黄河干流济南段浮游植物与环境影响因子研究

王帅帅 韩晓 刘麟菲

摘 要：为研究黄河干流济南段浮游植物群落的分布特征及其与环境因子的响应关系，分别于2014年5月、8月、11月和2015年5月、9月、10月对黄河干流济南段3个站点浮游植物群落结构和环境因子进行了调查分析，利用浮游植物生物多样性指数评价黄河干流济南段水质，并对浮游植物优势种密度与环境因子之间的关系进行典范对应分析。结果表明：黄河干流济南段pH值、溶解氧、总磷、氨氮、化学需氧量均优于Ⅲ类水标准，总氮劣于Ⅴ类水标准;共监测到浮游植物49种，分属于5门6纲12目17属，其中硅藻门25种，绿藻门12种、蓝藻门8种、裸藻门3种、隐藻门1种;各站点浮游植物物种数季节上呈现夏季>秋季>春季的趋势，空间上顾小庄浮游植物数量大于泺口和葛店引黄闸的;Shannon-Wiener多样性指数评价结果为黄河干流济南段水体整体处于中污染状态，Pielou均匀度指数评价结果为水体整体处于轻污染状态;影响黄河干流济南段浮游植物群落结构的水环境因子主要是浊度、水温、碱度、pH值。

关键词：浮游植物;群落结构;水质评价;典范对应分析;黄河干流济南段

Abstract：In order to study phytoplankton community distribution features of the source of the Yellow River and their response to environmental factors， phytoplankton community structure and environmental factors at 3 stations in Jinan section of the Yellow River main stream were investigated and analyzed in May，August and November 2014 and May， September and October 2015. The phytoplankton biodiversity index was used to evaluate the water quality of the Yellow River main stream and the density and environmental factors of the dominant phytoplankton species were analyzed by canonical correspondence analysis. The results show that among the hydration indexes of Jinan section of the Yellow River trunk stream， pH， DO， TP， NH4+ and COD are better than that of class Ⅲ standard and TN is inferior to class Ⅴstandard. There are 49 species of phytoplankton were detected， belonging to 5 families， 6 classes， 12 orders and 17 genera， including 25 species of diatoms， 12 species of chlorophyta， 8 species of cyanobacteria， 3 species of euglenophyta and 1 species of cryptophyta. The number of phytoplankton species at each site shows the trend of summer > autumn > spring， H1 is bigger than H2 and H3 in space. The quantity of phytoplankton in each station is not evenly distributed in space and time， showing the trend of summer > autumn>spring in time， H1 is bigger than H2 and H3 in space. The water quality of the river was evaluated by the indicator biological method. CCA results of phytoplankton community composition and environmental factors show that the distribution of phytoplankton community structure is mainly affected by turbidity （SS）， water temperature （Temp）， alkalinity （ALK） and pH.

Key words： phytoplankton; community structure; water quality evaluation; canonical correspondence analysis; Jinan section of Yellow River

黃河是中国第二长河，也是中华民族的母亲河，孕育了灿烂的中华文化。受全球气候变化和人类活动影响，黄河出现了水资源短缺、水环境污染等问题，对区域经济社会的可持续发展产生了巨大影响[1]。党的十八大把生态文明建设纳入中国特色社会主义事业总体布局，黄河流域生态文明建设是我国生态文明建设的重要组成部分和基础保障[2-3]。2019年9月18日，习近平总书记在河南主持召开黄河流域生态保护和高质量发展座谈会，并发表重要讲话，把黄河流域生态保护和高质量发展上升为重大国家战略。

浮游植物是生态系统中具有重要作用的初级生产者，在水生态系统中起着极其重要的作用[4-6]。浮游植物个体较小，对环境变化的响应十分迅速，浮游植物群落特征和结构广泛应用于水生态学研究和水质评价[7-10]。济南市作为黄河流经的最后一个省会城市，2012年10月被水利部确定为全国首个水生态文明建设试点城市后，结合自身特点，提出了实现“泉涌、湖清、河畅、水净、景美”的水生态文明城市建设目标。2014—2016年，济南市水文局开展了济南市水生态监测工作，其中黄河干流设置了3个监测站点。笔者基于黄河干流济南段水生态监测数据，开展浮游植物群落特征及其空间格局研究，进而探讨浮游植物群落特征对其所在水体环境的指示作用，以期为济南市开展黄河流域生态保护、水生态文明城市建设提供基础参考资料和技术支撑。

1 材料和方法

1.1 采样时间及采样点设置

2014年5月、8月、11月以及2015年5月、9月、10月，对黄河干流济南段水质、浮游植物进行监测、调查。根据黄河干流在济南市辖区内的走向、地势地貌特征以及人类活动影响范围，设置3个监测站点，分别为H1（顾小庄）、H2（泺口）、H3（葛店引黄闸）。

