北运河浮游植物群落与环境因子季节性变化的研究

王 汨，殷旭旺，王博涵

(大连海洋大学 水产与生命学院，辽宁 大连 116023)

浮游植物在水域系统中的具有很特殊的地位[1-2]，浮游植物群落结构与其所处的水域环境密切相关，并对水体环境的变化有着很好的响应作用[3-4].许多学者利用浮游植物对外界环境的灵敏反应程度来进行监测水质，而且取得了一定的成果[5-6].针对不同的水环境因子和地理位置，大量学者都对浮游植物群落结构特点及其对所处生境的关系进行了大量研究和调查[7-8].

近年来，由于受到河流污染、湖泊萎缩、河流断流等水域生态环境恶化的影响，北运河的水生生物及环境发生了很大的变化.因此，研究北运河主要河流的浮游植物与水质的季节变化可以了解北运河水环境治理的效果，为北运河的治理和水生生物多样性的恢复提供科学依据，为北运河水域系统建设和渔业资源保护提供支撑[7-8].

1 材料和方法

1.1 地区概况及点位设置

北京市内具有多条河流，各水系的支流众多，河道则复杂多变，河网密度又大小不一，呈现出不同的水文特征，北运河就是其中的河流之一，作为北京的重要河流之一，北运河具有很重要的作用和意义.根据北运河实地地貌具体状况及前期的调查，本次调查的点位均为市内重要的水文监测点，本研究一共选取2016年春、夏和秋季的19个点位进行样品采集，采样点分布见图1.

图1 北运河采样点分布图

1.2 浮游植物采集及水环境因子测定

采集2 L水样，加入鲁哥氏液固定.沉淀48 h，定容至50 ml，鉴定人员进行鉴定、记录、整合数据和分析数据[9-13].测定水中的叶绿素a、水温、pH、氨氮等共9个水环境因子[9-13].工作人员记录并分析数据[9-13].

1.3 数据处理及分析

通过查阅文献等多方面分析计算浮游植物的优势种等群落特征.数据整合分析并计算浮游植物密度占比、优势种、香农威纳指数等数据[13-16].

浮游植物的健康评价标准见表1[14-17].

表1 浮游植物群落的健康标准

运用Canoco 4.5进行环境因子的主成分分析和筛选出的环境因子和浮游植物密度的典范对应分析，在Biodiversity pro上进行浮游植物群落多样性指数的计算，在Arc Map10.2上进行采样点位的制图[13-16].

2 结果与分析

2.1 北运河水体环境因子

本次调查中，三个季节采集到的各环境因子的平均数值见表2.测定出的夏季水温平均值最高，为27.31oC，测定出的秋季水温平均值最低，为18.17oC，水体均为碱性水体，测定出的总磷等环境因子在春季平均值含量最高，氟化物等环境因子在夏季平均值含量最高，溶解氧等环境因子在秋季平均值含量最高.

表2 北运河水环境因子的比较(平均值±标准差)

2.2 北运河游植物群落结构

2.2.1 北运河浮游植物群落结构特征

根据调查结果显示，三个季节中分别采集到浮游植物均5门，物种数分别为95种、78种和57种.常见的物种有尖尾裸藻(Euglena oxyuris)和优美平裂藻(Merismopedia elegans)等等.春季共鉴定出绿藻门41种，硅藻门27种，其他门类物种较少.蓝藻门密度最高，其占总密度的74.19%，绿藻门占比16.62%，硅藻门占比8.18%，其他两门密度占比较少.夏季共鉴定出绿藻门33种，硅藻门28种，其他门类物种较少.蓝藻门密度最高，其占总密度的63.62%，绿藻门占比21.14%，硅藻门占比14.96%，其他两门密度较少.秋季共鉴定出绿藻门32种，硅藻门14种，其他门类物种较少.硅藻门密度最高，其占总密度的48.87%，其次为蓝藻门，占比35.12%，绿藻门占比21.78%，其他两门密度占比较少(图2).

图2 北运河浮游植物的种类组成及密度占比图

采集到浮游植物的物种中，各季节的优势种分别为2、3、4种，以蓝藻门和硅藻门为主.春季的优势种为钝顶螺旋藻(Spirulina platensis)(Y=0.180)和小颤藻(Phormidium tenus)(Y=0.024)；夏季的优势种为点状平裂藻(Merismopedia puntatu)(Y=0.021)、梅尼小环藻(Cyclotella meneghiniana)(Y=0.038)和小席藻(Spirulina platensis)(Y=0.022)；秋季的优势种为梅尼小环藻(Y=0.035)、具星小环藻(C.stelligera)(Y=0.122)、尖针杆藻(Synedra acus)(Y=0.027)小席藻(Y=0.099)(见表3).

表3 北运河浮游植物群落优势种

2.2.2 浮游植物群落特征分析

本次调查中，各季节的群落特征平均值见表4.春季浮游植物的物种数平均值最高，为23.16种，秋季物种平均值数值最低，为17.73种.春季的浮游植物密度平均值最高，为1.72×107cell/L，秋季密度平均值最低，为0.52×107cell/L.夏季采集到的浮游植物生物量平均值最高，为9.28 mg/L，秋季浮游植物生物量平均值最低，仅有3.91 mg/L.三个季节中的香农威纳指数平均值分别为2.69、2.83和2.50，夏季的香农威纳指数平均值最高，秋季最低.夏季的均匀度指数平均值最高，为0.67，春季最低，为0.60(表4).

