松花江哈爾濱段浮游植物分布研究

馮 凱，劉 瑩，張 檸

(1.黑龍江大學(xué) 水利電力學(xué)院，哈爾濱 150080；2.黑龍江水利科學(xué)研究院，哈爾濱 150080)

0 前 言

浮游植物作為水域生態(tài)系統(tǒng)中的初級生產(chǎn)者，在食物鏈中擔(dān)任著重要的作用。浮游植物不但參與完成生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)循環(huán)和能量流動過程，同時在構(gòu)建群落環(huán)境、維持生態(tài)平衡、供應(yīng)能源等多種方面都具有重要的意義。浮游植物群落的種類組成和密度特征與河流生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能密切相關(guān)，由于其具有繁殖周期短、對水域環(huán)境變化敏感等特點(diǎn)，其群落演替格局會間接影響河流生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)平衡，因此浮游植物作為水環(huán)境變化的指示者被廣泛的運(yùn)用。同時，浮游植物群落的分布狀況及結(jié)構(gòu)特征還能反映出水域的生態(tài)環(huán)境情況，因此對浮游群落結(jié)構(gòu)的研究具有重要意義。

松花江流域地處中國東北地區(qū)的北部，流域面積56.12萬km2，是中國七大流域之一。松花江流域作為東北地區(qū)經(jīng)濟(jì)和發(fā)展的主要載體，承擔(dān)著為東北地區(qū)提供飲用水源和農(nóng)業(yè)生活污水排放等作用，但在2005年苯污染事件后，松花江流域生物多樣性及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能遭受不同程度的破壞[1]。調(diào)查研究了松花江哈爾濱段浮游植物的種類組成、密度和優(yōu)勢種，結(jié)合采樣點(diǎn)水質(zhì)數(shù)據(jù)，采用CCA典范對應(yīng)分析了浮游植物群落分布與水環(huán)境因子的相關(guān)性 ，進(jìn)一步分析浮游植物群落格局與環(huán)境因子之間的相互影響，為松花江水域水生植物群落與生態(tài)環(huán)境的保護(hù)和修復(fù)提供基礎(chǔ)資料和科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 采樣點(diǎn)設(shè)置

研究在松花江哈爾濱市段設(shè)置6個采樣點(diǎn)，用全面布局、重點(diǎn)突出、實(shí)地采樣結(jié)合遙感監(jiān)測的調(diào)查方式，利用衛(wèi)星底圖，采取網(wǎng)絡(luò)格局結(jié)合歷史調(diào)查進(jìn)行站位布設(shè)，從上游朱順屯斷面到下游大頂子山斷面依次為朱順屯(s1)、何家溝(s2)、阿什河口(s3)、呼蘭河口(s4)、大亮子河(s5)、大頂子山(s6)、擺渡鎮(zhèn)(s7)，分別于2020年5月和10月進(jìn)行兩次采樣。松花江哈爾濱段采樣點(diǎn)分布圖，見圖1。

1.2 樣品采集與理化指標(biāo)測定方法

1.2.1 浮游植物樣品的采集

定性樣品用25號浮游生物網(wǎng)在水面下0-0.5m處作“∞”形循回拖動，約3-5min后將網(wǎng)慢慢提起，將濃縮的水樣放入標(biāo)本瓶中，取樣約30-50mL，用1%-1.5%樣品體積的魯哥試液固定。

定量樣品用采水器在所測水層采水1000-2000mL，每升加入10-15mL魯哥氏液充分搖勻固定，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)靜止48h后濃縮至30mL。松花江哈爾濱段采樣點(diǎn)分布圖，見圖1。

圖1 松花江哈爾濱段采樣點(diǎn)分布圖

檢測方法采用鏡檢分類，取0.1mL樣品，放入0.1mL計(jì)數(shù)框內(nèi)，蓋上蓋玻片。在200-400倍鏡下，利用視野計(jì)數(shù)法或全片計(jì)數(shù)法進(jìn)行定量檢測。在進(jìn)行鏡檢計(jì)數(shù)時，每個樣品≥2個片子，當(dāng)兩片的計(jì)數(shù)值時，取其平均值作為測定結(jié)果。當(dāng)2片誤差>15%時，進(jìn)行第3片計(jì)數(shù)，取結(jié)果相近的2片(誤差<15%)的平均值作為測定結(jié)果。浮游植物物種鑒定和計(jì)數(shù)參考相關(guān)書籍[2-3]。

1.2.2 水體理化指標(biāo)測定

用儀器現(xiàn)場采集水溫(WT)、pH、電導(dǎo)率(SpCond)。取樣24h內(nèi)于實(shí)驗(yàn)室依據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)測定總磷(TP)、總氮(TN)和化學(xué)需氧量(COD)的含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

浮游植物優(yōu)勢度通過下述公式計(jì)算：

(1)

式中：ni為第i種的數(shù)量；N為采集樣品中所有種類的總個體數(shù)量；fi為該物種在各樣品中出現(xiàn)的頻率。當(dāng)y≥0.02時，為優(yōu)勢種。

