北運河浮游植物群落與環境因子季節性變化的研究

王 汨，殷旭旺，王博涵

(大連海洋大學 水產與生命學院，遼寧 大連 116023)

浮游植物在水域系統中的具有很特殊的地位[1-2]，浮游植物群落結構與其所處的水域環境密切相關，并對水體環境的變化有著很好的響應作用[3-4].許多學者利用浮游植物對外界環境的靈敏反應程度來進行監測水質，而且取得了一定的成果[5-6].針對不同的水環境因子和地理位置，大量學者都對浮游植物群落結構特點及其對所處生境的關系進行了大量研究和調查[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環境惡化的影響，北運河的水生生物及環境發生了很大的變化.因此，研究北運河主要河流的浮游植物與水質的季節變化可以了解北運河水環境治理的效果，為北運河的治理和水生生物多樣性的恢復提供科學依據，為北運河水域系統建設和漁業資源保護提供支撐[7-8].

1 材料和方法

1.1 地區概況及點位設置

北京市內具有多條河流，各水系的支流眾多，河道則復雜多變，河網密度又大小不一，呈現出不同的水文特征，北運河就是其中的河流之一，作為北京的重要河流之一，北運河具有很重要的作用和意義.根據北運河實地地貌具體狀況及前期的調查，本次調查的點位均為市內重要的水文監測點，本研究一共選取2016年春、夏和秋季的19個點位進行樣品采集，采樣點分布見圖1.

圖1 北運河采樣點分布圖

1.2 浮游植物采集及水環境因子測定

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

1.3 數據處理及分析

通過查閱文獻等多方面分析計算浮游植物的優勢種等群落特征.數據整合分析并計算浮游植物密度占比、優勢種、香農威納指數等數據[13-16].

浮游植物的健康評價標準見表1[14-17].

表1 浮游植物群落的健康標準

運用Canoco 4.5進行環境因子的主成分分析和篩選出的環境因子和浮游植物密度的典范對應分析，在Biodiversity pro上進行浮游植物群落多樣性指數的計算，在Arc Map10.2上進行采樣點位的制圖[13-16].

2 結果與分析

2.1 北運河水體環境因子

本次調查中，三個季節采集到的各環境因子的平均數值見表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，測定出的總磷等環境因子在春季平均值含量最高，氟化物等環境因子在夏季平均值含量最高，溶解氧等環境因子在秋季平均值含量最高.

表2 北運河水環境因子的比較(平均值±標準差)

2.2 北運河游植物群落結構

2.2.1 北運河浮游植物群落結構特征

根據調查結果顯示，三個季節中分別采集到浮游植物均5門，物種數分別為95種、78種和57種.常見的物種有尖尾裸藻(Euglena oxyuris)和優美平裂藻(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，各季節的優勢種分別為2、3、4種，以藍藻門和硅藻門為主.春季的優勢種為鈍頂螺旋藻(Spirulina platensis)(Y=0.180)和小顫藻(Phormidium tenus)(Y=0.024)；夏季的優勢種為點狀平裂藻(Merismopedia puntatu)(Y=0.021)、梅尼小環藻(Cyclotella meneghiniana)(Y=0.038)和小席藻(Spirulina platensis)(Y=0.022)；秋季的優勢種為梅尼小環藻(Y=0.035)、具星小環藻(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 北運河浮游植物群落優勢種

2.2.2 浮游植物群落特征分析

本次調查中，各季節的群落特征平均值見表4.春季浮游植物的物種數平均值最高，為23.16種，秋季物種平均值數值最低，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.三個季節中的香農威納指數平均值分別為2.69、2.83和2.50，夏季的香農威納指數平均值最高，秋季最低.夏季的均勻度指數平均值最高，為0.67，春季最低，為0.60(表4).

