王帥帥 韓曉 劉麟菲

摘 要：為研究黃河干流濟(jì)南段浮游植物群落的分布特征及其與環(huán)境因子的響應(yīng)關(guān)系，分別于2014年5月、8月、11月和2015年5月、9月、10月對(duì)黃河干流濟(jì)南段3個(gè)站點(diǎn)浮游植物群落結(jié)構(gòu)和環(huán)境因子進(jìn)行了調(diào)查分析，利用浮游植物生物多樣性指數(shù)評(píng)價(jià)黃河干流濟(jì)南段水質(zhì)，并對(duì)浮游植物優(yōu)勢(shì)種密度與環(huán)境因子之間的關(guān)系進(jìn)行典范對(duì)應(yīng)分析。結(jié)果表明：黃河干流濟(jì)南段pH值、溶解氧、總磷、氨氮、化學(xué)需氧量均優(yōu)于Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)，總氮劣于Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn);共監(jiān)測(cè)到浮游植物49種，分屬于5門6綱12目17屬，其中硅藻門25種，綠藻門12種、藍(lán)藻門8種、裸藻門3種、隱藻門1種;各站點(diǎn)浮游植物物種數(shù)季節(jié)上呈現(xiàn)夏季>秋季>春季的趨勢(shì)，空間上顧小莊浮游植物數(shù)量大于濼口和葛店引黃閘的;Shannon-Wiener多樣性指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果為黃河干流濟(jì)南段水體整體處于中污染狀態(tài)，Pielou均勻度指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果為水體整體處于輕污染狀態(tài);影響黃河干流濟(jì)南段浮游植物群落結(jié)構(gòu)的水環(huán)境因子主要是濁度、水溫、堿度、pH值。

關(guān)鍵詞：浮游植物;群落結(jié)構(gòu);水質(zhì)評(píng)價(jià);典范對(duì)應(yīng)分析;黃河干流濟(jì)南段

Abstract：In order to study phytoplankton community distribution features of the source of the Yellow River and their response to environmental factors， phytoplankton community structure and environmental factors at 3 stations in Jinan section of the Yellow River main stream were investigated and analyzed in May，August and November 2014 and May， September and October 2015. The phytoplankton biodiversity index was used to evaluate the water quality of the Yellow River main stream and the density and environmental factors of the dominant phytoplankton species were analyzed by canonical correspondence analysis. The results show that among the hydration indexes of Jinan section of the Yellow River trunk stream， pH， DO， TP， NH4+ and COD are better than that of class Ⅲ standard and TN is inferior to class Ⅴstandard. There are 49 species of phytoplankton were detected， belonging to 5 families， 6 classes， 12 orders and 17 genera， including 25 species of diatoms， 12 species of chlorophyta， 8 species of cyanobacteria， 3 species of euglenophyta and 1 species of cryptophyta. The number of phytoplankton species at each site shows the trend of summer > autumn > spring， H1 is bigger than H2 and H3 in space. The quantity of phytoplankton in each station is not evenly distributed in space and time， showing the trend of summer > autumn>spring in time， H1 is bigger than H2 and H3 in space. The water quality of the river was evaluated by the indicator biological method. CCA results of phytoplankton community composition and environmental factors show that the distribution of phytoplankton community structure is mainly affected by turbidity （SS）， water temperature （Temp）， alkalinity （ALK） and pH.

Key words： phytoplankton; community structure; water quality evaluation; canonical correspondence analysis; Jinan section of Yellow River

黃河是中國(guó)第二長(zhǎng)河，也是中華民族的母親河，孕育了燦爛的中華文化。受全球氣候變化和人類活動(dòng)影響，黃河出現(xiàn)了水資源短缺、水環(huán)境污染等問(wèn)題，對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生了巨大影響[1]。黨的十八大把生態(tài)文明建設(shè)納入中國(guó)特色社會(huì)主義事業(yè)總體布局，黃河流域生態(tài)文明建設(shè)是我國(guó)生態(tài)文明建設(shè)的重要組成部分和基礎(chǔ)保障[2-3]。2019年9月18日，習(xí)近平總書記在河南主持召開(kāi)黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展座談會(huì)，并發(fā)表重要講話，把黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展上升為重大國(guó)家戰(zhàn)略。

