小興凱湖5月份浮游植物群落及其與環(huán)境因子的典范對應(yīng)1)

于洪賢 張力文 馬成學(xué) 姜 明 袁宇翔

(東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱，150040) (中國科學(xué)院濕地生態(tài)與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所))

責(zé)任編輯:程 紅。

小興凱湖地處大興凱湖北邊，是中國內(nèi)湖。小興凱湖與大興凱湖被一條長90 km 的天然沙壩隔開，沙壩最寬處約1 km;海拔69 m。小興凱湖北面連接穆棱河，南與大興凱湖相通［1－3］。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，近年來對興凱湖的開發(fā)力度也隨之增大，伴隨著旅游業(yè)的開發(fā)，人口也逐漸增多，生活污水和農(nóng)田退水的大量排放，導(dǎo)致水體局部發(fā)生富營養(yǎng)化污染，引發(fā)小興凱湖水生生物種類發(fā)生變化，濕地生態(tài)系統(tǒng)也被破壞［4－5］。近年來對小興凱湖的研究非常少，大多數(shù)研究都集中在大興凱湖上，而小興凱湖與大興凱湖有密切的聯(lián)系，小興凱湖浮游植物變化將會對大湖產(chǎn)生一定影響［6］，2013年5月份小興凱湖上的東北泡子漂滿死魚。在這種隱患下，筆者于2013年5月在小興凱湖設(shè)12 個(gè)樣點(diǎn)，采集浮游植物樣品及水體樣品進(jìn)行調(diào)查研究，并運(yùn)用CCA 分析浮游植物群落與各環(huán)境因子間的相關(guān)聯(lián)系，為小興凱湖的進(jìn)一步治理、保護(hù)與恢復(fù)提供科學(xué)依據(jù)和基礎(chǔ)資料。

1 材料與方法

1.1 樣點(diǎn)設(shè)定與采集

依據(jù)小興凱湖的生態(tài)狀況和地理特征，在5月份調(diào)查時(shí)共設(shè)置12 個(gè)采樣點(diǎn)，分別是1#承紫河、2#857 農(nóng)場25 隊(duì)、3#西地河、4#第二新開口、5#東新開口5 km、6#興凱湖農(nóng)場31 隊(duì)、7#二閘、8#一閘、9#湖心、10#白魚灘、11#新開流、12#管委會(圖1)。

浮游植物定量樣品:由于小興凱湖水較淺，只在湖水的表層(距水面0.5 m)采取水樣1 L，加入魯哥氏溶液帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行24 h 固定，固定后濃縮至30 mL，取0.1 mL 置于浮游植物計(jì)數(shù)框內(nèi)，在40 倍的顯微鏡下選取200 個(gè)視野進(jìn)行計(jì)數(shù)、分析和鑒定［7］。在采取浮游植物樣品的同時(shí)也進(jìn)行水化學(xué)樣品的采集，使用YSI － 6600 水質(zhì)監(jiān)測儀現(xiàn)場測定水溫(WT)、酸堿值(pH)、電導(dǎo)率(COND)、葉綠素a(chla))、濁度(NTU)，用塞奇氏盤測定透明度(SD)等，具體測定方法參照《水和廢水監(jiān)測分析方法》［8－9］。

圖1 小興凱湖浮游植物采樣點(diǎn)分布示意圖

1.2 數(shù)據(jù)處理

采用Shannon － Wiener 指數(shù)(H')、Pielou 均勻度指數(shù)(J')及優(yōu)勢度(y)［10－11］描述小興凱湖浮游植物群落結(jié)構(gòu)及多樣性特征。

②Pielou 均勻度指數(shù)J' =H'/log2S。

③優(yōu)勢度y=(ni/N)·fi。式中:ni為單個(gè)藻的個(gè)數(shù);N 為一個(gè)樣點(diǎn)所有藻的個(gè)數(shù);S 為采集樣品中的種類總數(shù);fi為第i 種在各樣點(diǎn)出現(xiàn)的頻率。y ＞0.02 時(shí)定為優(yōu)勢種。

