黑河甘肃段浮游植物群落结构演变趋势

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2021.00087

摘要/Abstract

摘要：

为探究西北干旱区内陆河流域水生态系统时空演变规律，2017年7月对黑河甘肃段进行了浮游植物的采样调查，并收集1981、1997、2008年浮游植物夏季调查数据，分析黑河上中下游浮游植物物种、生物多样性和优势种等群落结构的演变特征，同时提出生物活动力指标以表征河流生物的活动能力和活跃程度。结果表明：在空间分布上，黑河中游在各年份都具有最为丰富稳定的浮游植物群落结构，物种数（61属）、生物多样性指数（2.87）和生物活动力指数（0.194万cells·hm^-2）均高于上下游。在时间尺度上，上游浮游植物群落变得持续丰富；中游从1981年持续衰落到2008年后出现反转并快速恢复到2017年更为丰富和活跃的水平；下游则呈现出持续衰落的态势。以1981年为基准，黑河中游水域面积到2010年减小5.2%，浮游植物生物活动力降低了16.5%，到2017年水域面积增加1.2%，浮游植物生物活动力增加了4.3%。黑河浮游植物对流域天然湿地及水域的变化具有强烈的敏感性和依赖性，浮游植物演变特征与湿地水域面积变化趋势一致。

关键词: 内陆河, 浮游植物, 群落演变, 生物活动力指数

Abstract:

In order to investigate the temporal and spatial evolution of the aquatic ecosystem in northwest inland river basin， phytoplankton of Gansu section of Heihe River was investigated in July 2017. And phytoplankton datas in 1981， 1997 and 2008 were collected to analyze the evolutionary characteristics of phytoplankton species， biodiversity and dominant species in the upstream， midstream and downstream of the Heihe River at different periods. At the same time， Bioactivity index was proposed to characterize the activity of river organisms. The results showed that the midstream of Heihe River has the most abundant and stable phytoplankton community structure in each year， and its species （61 genera）， biodiversity （2.87）， and bioactivity index （0.194 million cells·hm^-2） were higher than those of upstream and downstream. On the time scale， the upstream phytoplankton community continued to be abundant. The midstream continued to decline from 1981 to 2008， and then quickly reversed to a richer and more active level in 2017. The downstream showed a continuous decline. Based on 1981， the water area of midstream of Heihe River decreased by 5.2%， and phytoplankton biological activity decreased by 16.5% in 2010. Water area increased by 1.2%， and phytoplankton biological activity increased by 4.3% in 2017. Phytoplankton in Heihe River basin has strong sensitivity and dependence on changes in its natural wetlands and waters. The evolution of phytoplankton community structure was consistent with the change of wetland water area.

Key words: inland river, phytoplankton, community evolution, bioactivity index

中图分类号:

Q948.8

孙亚玲, 牛晓宇, 刘进琪, 王欢. 黑河甘肃段浮游植物群落结构演变趋势[J]. 中国沙漠, 2021, 41(5): 229-237.

Yaling Sun, Xiaoyu Niu, Jinqi Liu, Huan Wang. Evolution trend of phytoplankton community structure in Gansu section of Heihe River[J]. Journal of Desert Research, 2021, 41(5): 229-237.

