)，标有相同字母者表示组间无显著性差异(P>0.05)
Note:The means with different letters within the same column are significantly different among the groups at the 0.05 probability level, and the means with the same letters within the same column are not significant differences
图2 西江浮游植物种类组成
Fig.2 Species composition of phytoplankton in Xijiang River
各藻类物种数在不同季节差异较大，春季绿藻门最多(39种)，其次是硅藻门(14种)，甲藻门最少(1种)；夏季绿藻门最多(27种)，其次是硅藻门和蓝藻门(各8种)，裸藻门最少(1种)；秋季绿藻门最多(26种)，其次是蓝藻门(9种)，隐藻门最少(2种)；冬季绿藻门最多(41种)，其次是硅藻门(15种)，裸藻门最少(2种)(图3-A)。春、冬季绿藻门和硅藻门种类数明显比夏、秋季多，其他藻类种类数差异较小。季节性总体表现为春、冬季较多，夏、秋季较少。空间上种类数差异较小，断面2和断面4最多(70种)，断面5最少(64种)(图3-B)。
2.3 密度和生物量变化
从图4可见：4个季节浮游植物密度变化范围为2.80×104～1.01×108 cells/L，平均密度为4.88×107 cells/L；生物量变化范围为3.25～22.11 mg/L，平均生物量为12.11 mg/L。在密度组成中，蓝藻门最高，占84.43%，其次是硅藻门，占5.83%， 金藻门最少，占0.22%；在生物量组成中，蓝藻门最多，占67.61%，其次是硅藻门，占15.32%，金藻门最少，占0.59%。在密度组成和生物量组成中蓝藻门均占比最高，而金藻门均占比最低。在门水平上，各藻类密度和生物量季节性变化中，甲藻门、金藻门季节性变化不明显，除秋季外；蓝藻门密度和生物量夏、秋季明显高于春、冬季；硅藻门春、冬季则高于夏、秋季；裸藻门、绿藻门密度和生物量春季则明显高于其他3个季节；夏季隐藻门生物量和密度最少。
图3 西江浮游植物种类的季节性和空间变化
Fig.3 Seasonal and spatial variations in phytoplankton species in Xijiang River
图4 西江浮游植物密度和生物量的季节性变化
Fig.4 Seasonal variations in phytoplankton density and biomass in the Xijiang River
单因素方差分析表明，4个季节浮游植物密度和生物量均有极显著性差异(P<0.001)。全年浮游植物密度和生物量秋季均最高，且明显高于其他3个季节，冬季密度和生物量均最低。浮游植物密度呈现出秋季>夏季>春季>冬季的趋势，生物量为秋季>春季>夏季>冬季。这说明，西江浮游植物密度和生物量均随着季节性的波动发生显著变化。
从图5-A可见：不同采样断面，蓝藻门和甲藻门密度最高值均在断面1，分别为5.43×107、1.01×105 cells/L；硅藻门和隐藻门密度最高值均在断面2，分别为3.03×106、1.32×106 cells/L；裸藻门和绿藻门密度最高值均在断面3，分别为1.63×106、2.49×106 cells/L；金藻门密度最高值在断面5，为1.56×105 cells/L；蓝藻门、硅藻门、隐藻门、裸藻门、绿藻门密度最低值均在断面4，分别为3.29×107、2.30×106、4.60×105、1.03×106、1.68×106 cells/L；甲藻门和金藻门密度在断面5和断面1最低，分别为3.50×104、7.13×104 cells/L。浮游植物各门藻类生物量最高值和最低值与密度基本一致。西江浮游植物密度和生物量均呈现出断面1>断面2>断面5>断面3>断面4的趋势(图5)。
图5 西江浮游植物密度和生物量的空间变化
