松花江哈尔滨段浮游植物分布研究

冯 凯，刘 莹，张 柠

(1.黑龙江大学 水利电力学院，哈尔滨 150080；2.黑龙江水利科学研究院，哈尔滨 150080)

0 前 言

浮游植物作为水域生态系统中的初级生产者，在食物链中担任着重要的作用。浮游植物不但参与完成生态系统内物质循环和能量流动过程，同时在构建群落环境、维持生态平衡、供应能源等多种方面都具有重要的意义。浮游植物群落的种类组成和密度特征与河流生态系统结构与功能密切相关，由于其具有繁殖周期短、对水域环境变化敏感等特点，其群落演替格局会间接影响河流生态系统的生态平衡，因此浮游植物作为水环境变化的指示者被广泛的运用。同时，浮游植物群落的分布状况及结构特征还能反映出水域的生态环境情况，因此对浮游群落结构的研究具有重要意义。

松花江流域地处中国东北地区的北部，流域面积56.12万km2，是中国七大流域之一。松花江流域作为东北地区经济和发展的主要载体，承担着为东北地区提供饮用水源和农业生活污水排放等作用，但在2005年苯污染事件后，松花江流域生物多样性及生态系统服务功能遭受不同程度的破坏[1]。调查研究了松花江哈尔滨段浮游植物的种类组成、密度和优势种，结合采样点水质数据，采用CCA典范对应分析了浮游植物群落分布与水环境因子的相关性 ，进一步分析浮游植物群落格局与环境因子之间的相互影响，为松花江水域水生植物群落与生态环境的保护和修复提供基础资料和科学依据。

1 材料与方法

1.1 采样点设置

研究在松花江哈尔滨市段设置6个采样点，用全面布局、重点突出、实地采样结合遥感监测的调查方式，利用卫星底图，采取网络格局结合历史调查进行站位布设，从上游朱顺屯断面到下游大顶子山断面依次为朱顺屯(s1)、何家沟(s2)、阿什河口(s3)、呼兰河口(s4)、大亮子河(s5)、大顶子山(s6)、摆渡镇(s7)，分别于2020年5月和10月进行两次采样。松花江哈尔滨段采样点分布图，见图1。

1.2 样品采集与理化指标测定方法

1.2.1 浮游植物样品的采集

定性样品用25号浮游生物网在水面下0-0.5m处作“∞”形循回拖动，约3-5min后将网慢慢提起，将浓缩的水样放入标本瓶中，取样约30-50mL，用1%-1.5%样品体积的鲁哥试液固定。

定量样品用采水器在所测水层采水1000-2000mL，每升加入10-15mL鲁哥氏液充分摇匀固定，实验室内静止48h后浓缩至30mL。松花江哈尔滨段采样点分布图，见图1。

图1 松花江哈尔滨段采样点分布图

检测方法采用镜检分类，取0.1mL样品，放入0.1mL计数框内，盖上盖玻片。在200-400倍镜下，利用视野计数法或全片计数法进行定量检测。在进行镜检计数时，每个样品≥2个片子，当两片的计数值时，取其平均值作为测定结果。当2片误差>15%时，进行第3片计数，取结果相近的2片(误差<15%)的平均值作为测定结果。浮游植物物种鉴定和计数参考相关书籍[2-3]。

1.2.2 水体理化指标测定

用仪器现场采集水温(WT)、pH、电导率(SpCond)。取样24h内于实验室依据《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)测定总磷(TP)、总氮(TN)和化学需氧量(COD)的含量。

1.3 数据处理

浮游植物优势度通过下述公式计算：

(1)

式中：ni为第i种的数量；N为采集样品中所有种类的总个体数量；fi为该物种在各样品中出现的频率。当y≥0.02时，为优势种。

采用canoco4.5软件对浮游植物群落与环境因子间进行CAA分析，对浮游植物的丰度进行平方根转换，各样点出现频率≥50%纳入物种数据矩阵，环境因子除pH外进行log(x+ 1)进行处理使之更趋于正态分布[6]。

2 结果与分析

2.1 浮游植物种类组成和群落密度

研究期间松花江哈尔滨段共检出浮游植物共计6门90种属。其中，绿藻门的种类最多，为35种属，占38.89 %；硅藻门的种类次之，为29种属，占32.22%；蓝藻门为12种属，裸藻门7种属，隐藻门4种属，共占25.56%；甲藻门为3种属，共占3.33%。从各采样点的水平分布来看，6号采样点种类数最多，为6门66种属；4号采样点种类数次之，为6门55种属；7号采样点为6门45种属，1号和3号采样点种类数均为5门45种属；2号采样点的种类最少，为5门39种属。其中春季浮游植物各门类的种类数高于秋季种类数。

春季松花江哈尔滨段浮游植物密度总计为9.8994 mg/L。其中，硅藻的密度最高，为5.6607 mg/L，占57.18%；蓝藻次之，为2.0293 mg/L，占20.5%；裸藻、绿藻、隐藻的密度分别为0.7144 mg/L、0.5947 mg/L、0.5817 mg/L，共占19.1%；甲藻的密度较少，为0.3187 mg/L，占3.22%。秋季松花江哈尔滨段浮游植物密度总计为10.7840 mg/L。其中，硅藻的密度最高，为9.9293 mg/L，占92.07%；蓝藻次之，为0.3516 mg/L，占3.26%；裸藻、绿藻、隐藻的密度分别为0.2253 mg/L、0.0825 mg/L、0.1638 mg/L，共占4.37%；金藻的密度较少，为0.0315 mg/L，占0.29%。