浮游植物是生態(tài)系統(tǒng)中具有重要作用的初級(jí)生產(chǎn)者，在水生態(tài)系統(tǒng)中起著極其重要的作用[4-6]。浮游植物個(gè)體較小，對(duì)環(huán)境變化的響應(yīng)十分迅速，浮游植物群落特征和結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于水生態(tài)學(xué)研究和水質(zhì)評(píng)價(jià)[7-10]。濟(jì)南市作為黃河流經(jīng)的最后一個(gè)省會(huì)城市，2012年10月被水利部確定為全國(guó)首個(gè)水生態(tài)文明建設(shè)試點(diǎn)城市后，結(jié)合自身特點(diǎn)，提出了實(shí)現(xiàn)“泉涌、湖清、河暢、水凈、景美”的水生態(tài)文明城市建設(shè)目標(biāo)。2014—2016年，濟(jì)南市水文局開(kāi)展了濟(jì)南市水生態(tài)監(jiān)測(cè)工作，其中黃河干流設(shè)置了3個(gè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)。筆者基于黃河干流濟(jì)南段水生態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，開(kāi)展浮游植物群落特征及其空間格局研究，進(jìn)而探討浮游植物群落特征對(duì)其所在水體環(huán)境的指示作用，以期為濟(jì)南市開(kāi)展黃河流域生態(tài)保護(hù)、水生態(tài)文明城市建設(shè)提供基礎(chǔ)參考資料和技術(shù)支撐。

1 材料和方法

1.1 采樣時(shí)間及采樣點(diǎn)設(shè)置

2014年5月、8月、11月以及2015年5月、9月、10月，對(duì)黃河干流濟(jì)南段水質(zhì)、浮游植物進(jìn)行監(jiān)測(cè)、調(diào)查。根據(jù)黃河干流在濟(jì)南市轄區(qū)內(nèi)的走向、地勢(shì)地貌特征以及人類活動(dòng)影響范圍，設(shè)置3個(gè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，分別為H1（顧小莊）、H2（濼口）、H3（葛店引黃閘）。

1.2 樣品采集與監(jiān)測(cè)

在各采樣點(diǎn)水面以下0.5 m左右水層取水樣2 L，加10 mL魯哥試液固定，實(shí)驗(yàn)室靜置24 h，濃縮至100 mL，取0.1 mL于浮游植物計(jì)數(shù)框內(nèi)，在400倍OLYMPUS顯微鏡下進(jìn)行物種鑒定和計(jì)數(shù)，物種鑒定方法見(jiàn)參考文獻(xiàn)[11-13]。

水質(zhì)樣品監(jiān)測(cè)分為野外和實(shí)驗(yàn)室監(jiān)測(cè)兩個(gè)環(huán)節(jié)，野外監(jiān)測(cè)指標(biāo)有水溫（Temp）、電導(dǎo)率（Cond）、溶解氧（DO）、濁度（SS）、pH值，實(shí)驗(yàn)室監(jiān)測(cè)指標(biāo)有硬度（TD）、堿度（ALK）、總磷（TP）、氨氮（NH+4）、總氮（TN）和化學(xué)需氧量（COD）?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)中，水溫、電導(dǎo)率、溶解氧、pH值使用Orion Star A329型便攜式多參數(shù)測(cè)定儀監(jiān)測(cè)，濁度（SS）使用2100Q型濁度儀監(jiān)測(cè)。根據(jù)《水環(huán)境監(jiān)測(cè)規(guī)范》（SL 219—2013）[14]、《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法》（GB/T 5750—2006）[15]采集和保存樣品，樣品帶回實(shí)驗(yàn)室后按照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）檢測(cè)。

