小鹤立河水库及上游枯、丰水期浮游植物结构特征1)

宋俊霖 于洪贤 马成学

(东北林业大学，哈尔滨，150040)

小鹤立河位于黑龙江省鹤岗市蔬园乡西侧3 km 处，属于松花江二级支流鹤立河的支流。小鹤立河水库总库容为5 908 万m3，设计供水量为4.26 万m3·d－1，年供水量为1 423 万m3·a－1。小鹤立河水库坝址处为低山丘陵与平原过渡地带，两岸丘陵高程为200 ～300 m，植被覆盖良好，水库河道迂回曲折，摆动幅度大。水库坝址上游区域为山区型河流，由西向东南流入松花江干流，全长237 km，流域面积4 565.1 km2。流域内多年平均气温1.5 ℃，多年平均水面蒸发量1 042 mm，相对湿度65% ～70%，多年平均年径流量5 307 万m3，多年平均年径流深290 mm。多年平均降水量580 mm，降水量年际变化和年内分配不均，年最大降水量和最小降水量分别为918、308 mm。多年平均结冰期160 d。小鹤立河水库以供水为主，兼顾防洪和水产养殖。文中比较小鹤立河水库及其上游河流浮游植物种类组成，采用灰关联分析浮游植物与环境因子间相关性，以期了解不同水体中浮游植物群落结构特征和动态演替，为其水环境保护和管理提供参考性的生物学依据。

1 研究方法

采样点的设置:根据小鹤立河水库的生态特点以及《内陆水域渔业自然资源调查手册》［1］对采样点设置的要求和原则，本次调查分别在小鹤立河水库及其上游河流选择13 个点，并分别于2012年枯水期(7月份)和丰水期(9月份)在各样点采样，1#～5#位于上游的河流区域，6#～13#位于水库区域。各样点分布见图1。

试验方法:透明度用塞奇氏盘测定;酸碱度(pH值)、溶解氧、水温等用多功能水质分析仪YSI－6600测定;总氮、总磷、化学需氧量、叶绿素a 等参照《水和废水监测分析方法》［2］测定。所有样品均用1.5%鲁哥氏液固定，静置48 h，沉淀后浓缩至30 mL，摇匀后取0.1 mL 于0.1 mL 浮游生物计数框内计数、分析及鉴定，并计算生物量和丰度［3］，［4］1－950，［5－6］。

优势度及多样性指数:

式中:ni为第i 种总个体数;N 为总个体数;fi为第i种在各样点出现的频率。

式中:TL，I为综合营养状态指数;Wj为第j 种参数的营养状态指数的相关权重;TL，Ii为代表第i 种参数的营养状态。

图1 小鹤立河水域采样点分布

数据分析:环境因子对浮游植物数量影响采用灰色关联分析。进行灰色关联分析时，为了消除不同量纲带来的影响，采用均值法对原始数据进行无量纲处理，具体操作在DPS 软件上进行。

2 结果与分析

2.1 种类组成、丰度与生物量

本次调查共采到浮游植物145 种，隶属8 门，其中绿藻门68 种，硅藻门42 中，蓝藻门18 种，其他17种。枯水期水库共检出60 种，其中硅藻门19 种，占23%;绿藻门26 种，占43%;蓝藻门10 种，占17%;其他门类5 种，占8%。丰水期水库共检出浮游植物90 种，其中硅藻门18 种，占20%;绿藻门48 种，占53%;金藻门8 种;占9%;蓝藻门11 种，占12%;其他门类5 种，占6%。枯水期河流共检出浮游植物63 种，其中硅藻30 种，占48%;绿藻23 种，占37%;金藻、蓝藻各4 种，各占6%;其他门类2 种，占3%。丰水期河流共检出浮游植物55 种，其中硅藻门24 种，占44%;绿藻门19 种，占34%;蓝藻门7种，占13%;其他门类5 种，占9%。水库从枯水期到丰水期，硅藻种类组成比例降低，绿藻种类组成比例升高，变化较为明显;而河流浮游植物组成变化不明显，幅度较小。

从枯水期到丰水期，河流的丰度基本不变，而河流生物量和水库平均丰度与生物量均降低。浮游植物枯水期和丰水期丰度、生物量见表1。

表1 枯水期与丰水期浮游植物丰度、生物量

2.2 优势种

根据各季节浮游植物出现频率和占总数量百分比，以优势度＞0.02 为界来确定优势种，浮游植物枯水期与丰水期优势种见表2。

枯水期河流中的优势种全为硅藻，而丰水期大部分优势种为硅藻，仅2 种为蓝藻。水库在枯水期的优势种为硅藻与蓝藻(以硅藻为主)，而在丰水期的优势种为绿藻与硅藻(以绿藻为主)。其中长刺根管藻与扎卡四棘藻仅出现于枯水期水库的8 个点中。

2.3 综合营养状态指数

通过监测小鹤立河水库以及上游各点总氮、总磷、透明度、叶绿素a、化学需氧量计算各点综合营养状态指数(表3)。

根据综合营养状态指数＜30 为贫营养，30≤综合营养状态指数≤50 为中营养，综合营养状态指数＞50 为富营养，由表3可知，从枯水期到丰水期，各点指数变化不大。虽然个别点综合营养状态指数大于30，但均接近于30，所以，小鹤立河水域水质在贫—中营养之间，均接近于贫营养，几乎没有污染。