2.2 优势种

从调查结果来看，主要的优势种有：硅藻门的短小舟形藻N.exigua、微绿舟形藻N.viridula、小环藻Cyclotella、克洛脆杆藻Fragilariacrotonensis、肘状针杆藻Synedraamphicephala、尖针杆藻S.acus、帽状菱形藻N.microcephala、菱形藻Nitzschia、变异直链藻Melosiravarians、颗粒直链藻M.dranulata；蓝藻门的水花束丝藻Apanizomenonflosaquae；隐藻门的蓝隐藻Chroomonasacuta。松花江哈尔滨段浮游植物优势种优势度，见表1。

表1 松花江哈尔滨段浮游植物优势种优势度

2.3 浮游植物群落与环境因子的排序分析

使用CCA典范对应分析对松花江哈尔滨段浮游植物与其所在各采样点的水质数据进行直接排序作图，分析两季中浮游植物的主要优势种与环境因子的相关性，直接揭示优势种对水环境的影响，同时也能反映出水质的状况。浮游植物种类CCA分析信息统计，见表2；春季浮游植物与环境因子CCA排序图，见图2；秋季浮游植物与环境因子CCA排序图，见图3。由春季、秋季浮游植物与环境因子之间的相关系数可以看出轴1和轴2的相关性很高，由CCA可以看出SpCond、WT、pH、TP是春季影响松花江哈尔滨段浮游植物群落分布的主要环境因子，pH、WT、TN是秋季影响松花江哈尔滨段浮游植物群落分布的主要环境因子，其在排序图的权重值，反映出其对浮游植物影响的重要程度。

表2 浮游植物种类CCA分析信息统计

图2 春季浮游植物与环境因子CCA排序图 图3 秋季浮游植物与环境因子CCA排序图

3 讨 论

3.1 松花江哈尔滨段浮游植物群落分布特征

不同季节间流域内水文条件改变时，浮游植物群落会调控演替机制而维持群落的生态平衡，如浮游植物的形态、沉降情况、捕光能力、营养盐的利用和固碳作用等发生相应的生态响应[4]。从松花江流域哈尔滨段浮游植物的结果来看，浮游植物的种类与密度均随时间与空间变化明显，其中硅藻门和隐藻门种类在降雨量低、干旱和低温的春季占主要优势。其次，蓝藻门和绿藻门也能在秋季中占优势地位，表明秋季河流中的营养盐和水温较为稳定，而绿藻门浮游植物能够在低浓度的营养盐条件下稳定发展。从时间上来看，浮游植物群落结构变化容易受到温带季风气候的影响，春季中硅藻门的比例占81.29%，在群落结构中处于绝对优势地位，而到了春季蓝藻门和绿藻门的比例逐渐升高。随着时间推移，浮游植物群落向蓝绿藻逐渐占优的格局演替，而松花江哈尔滨段浮游植物群落的演替机制和物种适应策略也正与PEG模型相吻合。从空间分布上来看，藻类植物为了适应环境会不断扩张与改变其生态位等因素，从而在不同的环境下，藻类植物的群落结构也会发生一定的变化[5]。在调查研究其中，春季硅藻门的棱形藻、变异直链藻到了秋季均不再是优势种，说明直链藻对水环境的变化非常敏感，易受水温条件的限制，表明不容易在低浓度营养盐水体中成为优势种。

3.2 环境因子对浮游植物的影响

水域环境的改变从一定程度上能改变藻类植物的种类组成、丰富变化，浮游植物群落分布结构也能在一定程度上反映出水质的好坏，两者之间是一种耦合关系。本次研究中采用典范对应分析(CCA)对松花江哈尔滨段浮游植物群落结构与环境因子进行排序分析，研究结果表明温度和pH值是影响浮游植物分布格局的要环境因子，电导率、总氮和总磷也与浮游植物分布有显著的相关性。河流中pH值越高，浮游植物对溶解性无机碳的吸收越快，研究中直链藻和小环藻对pH值变化较敏感，春季河流中pH值在8.2-8.7之间上下浮动，小环藻在pH=8.5时密度能达到最大，因此在小环藻能在春季中占优势地位。松花江哈尔滨段作为温带区河流，温度是影响浮游植物生长的主要因子，对藻类浮游植物的代谢繁殖和环境适应起到一定的限制作用。电导率SpCond是反映水体可带电离的带点微粒的含量，其大小通常可以反映出溶解在水体的物质种类、浓度等特征CCA排序图显示硅藻门类植物与SpCond呈显著相关性分布，SpCond含量越大，硅藻类浮游植物密度越大。水体电导率含量的变化是驱动硅藻群落演替的重要环境因子，硅藻群落分布的差异性受到以电导率为主的环境因子所影响。哈尔滨属于温带季风气候，松花江由于夏、秋季雨水的冲刷增加了水体的流动，而春季水体滞留时间较长，促进了可溶性物质(有机物、重金属离子、其他营养物)的富集和积蓄作用[6]。研究中，硅藻门中微绿洲形藻、短小舟形藻在群落中的密度分布与水体电导率的大小变化关系显著，由于春季水体较低且营养含量较高，因此其在春季水流中占优势地位。而蓝藻和隐藻主要生活在营养盐较高的水体中，秋季水体中磷的含量较高，并且秋季水温比较温度，CCA图表明蓝藻和隐藻与总磷呈正相关分布，尤其是蓝隐藻在秋季河流中占显著优势地位，可见总磷是影响秋季松花江哈尔滨段浮游植物群落分布的主要因素之一。

4 结 论

1)研究于松花江哈尔滨段共检出浮游植物共计6门90种属。主要由硅藻、绿藻、蓝藻、隐藻门组成，其中绿藻门的种类最多，占38.89 %；硅藻门其次，占32.22%；剩下则主要由蓝藻门和隐藻门组成。

2)松花江哈尔滨段浮游植物群落分布受水环境因子影响密切，温度、pH、电导率、总磷和总氮是主要影响因素。