濟南地區(qū)夏季浮游植物功能群與環(huán)境因子的關(guān)系

王帥帥 ，王博涵 ，韓潔 ，金文 ，曹龍智 ，譚璐

（1.濟南市水文局，山東 濟南 250014；2.大連海洋大學水產(chǎn)與生命學院，遼寧省水生生物學重點實驗室，遼寧 大連 116023；3.聊城市水文局，山東 聊城 202000；4.萊蕪市水文局，山東 萊蕪 271103）

浮游植物為主要初級生產(chǎn)者,在河流生態(tài)系統(tǒng)中具有重要作用，不僅影響河流生態(tài)系統(tǒng)的過程、功能等[1]，還與水環(huán)境因子之間有十分密切的聯(lián)系[2]。Reynolds等在2002年提出了浮游植物功能群理論，經(jīng)后人的補充和完善，至今共鑒定出39類浮游植物功能群，近些年來在河流生態(tài)系統(tǒng)的研究中已經(jīng)被廣泛應用[3-6]。

近些年，濟南地區(qū)生態(tài)環(huán)境受到了嚴重的破壞，降雨量減少，水體流速緩慢，水流量減少；黃河流域兩岸植被減少，人類活動增多，污染嚴重，小清河流域甚至出現(xiàn)斷流，部分地區(qū)水體成為污水、臭水。本文研究了濟南地區(qū)不同類型水域中浮游植物群落功能群的密度、香農(nóng)威納指數(shù)等群落特征，探究浮游植物13類功能群與主要環(huán)境因子之間的聯(lián)系，以期為濟南地區(qū)河流生態(tài)文明建設(shè)提供參考[7,8]。

1 材料與方法

1.1 采樣點設(shè)置

濟南地區(qū)水體類型主要有：湖泊、河流、泉水、城鎮(zhèn)河道等。為了更好地區(qū)分夏季濟南地區(qū)浮游植物功能群的特征，在濟南地區(qū)各個區(qū)、縣及水文監(jiān)控區(qū)域設(shè)置了19個采樣點位，于2015年夏季（8月）進行采樣調(diào)查。采樣點位分布見圖1和表1[7,8]。

圖1 濟南地區(qū)采樣點位分布Fig.1 The sampling sites distribution in Jinan region

表1 濟南地區(qū)不同類型水域的采樣點Tab.1 The sampling sites in various waters in Jinan region

1.2 樣品采集、鑒定以及水體理化參數(shù)測定

用25#浮游植物網(wǎng)采集浮游植物，樣品濃縮至合適的體積，取0.1mL于計數(shù)框中，在顯微鏡下鑒定浮游植物功能群[9]，浮游植物功能群鑒定參照相關(guān)文獻[10]?，F(xiàn)場測定 pH、堿度（ALK）、電導率（Cond）、溶解氧（DO）、硬度（TD）和水溫（Temp），采集的水樣，24h內(nèi)送回實驗室，測定總磷（TP）、氨氮（NH3-N）、高錳酸鉀指數(shù)（CODMn）和總氮（TN）含量[11,12]。

1.3 數(shù)據(jù)分析和處理

結(jié)合閔文武等[5-8]對浮游植物功能群劃分標準，進行功能群劃分。在Excel 2007進行柱狀圖分析，在Biodiversity Profession 2.0上計算香農(nóng)威納指數(shù)和均勻度指數(shù)，Canoco4.5上進行PCA和CCA分析[7,8]。

2 結(jié)果與分析

2.1.1 浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征及其多樣性

夏季在濟南地區(qū)不同類型水域共鑒定出5門85種浮游植物物，硅藻門39種，種類最多，其次為綠藻門，為24種，藍藻門14種，裸藻門和隱藻門物種數(shù)較少，分別為5種和3種。藍藻門密度最高，占總密度的64.73%，其次為綠藻門，占總密度的24.46%，硅藻門占總密度的9.95%，隱藻門和裸藻門密度較少，分別占總密度的0.64%和0.23%（圖 2）。

圖2 濟南地區(qū)不同類型水域中浮游植物物種數(shù)量及密度百分比Fig.2 The number of phytoplankton and density percentage of phytoplankton in various waters in Jinan region in summer

圖3 夏季濟南地區(qū)不同類型水域中浮游植物群落特征Fig.3 Community structure of phytoplankton in various waters in Jinan region in summer

各采樣點浮游植物物種密度平均值為2.33×106cells/L，南部地區(qū)部分點位浮游植物密度較高，最高點位為J6陳屯橋，最低點位為J19巨野河；生物量平均值為41.52mg/L，各采樣點相差不大，最高點位為J4臥虎山水庫，最低點位為J19巨野河；平均香農(nóng)威納指數(shù)為2.53，中部地區(qū)部分采樣點位香農(nóng)威納指數(shù)較高，最高點位為J3黃巢水庫，最低點位為J4臥虎山水庫；平均均勻度指數(shù)為0.63，中南部地區(qū)部分點位均勻度指數(shù)較高，最高點位為J1并渡口，最低點位為J4臥虎山水庫（圖3）。

2.1.2 浮游植物功能群劃分

濟南地區(qū)不同類型水域浮游植物功能群共劃分為 13 類（表 2），分別為 TB、P、B、C、MP、D、W1、W2、Y、X1、X2、J 和 F，其中種類數(shù) MP 類最多，為 31種，其次為J類和D類，分別為16種和10種，C、W2和F類物種數(shù)較少；MP類物種密度[（lg（x+1）轉(zhuǎn)換）]最高，其次為P類和J類，TB、W2和F類密度較少（圖 4）。

