松花江哈爾濱段浮游植物分布研究

馮 凱，劉 瑩，張 檸

(1.黑龍江大學 水利電力學院，哈爾濱 150080；2.黑龍江水利科學研究院，哈爾濱 150080)

0 前 言

浮游植物作為水域生態系統中的初級生產者，在食物鏈中擔任著重要的作用。浮游植物不但參與完成生態系統內物質循環和能量流動過程，同時在構建群落環境、維持生態平衡、供應能源等多種方面都具有重要的意義。浮游植物群落的種類組成和密度特征與河流生態系統結構與功能密切相關，由于其具有繁殖周期短、對水域環境變化敏感等特點，其群落演替格局會間接影響河流生態系統的生態平衡，因此浮游植物作為水環境變化的指示者被廣泛的運用。同時，浮游植物群落的分布狀況及結構特征還能反映出水域的生態環境情況，因此對浮游群落結構的研究具有重要意義。

松花江流域地處中國東北地區的北部，流域面積56.12萬km2，是中國七大流域之一。松花江流域作為東北地區經濟和發展的主要載體，承擔著為東北地區提供飲用水源和農業生活污水排放等作用，但在2005年苯污染事件后，松花江流域生物多樣性及生態系統服務功能遭受不同程度的破壞[1]。調查研究了松花江哈爾濱段浮游植物的種類組成、密度和優勢種，結合采樣點水質數據，采用CCA典范對應分析了浮游植物群落分布與水環境因子的相關性 ，進一步分析浮游植物群落格局與環境因子之間的相互影響，為松花江水域水生植物群落與生態環境的保護和修復提供基礎資料和科學依據。

1 材料與方法

1.1 采樣點設置

研究在松花江哈爾濱市段設置6個采樣點，用全面布局、重點突出、實地采樣結合遙感監測的調查方式，利用衛星底圖，采取網絡格局結合歷史調查進行站位布設，從上游朱順屯斷面到下游大頂子山斷面依次為朱順屯(s1)、何家溝(s2)、阿什河口(s3)、呼蘭河口(s4)、大亮子河(s5)、大頂子山(s6)、擺渡鎮(s7)，分別于2020年5月和10月進行兩次采樣。松花江哈爾濱段采樣點分布圖，見圖1。

1.2 樣品采集與理化指標測定方法

1.2.1 浮游植物樣品的采集

定性樣品用25號浮游生物網在水面下0-0.5m處作“∞”形循回拖動，約3-5min后將網慢慢提起，將濃縮的水樣放入標本瓶中，取樣約30-50mL，用1%-1.5%樣品體積的魯哥試液固定。

定量樣品用采水器在所測水層采水1000-2000mL，每升加入10-15mL魯哥氏液充分搖勻固定，實驗室內靜止48h后濃縮至30mL。松花江哈爾濱段采樣點分布圖，見圖1。

圖1 松花江哈爾濱段采樣點分布圖

檢測方法采用鏡檢分類，取0.1mL樣品，放入0.1mL計數框內，蓋上蓋玻片。在200-400倍鏡下，利用視野計數法或全片計數法進行定量檢測。在進行鏡檢計數時，每個樣品≥2個片子，當兩片的計數值時，取其平均值作為測定結果。當2片誤差>15%時，進行第3片計數，取結果相近的2片(誤差<15%)的平均值作為測定結果。浮游植物物種鑒定和計數參考相關書籍[2-3]。

1.2.2 水體理化指標測定

用儀器現場采集水溫(WT)、pH、電導率(SpCond)。取樣24h內于實驗室依據《地表水環境質量標準》(GB3838-2002)測定總磷(TP)、總氮(TN)和化學需氧量(COD)的含量。

1.3 數據處理

浮游植物優勢度通過下述公式計算：

(1)

式中：ni為第i種的數量；N為采集樣品中所有種類的總個體數量；fi為該物種在各樣品中出現的頻率。當y≥0.02時，為優勢種。

采用canoco4.5軟件對浮游植物群落與環境因子間進行CAA分析，對浮游植物的豐度進行平方根轉換，各樣點出現頻率≥50%納入物種數據矩陣，環境因子除pH外進行log(x+ 1)進行處理使之更趨于正態分布[6]。

