滏陽(yáng)河(邯鄲段)浮游植物群落時(shí)空變化特征及其與環(huán)境因子關(guān)系

李眾，李學(xué)軍，王亮，李步東

(1.河南師范大學(xué) 水產(chǎn)學(xué)院,河南 新鄉(xiāng) 453007；2.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院,北京 100038)

滏陽(yáng)河為海河流域子牙河系南部支流，源起東太行邯鄲市峰峰礦區(qū)黑龍洞泉群，在滄州的獻(xiàn)縣與滹沱河(子牙河北部支流)匯流后稱作子牙河，再往東流入渤海，河流全長(zhǎng)413 km，流域面積21 747 km2[1].滏陽(yáng)河(邯鄲段)干流指由峰峰礦區(qū)的和村至雞澤縣的東于口村河段.此段有4條較大支流匯入，河道沿岸主要污染源為生活污水、工業(yè)廢水以及農(nóng)田退水.部分河段水質(zhì)常年為劣Ⅴ類，夏季藍(lán)、綠藻生長(zhǎng)過(guò)盛，水污染問(wèn)題嚴(yán)重.目前對(duì)于滏陽(yáng)河(邯鄲段)研究主要集中在水質(zhì)變化及其評(píng)價(jià)[2]，而對(duì)于浮游植物群落結(jié)構(gòu)時(shí)空變化特征及其與水環(huán)境因子關(guān)系的研究較少.本研究從多個(gè)角度對(duì)滏陽(yáng)河(邯鄲段)的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行分析，以期為后續(xù)滏陽(yáng)河(邯鄲段)乃至整個(gè)河段綜合治理提供數(shù)據(jù)支撐.

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域與樣品采集

在滏陽(yáng)河(邯鄲段)干流適合位置布設(shè)14個(gè)樣點(diǎn)，從上游至下游依次為1#～14#(圖1)，坐標(biāo)見(jiàn)附表Ⅰ.采樣時(shí)間分別為：2015年6月(夏季)和10月(秋季)，2016年2月(冬季)和4月(春季).用25號(hào)浮游生物網(wǎng)采集定性樣品.取樣50 mL，魯戈氏液固定.用采水器在水面下0.5 m處取1 L水樣，轉(zhuǎn)入采樣瓶中，加入10 mL魯戈氏液后固定，靜置2 d，除去上清液部分，濃縮至50 mL.為減少實(shí)驗(yàn)誤差，定量樣品在計(jì)數(shù)前需將樣品充分搖勻.

1.2 水環(huán)境因子的測(cè)定

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010，SPSS 20和Origin 2017軟件對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行整理與分析并制作圖表.將浮游植物數(shù)據(jù)和主要水環(huán)境因子數(shù)據(jù)通過(guò)Canoco 5軟件進(jìn)行去趨勢(shì)對(duì)應(yīng)分析(DCA)，各排序軸梯度最大值均小于3，采用RDA分析[4].并通過(guò)Monte Carlo置換檢驗(yàn)，最終篩選出和浮游植物群落特征具有顯著性相關(guān)的水環(huán)境因子.多樣性分析參考文獻(xiàn)[5]，優(yōu)勢(shì)度指數(shù)參考文獻(xiàn)[6].

2 結(jié) 果

2.1 浮游植物群落在時(shí)間上的變化特征

滏陽(yáng)河(邯鄲段)鑒定的浮游植物種類為：春季6門(mén)96種、夏季6門(mén)119種、秋季6門(mén)102種、冬季6門(mén)99種，其中夏季浮游植物種類數(shù)最多，春季浮游植物種數(shù)最少(表1).4個(gè)季度浮游植物的種類數(shù)差異并不顯著(P>0.05).綠藻門(mén)種類數(shù)在4個(gè)季度中始終占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)(附圖Ⅰ)，硅藻門(mén)種類數(shù)次之，甲藻門(mén)種類數(shù)在4個(gè)季度中占比始終最低.綠藻門(mén)種類數(shù)由春至冬呈現(xiàn)先上升再下降趨勢(shì)，夏季最多；硅藻門(mén)種類數(shù)由春至冬也呈現(xiàn)先上升再下降趨勢(shì)，秋季最多；藍(lán)藻門(mén)和裸藻門(mén)種類數(shù)變化不大，夏季略微上升；隱藻門(mén)和甲藻門(mén)種類數(shù)沒(méi)有變化.此外，在采樣調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，優(yōu)勢(shì)物種隨著季節(jié)的變化而變化(表2)，但是束絲藻在4個(gè)季節(jié)中均有存在，數(shù)量上隨季節(jié)的改變而改變.

