宋俊霖 于洪賢 馬成學(xué)

(東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱，150040)

小鶴立河位于黑龍江省鶴崗市蔬園鄉(xiāng)西側(cè)3 km 處，屬于松花江二級(jí)支流鶴立河的支流。小鶴立河水庫(kù)總庫(kù)容為5 908 萬(wàn)m3，設(shè)計(jì)供水量為4.26 萬(wàn)m3·d－1，年供水量為1 423 萬(wàn)m3·a－1。小鶴立河水庫(kù)壩址處為低山丘陵與平原過(guò)渡地帶，兩岸丘陵高程為200 ～300 m，植被覆蓋良好，水庫(kù)河道迂回曲折，擺動(dòng)幅度大。水庫(kù)壩址上游區(qū)域?yàn)樯絽^(qū)型河流，由西向東南流入松花江干流，全長(zhǎng)237 km，流域面積4 565.1 km2。流域內(nèi)多年平均氣溫1.5 ℃，多年平均水面蒸發(fā)量1 042 mm，相對(duì)濕度65% ～70%，多年平均年徑流量5 307 萬(wàn)m3，多年平均年徑流深290 mm。多年平均降水量580 mm，降水量年際變化和年內(nèi)分配不均，年最大降水量和最小降水量分別為918、308 mm。多年平均結(jié)冰期160 d。小鶴立河水庫(kù)以供水為主，兼顧防洪和水產(chǎn)養(yǎng)殖。文中比較小鶴立河水庫(kù)及其上游河流浮游植物種類(lèi)組成，采用灰關(guān)聯(lián)分析浮游植物與環(huán)境因子間相關(guān)性，以期了解不同水體中浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征和動(dòng)態(tài)演替，為其水環(huán)境保護(hù)和管理提供參考性的生物學(xué)依據(jù)。

1 研究方法

采樣點(diǎn)的設(shè)置:根據(jù)小鶴立河水庫(kù)的生態(tài)特點(diǎn)以及《內(nèi)陸水域漁業(yè)自然資源調(diào)查手冊(cè)》［1］對(duì)采樣點(diǎn)設(shè)置的要求和原則，本次調(diào)查分別在小鶴立河水庫(kù)及其上游河流選擇13 個(gè)點(diǎn)，并分別于2012年枯水期(7月份)和豐水期(9月份)在各樣點(diǎn)采樣，1#～5#位于上游的河流區(qū)域，6#～13#位于水庫(kù)區(qū)域。各樣點(diǎn)分布見(jiàn)圖1。

試驗(yàn)方法:透明度用塞奇氏盤(pán)測(cè)定;酸堿度(pH值)、溶解氧、水溫等用多功能水質(zhì)分析儀YSI－6600測(cè)定;總氮、總磷、化學(xué)需氧量、葉綠素a 等參照《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》［2］測(cè)定。所有樣品均用1.5%魯哥氏液固定，靜置48 h，沉淀后濃縮至30 mL，搖勻后取0.1 mL 于0.1 mL 浮游生物計(jì)數(shù)框內(nèi)計(jì)數(shù)、分析及鑒定，并計(jì)算生物量和豐度［3］，［4］1－950，［5－6］。

優(yōu)勢(shì)度及多樣性指數(shù):

式中:ni為第i 種總個(gè)體數(shù);N 為總個(gè)體數(shù);fi為第i種在各樣點(diǎn)出現(xiàn)的頻率。

式中:TL，I為綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù);Wj為第j 種參數(shù)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的相關(guān)權(quán)重;TL，Ii為代表第i 種參數(shù)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)。

圖1 小鶴立河水域采樣點(diǎn)分布

數(shù)據(jù)分析:環(huán)境因子對(duì)浮游植物數(shù)量影響采用灰色關(guān)聯(lián)分析。進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析時(shí)，為了消除不同量綱帶來(lái)的影響，采用均值法對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)量綱處理，具體操作在DPS 軟件上進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 種類(lèi)組成、豐度與生物量

本次調(diào)查共采到浮游植物145 種，隸屬8 門(mén)，其中綠藻門(mén)68 種，硅藻門(mén)42 中，藍(lán)藻門(mén)18 種，其他17種。枯水期水庫(kù)共檢出60 種，其中硅藻門(mén)19 種，占23%;綠藻門(mén)26 種，占43%;藍(lán)藻門(mén)10 種，占17%;其他門(mén)類(lèi)5 種，占8%。豐水期水庫(kù)共檢出浮游植物90 種，其中硅藻門(mén)18 種，占20%;綠藻門(mén)48 種，占53%;金藻門(mén)8 種;占9%;藍(lán)藻門(mén)11 種，占12%;其他門(mén)類(lèi)5 種，占6%?？菟诤恿鞴矙z出浮游植物63 種，其中硅藻30 種，占48%;綠藻23 種，占37%;金藻、藍(lán)藻各4 種，各占6%;其他門(mén)類(lèi)2 種，占3%。豐水期河流共檢出浮游植物55 種，其中硅藻門(mén)24 種，占44%;綠藻門(mén)19 種，占34%;藍(lán)藻門(mén)7種，占13%;其他門(mén)類(lèi)5 種，占9%。水庫(kù)從枯水期到豐水期，硅藻種類(lèi)組成比例降低，綠藻種類(lèi)組成比例升高，變化較為明顯;而河流浮游植物組成變化不明顯，幅度較小。