Fig.5 Spatial variations in phytoplankton density and biomass in Xijiang River
2.4 优势种
以优势度Y>0.02确立为优势种，通过2017年度季节性调查采样，西江在不同季节共发现优势种类群为4门17种，其中蓝藻门5种，硅藻门6种，隐藻门1种，绿藻门5种(表3)。不同季节优势种差异较大，夏季和秋季均以蓝藻门占绝对优势，优势度最大的为假鱼腥藻，秋季除假鱼腥藻外束丝藻也占较大优势；春季和冬季均以假鱼腥藻和梅尼小环藻占绝对优势，此外针晶蓝纤维优势度也较大。4个季节浮游植物优势种具有差异性，说明西江浮游植物多样性较高。
表3 西江浮游植物优势种的季节性变化
Tab.3 Seasonal variations in the dominant species of phytoplankton in Xijiang River
优势种dominant species代号symbol春季 spring夏季 summer秋季 autumn冬季 winter出现频率fi优势度Y出现频率fi优势度Y出现频率fi优势度Y出现频率fi优势度Y蓝藻门 Cyanophyta 假鱼腥藻属sp1. Pseudanabaena sp1.s11.00.0651.00.1191.00.178 假鱼腥藻属sp2. Pseudanabaena sp2.s21.00.1671.00.8171.00.6350.670.046 针晶蓝纤维 Dactylococcopsis rhaphidioidess31.00.0611.000.136 针状蓝纤维 Dactylococcopsis aciculariss40.930.020 束丝藻属 Aphaniaomenon sp.s51.00.099硅藻门 Bacillariophyta 脆杆藻属 Fragilaria sp.s60.930.068 尖针杆藻 Synedra acuss71.00.063 梅尼小环藻 Cyclotella meneghinianas81.00.1001.000.120 颗粒直链藻纤细变种 Melosira granulata var.angutissimas90.930.032 短小曲壳藻 Achnanthes exiguas101.00.021 曲壳藻属 Achnanthes sp.s111.00.031隐藻门 Cryptophyta 啮蚀隐藻 Cryptomonas erosas121.000.187祼藻门 Euglenophyta 狭形纤维藻 Ankistrodesmus angustuss131.00.053绿藻门 Chlorophyta 丝藻属 Ulothrix sp.s140.930.045 双棘栅藻 Scenedesmus bijubas151.00.021 衣藻属 Chamydomonas sp.s160.930.022 娇柔塔胞藻 Pyramidomonas delicatulas171.000.036
2.5 水质评价
对调查西江水体进行综合营养状态评价，4个季节卡尔森营养状态指数变化范围为25.19～29.36，平均值为27.34，均为贫营养级，定性评价全年西江水质为优(表4)。
表4 不同季节西江水体综合营养状态评价
Tab.4 Evaluation of the comprehensive nutritional status of the water body in the Xijiang River in different seasons
季节 seasonTLI(Chl-a)TLI(TP)TLI(TN)TLI(SD)TLI(COD)TLI春季 spring60.3239.4539.62-38.1638.3827.92夏季 sunmer54.8134.4639.92-40.0136.7525.19秋季 autumn62.1437.4143.81-37.7741.2329.36冬季 winter50.1737.4157.89-39.6528.6826.90
2.6 浮游植物群落结构与环境因子的RDA分析
