興凱湖浮游植物豐度與環境因子的相關性1)

馬成學 卞少偉 于洪賢 曲 翠

(東北林業大學，哈爾濱，150040)

浮游植物是水域生態系統的重要組成成分，也是生態系統中的初級生產者［1］，所以其組成和多樣性的變化將直接影響到生態系統的結構與功能，對維持淡水生態系統平衡起到至關重要的作用［2－5］。浮游植物的動態變化直接影響著水體的水質變化，富營養化水體最直接的表現是水體中浮游植物繁殖迅速，出現水華。在不同的地區，不同水域中，浮游植物季節變化不同，而且引起浮游植物群落結構變化的環境因子也不相同，其群落結構的特征，往往也是水環境狀況的重要指標［6－9］。

近年來，隨著對興凱湖開發力度的逐年加大，尤其是旅游業的發展和人口增多，工業廢水和生活污水等未經處理就直接排入湖中導致了水體的污染，致使興凱湖水環境生物種群和群落結構發生變化，并導致了興凱湖的水生態系統較脆弱，抗干擾的能力逐漸下降［10］。筆者通過對興凱湖浮游植物豐度的季節變化和環境因子等分析研究，對了解興凱湖生態狀況，監測和合理利用水資源具有重要意義，為促進水生態環境的可持續發展、湖泊的保護和治理提供參考性的科學依據。同時，興凱湖是中俄界湖，其水質好壞不僅影響到興凱湖的生物多樣性，而且一旦發生問題將涉及到國際糾紛，影響國家安全。

1 研究區域概況

興凱湖是黑龍江流域最大的湖泊［11－13］，位于黑龍江省東南部和俄羅斯遠東濱海邊區，為中俄界湖，興凱湖分大、小興凱湖，均為造山運動地殼陷落而形成的構造湖。興凱湖呈橢圓形，北寬南窄。興凱湖正常水位時湖面面積為4 010 km2。其中，中國一側約1 080 km2，占興凱湖面積的26.9%。平均湖面高程為68.86 m。興凱湖屬于河水直接補給的湖，由于地處溫帶季風氣候區，夏季降水量大，河流補給以雨水為主，湖水位明顯地受入湖河流的水情控制。

2 材料與方法

2.1 浮游植物樣品采集與分析

本研究根據興凱湖的地形地貌，在興凱湖布設了12個主要采樣點(見圖1)。1#(松阿察河口處)，2#(太陽崗)，3#(六網口)，4#(泄洪閘)，5#(白魚灘)，6#(新開流)，7#(白泡子)，8#(當壁鎮)，9#、10#、11#、12#(湖中心)。由于興凱湖的平均水位較淺，冬季封冰后無法進行采樣。因此，對興凱湖浮游植物于2007年7月份、10月份和2008年5月份(春、夏、秋3季)進行采樣工作。浮游植物定性用25#浮游生物網進行橫“∞”撈取3～5 min;浮游植物定量樣品用5 L有機玻璃采水器于表層(水面下0.5 m)中層和底層(距底0.5 m)處混合后取1 L，用1.5%的碘液固定，沉淀48 h，濃縮為30 mL保存。顯微鏡檢計數時充分搖勻，吸取0.1 mL滴入0.1 mL計數框內計數、分析、鑒定［14－15］。

2.2 環境因子測定

水溫用表面水溫計測定，透明度用塞奇氏盤測定，酸堿度、濁度、溶解氧等用多功能水質分析儀YSI－6600 來測定。

圖1 興凱湖浮游植物采樣點分布示意圖

2.3 數據處理

環境因子對浮游植物豐度影響強弱分析采用灰關聯分析，進行灰關聯分析時，為了消除不同量綱帶來的影響，采用均值法對原始數據進行無量綱處理，具體操作在DPS軟件上運行。

3 結果與分析

3.1 浮游植物的豐度特征

興凱湖浮游植物豐度時間分布以夏季最高，秋季次之，春季最低;空間分布表現為春季以3#采樣點最高，10#采樣點最低;夏季最高為5#采樣點，次高為6#采樣點，最低為8#采樣點;秋季最高為3#采樣點，最低為11#采樣點(見表1)。