表2 枯水期与丰水期浮游植物优势种

表3 小鹤立河水库及其上游枯水期与丰水期各点综合营养状态指数

2.4 环境因子与浮游植物丰度的关联度

浮游植物丰度与环境因子关联度见表4。可以看出浮游植物丰度产生影响的主要相关因子是水温、透明度、电导率、化学需氧量、溶解氧。

表4 丰度与环境因子关联度

3 结论与讨论

小鹤立河水库及其上游枯水期水深在0.15 ～10.7 m，丰水期水深在1 ～15.8 m，水位明显升高。枯水期的浮游植物生物量明显大于丰水期，这与马成学等［9］对镜泊湖的研究结果一致。这是因为在枯水期交换水量少，水流流速缓慢，天气转暖，适宜的温度与光照有利于藻类的大量繁殖与生物量积累。随着丰水期的到来，大量经过净化后的雨水补给，富含营养和藻类的水得以排除［10］。

从优势种来看，河流区从枯水期到丰水期优势种均以硅藻为主;水库区则由硅藻—蓝藻过渡为绿藻—硅藻。这可能与六七月份水库中放养了大量鱼类有关。浮游动物及鱼类的捕食是影响浮游植物的重要因子，阮景荣［11］发现，自大型氵蚤、鲢、鳙引入微型生态系统后，浮游植物种类组成发生了较大变化:绿藻的相对密度有较大幅度的增长，而蓝藻和硅藻所占的比例明显下降，这与本研究结果相一致。同时，也有研究表明，在野外调查中发现在降水量大的时期，绿藻的种类数量有了明显的增加［12］，这也一定程度上解释了水库区丰水期绿藻增多的现象。而河流浮游植物枯丰水期优势种均以硅藻为主，这与其他寒区水体极易出现以硅藻为优势类群的浮游植物群落特征也基本一致［13－15］。

丰水期水库中为优势藻的绿藻均为体型较小的绿球藻以及有鞭毛的衣藻，这是因为小的体型通常具有相对较高的表面积，尤其有利于在贫营养水体中营养盐的吸收［16－17］，而衣藻鞭毛的运行也可以更好地吸收营养盐，使其在水体中更具竞争力。水体中出现的优势蓝藻则以具有气囊的悬浮的鱼腥藻以及以单一丝状体悬浮于水中的阿氏席藻为主，这些蓝藻能够利用其悬浮机制在分层的水体中来获取更多的营养和光照［18－19］，因此，非常容易成为优势种。此外，长刺根管藻与扎卡四棘藻仅出现于枯水期水库的8 个点中，胡鸿钧等［4］315－316认为长刺根管藻与扎卡四棘藻多数生长于富营养区域，而本研究发现这两种藻在贫营养水体中也可大量存在。

灰关联分析法是灰色理论中的一种方法，是系统动态过程发展态势的量化比较分析。由于灰关联方法要求的样本数据相对较少，可对有限的、表面无规律的数据进行处理，不像数理统计学的相关分析方法需要大样本数据及数据必须具有较好的分布规律等条件，它可以找到系统本身具有的特征及主要研究动态过程，所以更具应用优势。

浮游植物同水环境因子之间的相互作用关系非常密切，其在生长过程中会受到其所生长的物理因子(如水温、水体运动、水深、光照)、化学因子(如氮、磷等营养盐)和生物环境因子(浮游动物、食植动物等各种生物多构成的食物网)的影响［20］。热带地区，由于温度变化不显著，所以一般不是浮游植物群落季节性变化的最相关因子，浮游植物变化一般由营养盐控制，并且与流域水文循环的季节性节律密切相关［21－22］。温寒带地区，温度和光照是引起水体浮游植物变化的主要因素之一［23］，尤其进入冬季后温度达到1a 内最低，限制了浮游植物的生长。在寒区，水温对浮游植物的影响非常显著，如安邦河、牡丹江、兴凯湖的研究中温度均为影响浮游植物的主要因素［24－26］。温度的变化影响着水体物理化学和生物的活动，从而影响水体上下水层的交换、营养物的生化循环和分布，小鹤立河水库及其上游枯水期到丰水期，温度变化于10.35 ～26.45 ℃，浮游植物随水温变化呈现出明显季节性变化。透明度是一个能较为直观反映水质的常用物理特性指标，它的大小取决于水体浮游生物和有机及无机悬浮物的数量。浮游植物密度高，透明度则低，它表明水体可以有较高的初级生产力［27］。枯水期水温升高，浮游植物丰度和生物量均较大，导致透明度较低;而进入丰水期，水温下降，降水较多，水体搅动增加，悬浮物增多，浊度增加，透明度降低，营养物的再生减缓，抑制浮游植物的生长，促使浮游植物丰度和生物量下降。所以，温度与透明度成为影响浮游植物的第一二相关因子。化学因子中，营养盐的质量浓度和比例对浮游植物有很重要的调控作用，一般认为氮磷质量浓度比大于7 时，磷可以考虑为限制因子［28］。富营养化水体中，N、P 质量浓度较高，小鹤立河水库及其上游属贫—中营养水体;总氮、磷质量浓度不高，总氮平均质量浓度为0.07 mg·L－1，总磷平均质量浓度为0.006 mg·L－1，二者比值为11.67，故在本研究中，总磷为限制因子，并与浮游植物的相关系数大于总氮。

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