1.3 數(shù)據(jù)分析和處理

采用Excel 2010計(jì)算Shannon-Wiener多樣性指數(shù)H′、Pielou均勻度指數(shù)J、優(yōu)勢(shì)度Y。Shannon-Wiener多樣性指數(shù)H′計(jì)算公式：

2 結(jié)果與分析

2.1 環(huán)境因子

黃河干流濟(jì)南段環(huán)境因子監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

6次調(diào)查水溫為13.0～29.2 ℃;pH值為8.2～8.7，水體呈弱堿性;不同站點(diǎn)濁度變化幅度較大，主要原因是黃河含沙量極大，導(dǎo)致數(shù)據(jù)不穩(wěn)定;硬度、堿度、化學(xué)需氧量和總磷、氨氮、總氮含量全年變化幅度較小。對(duì)照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002），3個(gè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)各環(huán)境因子中pH值、溶解氧、總磷、氨氮、化學(xué)需氧量均優(yōu)于Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)，總氮劣于Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)。黃河干流濟(jì)南段主要污染物為含氮污染物，說(shuō)明黃河流域生態(tài)保護(hù)工作要注重治理和防治此類污染物。

2.2 種類組成特征

6次調(diào)查共監(jiān)測(cè)到浮游植物49種，分屬于5門6綱12目17屬，其中：硅藻門的種數(shù)最多，有25種，占藻類總種數(shù)的51.02%;其次是綠藻門和藍(lán)藻門，分別有12種和8種，分別占藻類總種數(shù)的24.49%、16.33%;裸藻門3種、隱藻門1種，分別占藻類總種數(shù)的6.12%、2.04%。

從年度分布來(lái)看，2014年3個(gè)站點(diǎn)共監(jiān)測(cè)到浮游植物31種，分屬于3門4綱7目10科11屬，其中硅藻門19種、綠藻門6種、藍(lán)藻門6種;2015年共監(jiān)測(cè)到浮游植物37種，分屬于5門6綱12目14科15屬，其中硅藻門19種、綠藻門9種、藍(lán)藻門5種、裸藻門3種、隱藻門1種。從季度分布來(lái)看，春季（2014年5月、2015年5月）3個(gè)站點(diǎn)共監(jiān)測(cè)到浮游植物12種，分屬于3門4綱6目7科8屬，其中硅藻門9種、綠藻門2種、隱藻門1種;夏季（2014年8月、2015年9月）3個(gè)站點(diǎn)共監(jiān)測(cè)到浮游植物39種，分屬于4門5綱13目16科16屬，其中硅藻門23種、綠藻門9種、藍(lán)藻門5種、裸藻門2種;秋季（2014年11月、2015年10月）3個(gè)站點(diǎn)共監(jiān)測(cè)到浮游植物30種，分屬于5門6綱10目12科13屬，其中硅藻門18種、綠藻門5種、藍(lán)藻門5種、裸藻門1種、隱藻門1種。

各站點(diǎn)浮游植物群落組成和比例存在較大差異，但均以硅藻門、綠藻門為主，種類數(shù)整體呈現(xiàn)夏季>秋季>春季的趨勢(shì)。從空間分布來(lái)看，顧小莊共監(jiān)測(cè)到浮游植物33種，分屬于5門6綱11目12科12屬，其中硅藻門15種、綠藻門8種、藍(lán)藻門7種、裸藻門2種、隱藻門1種;濼口共監(jiān)測(cè)到浮游植物28種，分屬于3門4綱7目8科9屬，其中硅藻門19種、綠藻門7種、藍(lán)藻門2種;葛店引黃閘共監(jiān)測(cè)到浮游植物29種，分屬于4門5綱10目12科13屬，其中硅藻門17種、綠藻門7種、藍(lán)藻門4種、裸藻門1種。從分布狀況來(lái)看，各監(jiān)測(cè)站點(diǎn)物種數(shù)平均值為30種，各監(jiān)測(cè)站點(diǎn)變化幅度不大，上游顧小莊物種數(shù)大于下游濼口和葛店引黃閘的。黃河干流濟(jì)南段浮游植物物種數(shù)時(shí)空變化情況見(jiàn)圖1。