表1 興凱湖浮游植物豐度 105個·L－1

3.2 環境因子

興凱湖水溫季節性變化不是非常明顯，呈現出夏季＞秋季＞春季的趨勢。溶解氧在夏秋最高，春季最低;電導率和濁度(以SiO2計)、Cl－都是夏季高，春秋季低;透明度春秋季高，夏季低;pH在春、夏、秋季整體都呈弱堿性(見表2)。

表2 興凱湖環境因子特征

3.3 浮游植物豐度與環境因子關聯度

濁度、Cl－、電導率、pH、溫度、溶氧、透明度等 7種環境因子與浮游植物豐度的關聯度是不一樣的，表明其對浮游植物的影響大小是不一樣的，對興凱湖浮游植物豐度影響強弱順序依次是濁度＞Cl－＞電導率＞pH＞溫度＞溶氧＞透明度(見表3)。

表3 浮游植物豐度與環境因子關聯度

4 討論

4.1 浮游植物豐度與水環境因子的關系

國內外專家學者通過不同的多元統計分析方法對浮游植物豐度和水環境因子的關系進行了大量的分析，研究結果并不相同［16－21］。而本研究結果表明，7種水環境因子對興凱湖浮游植物豐度影響均比較大，最低的為透明度，相關度為0.737 1;而影響最大的水環境因子是濁度，高達0.872 4。這主要與興凱湖的水文特征有關，大興凱湖形狀類似一個大鍋，常年波浪滔天，水流攪動比較大，濁度高。因此相比其它水體不同，對興凱湖浮游植物影響最大的環境因子是濁度;同時溫度也是影響浮游植物生長繁殖的重要水環境因子之一。水溫的變化會影響光合作用的強度、水體交換、營養物的生化循環分布等進而間接影響浮游植物的生長繁殖及其分布［22］。水溫對浮游植物豐度增加具有顯著作用［23］，從各個季節的平均溫度來看，興凱湖浮游植物豐度隨著水溫的升高而增高。浮游植物豐度從高到低為夏季＞秋季＞春季，水溫的分布從高到低為夏季＞秋季＞春季，兩者變化趨勢一致，說明溫度對興凱湖浮游植物的影響也很重要。水中的溶解氧主要來源于大氣和浮游植物的光合作用。當浮游植物豐度較高時，其光合作用強，產生的氧氣可以較多地溶解到水中，影響水中的溶解氧濃度。從表2中可以看出興凱湖的溶解氧在夏秋最高，春季最低。這與浮游植物光合作用產生氧氣相關。在春季，興凱湖浮游植物的豐度低，其光合作用不明顯，導致水中溶解氧含量不高;在夏季，浮游植物豐度達到最大值，光合作用明顯增大，有效地提高水中的溶解氧含量。秋季的溶解氧濃度最高，但是浮游植物豐度較夏季低，主要是因為溶解氧濃度同時還受溫度影響，與水溫呈負相關［24］。

4.2 多元統計分析方法在浮游植物豐度與環境因子相關分析中的選用

灰關聯分析是依據空間理論為數學基礎，按照規范性、偶對稱性、整體性和接近性的原則，對信息部分確定和部分不確定的系統一灰色系統的發展勢態進行定量描述和比較，以確定參考序列和若干子序列之間的灰色關系，進而評價各個子序列對參考序列的相對重要程度［25－26］。因此，通過關聯分析，可以揭示各個環境因子對興凱湖濕地保護區浮游植物豐度的影響強弱。而目前國內外常用的CCA分析是直接的多維排序方法，要求物種對環境的分布為高斯曲線分布，并要求具有完整的環境系列數據，而且隨著樣本的增加關系模糊，會夸大偶見種的作用。對于采用哪種多元統計分析方法更適合于浮游植物豐度與環境因子的相關分析，仍需更進一步地比較并探討。

［1］Reynolds T，Cliff N.An interactive preference ordering model and its monte carlo evaluation［J］.Psychometrika，1984，49(2):247－255.

