劉 洋,呂俊平,劉 琪,謝樹蓮,馮 佳

山西大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院, 太原 030006

浮游植物是水生態(tài)系統(tǒng)中的初級(jí)生產(chǎn)者與重要餌料生物,也是水環(huán)境中的重要指示生物。浮游植物的種類組成和數(shù)量分布的生態(tài)學(xué)特征是水生生態(tài)系統(tǒng)的重要研究內(nèi)容,及首要和重要環(huán)節(jié)[1]。其結(jié)構(gòu)簡單,個(gè)體微小,對(duì)水體中各因素變化極其敏感,從而在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生一定的改變,與其他生物群落相比較,浮游植物更為及時(shí)、準(zhǔn)確的反映水生態(tài)系統(tǒng)的變化[2- 3]。浮游植物作為水環(huán)境特征的重要指示劑,已引起了世界范圍內(nèi)的研究和關(guān)注[4- 5]。因此,人們可以通過測定浮游植物的數(shù)量、種類等特征,來達(dá)到分析水質(zhì)狀況的目的[6- 7]。對(duì)此,國內(nèi)外已有很多對(duì)河流、湖泊等浮游植物研究的先例,并對(duì)其水質(zhì)進(jìn)行了分析與研究[8- 9]。

汾河是山西最大的河流,發(fā)源于寧武縣東寨鎮(zhèn)管涔山脈樓山下的水母洞,流經(jīng)6個(gè)地市,34個(gè)縣市,在河津市匯入黃河,全長約700km。流域面積約40000km2,約占全省總面積的四分之一,該流域覆蓋了全省41%的人口,是山西人民的母親河,也是黃河的第二大支流。汾河流域作為山西全省經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的核心區(qū)域,由于長時(shí)間過度開發(fā),生態(tài)環(huán)境受到極大破壞,嚴(yán)重制約山西經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展和民眾生活質(zhì)量的提高,也影響了山西的對(duì)外形象。近年,汾河中下游流域內(nèi)鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)發(fā)展迅猛,相繼建起了大批洗煤、選礦、煉焦、造紙等高污染企業(yè),加重了對(duì)汾河水質(zhì)的污染[10]。

太原汾河蓄水區(qū)北起柴村橋北側(cè),南至祥云橋南側(cè),由北向南貫穿太原市迎澤區(qū)、尖草坪區(qū)、萬柏林區(qū)、晉源區(qū)、小店區(qū),全長6km,河寬500m,占地300余hm2。太原汾河蓄水區(qū)為人工復(fù)式河槽,中墻將其分為東、西兩渠,西側(cè)為渾水渠,寬約80m,用來排洪與水庫灌溉；東側(cè)為清水渠,寬約220m,由多道橡膠壩將其分為蓄水湖面。東西兩岸各有一條排污暗渠,用來接納沿線城鎮(zhèn)的排污管道,將污水送至下游污水處理廠凈化處理。

本文系統(tǒng)地調(diào)查分析了太原汾河蓄水區(qū)9個(gè)采樣點(diǎn)浮游植物群落組成、氣溫、水溫、溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、總氮、總磷等環(huán)境因子的特征,并運(yùn)用PCA方法對(duì)浮游植物與環(huán)境因子之間的關(guān)系進(jìn)行分析探討,旨在為太原汾河蓄水區(qū)水質(zhì)生態(tài)學(xué)評(píng)價(jià)和水環(huán)境監(jiān)測提供理論依據(jù),有助于建立該地區(qū)健康安全的生態(tài)環(huán)境管理機(jī)制,對(duì)太原汾河蓄水區(qū)水生生物資源的可持續(xù)發(fā)展提供重要的參考[11]。

1 材料與方法

1.1 采樣點(diǎn)布設(shè)與采樣時(shí)間

圖1 太原汾河蓄水區(qū)采樣點(diǎn)分布 Fig.1 Distribution of sampling sites in Fenhe water storage area of Taiyuan柴村橋(S1),勝利橋北(S2),勝利橋南(S3),迎澤橋(S4),南內(nèi)環(huán)橋(S5),長風(fēng)橋(S6),躋汾橋(S7),南中環(huán)橋南(S8)和九院沙河南側(cè)(S9)