图/表 6

参考文献 34

1	程国栋，肖洪浪，徐中民，等.中国西北内陆河水问题及其应对策略：以黑河流域为例［J］.冰川冻土，2006，28（3）：406-413.
2	司建华，冯起，张小由，等.荒漠河岸林胡杨和柽柳群落小气候特征研究［J］.中国沙漠，2005（5）：668-674.
3	王根绪，程国栋.近50 a来黑河流域水文及生态环境的变化［J］.中国沙漠，1998，18（3）：43-48.
4	王根绪，程国栋，沈永平.干旱区受水资源胁迫的下游绿洲动态变化趋势分析：以黑河流域额济纳绿洲为例［J］.应用生态学报，2002，13（5）：564-568.
5	程国栋，肖洪浪，傅伯杰，等.黑河流域生态-水文过程集成研究进展［J］.地球科学进展，2014，29（4）：431-437.
6	刘进琪，王根绪.内陆河流水量演变与河流健康评价［J］.水利水电技术，2006，37（12）：8-10，15.
7	刘海平，叶少文，杨雪峰，等.西藏尼洋河水生生物群落时空动态及与环境因子的关系：1.浮游植物［J］.湖泊科学，2013，25（5）：695-706.
8	Borics G，Gorgenyi J，Grigorszky，et al.The role of phytoplankton diversity metrics in shallow lake and river quality assessment［J］.Ecological Indicators，2014，45（1）：28-36.
9	Allen A P，Brown J H，Gillooly J F.Global biodiversity，biochemical kinetics，and the energetic-equivalence rule［J］.Science，2002，297（5586）：1545-1548.
10	Dixon L K，Vargo G A，Johansson J O R，et al.Trends and explanatory variables for the major phytoplankton groups of two southwestern Florida estuaries，U.S.A.［J］.Journal of Sea Research，2009，61（1/2）：95-102.
11	陈燕琴，申志新，刘玉婷.柴达木水系格尔木河秋季浮游植物群落结构特征初步研究［J］.青海农林科技，2012（2）：10-15，60.
12	赵铁桥，王基琳.河西内陆河水系的水生生物调查［J］.高原生物学集刊，1984，2：45-51.
13	陈生熬，王帅，周刚，等.塔里木河流域多浪水库浮游生物的调查研究［J］.塔里木大学学报，2011，23（3）：30-36.
14	李鹏，安黎哲，冯虎元，等.黑河流域浮游植物及其地理分布特征研究［J］.西北植物学报，2001，21（5）：966-972.
15	郝媛媛，孙国钧，张立勋，等.黑河流域浮游植物群落特征与环境因子的关系［J］.湖泊科学，2014，26（1）：121-130.
16	王世岩，毛战坡，王亮，等.黑河流域水生态系统异质性与环境因子关系研究［J］.水资源与水工程学报，2014，25（6）：7-12，17.
17	邬红娟，郭生练.水库水文情势与浮游植物群落结构［J］.水科学进展，2001（1）：51-55.
18	朱伟，姜谋余，赵联芳，等.悬浮泥沙对藻类生长影响的实测与分析［J］.水科学进展，2010，21（2）：241-247.
19	杨宋琪，祖廷勋，王怀斌，等.黑河张掖段浮游植物群落结构及其与环境因子的关系［J］.湖泊科学，2019，31（1）：159-170.
20	陆志翔，肖洪浪，Wei Yongping，等.黑河流域近两千年人-水-生态演变研究进展［J］.地球科学进展，2015，30（3）：396-406.
21	蓝永超，丁永建，刘进琪，等.全球气候变暖情景下黑河山区流域水资源的变化［J］.中国沙漠，2005，25（6）：71-76.
22	刘金巍，靳甜甜，刘国华，等.黑河中上游地区2000-2010年土地利用变化及水土保持服务功能［J］.生态学报，2014，34（23）：7013-7025.
23	曹玲，窦永祥，张德玉.气候变化对黑河流域生态环境的影响［J］.干旱气象，2003，21（4）：45-49.
24	怀保娟，李忠勤，孙美平，等.近50年黑河流域的冰川变化遥感分析［J］.地理学报，2014，69（3）：365-377.
25	刘阳光.甘肃渔业资源与区划［M］.兰州：兰州大学出版社，2000.
26	孙亚玲，刘进琪，邹松兵.渭河上游浮游植物群落结构对空间环境响应的差异性研究［J］.水利水电技术，2019，50（7）：144-152.
27	Gastn K J.Global patterns in biodiversity［J］. Nature，2000，405（6783）：220-227.
28	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，2006：230-269.
29	赵文.水生生物学［M］.北京：中国农业出版社，2005：62-69.
30	马鸿勇，张峰，张洁.近51年气候变化对黑河流域湿地生态环境的影响［J］.安徽农业科学，2011，39（11）：6562-6565.
31	刘宗平，刘进琪.内陆河流健康评价探讨［J］.水资源保护，2007，23（3）：24-26，35.
32	牛最荣，刘进琪，赵文智，等.河西内陆河流域土地利用对地表水资源影响研究［J］.水文，2009，29（5）：73-78.
33	李鸿伟，赵锐锋，王福红.人类土地利用干扰对黑河中游湿地时空变化的影响［J］.干旱区地理，2018，41（2）：375-383.
34	司建华，冯起，席海洋，等.黑河下游额济纳绿洲生态需水关键期及需水量［J］.中国沙漠，2013，33（2）：560-567.