從枯水期到豐水期，河流的豐度基本不變，而河流生物量和水庫(kù)平均豐度與生物量均降低。浮游植物枯水期和豐水期豐度、生物量見(jiàn)表1。

表1 枯水期與豐水期浮游植物豐度、生物量

2.2 優(yōu)勢(shì)種

根據(jù)各季節(jié)浮游植物出現(xiàn)頻率和占總數(shù)量百分比，以優(yōu)勢(shì)度＞0.02 為界來(lái)確定優(yōu)勢(shì)種，浮游植物枯水期與豐水期優(yōu)勢(shì)種見(jiàn)表2。

枯水期河流中的優(yōu)勢(shì)種全為硅藻，而豐水期大部分優(yōu)勢(shì)種為硅藻，僅2 種為藍(lán)藻。水庫(kù)在枯水期的優(yōu)勢(shì)種為硅藻與藍(lán)藻(以硅藻為主)，而在豐水期的優(yōu)勢(shì)種為綠藻與硅藻(以綠藻為主)。其中長(zhǎng)刺根管藻與扎卡四棘藻僅出現(xiàn)于枯水期水庫(kù)的8 個(gè)點(diǎn)中。

2.3 綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)

通過(guò)監(jiān)測(cè)小鶴立河水庫(kù)以及上游各點(diǎn)總氮、總磷、透明度、葉綠素a、化學(xué)需氧量計(jì)算各點(diǎn)綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)(表3)。

根據(jù)綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)＜30 為貧營(yíng)養(yǎng)，30≤綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)≤50 為中營(yíng)養(yǎng)，綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)＞50 為富營(yíng)養(yǎng)，由表3可知，從枯水期到豐水期，各點(diǎn)指數(shù)變化不大。雖然個(gè)別點(diǎn)綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)大于30，但均接近于30，所以，小鶴立河水域水質(zhì)在貧—中營(yíng)養(yǎng)之間，均接近于貧營(yíng)養(yǎng)，幾乎沒(méi)有污染。

表2 枯水期與豐水期浮游植物優(yōu)勢(shì)種

表3 小鶴立河水庫(kù)及其上游枯水期與豐水期各點(diǎn)綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)

2.4 環(huán)境因子與浮游植物豐度的關(guān)聯(lián)度

浮游植物豐度與環(huán)境因子關(guān)聯(lián)度見(jiàn)表4?？梢钥闯龈∮沃参镓S度產(chǎn)生影響的主要相關(guān)因子是水溫、透明度、電導(dǎo)率、化學(xué)需氧量、溶解氧。

表4 豐度與環(huán)境因子關(guān)聯(lián)度

3 結(jié)論與討論

小鶴立河水庫(kù)及其上游枯水期水深在0.15 ～10.7 m，豐水期水深在1 ～15.8 m，水位明顯升高?？菟诘母∮沃参锷锪棵黠@大于豐水期，這與馬成學(xué)等［9］對(duì)鏡泊湖的研究結(jié)果一致。這是因?yàn)樵诳菟诮粨Q水量少，水流流速緩慢，天氣轉(zhuǎn)暖，適宜的溫度與光照有利于藻類(lèi)的大量繁殖與生物量積累。隨著豐水期的到來(lái)，大量經(jīng)過(guò)凈化后的雨水補(bǔ)給，富含營(yíng)養(yǎng)和藻類(lèi)的水得以排除［10］。

從優(yōu)勢(shì)種來(lái)看，河流區(qū)從枯水期到豐水期優(yōu)勢(shì)種均以硅藻為主;水庫(kù)區(qū)則由硅藻—藍(lán)藻過(guò)渡為綠藻—硅藻。這可能與六七月份水庫(kù)中放養(yǎng)了大量魚(yú)類(lèi)有關(guān)。浮游動(dòng)物及魚(yú)類(lèi)的捕食是影響浮游植物的重要因子，阮景榮［11］發(fā)現(xiàn)，自大型氵蚤、鰱、鳙引入微型生態(tài)系統(tǒng)后，浮游植物種類(lèi)組成發(fā)生了較大變化:綠藻的相對(duì)密度有較大幅度的增長(zhǎng)，而藍(lán)藻和硅藻所占的比例明顯下降，這與本研究結(jié)果相一致。同時(shí)，也有研究表明，在野外調(diào)查中發(fā)現(xiàn)在降水量大的時(shí)期，綠藻的種類(lèi)數(shù)量有了明顯的增加［12］，這也一定程度上解釋了水庫(kù)區(qū)豐水期綠藻增多的現(xiàn)象。而河流浮游植物枯豐水期優(yōu)勢(shì)種均以硅藻為主，這與其他寒區(qū)水體極易出現(xiàn)以硅藻為優(yōu)勢(shì)類(lèi)群的浮游植物群落特征也基本一致［13－15］。