運(yùn)用Canoco for windows 4.5 軟件對浮游植物的豐度值和相關(guān)環(huán)境因子進(jìn)行CCA 分析處理，物種的豐度值要進(jìn)行l(wèi)g(x + 1)處理使之趨于正態(tài)分布［12－13］。本研究篩選物種5月出現(xiàn)頻度≥30%，豐度占全月豐度的0.1%以上。

2 結(jié)果與分析

2.1 浮游植物的種類組成

經(jīng)鏡檢，小興凱湖5月份浮游植物共6 門49 種及變種，其中綠藻門種數(shù)最多，為19 種，約占總數(shù)的39%;硅藻門次之，18 種，占總數(shù)的37%;藍(lán)藻門6種，占總數(shù)的12%;金藻門3 種，占總數(shù)的6%;隱藻門2 種，占總數(shù)的4%;裸藻門1 種，占總數(shù)的2%。

2.2 浮游植物的豐度與生物量

由表1可見，浮游植物豐度為(76.8～937.2)×104ind·L－1，最高值出現(xiàn)在7#采樣點(diǎn)，為937.2 ×104ind·L－1，最低值出現(xiàn)在3#采樣點(diǎn)，為76.8 ×104ind·L－1。其樣點(diǎn)的豐度排序?yàn)?#＞8#＞9#＞5#＞1#＞11#＞4#＞6#＞12#＞2#＞10#＞3#。生物量為0.66～7.62 mg·L－1，最大值出現(xiàn)在7#采樣點(diǎn)，為7.62 mg·L－1，最小值出現(xiàn)在3#采樣點(diǎn)，為0.66 mg·L－1。小興凱湖5月份浮游植物豐度與生物量的變化趨勢相同，峰值都出現(xiàn)在7#樣點(diǎn)，最低值都出現(xiàn)在3#樣點(diǎn)。

表1 小興凱湖5月份不同樣點(diǎn)浮游植物豐度和生物量

2.3 浮游植物多樣性

5月份小興凱湖浮游植物由于采樣點(diǎn)的不同出現(xiàn)了一定程度的差別，為了避免單一多樣性指數(shù)分析的不確定性，采用浮游植物多樣性分析常用中的Shannon－wiener 指數(shù)(H')、和Pielou(J')指數(shù)［14］進(jìn)行分析。Shannon－wiener 指數(shù)為2.40～3.56，其中7#采樣點(diǎn)明顯高于其他樣點(diǎn)，而1#采樣點(diǎn)最低。根據(jù)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn):0～1 為重污染，＞1～3 為中污染，＞3 為輕污染或無污染判別，7#采樣點(diǎn)為無污染或輕度污染，1#采樣點(diǎn)為中度污染;Pielou 均勻度指數(shù)為0.50～0.85，其中6#采樣點(diǎn)為最高點(diǎn)，而1#采樣點(diǎn)仍為最低。依據(jù)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn):0～0.3 重污染，＞0.3～0.5 中污染，＞0.5～0.8為輕污染或無污染評價(jià)，6#采樣點(diǎn)為無污染或輕污染，1#采樣點(diǎn)為中度污染(表2)。

2.4 優(yōu)勢種

根據(jù)y ＞0.02 為優(yōu)勢種的標(biāo)準(zhǔn)來確定優(yōu)勢種。小興凱湖5月份優(yōu)勢種以硅藻門和綠藻門為主，包括硅藻門的短線脆桿藻(Fragilaria brevistriata)、鈍脆桿藻(Fragilaria capucina)、尖針桿藻(Synedra acus)、肘狀針桿藻(Synedra ulna)和梅尼小環(huán)藻(Cyclotella meneghiniana);綠藻門的卵形衣藻(Chlamydomonas ovalis)、球衣藻(Chlamydomonas globosa)和狹形纖維藻(Ankistrodesmus angustus)(表3)。

