興凱湖浮游植物豐度與環(huán)境因子的相關(guān)性1)

馬成學(xué) 卞少偉 于洪賢 曲 翠

(東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱，150040)

浮游植物是水域生態(tài)系統(tǒng)的重要組成成分，也是生態(tài)系統(tǒng)中的初級(jí)生產(chǎn)者［1］，所以其組成和多樣性的變化將直接影響到生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能，對(duì)維持淡水生態(tài)系統(tǒng)平衡起到至關(guān)重要的作用［2－5］。浮游植物的動(dòng)態(tài)變化直接影響著水體的水質(zhì)變化，富營(yíng)養(yǎng)化水體最直接的表現(xiàn)是水體中浮游植物繁殖迅速，出現(xiàn)水華。在不同的地區(qū)，不同水域中，浮游植物季節(jié)變化不同，而且引起浮游植物群落結(jié)構(gòu)變化的環(huán)境因子也不相同，其群落結(jié)構(gòu)的特征，往往也是水環(huán)境狀況的重要指標(biāo)［6－9］。

近年來(lái)，隨著對(duì)興凱湖開(kāi)發(fā)力度的逐年加大，尤其是旅游業(yè)的發(fā)展和人口增多，工業(yè)廢水和生活污水等未經(jīng)處理就直接排入湖中導(dǎo)致了水體的污染，致使興凱湖水環(huán)境生物種群和群落結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，并導(dǎo)致了興凱湖的水生態(tài)系統(tǒng)較脆弱，抗干擾的能力逐漸下降［10］。筆者通過(guò)對(duì)興凱湖浮游植物豐度的季節(jié)變化和環(huán)境因子等分析研究，對(duì)了解興凱湖生態(tài)狀況，監(jiān)測(cè)和合理利用水資源具有重要意義，為促進(jìn)水生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展、湖泊的保護(hù)和治理提供參考性的科學(xué)依據(jù)。同時(shí)，興凱湖是中俄界湖，其水質(zhì)好壞不僅影響到興凱湖的生物多樣性，而且一旦發(fā)生問(wèn)題將涉及到國(guó)際糾紛，影響國(guó)家安全。

1 研究區(qū)域概況

興凱湖是黑龍江流域最大的湖泊［11－13］，位于黑龍江省東南部和俄羅斯遠(yuǎn)東濱海邊區(qū)，為中俄界湖，興凱湖分大、小興凱湖，均為造山運(yùn)動(dòng)地殼陷落而形成的構(gòu)造湖。興凱湖呈橢圓形，北寬南窄。興凱湖正常水位時(shí)湖面面積為4 010 km2。其中，中國(guó)一側(cè)約1 080 km2，占興凱湖面積的26.9%。平均湖面高程為68.86 m。興凱湖屬于河水直接補(bǔ)給的湖，由于地處溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，夏季降水量大，河流補(bǔ)給以雨水為主，湖水位明顯地受入湖河流的水情控制。

2 材料與方法

2.1 浮游植物樣品采集與分析

本研究根據(jù)興凱湖的地形地貌，在興凱湖布設(shè)了12個(gè)主要采樣點(diǎn)(見(jiàn)圖1)。1#(松阿察河口處)，2#(太陽(yáng)崗)，3#(六網(wǎng)口)，4#(泄洪閘)，5#(白魚(yú)灘)，6#(新開(kāi)流)，7#(白泡子)，8#(當(dāng)壁鎮(zhèn))，9#、10#、11#、12#(湖中心)。由于興凱湖的平均水位較淺，冬季封冰后無(wú)法進(jìn)行采樣。因此，對(duì)興凱湖浮游植物于2007年7月份、10月份和2008年5月份(春、夏、秋3季)進(jìn)行采樣工作。浮游植物定性用25#浮游生物網(wǎng)進(jìn)行橫“∞”撈取3～5 min;浮游植物定量樣品用5 L有機(jī)玻璃采水器于表層(水面下0.5 m)中層和底層(距底0.5 m)處混合后取1 L，用1.5%的碘液固定，沉淀48 h，濃縮為30 mL保存。顯微鏡檢計(jì)數(shù)時(shí)充分搖勻，吸取0.1 mL滴入0.1 mL計(jì)數(shù)框內(nèi)計(jì)數(shù)、分析、鑒定［14－15］。

2.2 環(huán)境因子測(cè)定

水溫用表面水溫計(jì)測(cè)定，透明度用塞奇氏盤(pán)測(cè)定，酸堿度、濁度、溶解氧等用多功能水質(zhì)分析儀YSI－6600 來(lái)測(cè)定。

圖1 興凱湖浮游植物采樣點(diǎn)分布示意圖

2.3 數(shù)據(jù)處理

環(huán)境因子對(duì)浮游植物豐度影響強(qiáng)弱分析采用灰關(guān)聯(lián)分析，進(jìn)行灰關(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軟件上運(yùn)行。

3 結(jié)果與分析

3.1 浮游植物的豐度特征

興凱湖浮游植物豐度時(shí)間分布以夏季最高，秋季次之，春季最低;空間分布表現(xiàn)為春季以3#采樣點(diǎn)最高，10#采樣點(diǎn)最低;夏季最高為5#采樣點(diǎn)，次高為6#采樣點(diǎn)，最低為8#采樣點(diǎn);秋季最高為3#采樣點(diǎn)，最低為11#采樣點(diǎn)(見(jiàn)表1)。