选取17个优势种浮游植物(表3，依次记为s1～s17)，并对其进行DCA分析，结果显示，排序轴梯度长度(LGA)最大值为2.394，故选择RDA进行约束性排序。RDA筛选环境因子的变异膨胀系数，均小于10。RDA分析结果显示，前3轴的累计值占特征值总和的86.5%，这3轴集中了绝大部分的环境因子对浮游植物分布格局，前两个轴的特征值为0.392和0.215，共解释了浮游动物群落变异程度的73.40%(表5)。RDA分析结果表明，在12种环境因子中DO、NH3-N、COD、pH和温度(T)是与西江浮游动物群落结构相关性较强的环境因子。不同季节影响浮游植物群落结构的环境因子不同，春季浮游植物主要受pH、TP影响，与DO呈正相关；夏、秋季主要受温度、COD影响；冬季主要受NH3-N影响较大(图6)。
3 讨论
3.1 浮游植物群落结构
西江浮游植物全年种类数差异较大，春、冬季绿藻门和硅藻门种类数高于夏、秋季，其他藻类种类数差异较小，除季节性影响外[8]，可能与为了改善保护区水质环境，在西江增殖放流的鲢鳙等滤食性鱼类有关[9]。一方面，夏、秋季随着温度升高，浮游植物群落自然演替，蓝藻门的假鱼腥藻、束丝藻等开始大量生长，并逐渐形成优势种；另一方面，增值放流的鲢鳙幼苗在夏、秋季加大对适口性饵料硅藻如脆杆藻、针尖杆藻等的利用[10]。此外，夏季以假鱼腥藻为绝对优势种的蓝藻门不仅与硅藻等藻类竞争，而且还会产生抑制硅藻和其他藻类生长的有机物质[11]。春季栅藻、丝藻、纤维藻等绿藻门浮游植物逐渐成为优势种，可能与温度回升、浮游植物密度增加、浮游动物数量减少、有利于小型浮游植物生长有关[12]。而与水温呈负相关的小环藻等硅藻门浮游植物在冬季成为优势种[13]。形成了夏、秋季以假鱼腥藻为单一绝对优势种的蓝藻门和春、冬季以栅藻、纤维藻、小环藻为优势种的绿藻门和硅藻门的现状，从而使得春、冬季绿藻门、硅藻门种类数比夏、秋季明显增多，浮游植物种类总数出现春、冬季比夏、秋季多的现象。在空间变化上，各断面种类数差异性较小，可能是西江周边无明显外源干扰、水体较为自然，从而形成了浮游植物各种类在不同断面分布较为均匀。
表5 典型对应分析(RDA)结果
Tab.5 Summary results of the Canonical Correspondence Analysis(RDA)
指标 index轴1 axi 1轴2 axi 2轴3 axi 3总氮 TN0.200.0493.65溶解性总氮 DTN0.130.0204.49总磷 TP0.120.004.06溶解性总磷 DTP0.000.0015.75浊度 Tur0.890.043.98温度 T1.340.17119.61pH0.970.02248.38化学需氧量 COD0.670.0723.41透明度 SD2.020.044.90总氨氮 NH3-N0.050.0427.07亚硝酸氮 NO2-N0.000.001.66溶解氧 DO0.990.09203.71
3.2 浮游植物现存量的时空特征及其影响因子
西江4个季节浮游植物密度和生物量差异明显，变化幅度较大，夏、秋季密度和生物量均较高，除了季节性差异影响外，可能与温度有关[14-15]。通过水质检测，全年西江总氮、总磷含量维持在较为稳定状态，当夏、秋季节光照充足时，较耐高温性的蓝藻门等浮游植物迅速繁殖，数量急剧升高。也可能是安庆西江夏、秋季节降雨量较大，受地表径流携带影响，使水体中的营养盐含量增加，导致浮游植物密度和生物量增加[16]。浮游植物密度和生物量在空间变化上总体表现为断面1>断面2>断面5>断面3>断面4的趋势。不同采样断面密度和生物量最高值均出现在断面1，最低值出现在断面4。空间分布特征与环境因子密不可分，有研究表明，影响浮游植物群落结构空间分布的因素有很多，包括水温、光照、营养盐、溶解氧、叶绿素a等[16-17]，这与本次调查水体理化因子中的TN、TP、COD、NH3-N空间特征表现趋势相一致，具体表现为TN、TP等理化因子断面1>断面2>断面5>断面3>断面4，可能与断面1有鱼塘排放水、断面2为基地工作区有较小排污口、断面5定期开放闸口与长江通联有关。其次RDA分析结果表明，NH3-N、DO、COD与浮游植物群落结构相关性较强。就优势种来看，夏季和秋季均以蓝藻门占绝对优势，优势度最大的为假鱼腥藻，其次为束丝藻，均为富营养水体中常见的水华蓝藻，而蓝藻发生水华现象极为普遍[18]，夏、秋季未发生水华，可能与西江地理气候特征有关，且夏、秋季降雨量较大，定期排放水对西江水域冲刷较大，这些综合因素抑制了蓝藻在西江形成水华。春、冬季以衣藻、丝藻、梅尼小环藻等环境指示物种及喜低温物种为优势种[19-20]，与季节性温度变化相符。