表4 浮游植物群落特征数值分析

2.3 浮游植物群落与环境因子相关性

2.3.1 北运河水质现状调查

为更好的了解北运河三个季节中水环境因子的特征，对三个季节中的水环境因子进行主成分分析.结果表明：春季、夏季和秋季均筛选出高锰酸钾指数、总磷、总氮和氨氮这四种水环境因子(图3).

图3 北运河水环境因子主成分分析(PCA)

运用典范对应分析对北运河三个季节的浮游植物群落结构与水环境因子进行分析，结果表明：主要影响春季的浮游植物群落的水环境因子是高锰酸钾指数和总氮.高锰酸钾指数、总磷和总氮均对第二轴呈正相关性.主要影响夏季的浮游植物群落的水环境因子是氨氮和高锰酸钾指数.氨氮对第二轴呈正相关性，高锰酸钾指数、总磷和总氮对第一轴呈正相关性.主要影响秋季的浮游植物群落的水环境因子是氨氮和总氮.氨氮对第二轴呈负相关性，总氮对第二轴呈正相关性(图4).

图4 北运河浮游植物群落与水环境因子的典范对应性分析(CCA)

3 讨论

通过对北运河三个季节的浮游植物调查研究发现，浮游植物群落存在着一定的差异.春季鉴定出物种数为95种，密度平均值最高，为1.72×107cell/L，物种数以绿藻门为主，蓝藻门密度最高，优势种为小颤藻和钝顶螺旋藻，夏季鉴定出物种数78种，密度平均值为1.22×107cell/L，物种数以绿藻门为主，硅藻门密度最高，优势种为梅尼小环藻、点状平裂藻和小席藻.秋季鉴定出的物种数为57种，密度平均值最低，为0.52×107cell/L物种数以绿藻门为主，硅藻门密度最高，优势种为梅尼小环藻、具星小环藻、尖针杆藻和小席藻.单从浮游植物物种及优势度角度来看，北运河浮游植物群落存在季节性的变化.三个季节中春季和夏季的蓝藻密度占比较高，主要是由于水体的生存环境适合蓝藻门生存，包括：水温、水中氮磷含量等物质，其次是采集到的蓝藻门的细胞数较多，占绝对优势，其他的门类密度相对较少[18-21].秋季鉴定出的硅藻门相对蓝藻门要高一些，可能是因为秋季水体整体较浅，硅藻门喜欢生活在浅水中，而且水体环境整体变化没有春季和夏季变化那么大，适合硅藻门生长[18-21].有研究表明，在没有受到污染的水体中，浮游植物主要以硅藻为主，而水体被污染后，由于受污程度和污染类型的不同，浮游植物主要以蓝绿藻为主，同时硅藻的物种也会发生变化[18-23].这也说明北运河水体不同程度上受到了一定污染.

本次调查中，我们对三个季节中的北运河水体的健康评价，采用的就是浮游植物群落的香农威纳指数评价法[12-17].浮游植物的物种丰富，物种较多，多样性相对值就会比较高，代表着水体的稳定性好，健康状况就比较好.从浮游植物评价结果看，三个季节中的浮游植物香农威纳指数平均值为分别为2.69、2.83和2.50，数值均在2～3之间，比较、对比、分析来看，北运河水体健康评价为一般水体[16-19].

浮游植物作为北运河水域中的初级生产者和重要营养级代表，其种类、密度和多样性直接影响北运河水域的结构和功能.从水化因子来看，该区域总磷、总氮、高锰酸钾指数和氨氮指标含量较高，水质情况相对较差.运用浮游植物密度与水环境因子进行典范对应分析会更加具有说服力.结果表明，春季对于北运河水体来说，高锰酸钾指数和总氮是对北运河浮游植物群落起主要作用的环境因子.氨氮和高锰酸钾指数是对夏季浮游植物群落起主要作用的环境因子.氨氮和总氮是秋季对浮游植物群落起主要作用的环境因子.高锰酸钾指数与其他主要水环境因子相同，总是评价水体是否受到污染的指标之一，高锰酸钾指数主要监测的是水中有机和无机的污染物含量高低，水中含量越高，水质则越差[22-26].本次鉴定出的水中高锰酸钾指数的含量均相对较高，对浮游植物群落影响比较明显.氨氮与水中的pH值和水温都有着一定的关系，并对浮游植物的群落危害较大[22-26].会影响浮游植物的生长和内部的组织结构.同样氨氮对水体富营养化也有一定的影响.水中氮含量一直都是判断和监测水域受到营养物污染程度的一个很重要的指标[22-26]，水中氮含量较高，会让很多的藻类大量迅速的繁殖，其密度也会跟着增加.氮及其他元素的变化，对浮游植物群落也有很大的影响，三个季节中水中检测出的氮的含量相对较高，对许多浮游植物门类都有影响[22-26].

4 结论

针对本次调查结果，建议有关部门加强对北运河水体的污染防治，应加强公民及企业对环境保护的意识和行为，慢慢的减轻由于排放对北运河造成的危害.