2 結果與分析

2.1 浮游植物種類組成和群落密度

研究期間松花江哈爾濱段共檢出浮游植物共計6門90種屬。其中，綠藻門的種類最多，為35種屬，占38.89 %；硅藻門的種類次之，為29種屬，占32.22%；藍藻門為12種屬，裸藻門7種屬，隱藻門4種屬，共占25.56%；甲藻門為3種屬，共占3.33%。從各采樣點的水平分布來看，6號采樣點種類數最多，為6門66種屬；4號采樣點種類數次之，為6門55種屬；7號采樣點為6門45種屬，1號和3號采樣點種類數均為5門45種屬；2號采樣點的種類最少，為5門39種屬。其中春季浮游植物各門類的種類數高于秋季種類數。

春季松花江哈爾濱段浮游植物密度總計為9.8994 mg/L。其中，硅藻的密度最高，為5.6607 mg/L，占57.18%；藍藻次之，為2.0293 mg/L，占20.5%；裸藻、綠藻、隱藻的密度分別為0.7144 mg/L、0.5947 mg/L、0.5817 mg/L，共占19.1%；甲藻的密度較少，為0.3187 mg/L，占3.22%。秋季松花江哈爾濱段浮游植物密度總計為10.7840 mg/L。其中，硅藻的密度最高，為9.9293 mg/L，占92.07%；藍藻次之，為0.3516 mg/L，占3.26%；裸藻、綠藻、隱藻的密度分別為0.2253 mg/L、0.0825 mg/L、0.1638 mg/L，共占4.37%；金藻的密度較少，為0.0315 mg/L，占0.29%。

2.2 優勢種

從調查結果來看，主要的優勢種有：硅藻門的短小舟形藻N.exigua、微綠舟形藻N.viridula、小環藻Cyclotella、克洛脆桿藻Fragilariacrotonensis、肘狀針桿藻Synedraamphicephala、尖針桿藻S.acus、帽狀菱形藻N.microcephala、菱形藻Nitzschia、變異直鏈藻Melosiravarians、顆粒直鏈藻M.dranulata；藍藻門的水花束絲藻Apanizomenonflosaquae；隱藻門的藍隱藻Chroomonasacuta。松花江哈爾濱段浮游植物優勢種優勢度，見表1。

表1 松花江哈爾濱段浮游植物優勢種優勢度

2.3 浮游植物群落與環境因子的排序分析

使用CCA典范對應分析對松花江哈爾濱段浮游植物與其所在各采樣點的水質數據進行直接排序作圖，分析兩季中浮游植物的主要優勢種與環境因子的相關性，直接揭示優勢種對水環境的影響，同時也能反映出水質的狀況。浮游植物種類CCA分析信息統計，見表2；春季浮游植物與環境因子CCA排序圖，見圖2；秋季浮游植物與環境因子CCA排序圖，見圖3。由春季、秋季浮游植物與環境因子之間的相關系數可以看出軸1和軸2的相關性很高，由CCA可以看出SpCond、WT、pH、TP是春季影響松花江哈爾濱段浮游植物群落分布的主要環境因子，pH、WT、TN是秋季影響松花江哈爾濱段浮游植物群落分布的主要環境因子，其在排序圖的權重值，反映出其對浮游植物影響的重要程度。