表4 浮游植物群落特征數值分析

2.3 浮游植物群落與環境因子相關性

2.3.1 北運河水質現狀調查

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

圖3 北運河水環境因子主成分分析(PCA)

運用典范對應分析對北運河三個季節的浮游植物群落結構與水環境因子進行分析，結果表明：主要影響春季的浮游植物群落的水環境因子是高錳酸鉀指數和總氮.高錳酸鉀指數、總磷和總氮均對第二軸呈正相關性.主要影響夏季的浮游植物群落的水環境因子是氨氮和高錳酸鉀指數.氨氮對第二軸呈正相關性，高錳酸鉀指數、總磷和總氮對第一軸呈正相關性.主要影響秋季的浮游植物群落的水環境因子是氨氮和總氮.氨氮對第二軸呈負相關性，總氮對第二軸呈正相關性(圖4).

圖4 北運河浮游植物群落與水環境因子的典范對應性分析(CCA)

3 討論

通過對北運河三個季節的浮游植物調查研究發現，浮游植物群落存在著一定的差異.春季鑒定出物種數為95種，密度平均值最高，為1.72×107cell/L，物種數以綠藻門為主，藍藻門密度最高，優勢種為小顫藻和鈍頂螺旋藻，夏季鑒定出物種數78種，密度平均值為1.22×107cell/L，物種數以綠藻門為主，硅藻門密度最高，優勢種為梅尼小環藻、點狀平裂藻和小席藻.秋季鑒定出的物種數為57種，密度平均值最低，為0.52×107cell/L物種數以綠藻門為主，硅藻門密度最高，優勢種為梅尼小環藻、具星小環藻、尖針桿藻和小席藻.單從浮游植物物種及優勢度角度來看，北運河浮游植物群落存在季節性的變化.三個季節中春季和夏季的藍藻密度占比較高，主要是由于水體的生存環境適合藍藻門生存，包括：水溫、水中氮磷含量等物質，其次是采集到的藍藻門的細胞數較多，占絕對優勢，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藻門要高一些，可能是因為秋季水體整體較淺，硅藻門喜歡生活在淺水中，而且水體環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，浮游植物主要以藍綠藻為主，同時硅藻的物種也會發生變化[18-23].這也說明北運河水體不同程度上受到了一定污染.

本次調查中，我們對三個季節中的北運河水體的健康評價，采用的就是浮游植物群落的香農威納指數評價法[12-17].浮游植物的物種豐富，物種較多，多樣性相對值就會比較高，代表著水體的穩定性好，健康狀況就比較好.從浮游植物評價結果看，三個季節中的浮游植物香農威納指數平均值為分別為2.69、2.83和2.50，數值均在2～3之間，比較、對比、分析來看，北運河水體健康評價為一般水體[16-19].

浮游植物作為北運河水域中的初級生產者和重要營養級代表，其種類、密度和多樣性直接影響北運河水域的結構和功能.從水化因子來看，該區域總磷、總氮、高錳酸鉀指數和氨氮指標含量較高，水質情況相對較差.運用浮游植物密度與水環境因子進行典范對應分析會更加具有說服力.結果表明，春季對于北運河水體來說，高錳酸鉀指數和總氮是對北運河浮游植物群落起主要作用的環境因子.氨氮和高錳酸鉀指數是對夏季浮游植物群落起主要作用的環境因子.氨氮和總氮是秋季對浮游植物群落起主要作用的環境因子.高錳酸鉀指數與其他主要水環境因子相同，總是評價水體是否受到污染的指標之一，高錳酸鉀指數主要監測的是水中有機和無機的污染物含量高低，水中含量越高，水質則越差[22-26].本次鑒定出的水中高錳酸鉀指數的含量均相對較高，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系，并對浮游植物的群落危害較大[22-26].會影響浮游植物的生長和內部的組織結構.同樣氨氮對水體富營養化也有一定的影響.水中氮含量一直都是判斷和監測水域受到營養物污染程度的一個很重要的指標[22-26]，水中氮含量較高，會讓很多的藻類大量迅速的繁殖，其密度也會跟著增加.氮及其他元素的變化，對浮游植物群落也有很大的影響，三個季節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 結論

針對本次調查結果，建議有關部門加強對北運河水體的污染防治，應加強公民及企業對環境保護的意識和行為，慢慢的減輕由于排放對北運河造成的危害.