表1 滏陽(yáng)河(邯鄲段)浮游植物組成

表2 滏陽(yáng)河(邯鄲段)浮游植物優(yōu)勢(shì)種和生物量

2.2 浮游植物群落在空間上的變化特征

春季浮游植物密度范圍為0.04×107～3.15×107cells/L，其中最低值出現(xiàn)在3#點(diǎn)位，最高值出現(xiàn)在14#點(diǎn)位；浮游植物生物量范圍為0.11～32.64 mg/L，其中最低值出現(xiàn)在13#點(diǎn)位，最高值出現(xiàn)在1#點(diǎn)位；夏季浮游植物密度范圍為0.03～29.69×107cells/L，其中最低值出現(xiàn)在2#點(diǎn)位，最高值出現(xiàn)在10#點(diǎn)位；浮游植物生物量范圍為0.29～589.05 mg/L，其中最低值出現(xiàn)在2#點(diǎn)位，最高值出現(xiàn)在10#點(diǎn)位(以剛毛藻、小環(huán)藻和束絲藻為主)；秋季浮游植物密度范圍為0.03×107～7.75×107cells/L，其中最低值出現(xiàn)在1#點(diǎn)位，最高值出現(xiàn)在6#點(diǎn)位；浮游植物生物量范圍為0.31～77.41 mg/L，其中最低值出現(xiàn)在13#點(diǎn)位，最高值出現(xiàn)在6#點(diǎn)位；冬季浮游植物密度范圍為0.04×107～3.00×107cells/L，其中最低值出現(xiàn)在8#點(diǎn)位，最高值出現(xiàn)在1#點(diǎn)位；浮游植物生物量范圍為0.79～38.44 mg/L，其中13#樣點(diǎn)生物量最少，生物量最多的為14#樣點(diǎn).

滏陽(yáng)河(邯鄲段)浮游植物多樣性指數(shù)平均值為2.44，最低值為0.87，出現(xiàn)在6#點(diǎn)位的秋季；最高值為4.49，出現(xiàn)在1#點(diǎn)位的夏季.在四季中，浮游植物多樣性指數(shù)的平均數(shù)最大的為11#采樣點(diǎn)，其值為3.25；8#采樣點(diǎn)浮游植物多樣性指數(shù)4個(gè)季節(jié)平均數(shù)最小，其值為2.06，其次為10#采樣點(diǎn).