采用canoco4.5軟件對浮游植物群落與環(huán)境因子間進(jìn)行CAA分析，對浮游植物的豐度進(jìn)行平方根轉(zhuǎn)換，各樣點(diǎn)出現(xiàn)頻率≥50%納入物種數(shù)據(jù)矩陣，環(huán)境因子除pH外進(jìn)行l(wèi)og(x+ 1)進(jìn)行處理使之更趨于正態(tài)分布[6]。

2 結(jié)果與分析

2.1 浮游植物種類組成和群落密度

研究期間松花江哈爾濱段共檢出浮游植物共計(jì)6門90種屬。其中，綠藻門的種類最多，為35種屬，占38.89 %；硅藻門的種類次之，為29種屬，占32.22%；藍(lán)藻門為12種屬，裸藻門7種屬，隱藻門4種屬，共占25.56%；甲藻門為3種屬，共占3.33%。從各采樣點(diǎn)的水平分布來看，6號采樣點(diǎn)種類數(shù)最多，為6門66種屬；4號采樣點(diǎn)種類數(shù)次之，為6門55種屬；7號采樣點(diǎn)為6門45種屬，1號和3號采樣點(diǎn)種類數(shù)均為5門45種屬；2號采樣點(diǎn)的種類最少，為5門39種屬。其中春季浮游植物各門類的種類數(shù)高于秋季種類數(shù)。

春季松花江哈爾濱段浮游植物密度總計(jì)為9.8994 mg/L。其中，硅藻的密度最高，為5.6607 mg/L，占57.18%；藍(lán)藻次之，為2.0293 mg/L，占20.5%；裸藻、綠藻、隱藻的密度分別為0.7144 mg/L、0.5947 mg/L、0.5817 mg/L，共占19.1%；甲藻的密度較少，為0.3187 mg/L，占3.22%。秋季松花江哈爾濱段浮游植物密度總計(jì)為10.7840 mg/L。其中，硅藻的密度最高，為9.9293 mg/L，占92.07%；藍(lán)藻次之，為0.3516 mg/L，占3.26%；裸藻、綠藻、隱藻的密度分別為0.2253 mg/L、0.0825 mg/L、0.1638 mg/L，共占4.37%；金藻的密度較少，為0.0315 mg/L，占0.29%。

2.2 優(yōu)勢種

從調(diào)查結(jié)果來看，主要的優(yōu)勢種有：硅藻門的短小舟形藻N.exigua、微綠舟形藻N.viridula、小環(huán)藻Cyclotella、克洛脆桿藻Fragilariacrotonensis、肘狀針桿藻Synedraamphicephala、尖針桿藻S.acus、帽狀菱形藻N.microcephala、菱形藻Nitzschia、變異直鏈藻Melosiravarians、顆粒直鏈藻M.dranulata；藍(lán)藻門的水花束絲藻Apanizomenonflosaquae；隱藻門的藍(lán)隱藻Chroomonasacuta。松花江哈爾濱段浮游植物優(yōu)勢種優(yōu)勢度，見表1。

表1 松花江哈爾濱段浮游植物優(yōu)勢種優(yōu)勢度

2.3 浮游植物群落與環(huán)境因子的排序分析

使用CCA典范對應(yīng)分析對松花江哈爾濱段浮游植物與其所在各采樣點(diǎn)的水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行直接排序作圖，分析兩季中浮游植物的主要優(yōu)勢種與環(huán)境因子的相關(guān)性，直接揭示優(yōu)勢種對水環(huán)境的影響，同時也能反映出水質(zhì)的狀況。浮游植物種類CCA分析信息統(tǒng)計(jì)，見表2；春季浮游植物與環(huán)境因子CCA排序圖，見圖2；秋季浮游植物與環(huán)境因子CCA排序圖，見圖3。由春季、秋季浮游植物與環(huán)境因子之間的相關(guān)系數(shù)可以看出軸1和軸2的相關(guān)性很高，由CCA可以看出SpCond、WT、pH、TP是春季影響松花江哈爾濱段浮游植物群落分布的主要環(huán)境因子，pH、WT、TN是秋季影響松花江哈爾濱段浮游植物群落分布的主要環(huán)境因子，其在排序圖的權(quán)重值，反映出其對浮游植物影響的重要程度。

表2 浮游植物種類CCA分析信息統(tǒng)計(jì)