豐水期水庫(kù)中為優(yōu)勢(shì)藻的綠藻均為體型較小的綠球藻以及有鞭毛的衣藻，這是因?yàn)樾〉捏w型通常具有相對(duì)較高的表面積，尤其有利于在貧營(yíng)養(yǎng)水體中營(yíng)養(yǎng)鹽的吸收［16－17］，而衣藻鞭毛的運(yùn)行也可以更好地吸收營(yíng)養(yǎng)鹽，使其在水體中更具競(jìng)爭(zhēng)力。水體中出現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)藍(lán)藻則以具有氣囊的懸浮的魚(yú)腥藻以及以單一絲狀體懸浮于水中的阿氏席藻為主，這些藍(lán)藻能夠利用其懸浮機(jī)制在分層的水體中來(lái)獲取更多的營(yíng)養(yǎng)和光照［18－19］，因此，非常容易成為優(yōu)勢(shì)種。此外，長(zhǎng)刺根管藻與扎卡四棘藻僅出現(xiàn)于枯水期水庫(kù)的8 個(gè)點(diǎn)中，胡鴻鈞等［4］315－316認(rèn)為長(zhǎng)刺根管藻與扎卡四棘藻多數(shù)生長(zhǎng)于富營(yíng)養(yǎng)區(qū)域，而本研究發(fā)現(xiàn)這兩種藻在貧營(yíng)養(yǎng)水體中也可大量存在。

灰關(guān)聯(lián)分析法是灰色理論中的一種方法，是系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程發(fā)展態(tài)勢(shì)的量化比較分析。由于灰關(guān)聯(lián)方法要求的樣本數(shù)據(jù)相對(duì)較少，可對(duì)有限的、表面無(wú)規(guī)律的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，不像數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)的相關(guān)分析方法需要大樣本數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)必須具有較好的分布規(guī)律等條件，它可以找到系統(tǒng)本身具有的特征及主要研究動(dòng)態(tài)過(guò)程，所以更具應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

浮游植物同水環(huán)境因子之間的相互作用關(guān)系非常密切，其在生長(zhǎng)過(guò)程中會(huì)受到其所生長(zhǎng)的物理因子(如水溫、水體運(yùn)動(dòng)、水深、光照)、化學(xué)因子(如氮、磷等營(yíng)養(yǎng)鹽)和生物環(huán)境因子(浮游動(dòng)物、食植動(dòng)物等各種生物多構(gòu)成的食物網(wǎng))的影響［20］。熱帶地區(qū)，由于溫度變化不顯著，所以一般不是浮游植物群落季節(jié)性變化的最相關(guān)因子，浮游植物變化一般由營(yíng)養(yǎng)鹽控制，并且與流域水文循環(huán)的季節(jié)性節(jié)律密切相關(guān)［21－22］。溫寒帶地區(qū)，溫度和光照是引起水體浮游植物變化的主要因素之一［23］，尤其進(jìn)入冬季后溫度達(dá)到1a 內(nèi)最低，限制了浮游植物的生長(zhǎng)。在寒區(qū)，水溫對(duì)浮游植物的影響非常顯著，如安邦河、牡丹江、興凱湖的研究中溫度均為影響浮游植物的主要因素［24－26］。溫度的變化影響著水體物理化學(xué)和生物的活動(dòng)，從而影響水體上下水層的交換、營(yíng)養(yǎng)物的生化循環(huán)和分布，小鶴立河水庫(kù)及其上游枯水期到豐水期，溫度變化于10.35 ～26.45 ℃，浮游植物隨水溫變化呈現(xiàn)出明顯季節(jié)性變化。透明度是一個(gè)能較為直觀反映水質(zhì)的常用物理特性指標(biāo)，它的大小取決于水體浮游生物和有機(jī)及無(wú)機(jī)懸浮物的數(shù)量。浮游植物密度高，透明度則低，它表明水體可以有較高的初級(jí)生產(chǎn)力［27］。枯水期水溫升高，浮游植物豐度和生物量均較大，導(dǎo)致透明度較低;而進(jìn)入豐水期，水溫下降，降水較多，水體攪動(dòng)增加，懸浮物增多，濁度增加，透明度降低，營(yíng)養(yǎng)物的再生減緩，抑制浮游植物的生長(zhǎng)，促使浮游植物豐度和生物量下降。所以，溫度與透明度成為影響浮游植物的第一二相關(guān)因子?；瘜W(xué)因子中，營(yíng)養(yǎng)鹽的質(zhì)量濃度和比例對(duì)浮游植物有很重要的調(diào)控作用，一般認(rèn)為氮磷質(zhì)量濃度比大于7 時(shí)，磷可以考慮為限制因子［28］。富營(yíng)養(yǎng)化水體中，N、P 質(zhì)量濃度較高，小鶴立河水庫(kù)及其上游屬貧—中營(yíng)養(yǎng)水體;總氮、磷質(zhì)量濃度不高，總氮平均質(zhì)量濃度為0.07 mg·L－1，總磷平均質(zhì)量濃度為0.006 mg·L－1，二者比值為11.67，故在本研究中，總磷為限制因子，并與浮游植物的相關(guān)系數(shù)大于總氮。

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