2.3 種群數(shù)量時(shí)空分布特征分析

黃河干流濟(jì)南段浮游植物種群數(shù)量時(shí)空分布不均，浮游植物密度最大值出現(xiàn)在2015年9月的顧小莊，達(dá)到4 894萬(wàn)個(gè)/L;浮游植物密度最小值為0，出現(xiàn)2次，分別為2014年8月和2015年5月的葛店引黃閘，見(jiàn)表2。葛店引黃閘這兩次調(diào)查未發(fā)現(xiàn)浮游植物的原因可能是，葛店引黃閘采樣不方便，采集的是黃河岸邊的水樣，代表性不好，而顧小莊和濼口兩個(gè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)都是在浮橋上采集的，不易受到其他因素的影響。有研究者認(rèn)為，黃河干流水體含沙量高、透光度低，河底經(jīng)常處于沖淤狀態(tài)，因此浮游植物種群和數(shù)量都較少[19]，總體來(lái)說(shuō)，黃河干流濟(jì)南段浮游植物種群數(shù)量時(shí)間上呈現(xiàn)夏季>秋季>春季的趨勢(shì)，空間上顧小莊浮游植物密度大于濼口和葛店引黃閘的。

2.4 優(yōu)勢(shì)種

黃河干流濟(jì)南段浮游植物優(yōu)勢(shì)種較多，根據(jù)Y≥0.02為優(yōu)勢(shì)種的原則，2014年5月、8月、11月和2015年5月、9月、10月優(yōu)勢(shì)種數(shù)量分別為5、6、4、2、4、4種;從優(yōu)勢(shì)種的分布來(lái)看，未發(fā)現(xiàn)6次監(jiān)測(cè)均出現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)種，物種的季節(jié)性變化明顯，見(jiàn)表3。

2.5 浮游植物對(duì)水質(zhì)的指示

研究表明浮游植物Shannon-Wiener多樣性指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)在一定程度上能反映水質(zhì)的好壞狀況，數(shù)值越大，浮游植物群落結(jié)構(gòu)越趨于穩(wěn)定，水質(zhì)相對(duì)較好[20]。由浮游植物Shannon-Wiener多樣性指數(shù)及Pielou均勻度指數(shù)可知，黃河干流濟(jì)南段水質(zhì)整體良好，見(jiàn)表4。2014年、2015年黃河干流濟(jì)南段浮游植物Shannon-Wiener多樣性指數(shù)H′平均值夏季為2.82、2.14，秋季為1.68、1.93，春季為1.84、1.23。參照評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，黃河干流濟(jì)南段3個(gè)季節(jié)均處于中污染狀態(tài)。黃河干流濟(jì)南段浮游植物Pielou均勻度指數(shù)J平均值2014年和2015年夏季分別為0.74、0.54，秋季分別為0.73、0.58，春季分別為0.86、0.72。參照評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，黃河干流濟(jì)南段水體處于輕污染狀態(tài)。

2.6 群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子典范對(duì)應(yīng)分析

利用Canoco4.5對(duì)黃河干流濟(jì)南段浮游植物優(yōu)勢(shì)種的密度和環(huán)境因子進(jìn)行典范對(duì)應(yīng)分析，用于分析的優(yōu)勢(shì)種主要有梅尼小環(huán)藻P1、小環(huán)藻P2、舟形藻P3、小片菱形藻P4、二形柵藻P5、小顫藻P6、小席藻P7、肘狀針桿藻P8、細(xì)小平裂藻P9、銅綠微囊藻P10等10種，環(huán)境因子主要有水溫、電導(dǎo)率、溶解氧、濁度、pH值、硬度、堿度、總磷、氨氮、總氮和化學(xué)需氧量。