自2015年6月開始至10月,每月定期對(duì)太原汾河蓄水區(qū)進(jìn)行采樣,根據(jù)其自然情況及地理位置,從上游至下游,共布設(shè)9個(gè)采樣點(diǎn),分別為柴村橋(S1),勝利橋北(S2),勝利橋南(S3),迎澤橋(S4),南內(nèi)環(huán)橋(S5),長風(fēng)橋(S6),躋汾橋(S7),南中環(huán)橋南(S8)和九院沙河南側(cè)(S9)[12](圖1)。

1.2 水樣的采集與鑒定

浮游植物的水樣采集包括定性采集和定量采集兩種。定性采集用25號(hào)浮游生物網(wǎng)在水面以“∞”形來回拖動(dòng),以約20—30cm/s的速度拖動(dòng)3min,待網(wǎng)內(nèi)多余的水濾去,打開管底的閥門,將網(wǎng)頭的水樣收集到事先準(zhǔn)備好的50mL標(biāo)本瓶中,用4%的甲醛現(xiàn)場固定。定量采集用1L采水器采集,將采集好的液體用15%的魯哥氏液固定,同時(shí)每瓶貼上標(biāo)簽,標(biāo)明時(shí)間、采樣點(diǎn),然后將液體搖勻后倒入1L的廣口瓶中沉淀24h,用虹吸管小心抽出上層不含藻體的“上清液”,然后將剩下70—80mL的液體轉(zhuǎn)移至100mL定量瓶中,再用少許上述虹吸管吸出來的“上清液”清洗3次廣口瓶,沖洗液轉(zhuǎn)入至100mL定量瓶中待檢[13],用顯微鏡(Olympus BX51)進(jìn)行鑒定與計(jì)數(shù)[14- 15]。

1.3 水質(zhì)中各理化指標(biāo)的測定

1.4 數(shù)據(jù)處理

1.4.1 密度的計(jì)算

水中浮游植物密度的計(jì)算,參照文獻(xiàn)[17]。

1.4.2 綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)

根據(jù)中國環(huán)境監(jiān)測總站制定的《湖泊(水庫)富營養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法及分級(jí)技術(shù)規(guī)定》,選用葉綠素a、總磷、總氮、透明度、高錳酸鹽指數(shù)5個(gè)參數(shù),采用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法評(píng)價(jià)太原汾河蓄水區(qū)水質(zhì)綜合營養(yǎng)狀態(tài),其公式為：

式中,TLI(∑)表示綜合營養(yǎng)化狀態(tài)指數(shù)；TLI(j)代表第j中參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；Wj為第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)相關(guān)權(quán)重。

rij為第j種參數(shù)與基準(zhǔn)參數(shù)Chl-a的相關(guān)系數(shù)；m為評(píng)價(jià)參數(shù)的個(gè)數(shù)。

TLI(Chl-a)=10(2.5+1.086lnChl-a)

TLI(TP)=10(9.436+1.624lnTP)

TLI(TN)=10(5.453+1.694lnTN)

TLI(SD)=10(5.118-1.94lnSD)

TLI(CODMn)=10(0.109+2.66lnCODMn)

綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)為TLI(∑),其分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為：TLI(∑)<30為貧營養(yǎng),30≤TLI(∑)≤50為中營養(yǎng),TLI(∑)>50為富營養(yǎng),5070為重度富營養(yǎng)[19]。

表1 中國湖泊部分參數(shù)與葉綠素a的相關(guān)關(guān)系rij及rij2值

1.4.3 相關(guān)性分析

采用相關(guān)性分析來研究葉綠素a與環(huán)境因子的響應(yīng)關(guān)系,同時(shí)建立相應(yīng)的回歸方程,對(duì)各項(xiàng)環(huán)境因子做主成分分析(PCA),篩選出對(duì)浮游植物影響較大的因子,然后利用Origin 8.5和SPSS 19.0處理以上數(shù)據(jù),并進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 優(yōu)勢(shì)種空間分布

