北運(yùn)河浮游植物群落與環(huán)境因子季節(jié)性變化的研究

王 汨，殷旭旺，王博涵

(大連海洋大學(xué) 水產(chǎn)與生命學(xué)院，遼寧 大連 116023)

浮游植物在水域系統(tǒng)中的具有很特殊的地位[1-2]，浮游植物群落結(jié)構(gòu)與其所處的水域環(huán)境密切相關(guān)，并對水體環(huán)境的變化有著很好的響應(yīng)作用[3-4].許多學(xué)者利用浮游植物對外界環(huán)境的靈敏反應(yīng)程度來進(jìn)行監(jiān)測水質(zhì)，而且取得了一定的成果[5-6].針對不同的水環(huán)境因子和地理位置，大量學(xué)者都對浮游植物群落結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其對所處生境的關(guān)系進(jìn)行了大量研究和調(diào)查[7-8].

近年來，由于受到河流污染、湖泊萎縮、河流斷流等水域生態(tài)環(huán)境惡化的影響，北運(yùn)河的水生生物及環(huán)境發(fā)生了很大的變化.因此，研究北運(yùn)河主要河流的浮游植物與水質(zhì)的季節(jié)變化可以了解北運(yùn)河水環(huán)境治理的效果，為北運(yùn)河的治理和水生生物多樣性的恢復(fù)提供科學(xué)依據(jù)，為北運(yùn)河水域系統(tǒng)建設(shè)和漁業(yè)資源保護(hù)提供支撐[7-8].

1 材料和方法

1.1 地區(qū)概況及點(diǎn)位設(shè)置

北京市內(nèi)具有多條河流，各水系的支流眾多，河道則復(fù)雜多變，河網(wǎng)密度又大小不一，呈現(xiàn)出不同的水文特征，北運(yùn)河就是其中的河流之一，作為北京的重要河流之一，北運(yùn)河具有很重要的作用和意義.根據(jù)北運(yùn)河實(shí)地地貌具體狀況及前期的調(diào)查，本次調(diào)查的點(diǎn)位均為市內(nèi)重要的水文監(jiān)測點(diǎn)，本研究一共選取2016年春、夏和秋季的19個(gè)點(diǎn)位進(jìn)行樣品采集，采樣點(diǎn)分布見圖1.

圖1 北運(yùn)河采樣點(diǎn)分布圖

1.2 浮游植物采集及水環(huán)境因子測定

采集2 L水樣，加入魯哥氏液固定.沉淀48 h，定容至50 ml，鑒定人員進(jìn)行鑒定、記錄、整合數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)[9-13].測定水中的葉綠素a、水溫、pH、氨氮等共9個(gè)水環(huán)境因子[9-13].工作人員記錄并分析數(shù)據(jù)[9-13].

1.3 數(shù)據(jù)處理及分析

通過查閱文獻(xiàn)等多方面分析計(jì)算浮游植物的優(yōu)勢種等群落特征.數(shù)據(jù)整合分析并計(jì)算浮游植物密度占比、優(yōu)勢種、香農(nóng)威納指數(shù)等數(shù)據(jù)[13-16].

浮游植物的健康評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表1[14-17].

表1 浮游植物群落的健康標(biāo)準(zhǔn)

運(yùn)用Canoco 4.5進(jìn)行環(huán)境因子的主成分分析和篩選出的環(huán)境因子和浮游植物密度的典范對應(yīng)分析，在Biodiversity pro上進(jìn)行浮游植物群落多樣性指數(shù)的計(jì)算，在Arc Map10.2上進(jìn)行采樣點(diǎn)位的制圖[13-16].

2 結(jié)果與分析

2.1 北運(yùn)河水體環(huán)境因子

本次調(diào)查中，三個(gè)季節(jié)采集到的各環(huán)境因子的平均數(shù)值見表2.測定出的夏季水溫平均值最高，為27.31oC，測定出的秋季水溫平均值最低，為18.17oC，水體均為堿性水體，測定出的總磷等環(huán)境因子在春季平均值含量最高，氟化物等環(huán)境因子在夏季平均值含量最高，溶解氧等環(huán)境因子在秋季平均值含量最高.