1.2 样品采集与监测

在各采样点水面以下0.5 m左右水层取水样2 L，加10 mL鲁哥试液固定，实验室静置24 h，浓缩至100 mL，取0.1 mL于浮游植物计数框内，在400倍OLYMPUS显微镜下进行物种鉴定和计数，物种鉴定方法见参考文献[11-13]。

水质样品监测分为野外和实验室监测两个环节，野外监测指标有水温（Temp）、电导率（Cond）、溶解氧（DO）、濁度（SS）、pH值，实验室监测指标有硬度（TD）、碱度（ALK）、总磷（TP）、氨氮（NH+4）、总氮（TN）和化学需氧量（COD）。现场监测指标中，水温、电导率、溶解氧、pH值使用Orion Star A329型便携式多参数测定仪监测，浊度（SS）使用2100Q型浊度仪监测。根据《水环境监测规范》（SL 219—2013）[14]、《生活饮用水卫生标准检验方法》（GB/T 5750—2006）[15]采集和保存样品，样品带回实验室后按照《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）检测。

1.3 数据分析和处理

采用Excel 2010计算Shannon-Wiener多样性指数H′、Pielou均匀度指数J、优势度Y。Shannon-Wiener多样性指数H′计算公式：

2 结果与分析

2.1 环境因子

黄河干流济南段环境因子监测结果见表1。

6次调查水温为13.0～29.2 ℃;pH值为8.2～8.7，水体呈弱碱性;不同站点浊度变化幅度较大，主要原因是黄河含沙量极大，导致数据不稳定;硬度、碱度、化学需氧量和总磷、氨氮、总氮含量全年变化幅度较小。对照《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002），3个监测站点各环境因子中pH值、溶解氧、总磷、氨氮、化学需氧量均优于Ⅲ类水标准，总氮劣于Ⅴ类水标准。黄河干流济南段主要污染物为含氮污染物，说明黄河流域生态保护工作要注重治理和防治此类污染物。

2.2 种类组成特征

6次调查共监测到浮游植物49种，分属于5门6纲12目17属，其中：硅藻门的种数最多，有25种，占藻类总种数的51.02%;其次是绿藻门和蓝藻门，分别有12种和8种，分别占藻类总种数的24.49%、16.33%;裸藻门3种、隐藻门1种，分别占藻类总种数的6.12%、2.04%。

从年度分布来看，2014年3个站点共监测到浮游植物31种，分属于3门4纲7目10科11属，其中硅藻门19种、绿藻门6种、蓝藻门6种;2015年共监测到浮游植物37种，分属于5门6纲12目14科15属，其中硅藻门19种、绿藻门9种、蓝藻门5种、裸藻门3种、隐藻门1种。从季度分布来看，春季（2014年5月、2015年5月）3个站点共监测到浮游植物12种，分属于3门4纲6目7科8属，其中硅藻门9种、绿藻门2种、隐藻门1种;夏季（2014年8月、2015年9月）3个站点共监测到浮游植物39种，分属于4门5纲13目16科16属，其中硅藻门23种、绿藻门9种、蓝藻门5种、裸藻门2种;秋季（2014年11月、2015年10月）3个站点共监测到浮游植物30种，分属于5门6纲10目12科13属，其中硅藻门18种、绿藻门5种、蓝藻门5种、裸藻门1种、隐藻门1种。

各站点浮游植物群落组成和比例存在较大差异，但均以硅藻门、绿藻门为主，种类数整体呈现夏季>秋季>春季的趋势。从空间分布来看，顾小庄共监测到浮游植物33种，分属于5门6纲11目12科12属，其中硅藻门15种、绿藻门8种、蓝藻门7种、裸藻门2种、隐藻门1种;泺口共监测到浮游植物28种，分属于3门4纲7目8科9属，其中硅藻门19种、绿藻门7种、蓝藻门2种;葛店引黄闸共监测到浮游植物29种，分属于4门5纲10目12科13属，其中硅藻门17种、绿藻门7种、蓝藻门4种、裸藻门1种。从分布状况来看，各监测站点物种数平均值为30种，各监测站点变化幅度不大，上游顾小庄物种数大于下游泺口和葛店引黄闸的。黄河干流济南段浮游植物物种数时空变化情况见图1。

2.3 种群数量时空分布特征分析

黄河干流济南段浮游植物种群数量时空分布不均，浮游植物密度最大值出现在2015年9月的顾小庄，达到4 894万个/L;浮游植物密度最小值为0，出现2次，分别为2014年8月和2015年5月的葛店引黄闸，见表2。葛店引黄闸这两次调查未发现浮游植物的原因可能是，葛店引黄闸采样不方便，采集的是黄河岸边的水样，代表性不好，而顾小庄和泺口两个监测站点都是在浮桥上采集的，不易受到其他因素的影响。有研究者认为，黄河干流水体含沙量高、透光度低，河底经常处于冲淤状态，因此浮游植物种群和数量都较少[19]，总体来说，黄河干流济南段浮游植物种群数量时间上呈现夏季>秋季>春季的趋势，空间上顾小庄浮游植物密度大于泺口和葛店引黄闸的。