對(duì)于不同采樣點(diǎn)的調(diào)查發(fā)現(xiàn),在豐水期與平水期,各個(gè)采樣點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)種有所不同,其中藍(lán)藻門以微小色球藻(Chroococcusminutus)、微小平裂藻(Merismopediatenuissima)、小顫藻(Oscillatoriatenuis)、銅綠微囊藻(Microcystisaeruginosa)為主要優(yōu)勢(shì)種,綠藻門以小球藻(Chlorellavulgaris)為主要優(yōu)勢(shì)種,硅藻門以尖針桿藻(Synedraacus)為主要優(yōu)勢(shì)種(表2)。豐水期與平水期相比較,豐水期優(yōu)勢(shì)種種類居多。

2.2 浮游植物豐度特征與葉綠素a變化

浮游植物的豐度等變化與種類的組成,與季節(jié)和水體中營養(yǎng)元素密切相關(guān)[20]。調(diào)查期間發(fā)現(xiàn),該流域共包括204種,隸屬8門75屬。其中藍(lán)藻門、綠藻門所占比例較大,分別為54.89%、33.49%,合計(jì)占總種數(shù)的93.38%,其次是硅藻門占總數(shù)的5.15%,裸藻門、金藻門、甲藻門、隱藻門種類相對(duì)較少,僅占總數(shù)的1.47%。以上結(jié)果顯示,太原汾河蓄水區(qū)夏秋季浮游指物群落構(gòu)成了以藍(lán)-綠藻門為主要優(yōu)勢(shì)類群[21]。每個(gè)月的浮游植物種類稍有變動(dòng),但并不明顯,表現(xiàn)為夏季相對(duì)于秋季藍(lán)藻門種類居多,造成這種現(xiàn)象的主要原因是夏季光照強(qiáng)度高、水溫較高、多雨,以上條件同時(shí)也是藍(lán)藻門中的微囊藻屬種類形成水華的必要條件[22]。

太原汾河蓄水區(qū)平水期(2015年9月、10月)和豐水期(2015年5月、6月、7月8月)浮游植物豐度分別為4.52—67.27×10、16.85—89.19×106個(gè)/L,平均值分別為36.03×106、50.24×106個(gè)/L。平水期藍(lán)藻在豐度上占多數(shù),占42.95%,豐度為0.70—26.75×106個(gè)/L,平均值為13.725×106個(gè)/L。其次為綠藻,占35.36%,豐度為0.86—49.00×106個(gè)/L,平均值為24.93×106個(gè)/L。再次為硅藻,占17.35%,豐度為0.62—14.62×106個(gè)/L,平均值為7.62×106個(gè)/L；豐水期藍(lán)藻在豐度上也占多數(shù),原因是豐水期多雨,太原汾河蓄水區(qū)多暴發(fā)水華,占59.24%,豐度為0.13—48.46×106個(gè)/L,平均值為24.30×106個(gè)/L。其次為綠藻,占28.12%,豐度為0.08—30.14×106個(gè)/L,平均值為15.11×106個(gè)/L。再次為硅藻,僅占7.36%,豐度為0.70—10.08×106個(gè)/L,平均值為5.39×106個(gè)/L(圖2)。

太原汾河蓄水區(qū)葉綠素a整體均值為38.13mg/L,變化范圍為17.04—84.60mg/L,最大值出現(xiàn)在S6(長風(fēng)橋),最小值出現(xiàn)在S1(柴村橋)。葉綠素a的含量隨地理位置變化明顯,中下游要顯著高于上游,原因是中下游地區(qū)營養(yǎng)鹽濃度偏高,在一定程度上刺激了浮游植物的生長[23],導(dǎo)致藻類細(xì)胞密度較大,葉綠素a含量升高。在時(shí)間上,葉綠素a的含量分布特征具有相似性,主要表現(xiàn)為豐水期((79.56±4.36)mg/L)葉綠素a含量高于平水期((24.32±3.15)mg/L),原因在于豐水期降雨徑流帶來的營養(yǎng)鹽以及水溫的升高,為浮游植物的生長與繁殖提供了養(yǎng)分與適宜的溫度。

表2 各采樣點(diǎn)在豐水期與平水期的浮游植物優(yōu)勢(shì)種

柴村橋(S1),勝利橋北(S2),勝利橋南(S3),迎澤橋(S4),南內(nèi)環(huán)橋(S5),長風(fēng)橋(S6),躋汾橋(S7),南中環(huán)橋南(S8)和九院沙河南側(cè)(S9)