表2 浮游植物種類CCA分析信息統計

圖2 春季浮游植物與環境因子CCA排序圖 圖3 秋季浮游植物與環境因子CCA排序圖

3 討 論

3.1 松花江哈爾濱段浮游植物群落分布特征

不同季節間流域內水文條件改變時，浮游植物群落會調控演替機制而維持群落的生態平衡，如浮游植物的形態、沉降情況、捕光能力、營養鹽的利用和固碳作用等發生相應的生態響應[4]。從松花江流域哈爾濱段浮游植物的結果來看，浮游植物的種類與密度均隨時間與空間變化明顯，其中硅藻門和隱藻門種類在降雨量低、干旱和低溫的春季占主要優勢。其次，藍藻門和綠藻門也能在秋季中占優勢地位，表明秋季河流中的營養鹽和水溫較為穩定，而綠藻門浮游植物能夠在低濃度的營養鹽條件下穩定發展。從時間上來看，浮游植物群落結構變化容易受到溫帶季風氣候的影響，春季中硅藻門的比例占81.29%，在群落結構中處于絕對優勢地位，而到了春季藍藻門和綠藻門的比例逐漸升高。隨著時間推移，浮游植物群落向藍綠藻逐漸占優的格局演替，而松花江哈爾濱段浮游植物群落的演替機制和物種適應策略也正與PEG模型相吻合。從空間分布上來看，藻類植物為了適應環境會不斷擴張與改變其生態位等因素，從而在不同的環境下，藻類植物的群落結構也會發生一定的變化[5]。在調查研究其中，春季硅藻門的棱形藻、變異直鏈藻到了秋季均不再是優勢種，說明直鏈藻對水環境的變化非常敏感，易受水溫條件的限制，表明不容易在低濃度營養鹽水體中成為優勢種。

3.2 環境因子對浮游植物的影響

水域環境的改變從一定程度上能改變藻類植物的種類組成、豐富變化，浮游植物群落分布結構也能在一定程度上反映出水質的好壞，兩者之間是一種耦合關系。本次研究中采用典范對應分析(CCA)對松花江哈爾濱段浮游植物群落結構與環境因子進行排序分析，研究結果表明溫度和pH值是影響浮游植物分布格局的要環境因子，電導率、總氮和總磷也與浮游植物分布有顯著的相關性。河流中pH值越高，浮游植物對溶解性無機碳的吸收越快，研究中直鏈藻和小環藻對pH值變化較敏感，春季河流中pH值在8.2-8.7之間上下浮動，小環藻在pH=8.5時密度能達到最大，因此在小環藻能在春季中占優勢地位。松花江哈爾濱段作為溫帶區河流，溫度是影響浮游植物生長的主要因子，對藻類浮游植物的代謝繁殖和環境適應起到一定的限制作用。電導率SpCond是反映水體可帶電離的帶點微粒的含量，其大小通?？梢苑从吵鋈芙庠谒w的物質種類、濃度等特征CCA排序圖顯示硅藻門類植物與SpCond呈顯著相關性分布，SpCond含量越大，硅藻類浮游植物密度越大。水體電導率含量的變化是驅動硅藻群落演替的重要環境因子，硅藻群落分布的差異性受到以電導率為主的環境因子所影響。哈爾濱屬于溫帶季風氣候，松花江由于夏、秋季雨水的沖刷增加了水體的流動，而春季水體滯留時間較長，促進了可溶性物質(有機物、重金屬離子、其他營養物)的富集和積蓄作用[6]。研究中，硅藻門中微綠洲形藻、短小舟形藻在群落中的密度分布與水體電導率的大小變化關系顯著，由于春季水體較低且營養含量較高，因此其在春季水流中占優勢地位。而藍藻和隱藻主要生活在營養鹽較高的水體中，秋季水體中磷的含量較高，并且秋季水溫比較溫度，CCA圖表明藍藻和隱藻與總磷呈正相關分布，尤其是藍隱藻在秋季河流中占顯著優勢地位，可見總磷是影響秋季松花江哈爾濱段浮游植物群落分布的主要因素之一。

4 結 論

1)研究于松花江哈爾濱段共檢出浮游植物共計6門90種屬。主要由硅藻、綠藻、藍藻、隱藻門組成，其中綠藻門的種類最多，占38.89 %；硅藻門其次，占32.22%；剩下則主要由藍藻門和隱藻門組成。

2)松花江哈爾濱段浮游植物群落分布受水環境因子影響密切，溫度、pH、電導率、總磷和總氮是主要影響因素。