表2 小興凱湖5月份浮游植物多樣性水平分布

表3 小興凱湖5月份浮游植物優(yōu)勢種組成

2.5 浮游植物典范對應(yīng)分析

用CCA 對小興凱湖5月份所篩選出的23 種浮游植物與12 種環(huán)境因子的關(guān)系進(jìn)行分析(月出現(xiàn)頻度≥30%)，結(jié)果顯示總磷、總氮和總有機(jī)碳對浮游植物分布的影響最大，而氯離子、硝酸根離子、透明度和pH 值也對浮游植物分布產(chǎn)生顯著影響(圖2)。

3 討論

3.1 浮游植物多樣性分析及水質(zhì)評價(jià)

本研究采用Shannon －wiener 指數(shù)和Pielou 均勻度指數(shù)來評價(jià)小興凱湖5月份浮游植物的多樣性特征。結(jié)果表明:小興凱湖5月份Shannon －wiener指數(shù)為2.40～3.56;Pielou 均勻度指數(shù)為0.50～0.85，7#＞6#＞8#＞5#＞9#＞12#＞4#＞11#＞3#＞2#＞10#＞1#。水質(zhì)評價(jià)結(jié)果顯示，小興凱湖水質(zhì)狀況均處于貧污－中污之間。其中1#采樣點(diǎn)承紫河多樣性指數(shù)最低，水質(zhì)最差，這是由于1#采樣點(diǎn)是農(nóng)田退水的主要排放口，農(nóng)業(yè)污染對水質(zhì)產(chǎn)生顯著影響。同時(shí)2#、3#、4#采樣點(diǎn)也是農(nóng)田退水排放口，多樣性指數(shù)也較低;而10#、11#、12#采樣點(diǎn)位于人類活動較密集的地帶，生活污水的排放和人類活動的干擾明顯增加，因此多樣性指數(shù)也較低;9#采樣點(diǎn)是湖心處，人為干擾較少，多樣性指數(shù)有所提高;5#、6#采樣點(diǎn)的上游是濕地核心區(qū)，濕地植被豐富，對水體產(chǎn)生較好的凈化作用，因此水質(zhì)較好，呈無污染或輕污染狀態(tài);7#、8#采樣點(diǎn)距離較遠(yuǎn)，人為污染相對較小，水質(zhì)也相對較好。可見，小興凱湖受農(nóng)田退水與人類活動影響十分顯著。

圖2 小興凱湖主要浮游植物與環(huán)境因子之間的CCA 排序

3.2 環(huán)境因子對浮游植物的影響

CCA 排序圖能很好地解釋物種與環(huán)境的內(nèi)在聯(lián)系，由CCA 雙軸圖可見，影響5月份小興凱湖浮游植物的主要環(huán)境因子為總磷、總氮、總有機(jī)碳、硝酸根離子、氯離子、酸堿值、濁度和透明度。

在湖泊中，總氮和總磷是影響浮游植物生長的關(guān)鍵營養(yǎng)鹽。Glibert 也說過水體中的營養(yǎng)鹽會直接影響浮游植物光合作用的活性［15－16］，如圖2所示，多數(shù)硅藻都與其呈正相關(guān)狀態(tài)，其中作為優(yōu)勢種的鈍脆桿藻與其相關(guān)性最為顯著。說明總磷、總氮高的情況下，鈍脆桿藻生長較快，其它硅藻雖與總氮、總磷的正相關(guān)性不明顯，但由于優(yōu)勢種鈍脆桿藻作為中污的指示種，可以推斷出，總磷、總氮是小興凱湖呈中污狀態(tài)的主要驅(qū)動力。李冰［17］的研究也說明，對于藻類植物的增殖來說，氮和磷是主要的限制性營養(yǎng)元素。除了營養(yǎng)鹽之外，透明度與濁度也是限制浮游植物生長的主要環(huán)境因子，5月份小興凱湖水體含沙量較高，農(nóng)田退水和生活污水中含有大量懸浮顆粒，使水體濁度增加，導(dǎo)致NTU 與藍(lán)藻、金藻和隠藻呈負(fù)相關(guān)，限制藻類的正常生長。