圖2 太原汾河蓄水區(qū)各樣點(diǎn)葉綠素a與總細(xì)胞密度變化Fig.2 Chl-a and total cell density change trend in Fenhe water storage area of Taiyuan S:代表樣點(diǎn)Site

2.3 各采樣點(diǎn)綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)

調(diào)查期間,太原汾河蓄水區(qū)9個(gè)采樣點(diǎn)水質(zhì)均達(dá)到富營養(yǎng)狀態(tài)(表3),在豐水期,S1—S7采樣點(diǎn)水質(zhì)達(dá)到輕度富營養(yǎng)狀態(tài),S8、S9采樣點(diǎn)水質(zhì)達(dá)到中度富營養(yǎng)狀態(tài)；在平水期,S1—S6樣點(diǎn)水質(zhì)達(dá)到輕度富營養(yǎng)狀態(tài),S7—S9采樣點(diǎn)水質(zhì)達(dá)到中度富營養(yǎng)狀態(tài)。這種情況的發(fā)生,可能是由于沿途城鎮(zhèn)居民生活污水、工業(yè)廢水的不合理排放,造成水體中各項(xiàng)理化指標(biāo)超標(biāo),使水體富營養(yǎng)化。由于S7、S8、S9站點(diǎn)在下游,這就更容易讓該地區(qū)的水體受到污染,從而達(dá)到中度富營養(yǎng)狀態(tài)。

表3 各樣點(diǎn)在豐水期與平水期的綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)

2.4 葉綠素a含量與水環(huán)境及營養(yǎng)元素的相關(guān)性分析

太原汾河蓄水區(qū)各采樣點(diǎn)環(huán)境因子參數(shù)如表4所示。根據(jù)葉綠素a與水環(huán)境因子進(jìn)行相關(guān)性分析(表5),同時(shí)建立回歸方程(圖3)。結(jié)果顯示,太原汾河蓄水區(qū)葉綠素a與TN呈顯著正相關(guān)(r=0.12,P<0.05),與TP呈顯著正相關(guān)(r=0.12,P<0.05),說明總氮、總磷對(duì)太原汾河蓄水區(qū)浮游植物生長有重要的影響,而總磷對(duì)浮游指物的影響更加顯著。水體中總氮、總磷等無機(jī)營養(yǎng)鹽是影響浮游植物光合作用的重要因子[24]。此外,當(dāng)水體中的氮磷比大于20時(shí),磷可能會(huì)成為水體營養(yǎng)水平的限制因子[25]。太原汾河蓄水區(qū)氮磷比豐水期為24.91,平水期為28.27,由此可以說明磷是太原汾河蓄水區(qū)浮游植物生長的限制因子。

太原汾河蓄水區(qū)葉綠素a與水溫呈顯著正相關(guān)(r=0.12,P<0.05),隨水溫上升的同時(shí),浮游植物的生長速度也隨之加快。說明水溫是影響藻類光合作用和呼吸代謝的重要因素,適宜的水溫可以加快藻細(xì)胞內(nèi)的新陳代謝作用,從而促進(jìn)了浮游植物的生長與繁殖[26]。與此同時(shí),太原汾河蓄水區(qū)葉綠素a與COD呈極顯著正相關(guān)(r=0.58,P<0.01),與CODMn呈極顯著正相關(guān)(r=0.42,P<0.01)。水中的有機(jī)物會(huì)促進(jìn)藻類的生長,太原汾河蓄水區(qū)的有機(jī)物主要來自沿途生活污水的排放、農(nóng)業(yè)水產(chǎn)養(yǎng)殖等,這些有機(jī)物通過氧化分解,最終變成了可供藻類直接利用的營養(yǎng)物質(zhì)(圖3)。

2.5 葉綠素a含量與水環(huán)境及營養(yǎng)元素的主成分分析

主成分分析旨在利用降維的思想,把多指標(biāo)轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個(gè)綜合指標(biāo)。9個(gè)樣點(diǎn)的水環(huán)境及營養(yǎng)元素的主成分分析結(jié)果見表6。主成分?jǐn)?shù)目選定既要滿足數(shù)據(jù)降維目的又希望綜合盡可能多的信息,常用累計(jì)方差貢獻(xiàn)率不低于某一閾值來確定主成分?jǐn)?shù)目。第一主成分可以最大限度反映樣本之間的差別[27]。