表2 北運(yùn)河水環(huán)境因子的比較(平均值±標(biāo)準(zhǔn)差)

2.2 北運(yùn)河游植物群落結(jié)構(gòu)

2.2.1 北運(yùn)河浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征

根據(jù)調(diào)查結(jié)果顯示，三個(gè)季節(jié)中分別采集到浮游植物均5門，物種數(shù)分別為95種、78種和57種.常見的物種有尖尾裸藻(Euglena oxyuris)和優(yōu)美平裂藻(Merismopedia elegans)等等.春季共鑒定出綠藻門41種，硅藻門27種，其他門類物種較少.藍(lán)藻門密度最高，其占總密度的74.19%，綠藻門占比16.62%，硅藻門占比8.18%，其他兩門密度占比較少.夏季共鑒定出綠藻門33種，硅藻門28種，其他門類物種較少.藍(lán)藻門密度最高，其占總密度的63.62%，綠藻門占比21.14%，硅藻門占比14.96%，其他兩門密度較少.秋季共鑒定出綠藻門32種，硅藻門14種，其他門類物種較少.硅藻門密度最高，其占總密度的48.87%，其次為藍(lán)藻門，占比35.12%，綠藻門占比21.78%，其他兩門密度占比較少(圖2).

圖2 北運(yùn)河浮游植物的種類組成及密度占比圖

采集到浮游植物的物種中，各季節(jié)的優(yōu)勢種分別為2、3、4種，以藍(lán)藻門和硅藻門為主.春季的優(yōu)勢種為鈍頂螺旋藻(Spirulina platensis)(Y=0.180)和小顫藻(Phormidium tenus)(Y=0.024)；夏季的優(yōu)勢種為點(diǎn)狀平裂藻(Merismopedia puntatu)(Y=0.021)、梅尼小環(huán)藻(Cyclotella meneghiniana)(Y=0.038)和小席藻(Spirulina platensis)(Y=0.022)；秋季的優(yōu)勢種為梅尼小環(huán)藻(Y=0.035)、具星小環(huán)藻(C.stelligera)(Y=0.122)、尖針桿藻(Synedra acus)(Y=0.027)小席藻(Y=0.099)(見表3).

表3 北運(yùn)河浮游植物群落優(yōu)勢種

2.2.2 浮游植物群落特征分析

本次調(diào)查中，各季節(jié)的群落特征平均值見表4.春季浮游植物的物種數(shù)平均值最高，為23.16種，秋季物種平均值數(shù)值最低，為17.73種.春季的浮游植物密度平均值最高，為1.72×107cell/L，秋季密度平均值最低，為0.52×107cell/L.夏季采集到的浮游植物生物量平均值最高，為9.28 mg/L，秋季浮游植物生物量平均值最低，僅有3.91 mg/L.三個(gè)季節(jié)中的香農(nóng)威納指數(shù)平均值分別為2.69、2.83和2.50，夏季的香農(nóng)威納指數(shù)平均值最高，秋季最低.夏季的均勻度指數(shù)平均值最高，為0.67，春季最低，為0.60(表4).

表4 浮游植物群落特征數(shù)值分析

2.3 浮游植物群落與環(huán)境因子相關(guān)性

2.3.1 北運(yùn)河水質(zhì)現(xiàn)狀調(diào)查

為更好的了解北運(yùn)河三個(gè)季節(jié)中水環(huán)境因子的特征，對三個(gè)季節(jié)中的水環(huán)境因子進(jìn)行主成分分析.結(jié)果表明：春季、夏季和秋季均篩選出高錳酸鉀指數(shù)、總磷、總氮和氨氮這四種水環(huán)境因子(圖3).

圖3 北運(yùn)河水環(huán)境因子主成分分析(PCA)

運(yùn)用典范對應(yīng)分析對北運(yùn)河三個(gè)季節(jié)的浮游植物群落結(jié)構(gòu)與水環(huán)境因子進(jìn)行分析，結(jié)果表明：主要影響春季的浮游植物群落的水環(huán)境因子是高錳酸鉀指數(shù)和總氮.高錳酸鉀指數(shù)、總磷和總氮均對第二軸呈正相關(guān)性.主要影響夏季的浮游植物群落的水環(huán)境因子是氨氮和高錳酸鉀指數(shù).氨氮對第二軸呈正相關(guān)性，高錳酸鉀指數(shù)、總磷和總氮對第一軸呈正相關(guān)性.主要影響秋季的浮游植物群落的水環(huán)境因子是氨氮和總氮.氨氮對第二軸呈負(fù)相關(guān)性，總氮對第二軸呈正相關(guān)性(圖4).