表1 興凱湖浮游植物豐度 105個(gè)·L－1

3.2 環(huán)境因子

興凱湖水溫季節(jié)性變化不是非常明顯，呈現(xiàn)出夏季＞秋季＞春季的趨勢(shì)。溶解氧在夏秋最高，春季最低;電導(dǎo)率和濁度(以SiO2計(jì))、Cl－都是夏季高，春秋季低;透明度春秋季高，夏季低;pH在春、夏、秋季整體都呈弱堿性(見(jiàn)表2)。

表2 興凱湖環(huán)境因子特征

3.3 浮游植物豐度與環(huán)境因子關(guān)聯(lián)度

濁度、Cl－、電導(dǎo)率、pH、溫度、溶氧、透明度等 7種環(huán)境因子與浮游植物豐度的關(guān)聯(lián)度是不一樣的，表明其對(duì)浮游植物的影響大小是不一樣的，對(duì)興凱湖浮游植物豐度影響強(qiáng)弱順序依次是濁度＞Cl－＞電導(dǎo)率＞pH＞溫度＞溶氧＞透明度(見(jiàn)表3)。

表3 浮游植物豐度與環(huán)境因子關(guān)聯(lián)度

4 討論

4.1 浮游植物豐度與水環(huán)境因子的關(guān)系

國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者通過(guò)不同的多元統(tǒng)計(jì)分析方法對(duì)浮游植物豐度和水環(huán)境因子的關(guān)系進(jìn)行了大量的分析，研究結(jié)果并不相同［16－21］。而本研究結(jié)果表明，7種水環(huán)境因子對(duì)興凱湖浮游植物豐度影響均比較大，最低的為透明度，相關(guān)度為0.737 1;而影響最大的水環(huán)境因子是濁度，高達(dá)0.872 4。這主要與興凱湖的水文特征有關(guān)，大興凱湖形狀類(lèi)似一個(gè)大鍋，常年波浪滔天，水流攪動(dòng)比較大，濁度高。因此相比其它水體不同，對(duì)興凱湖浮游植物影響最大的環(huán)境因子是濁度;同時(shí)溫度也是影響浮游植物生長(zhǎng)繁殖的重要水環(huán)境因子之一。水溫的變化會(huì)影響光合作用的強(qiáng)度、水體交換、營(yíng)養(yǎng)物的生化循環(huán)分布等進(jìn)而間接影響浮游植物的生長(zhǎng)繁殖及其分布［22］。水溫對(duì)浮游植物豐度增加具有顯著作用［23］，從各個(gè)季節(jié)的平均溫度來(lái)看，興凱湖浮游植物豐度隨著水溫的升高而增高。浮游植物豐度從高到低為夏季＞秋季＞春季，水溫的分布從高到低為夏季＞秋季＞春季，兩者變化趨勢(shì)一致，說(shuō)明溫度對(duì)興凱湖浮游植物的影響也很重要。水中的溶解氧主要來(lái)源于大氣和浮游植物的光合作用。當(dāng)浮游植物豐度較高時(shí)，其光合作用強(qiáng)，產(chǎn)生的氧氣可以較多地溶解到水中，影響水中的溶解氧濃度。從表2中可以看出興凱湖的溶解氧在夏秋最高，春季最低。這與浮游植物光合作用產(chǎn)生氧氣相關(guān)。在春季，興凱湖浮游植物的豐度低，其光合作用不明顯，導(dǎo)致水中溶解氧含量不高;在夏季，浮游植物豐度達(dá)到最大值，光合作用明顯增大，有效地提高水中的溶解氧含量。秋季的溶解氧濃度最高，但是浮游植物豐度較夏季低，主要是因?yàn)槿芙庋鯘舛韧瑫r(shí)還受溫度影響，與水溫呈負(fù)相關(guān)［24］。

4.2 多元統(tǒng)計(jì)分析方法在浮游植物豐度與環(huán)境因子相關(guān)分析中的選用

灰關(guān)聯(lián)分析是依據(jù)空間理論為數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，按照規(guī)范性、偶對(duì)稱(chēng)性、整體性和接近性的原則，對(duì)信息部分確定和部分不確定的系統(tǒng)一灰色系統(tǒng)的發(fā)展勢(shì)態(tài)進(jìn)行定量描述和比較，以確定參考序列和若干子序列之間的灰色關(guān)系，進(jìn)而評(píng)價(jià)各個(gè)子序列對(duì)參考序列的相對(duì)重要程度［25－26］。因此，通過(guò)關(guān)聯(lián)分析，可以揭示各個(gè)環(huán)境因子對(duì)興凱湖濕地保護(hù)區(qū)浮游植物豐度的影響強(qiáng)弱。而目前國(guó)內(nèi)外常用的CCA分析是直接的多維排序方法，要求物種對(duì)環(huán)境的分布為高斯曲線分布，并要求具有完整的環(huán)境系列數(shù)據(jù)，而且隨著樣本的增加關(guān)系模糊，會(huì)夸大偶見(jiàn)種的作用。對(duì)于采用哪種多元統(tǒng)計(jì)分析方法更適合于浮游植物豐度與環(huán)境因子的相關(guān)分析，仍需更進(jìn)一步地比較并探討。

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