表4 各采樣點(diǎn)在豐水期與平水期的水環(huán)境及營養(yǎng)元素

表5 葉綠素a與水環(huán)境及營養(yǎng)元素的相關(guān)性

* 在0.05水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)；**在0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)

圖3 葉綠素a與總氮、總磷、水溫、化學(xué)需氧量和高錳酸鹽指數(shù)的相互關(guān)系Fig.3 The correlations between Chl-a and TN, TP, WT, COD, CODMnChl-a: 葉綠素a, Chlorophyll-a; TN: 總氮, Total nitrogen; TP: 總磷, Total phosphorus; WT: 水溫, Water temperature; COD: 化學(xué)需氧量, Chemical oxygen demand; CODMn: 高錳酸鹽指數(shù), Permanganate index

主成分的載荷矩陣在旋轉(zhuǎn)之后的載荷系數(shù)更接近1或者更接近0,得到的主成分能夠更好地解釋和命名變量(表7)。決定第一主成分的主要是水溫、氣溫、溶解氧、葉綠素a等理化指標(biāo),第一主成分反映原始數(shù)據(jù)信息量的59.182%,為與浮游植物出現(xiàn)數(shù)量相關(guān)的因子。決定第二主成分大小的主要是總氮、氨氮等,其貢獻(xiàn)率為75.762%,為氮源因子。決定第三主成分的是透明度,其負(fù)荷值為負(fù)值,其貢獻(xiàn)率為87.489%,稱其為透明度因子。由圖4能夠直觀的看出各個(gè)站點(diǎn)與PC1和PC2的關(guān)系：S5,S7,S8和S9依次落在PC1與PC2的正向區(qū)間,表明這4個(gè)站點(diǎn)水溫、氣溫較高,溶解氧與其成反比,含量較低,總氮、氨氮、葉綠素a含量較高,說明藻細(xì)胞密度較大。S1落在第二區(qū)間,水溫、氣溫較低,溶解氧含量較高,總氮、氨氮、葉綠素a含量較低,說明藻細(xì)胞密度較小。S2和S3分布在第三區(qū)間,該區(qū)間水溫、氣溫較低,溶解氧含量高,藻細(xì)胞密度較小。S4和S6分布在第四區(qū)間,該區(qū)間氣溫、水溫較高,溶解氧含量較高,總氮、氨氮、葉綠素a含量較低,藻細(xì)胞密度相對(duì)較大。

圖4 太原汾河蓄水區(qū)9個(gè)采樣點(diǎn)主成分分析得分圖Fig.4 PCA scores of 9 sample stations in Fenhe water storage area

由圖4可知各個(gè)站點(diǎn)PC2與PC3的關(guān)系：S5和S8落在第一區(qū)間,表明總氮、氨氮含量較高的同時(shí),其透明度較低,藻細(xì)胞密度較高。S6落在第三區(qū)間,總氮、氨氮含量較低,其透明度較高,藻細(xì)胞密度較高。S4落在第二區(qū)間下側(cè),總氮、氨氮含量較高,透明度較低,藻細(xì)胞密度較大；S2和S3落在第二區(qū)間右側(cè),總氮、氨氮含量較低,透明度較高,藻細(xì)胞密度較小。S1落在第四區(qū)間左側(cè),總氮、氨氮含量較高,超出了標(biāo)準(zhǔn)值,透明度較高,藻細(xì)胞密度較低。

PCA分析結(jié)果表明,太原汾河蓄水區(qū)營養(yǎng)鹽、有機(jī)物含量、水溫等都是影響太原汾河蓄水區(qū)浮游植物生長的重要因素,這對(duì)分析太原汾河蓄水區(qū)水環(huán)境營養(yǎng)元素控制因子以及浮游植物的生長影響因素有重要的作用。