种类（属）	莺落峡以上			莺落峡至正义峡				正义峡以下		黑河流域
种类（属）	1981年	2008年	2017年	1981年	1997年	2008年	2017年	1981年	2017年	1981年	2008年	2017年
绿藻门	15	17	17	19	15	19	24	17	13	19	22	30
硅藻门	12	16	16	18	14	16	20	15	14	18	20	24
蓝藻门	3	2	3	5	9	3	6	5	4	5	3	8
裸藻门	3	2	2	4	2	3	5	3	1	4	3	5
甲藻门	3	1	1	2	3	2	2	2	3	3	2	3
黄藻门	1	1	1	1	2	2	1	1	2	1	2	2
金藻门	0	0	0	2	4	1	2	0	0	2	1	2
隐藻门	0	0	0	1	0	0	1	0	0	1	0	1
种类总计	37	39	40	52	49	46	61	43	37	53	53	75
平均生物量/（mg·L^-1）	0.217	0.262	0.274	0.290	—	0.251	0.303	0.252	0.233	0.253	0.255	0.270
平均密度/（万cells·L^-1）	35.2	44.6	45.8	56.3	—	48.2	57.9	39.7	32.6	44.1	46.8	45.4
Shannon-Weaver多样性指数(H)	2.16	2.28	2.34	2.79	—	2.48	2.87	2.52	2.21	—	—	—

种类（属）	莺落峡以上			莺落峡至正义峡				正义峡以下		黑河流域
种类（属）	1981年	2008年	2017年	1981年	1997年	2008年	2017年	1981年	2017年	1981年	2008年	2017年
绿藻门	15	17	17	19	15	19	24	17	13	19	22	30
硅藻门	12	16	16	18	14	16	20	15	14	18	20	24
蓝藻门	3	2	3	5	9	3	6	5	4	5	3	8
裸藻门	3	2	2	4	2	3	5	3	1	4	3	5
甲藻门	3	1	1	2	3	2	2	2	3	3	2	3
黄藻门	1	1	1	1	2	2	1	1	2	1	2	2
金藻门	0	0	0	2	4	1	2	0	0	2	1	2
隐藻门	0	0	0	1	0	0	1	0	0	1	0	1
种类总计	37	39	40	52	49	46	61	43	37	53	53	75
平均生物量/（mg·L^-1）	0.217	0.262	0.274	0.290	—	0.251	0.303	0.252	0.233	0.253	0.255	0.270
平均密度/（万cells·L^-1）	35.2	44.6	45.8	56.3	—	48.2	57.9	39.7	32.6	44.1	46.8	45.4
Shannon-Weaver多样性指数(H)	2.16	2.28	2.34	2.79	—	2.48	2.87	2.52	2.21	—	—	—