圖4 夏季濟南地區(qū)不同類型水域浮游植物功能群數(shù)目和密度Fig.4 The number and density of phytoplankton functional groups in various waters in Jinan region in summer

表2 夏季濟南地區(qū)不同類型水域浮游植物功能群組成[6-8]Tab.2 Functional groups composition in various waters in Jinan region in summer

2.2 浮游植物功能群與環(huán)境因子的關(guān)系

2.2.1 環(huán)境因子特征

由表3可知，夏季溫度較高，平均溫度為24.44℃，水體偏弱堿性，平均pH為8.15，總氮和高錳酸鉀指數(shù)含量較高。

表3 夏季濟南地區(qū)不同類型水域的環(huán)境因子Tab.3 Environment factors in various waters in Jinan region in summer（Mean ± SD）

2.2.3 浮游植物群落結(jié)構(gòu)與水環(huán)境因子的相關(guān)性

對濟南地區(qū)2015年夏季水環(huán)境因子進行主成分分析（PCA），篩選出兩主軸變化分數(shù)大于0.6的環(huán)境因子，分別為氨氮（NH3-N）、電導率（Cond）、溶解氧（DO）、總氮（TN）和總堿度（TD）（圖5）。

圖5 濟南地區(qū)夏季環(huán)境因子主成分分析（PCA）Fig.5 Principal component analysis of hydrological environmental factors in various waters in Jinan region in summer

浮游植物各功能群密度和環(huán)境因子的DCA分析結(jié)果呈單峰模型；浮游植物各功能群密度和環(huán)境因子的 CCA分析結(jié)果顯示（圖 6），Cond（P=0.03）和NH3-N（P=0.04）是影響浮游植物功能群的主要環(huán)境因子。Cond和NH3-N分別是影響W1類和B類的主要環(huán)境因子，影響MP和C類的主要環(huán)境因子是硬度，TN對J類有一定影響（圖6）。

圖6 濟南地區(qū)夏季浮游植物功能群與環(huán)境因子CCA分析Fig.6 Canonical correspondence analysis of functional groups-environmental relationship in various waters in Jinan region in summer

3 討論

3.1 濟南地區(qū)不同類型水域浮游植物功能群及群落結(jié)構(gòu)特征

本次調(diào)查中，在濟南地區(qū)不同類型水域中共鑒定出浮游植物群落5門85種，硅藻門種類最高，其次為綠藻門和藍藻門。藍藻門物種數(shù)較少，但密度最高。這可能是由于硅藻適宜在較低水溫下生存繁殖，而藍藻更適宜生活在溫暖的水體中，夏季水溫、營養(yǎng)、光照等條件適合藍藻門生長繁殖。夏季水體溫度升高，藍藻水華爆發(fā)[13]，也可能是藍藻門密度較高的主要原因之一。

浮游植物香農(nóng)威納指數(shù)是判斷群落重要性的基礎(chǔ)[14-16]，在一定程度上可鑒定水體質(zhì)量。2015年夏季濟南地區(qū)水中浮游植物香農(nóng)威納指數(shù)變化在1～3之間，平均為2.53，香農(nóng)威納指數(shù)值在1～3之間有16個采樣點，＞3有3個采樣點。香農(nóng)威納指數(shù)（H'）值[14-16]在 0～1 為重度污染、1～3 為中度污染、＞3為輕度或無污染，綜合分析得出：2015年夏季濟南地區(qū)水體呈中度污染。

夏季濟南地區(qū)浮游植物功能群共有13類，最多物種為MP類。濟南地區(qū)淺水環(huán)境較多，適合MP類生長繁殖。D類喜歡生活在光照充足的環(huán)境中，濟南地區(qū)D類藻類較多，如菱形藻等。J類喜歡生活在富營養(yǎng)化的水環(huán)境中。本研究中這些類群主要出現(xiàn)在黃臺橋和東阿水庫等地。浮游植物功能群密度最高的為MP類和P類，MP類主要有硅藻與藍藻組成，小席藻較多，導致MP類的密度最高。P類主要生活在水體營養(yǎng)指數(shù)較高水體，說明濟南地區(qū)部分水體富營養(yǎng)化較為嚴重。

3.2 浮游植物功能群與水環(huán)境因子的關(guān)系

本次調(diào)查研究中，浮游植物功能群與環(huán)境因子的CCA分析結(jié)果表明，電導率和氨氮是影響濟南地區(qū)夏季浮游植物功能群的主要環(huán)境因子。電導率通常表示水體的純凈程度，也是來衡量水體中離子含量的標準，水體的營養(yǎng)情況、浮游植物群落的分布都受電導率的影響。電導率是影響W1類的主要環(huán)境因子，與W1類呈正相關(guān)性，對W1類分布起到一定作用。氨氮是影響B(tài)類的主要環(huán)境因子，與B類呈正相關(guān)性。硬度是影響MP和C類的主要環(huán)境因子，與MP和C類呈正相關(guān)性。溶解氧與MP類呈負相關(guān)性，總氮是影響J類的主要環(huán)境因子，與J類呈正相關(guān)性。

下一步將要增加采樣調(diào)查次數(shù)，形成連續(xù)的調(diào)查研究，進一步探討濟南地區(qū)浮游植物功能群與環(huán)境因素之間的關(guān)系。

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