海河夏季浮游植物丰度与环境因子的相关性研究

摘要：为研究海河夏季浮游植物与环境因子的关系，2013年8月对海河浮游植物群落结构及水质因子进行了监测，并运用灰色关联分析方法对浮游植物丰度与环境因子关系进行了相关性分析。结果表明：海河夏季浮游植物丰度从上游至下游呈降低趋势：最高点出现在金汤桥，为12021×104 ind/L；最低点出现在二道闸，为583×104 ind/L。灰关联分析结果表明：对海河浮游植物丰度影响最大的环境因子是氮磷比，因此，控制氮磷输入对海河水质健康极为重要。

关键词：海河；浮游植物；环境因子

1引言

海河是贯穿天津的母亲河，兼具景观、蓄水、排涝、航运、旅游等功能，其水质的好坏直接影响到天津市民的生活质量。20世纪90年代以来，随着城市经济和上游工农业的发展，海河富营养化严重，藻类大量繁殖，偶有水华发生。

浮游植物作为初级生产者，是水生态系统中的重要组成成分，在水生态系统的物质循环和能量传递中具有十分重要的作用。浮游植物群落结构和种群数量受到各环境因子的综合作用，同时又会反作用于环境[1]，利用浮游植物群落结构来评价水体营养方法在国内外已得到广泛应用[2，3]。夏季汛期是藻类生长旺盛的季节，通过研究海河汛期浮游植物群落结构与环境因子的关系，对了解海河汛期水体富营养特征及海河水资源的保护与可持续利用具有重要意义。

2材料与方法

2.1研究区域概况

海河流域位于东经112°～120°，北纬30°～43°之间，东临渤海，南界黄河，西靠云中山和大岳山，北依蒙古高原。海河干流天津段起自天津下西部的南运河、子牙河相交的三岔河口西，东至大沽口入海，全长约70km，横贯天津市区。

2.2样品的采集与分析

2013年8月（丰水期）在海河干流共设置了金钢桥（1号）、光明桥（2号）、光华桥（3号）、柳林（4号）和二道闸（5号）5个采样点。浮游植物定量样品用5L有机玻璃采水器取表层水1L，用鲁哥试液固定，沉淀48h，浓缩为30mL保存。显微镜检计数时充分摇匀，吸取0.1mL滴入0.1mL计数框内计数、分析、鉴定[4，5]。水样的采集及其它水化因子的测定参照《地表水和污水检测技术规范》（HJ/T91-2002）和《水和废水监测分析方法》（国家环保总局，2002）进行。

2.3数据处理

利用水质综合营养状态指数TLI（∑）来评价水体污染和富营养化状况：TLI（∑）

3结果与分析

3.1浮游植物群落结构

本次调查的5个站位共获得浮游植物37种，其中蓝藻门9种，绿藻门17种，硅藻门5种，裸藻门3种，隐藻门3种。优势种是蓝藻门的水华微囊藻（Microcystis flos-aquae）和颤藻属（Oscillatoria sp.）等。浮游植物平均丰度为4843.40×104ind/L，其中蓝藻4193.00×104ind/L，占总数的86.6%；平均生物量26.37mg/L，其中蓝藻15.43mg/L，占总数的58.5%。海河汛期浮游植物总类、丰度和生物量均以蓝藻占优势，整个水体为蓝藻型。海河浮游植物丰度与生物量有上游至下游呈降低趋势（表1）。

3.2水体营养状况

一般淡水浮游植物丰度大于106、生物量大于10mg/L时水体即为富营养状态[7，8]，监测结果表明：2013年夏季海河浮游植物丰度和生物量均远超过富营养指标，且仅蓝藻丰度与生物量就达到了富营养水平，同时优势种水华微囊藻和颤藻等均为富营养指示种。浮游植物各参数显示水体为富营养。一般认为总磷、总氮、化学需氧量各大于0.1 mg/L、1.3 mg/L和8 mg/L时水体即达到重富营养[9]，2013年夏季海河水体TP、TN、COD平均浓度分别为0.45 mg/L、4.99 mg/L、100mg/L，均超过重富营养指标。综合营养状态指数TLI（∑）为74.7，表明水体为重度富营养。

综合各项指标评价结果表明：2013年夏季海河水体处于重度富营养状态。

3.3浮游植物与环境因子的关系

灰色关联分析结果表明，2013年夏季，海河环境因子对浮游植物的影响大小是不一样的，海河汛期环境因子对浮游植物丰度影响的强弱顺序依次为：TN/TP>DO>TN>NO-3>CODMn>WT>pH值>F->COND>TP>NH+4>NO-2（表2）。由此可见氮磷比是影响夏季海河浮游植物丰度的最关键因素，同时，溶解氧、总氮等对浮游植物丰度也有较大影响。

4结语

国内外专家学者通过不同的多元统计分析方法对水环境因子和浮游植物丰度的关系的分析结果不尽相同。Christopher 等对美国俄勒冈州波特兰城市河流的浮游植物丰度和水环境因子的研究中发现电导率和总氮是最相关因子[10]；张震等对天津于桥水库的研究发现总磷、电导率、总氮是对浮游植物丰度影响最大的环境因子[11]。本研究结果表明，海河夏季12种环境因子中对浮游植物丰度影响最大是氮磷比、溶解氧和总氮。因此，控制河流上游及流域范围内的氮、磷等营养盐输入对防止海河水体富营养化和水华至关重要。

灰关联分析依据空间理论为数学基础，以规范性、对称性、整体性和接近性等为原则，对信息部分确定和部分不确定的系统-灰色系统的发展势态进行定量描述和比较，以确定参考序列和若干子序列之间的灰色关系，进而评价各个子序列对参考序列的相对重要程度[11，12]。因此，通过关联分析，可以揭示各个环境因子对海河浮游植物丰度的影响强弱。而究竟采用哪种多元统计分析方法更适合于浮游植物丰度与环境因子的相关分析，仍需更进一步的比较并探讨。

参考文献：

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[3] 高国敬，肖利娟，林秋奇，等.海南省典型水库浮游植物功能类群的结构特征与水质评价[J].生态科学，2013，32（2）：144～150.

[4] 胡鸿钧.魏印心中国淡水藻类：系统、分类及生态[M].北京：科学出版社，2006.

[5] 毕列爵，胡征宇.中国淡水藻志：第8卷绿藻门[M].北京：科学出版社，2004.

[6] 张蕾，王高旭，罗美蓉.灰色关联分析在水质评价应用中的改进[J].中山大学学报：自然科学版，2004，43（增刊）：234～236.

[7] 金相灿，屠清瑛.湖泊富营养化调查规范[M].北京：中国环境科学出版社，1990.

[8] 武丹，王海英，张震.天津于桥水库夏季浮游生物调查及群落结构变化[J].湖泊科学，2013，25（5）：735～742.

[9] Vollenweider RA，Kerekes J.Eutrophication of waters：monitoring，assessment and control[M].Paris：OECD，1982.

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[11] 张震，卞少伟，梅鹏蔚，等.于桥水库浮游植物丰度与环境因子的相关性[J].生态科学，2013，32（5）：594～598.

[12] 马成学，卞少伟，于洪贤，等.兴凯湖浮游植物丰度与环境因子的相关性[J].东北林业大学学报，2012，40（2）：78～80.