门	属	莺落峡以上			莺落峡至正义峡				正义峡以下
门	属	1981年	2008年	2017年	1981年	1997年	2008年	2017年	1981年	2017年
硅藻门	羽纹藻属(Pinnularia)		+	0.22	+	+	+	0.07	+	0.11
	针杆藻属(Synedra)	+		0.08	+	+	+	0.08	+	0.23
	小环藻属(Cyclotella)	+	+	0.24	+	+	+	0.20	+
	等片藻属(Diatoma)		+	0.10					+	0.21
	卵形藻属(Cocconeis)				+			0.03
	双菱藻属(Surirella)				+			0.02
	直链藻属(Melosira)				+			0.07
	舟形藻属(Navicula)		+	0.07						0.18
	桥穹藻属(Cymbella)				+	+		0.05
	异端藻属(Gomphonema)		+	0.09		+
	菱形藻属(Nitzschia)	+			+		+	0.05	+
	布纹藻属(Gyrosigma)				+			0.07	+	0.04
绿藻门	小球藻属(Chlorella)	+	+	0.03	+	+	+	0.02	+
	栅藻属(Scenedesmus)	+		0.02	+	+		0.04	+	0.06
	绿球藻属(Chlorococcum)	+			+		+		+
	纤维藻属(Ankistrodesmus)	+			+		+	0.02	+	0.04
	鼓藻属(Cosmarium)				+			0.03
	盘藻属(Gonium)					+	+
	衣藻属(Chlamydomonas)					+		0.02
	实球藻属(Pandorina)		+	0.02
蓝藻门	蓝球藻属(Chroococcus)		+	0.02			+
	颤藻属(Oscillatoria)	+	+	0.03	+	+	+	0.02	+	0.02
	平裂藻属(Merismopedia)				+	+		0.03
	微囊藻属(Microcystis)									0.03
	拟鱼腥藻属(Anabaenopsis)				+	+		0.02
裸藻门	壳虫藻属(Trachelomonas)		+	0.02
裸藻门	裸藻属(Englena)	+			+	+	+	0.02	+
金藻门	锥囊藻属(Dinobryon)				+			0.02
甲藻门	角藻属(Ceratium)					+	+	0.03	+
黄藻门	膝口藻属(Gonyostomum)					+	+

门	属	莺落峡以上			莺落峡至正义峡				正义峡以下
门	属	1981年	2008年	2017年	1981年	1997年	2008年	2017年	1981年	2017年
硅藻门	羽纹藻属(Pinnularia)		+	0.22	+	+	+	0.07	+	0.11
	针杆藻属(Synedra)	+		0.08	+	+	+	0.08	+	0.23
	小环藻属(Cyclotella)	+	+	0.24	+	+	+	0.20	+
	等片藻属(Diatoma)		+	0.10					+	0.21
	卵形藻属(Cocconeis)				+			0.03
	双菱藻属(Surirella)				+			0.02
	直链藻属(Melosira)				+			0.07
	舟形藻属(Navicula)		+	0.07						0.18
	桥穹藻属(Cymbella)				+	+		0.05
	异端藻属(Gomphonema)		+	0.09		+
	菱形藻属(Nitzschia)	+			+		+	0.05	+
	布纹藻属(Gyrosigma)				+			0.07	+	0.04
绿藻门	小球藻属(Chlorella)	+	+	0.03	+	+	+	0.02	+
	栅藻属(Scenedesmus)	+		0.02	+	+		0.04	+	0.06
	绿球藻属(Chlorococcum)	+			+		+		+
	纤维藻属(Ankistrodesmus)	+			+		+	0.02	+	0.04
	鼓藻属(Cosmarium)				+			0.03
	盘藻属(Gonium)					+	+
	衣藻属(Chlamydomonas)					+		0.02
	实球藻属(Pandorina)		+	0.02
蓝藻门	蓝球藻属(Chroococcus)		+	0.02			+
	颤藻属(Oscillatoria)	+	+	0.03	+	+	+	0.02	+	0.02
	平裂藻属(Merismopedia)				+	+		0.03
	微囊藻属(Microcystis)									0.03
	拟鱼腥藻属(Anabaenopsis)				+	+		0.02
裸藻门	壳虫藻属(Trachelomonas)		+	0.02
裸藻门	裸藻属(Englena)	+			+	+	+	0.02	+
金藻门	锥囊藻属(Dinobryon)				+			0.02
甲藻门	角藻属(Ceratium)					+	+	0.03	+
黄藻门	膝口藻属(Gonyostomum)					+	+

年份	水域面积及变化率		群落结构参数变化率/%			生物活动力指数
年份	面积/hm2	变化率/%	物种数	密度	Shannon-Weaver指数	生物活动力指数/(万cells·hm^-2)	变化率/%
1981	844.4	—	—	—	—	0.186	—
2008	800.4	-5.2	-9.8	-14.4	-7.5	0.155	-16.5
2017	854.4	1.2	19.6	2.8	2.9	0.194	4.3