4 結(jié)論

2013年5月份小興凱湖浮游植物共檢測出6門49 種及變種，包括綠藻門、硅藻門、藍(lán)藻門、金藻門、隱藻門和裸藻門，其優(yōu)勢藻種都位于硅藻門和綠藻門。CCA 排列結(jié)果表明，總磷、總氮和總有機(jī)碳是影響小興凱湖5月份浮游植物分布的重要環(huán)境因子;硝酸根離子、氯離子、酸堿值、濁度和透明度也對浮游植物分布有一定影響。浮游植物豐度和生物量在7#采樣點(diǎn)為最大值，1#采樣點(diǎn)最低。Shannon －wiener 指數(shù)、Pielou 均勻度指數(shù)的評價(jià)結(jié)果一致，1#采樣點(diǎn)污染最為嚴(yán)重，5#、6#、7#、8#和9#采樣點(diǎn)為無污染或輕度污染，其余樣點(diǎn)全部處于中度污染。農(nóng)田退水和生活污水的排放是小興凱湖污染的主要驅(qū)動力。

［1］ 王彥明.興凱湖自然保護(hù)區(qū)［J］.黑龍江環(huán)境通報(bào)，1998，22(1):60 －62.

［2］ 姬忠光，吳明官.國境界湖興凱湖水資源可利用量初探［J］.黑龍江水利科技，2006，34(2):47 －49.

［3］ 孫冬，孫曉俊.興凱湖水文特性［J］.東北水利水電，2006，24(2):21 －27.

［4］ 李融，張慶忠，姜炎彬，等.不同干擾下興凱湖濕地植物群落的物種多樣性研究［J］.濕地科學(xué)，2011，9(2):179 －184.

［5］ 王建國，于洪賢，馬成學(xué)，等.興凱湖浮游植物數(shù)量特征與群落結(jié)構(gòu)分析［J］.淡水漁業(yè)，2011，41(4):26 －31.

［6］ 袁宇翔，于洪賢，姜明.小興凱湖浮游植物群落結(jié)構(gòu)及多樣性濕地科學(xué)［J］.濕地科學(xué)，2013，11(2):151 －152.

［7］ 趙文.水生生物學(xué)［M］.北京:中國農(nóng)業(yè)出版社，2005:499－507.

［8］ 胡鴻鈞，魏印心.中國淡水藻類:系統(tǒng)分類及生態(tài)［M］.北京:科學(xué)出版社，2006.

［9］ 齊雨藻，李家英.中國淡水藻類志:第10 卷［M］.北京:科學(xué)出版社，2004.

［10］ Spellerg I F，F(xiàn)edor P J.Atribute to Claude Shannon (1916—2001)andapleafor morerigoroususeof speciesrichness，speciesdiversityandthe Shannon-Wiener index［J］.Global Ecology ＆ Biogeography，2003，12(3):177 －179.

［11］ 林峰竹，吳玉霖，于海成，等.2004年長江口浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征分析［J］.海洋與湖沼，2008，39(4):401 －410.

［12］ 李曉鈺，于洪賢，馬成學(xué).松花江哈爾濱段浮游植物群落典范對應(yīng)分析及多樣性分析［J］.東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，41(10):104－105.

［13］ 石曉丹，阮曉紅，邢雅囡，等.蘇州平原河網(wǎng)區(qū)淺水湖泊冬夏季浮游植物群落與環(huán)境因子的典范對應(yīng)分析［J］.環(huán)境科學(xué)，2008，29(11):2999 －3008.

［14］ 王建國.西泉眼水庫浮游植物群落結(jié)構(gòu)動態(tài)特征及其與水環(huán)境因子的關(guān)系分析［D］.哈爾濱:東北林業(yè)大學(xué)野生動物資源學(xué)院，2011.

［15］ Glibert P M，Harrison J，Heil C，et al.Escalating worldwide use of urea-a global change contributing to coastal［J］.Biogeochemistry，2006，77(3):441 －463.

［16］ Glibert P M，Anderson D M，Gentien P，et al.The global，complex phenomena of harmful algal blooms［J］.Oceanography，2005，18(2):136 －147.

［17］ 李冰.氮磷營養(yǎng)鹽與藻類生長相關(guān)性研究［D］.濟(jì)南:山東建筑大學(xué)，2013.