注：图6-A中，s1～s17分别代表17个优势物种，具体见表3;图6-B中，1～5代表春季断面1～断面5，6～10代表夏季断面1～断面5，11～15代表秋季断面1～断面5，16～20代表冬季断面1～断面5
Note:1-5 in Figure 6-B represents from section 1 to section 5 in spring; 6-10 represents from section 1 to section 5 in summer; 11-15 represents from section 1 to section 5 in autumn; 16-20 represents from section 1 to section 5 in winter
图6 物种与环境因子及采样点与环境因子之间的典范对应分析(RDA)排序图
Fig.6 Canonical Correspondence Analysis (RDA) sorting diagram between species and environmental factors, sampling points and environmental factors
通过对本次调查中选取的17种优势藻类与环境因子的典范对应RDA分析表明，西江浮游植物空间结构与DO、NH3-N、COD、温度和pH的时空变化密切相关。全年西江总磷、可溶性总磷含量稳定，DO、NH3-N、COD等含量变化是引起西江浮游植物群落密度变化的主要因素。温度是影响浮游植物生长的最直接因素[15]，不同种类的浮游植物都有其最佳的生长繁殖温度范围[21]。COD对浮游植物现存量的影响可能是其含量的增加一定程度上可以促进无机氮和磷酸盐的补充[22]。营养盐也是影响浮游植物现存量最基本的环境因子之一[23]，本研究中RCA分析显示，氨氮对西江浮游植物密度影响较大。而浊度对浮游植物的现存量呈负相关，可能是对某些藻类的光合作用和生长速率产生一定的抑制作用[24]。本研究表明，西江浮游植物生物量与浊度有成反比的趋势，西江一般不通江，水压较稳定，温度随季节性变化，而总磷和可溶性总磷季节性变化不明显，所以对浮游植物密度分布影响不明显。
3.3 江豚生存状况评估
水质和饵料是影响长江江豚的重要因素[25-26]，西江周边环境良好，无工厂企业等明显的外源污染，人类活动是仅有的对水质产生影响的因素，且西江年平均降雨量为1347 mm[1]，通过不定时的补充和排放，以及自身的净化能力，西江的水质能保持长期的稳定。通过周年对西江的水质状况调查，利用卡尔森营养状态指数评价水质，西江全年处于贫营养级，定性评价水质为优，浮游植物群落状态较稳定，浮游动物及相应的鱼类有较好的饵料条件，能维持丰富的鱼类资源。参考长江及其他湖泊[27]，作者认为西江水域环境适合长江江豚生存。此外，西江渔业资源丰富，有季节性的增值放流和捕捞措施，一方面可减少大型鱼类数量，另一方面可增加长江江豚适口鱼类饵料，都有利于长江江豚生存[28-29]。
4 结论
(1)安庆西江浮游植物主要以蓝藻、硅藻占绝对主导地位，其次是绿藻，西江浮游植物群落结构的周期性和季节性变化趋势差异主要是由绿藻、蓝藻和硅藻引起的。
(2)西江鱼类的增值放流及季节性捕捞等是直接引起西江浮游植物不稳定变化的主要原因。
(3)典范对应分析表明，西江浮游植物密度的变化与水温、DO、NH3-N、COD、pH含量变化密切相关。
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