表6 水環(huán)境及營養(yǎng)元素的主成分分析

表7 主成分分析旋轉(zhuǎn)后的成分載荷矩陣

旋轉(zhuǎn)在4次迭代后收斂；PC1—PC3分別表示第一至第三主成分

3 討論

一般條件下,豐水期氣溫、水溫較高,水體中營養(yǎng)鹽等各成分含量多,更新快,適宜藻類生長繁殖,平水期則稍遜之。雖然藍(lán)藻門、綠藻門、硅藻門種類較多,但各采樣點(diǎn)藻類植物的種類略有不同。通過對(duì)太原汾河蓄水區(qū)豐水期與平水期各采樣點(diǎn)優(yōu)勢(shì)種的調(diào)查發(fā)現(xiàn),S5采樣點(diǎn)處于太原汾河蓄水區(qū)中段,周邊工廠、居民住宅居多,工業(yè)廢水生活污水的不合理排放,導(dǎo)致該河段水體中藻的種類較少,只有微小平裂藻(M.tenuissima)和小球藻(C.vulgaris)。但總體來說,該流域藍(lán)藻門、綠藻門占絕大多數(shù),豐水期以藍(lán)藻門中的微小色球藻(C.minutus)、微小平裂藻(M.tenuissima)、小顫藻(O.tenuis)為主要優(yōu)勢(shì)種,下游出現(xiàn)銅綠微囊藻(M.aeruginosa),說明該流域容易暴發(fā)水華等危害。同時(shí)綠藻門以小球藻(C.vulgaris)為主要優(yōu)勢(shì)種。硅藻門相對(duì)較少,主要優(yōu)勢(shì)種為尖針桿藻(S.acus)。相對(duì)于平水期而言,優(yōu)勢(shì)種種類較少,藍(lán)藻門的微小平裂藻(M.tenuissima)、綠藻門的小球藻(C.vulgaris)依然是該時(shí)期的主要優(yōu)勢(shì)種。

水體富營養(yǎng)化是指河流或湖泊在自然因素或人類活動(dòng)影響下,造成水體生產(chǎn)力從低的貧營養(yǎng)狀態(tài)逐步向生產(chǎn)力高的富營養(yǎng)狀態(tài)過度的一種現(xiàn)象。如今已成為水體污染最嚴(yán)重的問題之一,也是全球性環(huán)境問題之一。太原汾河蓄水區(qū)由北向南貫穿整個(gè)太原市,近年來,隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,人口與工業(yè)企業(yè)的增加以及城鎮(zhèn)規(guī)模化擴(kuò)張多個(gè)檢測站點(diǎn)靠近市中心,由于附近居民、游客的不良習(xí)慣,造成生活垃圾、污水不合理排放,沿途的各大工廠對(duì)工業(yè)廢水沒有嚴(yán)格把控,使其匯入汾河,致使總氮、總磷等指標(biāo)偏高,藍(lán)藻細(xì)胞密度增大,水體富營養(yǎng)化程度加重[28],最終導(dǎo)致整個(gè)水體處于輕度富營養(yǎng)狀態(tài)或中度富營養(yǎng)狀態(tài),造成了生態(tài)環(huán)境的破壞。因此太原汾河蓄水區(qū)污染防治措施要以入河污染物總量控制為原則,擬定具有針對(duì)性的分階段投資行動(dòng)方案。以點(diǎn)源污染控制為主,工廠實(shí)行達(dá)標(biāo)排放和清潔生產(chǎn),強(qiáng)化城鎮(zhèn)生活污染處理工程建設(shè)與技術(shù)革新。水體環(huán)境因子及營養(yǎng)元素是影響水體生態(tài)系統(tǒng)的重要因素,決定著不同的浮游植物群落結(jié)構(gòu),并且環(huán)境因子及營養(yǎng)元素也是評(píng)價(jià)水質(zhì)和水體營養(yǎng)狀態(tài)的重要指標(biāo)[29]。水溫、氣溫的變化對(duì)浮游植物的生物量有著明顯的影響[30],溫度的改變直接影響著河流中的物理和化學(xué)活動(dòng),從而影響水體上下水層的交換、各營養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)與分布[31- 32]。太原汾河蓄水區(qū)夏季水溫較高,各種營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)速度變快,營養(yǎng)物的攝入量大大增加,致使該流域浮游植物密度增大,秋季以后,氣溫下降,導(dǎo)致水溫較低,營養(yǎng)物的攝入量減少,浮游植物密度降低。