［2］Irigoien X，Harris R P，Verheye H M，et al.Copepod hatching success in marine ecosystems with high diatom concentrations［J］.Nature，2002，419:387－389.

［3］Cardinale B J，Palmer M A，Collins S L.Species diversity enhances ecosystem functioning through interspecific facilitation［J］.Nature，2002，415:426－429.

［4］Polishchuk L V.Contribution analysis of disturbance-caused changes in phytoplankton diversity［J］.Ecology，1999，80(2):721 －725.

［5］LI W.Macroecological patterns of phytoplankton in the northwestern North Atlantic Ocean［J］.Nature，2002，419:154－157.

［6］郭沛涌，林育真，李玉仙.東平湖浮游植物與水質評價［J］.海洋湖沼通報，1997(4):37－42.

［7］薛建，劉華萍.用浮游植物評價淮南市窯河水域的水質狀況［J］.四川環境，2004(5):65－67，98.

［8］李利強，張建波.洞庭湖浮游植物調查與水質評價［J］.江蘇環境科技，1999(4):14－16.

［9］馮建社.白洋淀浮游植物與水質評價［J］.江蘇環境科技，1999(2):27－29.

［10］王建國.西泉眼水庫浮游植物群落結構動態特征及其與水環境因子的關系分析［D］.哈爾濱:東北林業大學，2011.

［11］王彥明.興凱湖自然保護區［J］.黑龍江環境通報，1998，22(1):60－62.

［12］姬忠光，吳明官.國境界湖興凱湖水資源可利用量初探［J］.黑龍江水利科技，2006，34(2):47－49.

［13］劉正茂，呂憲國，武海濤，等.興凱湖最低生態安全水位研究［J］.水利水電技術，2006，39(2):8－9.

［14］胡鴻鈞，魏印心.中國淡水藻類:系統、分類及生態［M］.北京:科學出版社，2006.

［15］畢列爵，胡征宇.中國淡水藻志:第8卷綠藻門［M］.北京:科學出版社，2004:1－122.

［16］Christine L W，Pan Y D.Diatom assemblages and their as-soeiations with environmentalvariablesin Oregon CoastRange streams，U S A［J］.Hydrobiologia，2006，561:207－219.

［17］Christopher E W，Pan Y D.Using diatom assemblages to as-sess urban stream conditions［J］.Hydrobiologia，2006，561:179 －189.

［18］Rimet F L，Cauchie H M，Hoffmann L.Regional distribution of diatom assemblages in the headwater streams of Luxem-bourg［J］.Hydrobiologia，2004，520:105－117.

［19］George G N，Nathan N G，Ludwig T.Distribution of epilithic diatoms in response to environmental conditions in an urban tropical stream，Central Kenya［J］.Biodiversity and Conservation，2006，15:3267－3293.

［20］Salomoni S E，Rocha O，Callegaro V L，et al.Epilithic diatoms as indicators of water quality in the Gravatal’river，RioGrande do Sul，Brazil［J］.Hydrobiologia，2006，559:233－246.

［21］李秋華，韓博平、基于CCA的典型調水水庫浮游植物群落動態特征分析［J］.生態學報，2007，27(6):2355－2365.

［22］賴廷和，邱紹芳.北海近岸水域浮游植物群落結構及數量周年變化特征［J］.海洋通報，2005，24(5):27－32.

［23］Lehman W.The Influence of Climate on Phytoplankton Community Biomass in San Francisco Bay Estuary［J］.Limnol Oceanogr，2000，45(3):580－590.

［24］劉建康.高級水生生物學［M］.北京:科學出版社，1999:1－31.

［25］黃會明，王俊，胡掛仙，等.柑桔敲擊響應主頻率與影響因素的灰色關聯分析［J］.浙江大學學報:農業與生命科學版，2005，31(5):659－662.

［26］張蕾，王高旭，羅美蓉.灰色關聯分析在水質評價應用中的改進［J］.中山大學學報:自然科學版，2004，43(增刊):234－236.