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

        2022-08-08 14:07:44李眾李學(xué)軍王亮李步東

        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.中國水利水電科學(xué)研究院,北京 100038)

        滏陽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413 km,流域面積21 747 km2[1].滏陽河(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)、綠藻生長過盛,水污染問題嚴(yán)重.目前對于滏陽河(邯鄲段)研究主要集中在水質(zhì)變化及其評價[2],而對于浮游植物群落結(jié)構(gòu)時空變化特征及其與水環(huán)境因子關(guān)系的研究較少.本研究從多個角度對滏陽河(邯鄲段)的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行分析,以期為后續(xù)滏陽河(邯鄲段)乃至整個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

        在滏陽河(邯鄲段)干流適合位置布設(shè)14個樣點,從上游至下游依次為1#~14#(圖1),坐標(biāo)見附表Ⅰ.采樣時間分別為: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.為減少實驗誤差,定量樣品在計數(shù)前需將樣品充分搖勻.

        1.2 水環(huán)境因子的測定

        1.3 數(shù)據(jù)處理

        采用Excel 2010,SPSS 20和Origin 2017軟件對原始數(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Canoco 5軟件進(jìn)行去趨勢對應(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Monte Carlo置換檢驗,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)勢度指數(shù)參考文獻(xiàn)[6].

        2 結(jié) 果

        2.1 浮游植物群落在時間上的變化特征

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

        表1 滏陽河(邯鄲段)浮游植物組成

        表2 滏陽河(邯鄲段)浮游植物優(yōu)勢種和生物量

        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#點位,最高值出現(xiàn)在14#點位;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#點位,最高值出現(xiàn)在1#點位;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#點位,最高值出現(xiàn)在10#點位;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#點位,最高值出現(xiàn)在10#點位(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#點位,最高值出現(xiàn)在6#點位;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#點位,最高值出現(xiàn)在6#點位;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#點位,最高值出現(xiàn)在1#點位;浮游植物生物量范圍為0.79~38.44 mg/L,其中13#樣點生物量最少,生物量最多的為14#樣點.

        滏陽河(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#點位的秋季;最高值為4.49,出現(xiàn)在1#點位的夏季.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,其值為3.25;8#采樣點浮游植物多樣性指數(shù)4個季節(jié)平均數(shù)最小,其值為2.06,其次為10#采樣點.

        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

        滏陽河(邯鄲段)調(diào)查浮游植物種類數(shù)在夏季最多,且綠藻門在4個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,單位時間內(nèi)有更多新細(xì)胞形成.夏季光照時間相對比其他季節(jié)長,這也相應(yīng)增加了浮游植物的積累.因此,光照強(qiáng)度和時間長度有利于浮游植物的生長和繁殖.2)夏季水溫明顯高于其他季節(jié),而綠藻適宜生長的溫度范圍為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)各種營養(yǎng)鹽是浮游植物的生長和繁殖的物質(zhì)基礎(chǔ),不同的營養(yǎng)鹽組成會形成不同的浮游植物群落結(jié)構(gòu).滏陽河(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)田施用的肥料會隨雨水沖刷至河道內(nèi),水體中的營養(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)查點位硝酸鹽的平均濃度明顯高于春、秋和冬季,而其他營養(yǎng)鹽平均濃度與另外3個季節(jié)調(diào)查數(shù)據(jù)沒有明顯差別.因此,滏陽河(邯鄲段)浮游植物的群落特征在時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個季節(jié)優(yōu)勢種中均有存在,分析原因可能為:束絲藻屬于藍(lán)藻門,淡水水體常見水華藍(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.其中10#點位,單樣本t檢驗結(jié)果顯示浮游植物密度和生物量極顯著大于其他點位(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;中間部分的波動可能原因為城鎮(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.浮游植物的生長需要一定的水動力環(huán)境條件.緩流水體適合浮游植物的生長和繁殖.由于滏陽河(邯鄲段)沿岸近年來的不斷發(fā)展,對水的需求越來越大,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,河水流量就會更少.水流速低,水動力相應(yīng)過小,河道內(nèi)水體長時間處在不流動的狀態(tài),為浮游植物的快速生長和繁殖提供了有利的條件.水動力小,水體交換能力弱,各種營養(yǎng)物質(zhì)會不斷地累積,特別是在夏季持續(xù)高溫的情況下,藍(lán)綠藻會大量生長,形成藻華現(xiàn)象.后續(xù)應(yīng)該對保證河流的生態(tài)流量及增強(qiáng)水動力等進(jìn)行更全面更深入的探討與研究.

        附錄

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

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