根據(jù)典范對(duì)應(yīng)分析（CCA）結(jié)果，前兩個(gè)排序軸的特征值分別為0.309和0.239，環(huán)境因子軸與物種排序軸之間的相關(guān)系數(shù)分別為0.933和0.935。由圖2可知，黃河干流濟(jì)南段影響浮游植物群落結(jié)構(gòu)的水環(huán)境因子是濁度、水溫、堿度、pH值;銅綠微囊藻與濁度、堿度呈顯著正相關(guān)關(guān)系，與pH值、水溫呈明顯負(fù)相關(guān)關(guān)系;梅尼小環(huán)藻、小席藻、肘狀針桿藻與pH值、水溫呈顯著正相關(guān)關(guān)系，與濁度、堿度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系;小環(huán)藻、小顫藻與硬度、化學(xué)需氧量呈正相關(guān)關(guān)系;二形柵藻、細(xì)小平裂藻與總磷呈正相關(guān)關(guān)系，與硬度、化學(xué)需氧量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系;舟形藻、小片菱形藻受水環(huán)境因子影響較小。

3 結(jié) 語(yǔ)

根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002），黃河干流濟(jì)南段3個(gè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的pH值、溶解氧、總磷、氨氮、化學(xué)需氧量均優(yōu)于Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)，總氮劣于Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)。6次調(diào)查共監(jiān)測(cè)到浮游植物49種，分屬于5門6綱12目17屬，其中硅藻門25種、綠藻門12種、藍(lán)藻門8種、裸藻門3種、隱藻門1種。浮游植物物種數(shù)時(shí)間上呈現(xiàn)夏季>秋季>春季的趨勢(shì)，空間上浮游植物物種數(shù)顧小莊大于濼口和葛店引黃閘的。根據(jù)王勇等[8]對(duì)黃河干流13個(gè)河段和4座水庫(kù)浮游植物群落的研究，艾山和濼口浮游植物物種數(shù)分別為29種和31種，黃河下游浮游植物平均密度為209.24萬(wàn)個(gè)/L，與本研究結(jié)果基本一致。

黃河干流濟(jì)南段浮游植物種群數(shù)量時(shí)空分布不均，浮游植物密度最大值出現(xiàn)在2015年9月的顧小莊，達(dá)到4 894萬(wàn)個(gè)/L，最小值為0。

由浮游植物的密度、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)及Pielou均勻度指數(shù)可知，黃河干流濟(jì)南段水質(zhì)整體良好。根據(jù)浮游植物夏季Shannon-Wiener指數(shù)，黃河干流濟(jì)南段處于中污染狀態(tài);Pielou均勻度指數(shù)表明，黃河干流濟(jì)南段水體處于輕污染狀態(tài)。

黃河干流濟(jì)南段浮游植物優(yōu)勢(shì)種較多，根據(jù)Y≥0.02為優(yōu)勢(shì)種的原則，共有16種優(yōu)勢(shì)物種，其中2014年5月、8月、11月和2015年5月、9月、10月優(yōu)勢(shì)種數(shù)量分別為5、6、4、2、4、4種，從優(yōu)勢(shì)種的分布來(lái)看，未發(fā)現(xiàn)6次監(jiān)測(cè)均出現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)種，物種的年度變化、季節(jié)性變化均十分明顯。

浮游植物優(yōu)勢(shì)種的密度和環(huán)境因子典范對(duì)應(yīng)分析發(fā)現(xiàn)，影響黃河干流濟(jì)南段浮游植物群落結(jié)構(gòu)的水環(huán)境因子主要是濁度、水溫、堿度、pH值。銅綠微囊藻與濁度、堿度呈顯著正相關(guān)關(guān)系，與pH值、水溫呈明顯負(fù)相關(guān)關(guān)系;梅尼小環(huán)藻、小席藻、肘狀針桿藻與pH值、水溫呈顯著正相關(guān)關(guān)系，與濁度、堿度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系;小環(huán)藻、小顫藻與硬度、化學(xué)需氧量呈正相關(guān)關(guān)系;二形柵藻、細(xì)小平裂藻與總磷呈正相關(guān)關(guān)系，與硬度、化學(xué)需氧量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系;舟形藻、小片菱形藻受水環(huán)境因子影響較小。

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【責(zé)任編輯 呂艷梅】