圖4 北運(yùn)河浮游植物群落與水環(huán)境因子的典范對應(yīng)性分析(CCA)

3 討論

通過對北運(yùn)河三個(gè)季節(jié)的浮游植物調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，浮游植物群落存在著一定的差異.春季鑒定出物種數(shù)為95種，密度平均值最高，為1.72×107cell/L，物種數(shù)以綠藻門為主，藍(lán)藻門密度最高，優(yōu)勢種為小顫藻和鈍頂螺旋藻，夏季鑒定出物種數(shù)78種，密度平均值為1.22×107cell/L，物種數(shù)以綠藻門為主，硅藻門密度最高，優(yōu)勢種為梅尼小環(huán)藻、點(diǎn)狀平裂藻和小席藻.秋季鑒定出的物種數(shù)為57種，密度平均值最低，為0.52×107cell/L物種數(shù)以綠藻門為主，硅藻門密度最高，優(yōu)勢種為梅尼小環(huán)藻、具星小環(huán)藻、尖針桿藻和小席藻.單從浮游植物物種及優(yōu)勢度角度來看，北運(yùn)河浮游植物群落存在季節(jié)性的變化.三個(gè)季節(jié)中春季和夏季的藍(lán)藻密度占比較高，主要是由于水體的生存環(huán)境適合藍(lán)藻門生存，包括：水溫、水中氮磷含量等物質(zhì)，其次是采集到的藍(lán)藻門的細(xì)胞數(shù)較多，占絕對優(yōu)勢，其他的門類密度相對較少[18-21].秋季鑒定出的硅藻門相對藍(lán)藻門要高一些，可能是因?yàn)榍锛舅w整體較淺，硅藻門喜歡生活在淺水中，而且水體環(huán)境整體變化沒有春季和夏季變化那么大，適合硅藻門生長[18-21].有研究表明，在沒有受到污染的水體中，浮游植物主要以硅藻為主，而水體被污染后，由于受污程度和污染類型的不同，浮游植物主要以藍(lán)綠藻為主，同時(shí)硅藻的物種也會(huì)發(fā)生變化[18-23].這也說明北運(yùn)河水體不同程度上受到了一定污染.

本次調(diào)查中，我們對三個(gè)季節(jié)中的北運(yùn)河水體的健康評價(jià)，采用的就是浮游植物群落的香農(nóng)威納指數(shù)評價(jià)法[12-17].浮游植物的物種豐富，物種較多，多樣性相對值就會(huì)比較高，代表著水體的穩(wěn)定性好，健康狀況就比較好.從浮游植物評價(jià)結(jié)果看，三個(gè)季節(jié)中的浮游植物香農(nóng)威納指數(shù)平均值為分別為2.69、2.83和2.50，數(shù)值均在2～3之間，比較、對比、分析來看，北運(yùn)河水體健康評價(jià)為一般水體[16-19].

浮游植物作為北運(yùn)河水域中的初級生產(chǎn)者和重要營養(yǎng)級代表，其種類、密度和多樣性直接影響北運(yùn)河水域的結(jié)構(gòu)和功能.從水化因子來看，該區(qū)域總磷、總氮、高錳酸鉀指數(shù)和氨氮指標(biāo)含量較高，水質(zhì)情況相對較差.運(yùn)用浮游植物密度與水環(huán)境因子進(jìn)行典范對應(yīng)分析會(huì)更加具有說服力.結(jié)果表明，春季對于北運(yùn)河水體來說，高錳酸鉀指數(shù)和總氮是對北運(yùn)河浮游植物群落起主要作用的環(huán)境因子.氨氮和高錳酸鉀指數(shù)是對夏季浮游植物群落起主要作用的環(huán)境因子.氨氮和總氮是秋季對浮游植物群落起主要作用的環(huán)境因子.高錳酸鉀指數(shù)與其他主要水環(huán)境因子相同，總是評價(jià)水體是否受到污染的指標(biāo)之一，高錳酸鉀指數(shù)主要監(jiān)測的是水中有機(jī)和無機(jī)的污染物含量高低，水中含量越高，水質(zhì)則越差[22-26].本次鑒定出的水中高錳酸鉀指數(shù)的含量均相對較高，對浮游植物群落影響比較明顯.氨氮與水中的pH值和水溫都有著一定的關(guān)系，并對浮游植物的群落危害較大[22-26].會(huì)影響浮游植物的生長和內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu).同樣氨氮對水體富營養(yǎng)化也有一定的影響.水中氮含量一直都是判斷和監(jiān)測水域受到營養(yǎng)物污染程度的一個(gè)很重要的指標(biāo)[22-26]，水中氮含量較高，會(huì)讓很多的藻類大量迅速的繁殖，其密度也會(huì)跟著增加.氮及其他元素的變化，對浮游植物群落也有很大的影響，三個(gè)季節(jié)中水中檢測出的氮的含量相對較高，對許多浮游植物門類都有影響[22-26].

4 結(jié)論

針對本次調(diào)查結(jié)果，建議有關(guān)部門加強(qiáng)對北運(yùn)河水體的污染防治，應(yīng)加強(qiáng)公民及企業(yè)對環(huán)境保護(hù)的意識(shí)和行為，慢慢的減輕由于排放對北運(yùn)河造成的危害.