海河夏季浮游植物豐度與環境因子的相關性研究

韓 龍，武 丹，卞少偉

（天津市環境監測中心，天津300191）

1 引言

海河是貫穿天津的母親河，兼具景觀、蓄水、排澇、航運、旅游等功能，其水質的好壞直接影響到天津市民的生活質量。20世紀90年代以來，隨著城市經濟和上游工農業的發展，海河富營養化嚴重，藻類大量繁殖，偶有水華發生。

浮游植物作為初級生產者，是水生態系統中的重要組成成分，在水生態系統的物質循環和能量傳遞中具有十分重要的作用。浮游植物群落結構和種群數量受到各環境因子的綜合作用，同時又會反作用于環境［1］，利用浮游植物群落結構來評價水體營養方法在國內外已得到廣泛應用［2，3］。夏季汛期是藻類生長旺盛的季節，通過研究海河汛期浮游植物群落結構與環境因子的關系，對了解海河汛期水體富營養特征及海河水資源的保護與可持續利用具有重要意義。

2 材料與方法

2.1 研究區域概況

海河流域位于東經112°～120°，北緯30°～43°之間，東臨渤海，南界黃河，西靠云中山和大岳山，北依蒙古高原。海河干流天津段起自天津下西部的南運河、子牙河相交的三岔河口西，東至大沽口入海，全長約70km，橫貫天津市區。

2.2 樣品的采集與分析

2013年8月（豐水期）在海河干流共設置了金鋼橋（1號）、光明橋（2號）、光華橋（3號）、柳林（4號）和二道閘（5號）5個采樣點。浮游植物定量樣品用5L有機玻璃采水器取表層水1L，用魯哥試液固定，沉淀48h，濃縮為30mL保存。顯微鏡檢計數時充分搖勻，吸取0.1mL滴入0.1mL計數框內計數、分析、鑒定［4，5］。水樣的采集及其它水化因子的測定參照《地表水和污水檢測技術規范》（HJ/T91－2002）和《水和廢水監測分析方法》（國家環保總局，2002）進行。

2.3 數據處理

利用水質綜合營養狀態指數TLI（∑）來評價水體污染和富營養化狀況：TLI（∑）＜30，貧營養；30≤TLI（∑）≤50，中營養；50＜TLI（∑）≤60，輕度富營養；60＜TLI（∑）≤70，中度富營養；TLI（∑）＞70，重度富營養。浮游植物與水質因子的線性相關性采用Pearson相關性分析，用SPSS 17.0軟件完成。環境因子對浮游植物豐度影響大小采用灰關聯分析。進行灰關聯分析時，為了消除不同量綱的影響，先對原始數據進行無量綱化處理，具體操作在DPS軟件上進行。

采用均值法對原始數據進行無量綱處理，公式如下：

式中，ρ為分辨系數，其越小分辨率越高，一般ρ的取值區間為［0，1］，通常取ρ＝0.5［6］，得關聯度：

本研究中，參考序列x0＝｛x0（k），k＝1｝為浮游植物數量，子序列xi＝｛xi（k），k＝1，2，…，12｝為12個環境因子。

3 結果與分析

3.1 浮游植物群落結構

本次調查的5個站位共獲得浮游植物37種，其中藍藻門9種，綠藻門17種，硅藻門5種，裸藻門3種，隱藻門3種。優勢種是藍藻門的水華微囊藻（Microcystis flos－aquae）和顫藻屬（Oscillatoriasp.）等。浮游植物平均豐度為4843.40×104ind/L，其中藍藻4193.00×104ind/L，占總數的86.6%；平均生物量26.37mg/L，其中藍藻15.43mg/L，占總數的58.5%。海河汛期浮游植物總類、豐度和生物量均以藍藻占優勢，整個水體為藍藻型。海河浮游植物豐度與生物量有上游至下游呈降低趨勢（表1）。

表1 2013年夏季海河浮游植物指標

3.2 水體營養狀況

一般淡水浮游植物豐度大于106、生物量大于10mg/L時水體即為富營養狀態［7，8］，監測結果表明：2013年夏季海河浮游植物豐度和生物量均遠超過富營養指標，且僅藍藻豐度與生物量就達到了富營養水平，同時優勢種水華微囊藻和顫藻等均為富營養指示種。浮游植物各參數顯示水體為富營養。一般認為總磷、總氮、化學需氧量各大于0.1mg/L、1.3mg/L和8mg/L時水體即達到重富營養［9］，2013年夏季海河水體TP、TN、COD 平均濃度分別為0.45mg/L、4.99mg/L、10.0mg/L，均超過重富營養指標。綜合營養狀態指數TLI（∑）為74.7，表明水體為重度富營養。

綜合各項指標評價結果表明：2013年夏季海河水體處于重度富營養狀態。

3.3 浮游植物與環境因子的關系

灰色關聯分析結果表明，2013年夏季，海河環境因子對浮游植物的影響大小是不一樣的，海河汛期環境因子對浮游植物豐度影響的強弱順序依次為：TN/TP＞DO＞TN＞＞CODMn＞WT＞pH值＞F－＞COND＞TP＞＞（表2）。由此可見氮磷比是影響夏季海河浮游植物豐度的最關鍵因素，同時，溶解氧、總氮等對浮游植物豐度也有較大影響。

表2 海河浮游植物豐度與環境因子關聯度排序

4 結語

國內外專家學者通過不同的多元統計分析方法對水環境因子和浮游植物豐度的關系的分析結果不盡相同。Christopher等對美國俄勒岡州波特蘭城市河流的浮游植物豐度和水環境因子的研究中發現電導率和總氮是最相關因子［10］；張震等對天津于橋水庫的研究發現總磷、電導率、總氮是對浮游植物豐度影響最大的環境因子［11］。本研究結果表明，海河夏季12種環境因子中對浮游植物豐度影響最大是氮磷比、溶解氧和總氮。因此，控制河流上游及流域范圍內的氮、磷等營養鹽輸入對防止海河水體富營養化和水華至關重要。

灰關聯分析依據空間理論為數學基礎，以規范性、對稱性、整體性和接近性等為原則，對信息部分確定和部分不確定的系統－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［11，12］。因此，通過關聯分析，可以揭示各個環境因子對海河浮游植物豐度的影響強弱。而究竟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，仍需更進一步的比較并探討。

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