2.4 优势种

黄河干流济南段浮游植物优势种较多，根据Y≥0.02为优势种的原则，2014年5月、8月、11月和2015年5月、9月、10月优势种数量分别为5、6、4、2、4、4种;从优势种的分布来看，未发现6次监测均出现的优势种，物种的季节性变化明显，见表3。

2.5 浮游植物对水质的指示

研究表明浮游植物Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数在一定程度上能反映水质的好坏状况，数值越大，浮游植物群落结构越趋于稳定，水质相对较好[20]。由浮游植物Shannon-Wiener多样性指数及Pielou均匀度指数可知，黄河干流济南段水质整体良好，见表4。2014年、2015年黄河干流济南段浮游植物Shannon-Wiener多样性指数H′平均值夏季为2.82、2.14，秋季为1.68、1.93，春季为1.84、1.23。参照评价标准，黄河干流济南段3个季节均处于中污染状态。黄河干流济南段浮游植物Pielou均匀度指数J平均值2014年和2015年夏季分别为0.74、0.54，秋季分别为0.73、0.58，春季分别为0.86、0.72。参照评价标准，黄河干流济南段水体处于轻污染状态。

2.6 群落结构与环境因子典范对应分析

利用Canoco4.5对黄河干流济南段浮游植物优势种的密度和环境因子进行典范对应分析，用于分析的优势种主要有梅尼小环藻P1、小环藻P2、舟形藻P3、小片菱形藻P4、二形栅藻P5、小颤藻P6、小席藻P7、肘状针杆藻P8、细小平裂藻P9、铜绿微囊藻P10等10种，环境因子主要有水溫、电导率、溶解氧、浊度、pH值、硬度、碱度、总磷、氨氮、总氮和化学需氧量。

根据典范对应分析（CCA）结果，前两个排序轴的特征值分别为0.309和0.239，环境因子轴与物种排序轴之间的相关系数分别为0.933和0.935。由图2可知，黄河干流济南段影响浮游植物群落结构的水环境因子是浊度、水温、碱度、pH值;铜绿微囊藻与浊度、碱度呈显著正相关关系，与pH值、水温呈明显负相关关系;梅尼小环藻、小席藻、肘状针杆藻与pH值、水温呈显著正相关关系，与浊度、碱度呈负相关关系;小环藻、小颤藻与硬度、化学需氧量呈正相关关系;二形栅藻、细小平裂藻与总磷呈正相关关系，与硬度、化学需氧量呈负相关关系;舟形藻、小片菱形藻受水环境因子影响较小。

3 结 语

根据《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002），黄河干流济南段3个监测站点的pH值、溶解氧、总磷、氨氮、化学需氧量均优于Ⅲ类水标准，总氮劣于Ⅴ类水标准。6次调查共监测到浮游植物49种，分属于5门6纲12目17属，其中硅藻门25种、绿藻门12种、蓝藻门8种、裸藻门3种、隐藻门1种。浮游植物物种数时间上呈现夏季>秋季>春季的趋势，空间上浮游植物物种数顾小庄大于泺口和葛店引黄闸的。根据王勇等[8]对黄河干流13个河段和4座水库浮游植物群落的研究，艾山和泺口浮游植物物种数分别为29种和31种，黄河下游浮游植物平均密度为209.24万个/L，与本研究结果基本一致。

黄河干流济南段浮游植物种群数量时空分布不均，浮游植物密度最大值出现在2015年9月的顾小庄，达到4 894万个/L，最小值为0。

由浮游植物的密度、Shannon-Wiener多样性指数及Pielou均匀度指数可知，黄河干流济南段水质整体良好。根据浮游植物夏季Shannon-Wiener指数，黄河干流济南段处于中污染状态;Pielou均匀度指数表明，黄河干流济南段水体处于轻污染状态。

黄河干流济南段浮游植物优势种较多，根据Y≥0.02为优势种的原则，共有16种优势物种，其中2014年5月、8月、11月和2015年5月、9月、10月优势种数量分别为5、6、4、2、4、4种，从优势种的分布来看，未发现6次监测均出现的优势种，物种的年度变化、季节性变化均十分明显。

浮游植物优势种的密度和环境因子典范对应分析发现，影响黄河干流济南段浮游植物群落结构的水环境因子主要是浊度、水温、碱度、pH值。铜绿微囊藻与浊度、碱度呈显著正相关关系，与pH值、水温呈明显负相关关系;梅尼小环藻、小席藻、肘状针杆藻与pH值、水温呈显著正相关关系，与浊度、碱度呈负相关关系;小环藻、小颤藻与硬度、化学需氧量呈正相关关系;二形栅藻、细小平裂藻与总磷呈正相关关系，与硬度、化学需氧量呈负相关关系;舟形藻、小片菱形藻受水环境因子影响较小。

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【责任编辑 吕艳梅】