2.3 浮游植物群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子間的關(guān)系

3 討 論

3.1 浮游植物群落結(jié)構(gòu)季節(jié)變化的影響因素

滏陽(yáng)河(邯鄲段)調(diào)查浮游植物種類數(shù)在夏季最多，且綠藻門(mén)在4個(gè)季度浮游植物組成中均占比最高.分析形成此狀況的原因可能有以下3個(gè)方面：1)浮游植物細(xì)胞分裂快慢由光照強(qiáng)度決定.夏季光照強(qiáng)度通常比其他季節(jié)強(qiáng)，浮游植物的光合作用得到增強(qiáng)，細(xì)胞分裂速度加快，單位時(shí)間內(nèi)有更多新細(xì)胞形成.夏季光照時(shí)間相對(duì)比其他季節(jié)長(zhǎng)，這也相應(yīng)增加了浮游植物的積累.因此，光照強(qiáng)度和時(shí)間長(zhǎng)度有利于浮游植物的生長(zhǎng)和繁殖.2)夏季水溫明顯高于其他季節(jié)，而綠藻適宜生長(zhǎng)的溫度范圍為25～35 ℃，為耐高溫藻類.因此，綠藻種類數(shù)在夏季高于其他季節(jié).3)各種營(yíng)養(yǎng)鹽是浮游植物的生長(zhǎng)和繁殖的物質(zhì)基礎(chǔ)，不同的營(yíng)養(yǎng)鹽組成會(huì)形成不同的浮游植物群落結(jié)構(gòu).滏陽(yáng)河(邯鄲段)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，夏季降雨量通常較其他季節(jié)多，本研究河道沿岸主要為農(nóng)田分布，農(nóng)田施用的肥料會(huì)隨雨水沖刷至河道內(nèi)，水體中的營(yíng)養(yǎng)鹽成份增多.因此，為浮游植物的快速增殖提供了充足的物質(zhì)基礎(chǔ)(主要為氮、磷元素).結(jié)合水質(zhì)數(shù)據(jù)顯示夏季各調(diào)查點(diǎn)位硝酸鹽的平均濃度明顯高于春、秋和冬季，而其他營(yíng)養(yǎng)鹽平均濃度與另外3個(gè)季節(jié)調(diào)查數(shù)據(jù)沒(méi)有明顯差別.因此，滏陽(yáng)河(邯鄲段)浮游植物的群落特征在時(shí)間上變化上主要由硝酸鹽濃度決定，與已有研究類似[7].此外，束絲藻在4個(gè)季節(jié)優(yōu)勢(shì)種中均有存在，分析原因可能為：束絲藻屬于藍(lán)藻門(mén)，淡水水體常見(jiàn)水華藍(lán)藻重要種類[8]，具有形成水華的生理潛能，正是這種特性使得束絲藻在本次調(diào)查中均為優(yōu)勢(shì)種.

3.2 浮游植物群落結(jié)構(gòu)在空間上變化的影響因素

滏陽(yáng)河(邯鄲段)浮游植物群落結(jié)構(gòu)在空間上總體呈現(xiàn)為密度、生物量和多樣性指數(shù)上游高、中游低和下游較高，中間有部分較大程度波動(dòng).其中10#點(diǎn)位，單樣本t檢驗(yàn)結(jié)果顯示浮游植物密度和生物量極顯著大于其他點(diǎn)位(P<0.01).但其多樣性指數(shù)反而最低，表明該位置浮游植物種類少，污染嚴(yán)重；水質(zhì)數(shù)據(jù)顯示總氮超標(biāo)嚴(yán)重，已達(dá)到地表水劣Ⅴ類.分析原因10#點(diǎn)位為邯鄲市中心城區(qū)，主要為生活污水排入導(dǎo)致；中間部分的波動(dòng)可能原因?yàn)槌擎?zhèn)(鄉(xiāng)村)生活污水排入，也有可能為農(nóng)業(yè)面源污染.

3.3 浮游植物群落結(jié)構(gòu)對(duì)環(huán)境因子的影響

水工建筑物(閘壩等)可以調(diào)控水流，防治水澇災(zāi)害，有效地利用水資源，同時(shí)也影響了水生態(tài)系統(tǒng)中浮游植物的生物量.浮游植物的生長(zhǎng)需要一定的水動(dòng)力環(huán)境條件.緩流水體適合浮游植物的生長(zhǎng)和繁殖.由于滏陽(yáng)河(邯鄲段)沿岸近年來(lái)的不斷發(fā)展，對(duì)水的需求越來(lái)越大，水資源超額使用，致使河道生態(tài)流量得不到保證.再加上枯水年份，降水量減少，河水流量就會(huì)更少.水流速低，水動(dòng)力相應(yīng)過(guò)小，河道內(nèi)水體長(zhǎng)時(shí)間處在不流動(dòng)的狀態(tài)，為浮游植物的快速生長(zhǎng)和繁殖提供了有利的條件.水動(dòng)力小，水體交換能力弱，各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)會(huì)不斷地累積，特別是在夏季持續(xù)高溫的情況下，藍(lán)綠藻會(huì)大量生長(zhǎng)，形成藻華現(xiàn)象.后續(xù)應(yīng)該對(duì)保證河流的生態(tài)流量及增強(qiáng)水動(dòng)力等進(jìn)行更全面更深入的探討與研究.

附錄

附圖、附表見(jiàn)電子版(DOI:10.16366/j.cnki.1000-2367.2022.05.020).