圖2 春季浮游植物與環(huán)境因子CCA排序圖 圖3 秋季浮游植物與環(huán)境因子CCA排序圖

3 討 論

3.1 松花江哈爾濱段浮游植物群落分布特征

不同季節(jié)間流域內(nèi)水文條件改變時，浮游植物群落會調(diào)控演替機(jī)制而維持群落的生態(tài)平衡，如浮游植物的形態(tài)、沉降情況、捕光能力、營養(yǎng)鹽的利用和固碳作用等發(fā)生相應(yīng)的生態(tài)響應(yīng)[4]。從松花江流域哈爾濱段浮游植物的結(jié)果來看，浮游植物的種類與密度均隨時間與空間變化明顯，其中硅藻門和隱藻門種類在降雨量低、干旱和低溫的春季占主要優(yōu)勢。其次，藍(lán)藻門和綠藻門也能在秋季中占優(yōu)勢地位，表明秋季河流中的營養(yǎng)鹽和水溫較為穩(wěn)定，而綠藻門浮游植物能夠在低濃度的營養(yǎng)鹽條件下穩(wěn)定發(fā)展。從時間上來看，浮游植物群落結(jié)構(gòu)變化容易受到溫帶季風(fēng)氣候的影響，春季中硅藻門的比例占81.29%，在群落結(jié)構(gòu)中處于絕對優(yōu)勢地位，而到了春季藍(lán)藻門和綠藻門的比例逐漸升高。隨著時間推移，浮游植物群落向藍(lán)綠藻逐漸占優(yōu)的格局演替，而松花江哈爾濱段浮游植物群落的演替機(jī)制和物種適應(yīng)策略也正與PEG模型相吻合。從空間分布上來看，藻類植物為了適應(yīng)環(huán)境會不斷擴(kuò)張與改變其生態(tài)位等因素，從而在不同的環(huán)境下，藻類植物的群落結(jié)構(gòu)也會發(fā)生一定的變化[5]。在調(diào)查研究其中，春季硅藻門的棱形藻、變異直鏈藻到了秋季均不再是優(yōu)勢種，說明直鏈藻對水環(huán)境的變化非常敏感，易受水溫條件的限制，表明不容易在低濃度營養(yǎng)鹽水體中成為優(yōu)勢種。

3.2 環(huán)境因子對浮游植物的影響

水域環(huán)境的改變從一定程度上能改變藻類植物的種類組成、豐富變化，浮游植物群落分布結(jié)構(gòu)也能在一定程度上反映出水質(zhì)的好壞，兩者之間是一種耦合關(guān)系。本次研究中采用典范對應(yīng)分析(CCA)對松花江哈爾濱段浮游植物群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子進(jìn)行排序分析，研究結(jié)果表明溫度和pH值是影響浮游植物分布格局的要環(huán)境因子，電導(dǎo)率、總氮和總磷也與浮游植物分布有顯著的相關(guān)性。河流中pH值越高，浮游植物對溶解性無機(jī)碳的吸收越快，研究中直鏈藻和小環(huán)藻對pH值變化較敏感，春季河流中pH值在8.2-8.7之間上下浮動，小環(huán)藻在pH=8.5時密度能達(dá)到最大，因此在小環(huán)藻能在春季中占優(yōu)勢地位。松花江哈爾濱段作為溫帶區(qū)河流，溫度是影響浮游植物生長的主要因子，對藻類浮游植物的代謝繁殖和環(huán)境適應(yīng)起到一定的限制作用。電導(dǎo)率SpCond是反映水體可帶電離的帶點(diǎn)微粒的含量，其大小通?？梢苑从吵鋈芙庠谒w的物質(zhì)種類、濃度等特征CCA排序圖顯示硅藻門類植物與SpCond呈顯著相關(guān)性分布，SpCond含量越大，硅藻類浮游植物密度越大。水體電導(dǎo)率含量的變化是驅(qū)動硅藻群落演替的重要環(huán)境因子，硅藻群落分布的差異性受到以電導(dǎo)率為主的環(huán)境因子所影響。哈爾濱屬于溫帶季風(fēng)氣候，松花江由于夏、秋季雨水的沖刷增加了水體的流動，而春季水體滯留時間較長，促進(jìn)了可溶性物質(zhì)(有機(jī)物、重金屬離子、其他營養(yǎng)物)的富集和積蓄作用[6]。研究中，硅藻門中微綠洲形藻、短小舟形藻在群落中的密度分布與水體電導(dǎo)率的大小變化關(guān)系顯著，由于春季水體較低且營養(yǎng)含量較高，因此其在春季水流中占優(yōu)勢地位。而藍(lán)藻和隱藻主要生活在營養(yǎng)鹽較高的水體中，秋季水體中磷的含量較高，并且秋季水溫比較溫度，CCA圖表明藍(lán)藻和隱藻與總磷呈正相關(guān)分布，尤其是藍(lán)隱藻在秋季河流中占顯著優(yōu)勢地位，可見總磷是影響秋季松花江哈爾濱段浮游植物群落分布的主要因素之一。

4 結(jié) 論

1)研究于松花江哈爾濱段共檢出浮游植物共計(jì)6門90種屬。主要由硅藻、綠藻、藍(lán)藻、隱藻門組成，其中綠藻門的種類最多，占38.89 %；硅藻門其次，占32.22%；剩下則主要由藍(lán)藻門和隱藻門組成。

2)松花江哈爾濱段浮游植物群落分布受水環(huán)境因子影響密切，溫度、pH、電導(dǎo)率、總磷和總氮是主要影響因素。