葉綠素是植物光合作用中重要的光合色素。通過測定葉綠素a濃度大小,可間接反映出水體中浮游植物生物量及水質(zhì)狀況[33- 35],而且浮游植物的生物量與種類也與其密切相關(guān),是水體理化指標(biāo)動(dòng)態(tài)變化的綜合指標(biāo)[31,36]。葉綠素a的含量也受到水溫、氣溫、氮、磷、透明度、營養(yǎng)鹽等因素的影響。本研究結(jié)果顯示葉綠素a與總磷、總氮相關(guān)性顯著,太原汾河蓄水區(qū)各站點(diǎn)葉綠素a含量與浮游植物密度的變化趨勢(shì)一致,并且呈顯著或極顯著正相關(guān)。

氮、磷是藻類生長的重要營養(yǎng)因子,在一定濃度范圍內(nèi)對(duì)浮游植物的生長有促進(jìn)作用,反之,也會(huì)有抑制作用[37]。水體中過高的氮、磷含量易使浮游植物群落單一化,同時(shí)易爆發(fā)大量的藻類[38]。太原汾河蓄水區(qū)各采樣點(diǎn)葉綠素a與總氮、總磷呈顯著正相關(guān)。水體中的氮磷比在一定程度上可反映出營養(yǎng)鹽對(duì)浮游植物生長的影響,進(jìn)而影響水體中葉綠素a的含量。當(dāng)?shù)妆却笥?0∶1時(shí),說明氮過量,磷是限制因子,藻細(xì)胞密度主要受磷含量的影響；當(dāng)?shù)妆刃∮?3∶1時(shí),說明氮不足,氮是限制因子[39]。太原汾河蓄水區(qū)的氮磷比總體均值在豐水期和平水期分別為24.91和28.27,并且總氮均存在超標(biāo)現(xiàn)象,由此可以說明磷是該流域藻類生長的主要限制因子[40]。

化學(xué)需氧量,高錳酸鹽指數(shù)是監(jiān)測水環(huán)境中有機(jī)物含量的兩個(gè)重要指標(biāo),二者在理論上存在著定性的大小關(guān)系,指數(shù)越大,水體受有機(jī)物污染越嚴(yán)重?；瘜W(xué)需氧量是指,處理水樣時(shí),以重鉻酸鉀作為氧化劑,在一定條件下其所消耗的量,高錳酸鹽指數(shù)是指,以高錳酸鉀作為氧化劑,在一定條件下其所消耗的量[41]。二者都是利用化學(xué)物質(zhì)氧化有機(jī)物,化學(xué)需氧量的測定時(shí)間短(2—3h),不受水質(zhì)成分的限制[42]。高錳酸鹽指數(shù)測定時(shí)間最短,但是由于高錳酸鉀的氧化能力弱于重鉻酸鉀,只能氧化一部分有機(jī)物。本次葉綠素a與化學(xué)需氧量、高錳酸氧指數(shù)相關(guān)性分析結(jié)果顯示,均為極顯著正相關(guān),二者相關(guān)系數(shù)差異較小,說明水體中有的機(jī)物會(huì)促進(jìn)藻類的生長繁殖,同時(shí)藻類自身會(huì)通過光合作用產(chǎn)生大量有機(jī)物,使水體中化學(xué)需氧量與高錳酸鹽指數(shù)升高。

主成分分析是一個(gè)采用較少的綜合指標(biāo)代替原來多個(gè)指標(biāo)的大部分信息的一種降維的分析方法,剔除不重要的信息,保留所需要的重要信息。本研究據(jù)此對(duì)太原汾河蓄水區(qū)的9個(gè)采樣點(diǎn)的13項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析提取更為重要有用的信息,并采用主成分得分圖分析各個(gè)主成分和理化指標(biāo)與站點(diǎn)之間的關(guān)系,對(duì)評(píng)價(jià)各樣點(diǎn)理化指標(biāo)之間關(guān)系提供更為直觀有效的理論依據(jù)。若選擇浮游植物較多的采樣點(diǎn),可在PC1和PC2得分圖的第一區(qū)間與PC2和PC3得分圖的第二、三區(qū)間選擇,說明該采樣點(diǎn)附近污染較嚴(yán)重,水體中氮、磷含量較高,嚴(yán)重的水體富營養(yǎng)化會(huì)導(dǎo)致水華的爆發(fā)。

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