海河夏季浮游植物豐度與環(huán)境因子的相關(guān)性研究

韓 龍，武 丹，卞少偉

（天津市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，天津300191）

1 引言

海河是貫穿天津的母親河，兼具景觀、蓄水、排澇、航運(yùn)、旅游等功能，其水質(zhì)的好壞直接影響到天津市民的生活質(zhì)量。20世紀(jì)90年代以來(lái)，隨著城市經(jīng)濟(jì)和上游工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，海河富營(yíng)養(yǎng)化嚴(yán)重，藻類(lèi)大量繁殖，偶有水華發(fā)生。

浮游植物作為初級(jí)生產(chǎn)者，是水生態(tài)系統(tǒng)中的重要組成成分，在水生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量傳遞中具有十分重要的作用。浮游植物群落結(jié)構(gòu)和種群數(shù)量受到各環(huán)境因子的綜合作用，同時(shí)又會(huì)反作用于環(huán)境［1］，利用浮游植物群落結(jié)構(gòu)來(lái)評(píng)價(jià)水體營(yíng)養(yǎng)方法在國(guó)內(nèi)外已得到廣泛應(yīng)用［2，3］。夏季汛期是藻類(lèi)生長(zhǎng)旺盛的季節(jié)，通過(guò)研究海河汛期浮游植物群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子的關(guān)系，對(duì)了解海河汛期水體富營(yíng)養(yǎng)特征及海河水資源的保護(hù)與可持續(xù)利用具有重要意義。

2 材料與方法

2.1 研究區(qū)域概況

海河流域位于東經(jīng)112°～120°，北緯30°～43°之間，東臨渤海，南界黃河，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運(yùn)河、子牙河相交的三岔河口西，東至大沽口入海，全長(zhǎng)約70km，橫貫天津市區(qū)。

2.2 樣品的采集與分析

2013年8月（豐水期）在海河干流共設(shè)置了金鋼橋（1號(hào)）、光明橋（2號(hào)）、光華橋（3號(hào)）、柳林（4號(hào)）和二道閘（5號(hào)）5個(gè)采樣點(diǎn)。浮游植物定量樣品用5L有機(jī)玻璃采水器取表層水1L，用魯哥試液固定，沉淀48h，濃縮為30mL保存。顯微鏡檢計(jì)數(shù)時(shí)充分搖勻，吸取0.1mL滴入0.1mL計(jì)數(shù)框內(nèi)計(jì)數(shù)、分析、鑒定［4，5］。水樣的采集及其它水化因子的測(cè)定參照《地表水和污水檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》（HJ/T91－2002）和《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》（國(guó)家環(huán)保總局，2002）進(jìn)行。

2.3 數(shù)據(jù)處理

利用水質(zhì)綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)TLI（∑）來(lái)評(píng)價(jià)水體污染和富營(yíng)養(yǎng)化狀況：TLI（∑）＜30，貧營(yíng)養(yǎng)；30≤TLI（∑）≤50，中營(yíng)養(yǎng)；50＜TLI（∑）≤60，輕度富營(yíng)養(yǎng)；60＜TLI（∑）≤70，中度富營(yíng)養(yǎng)；TLI（∑）＞70，重度富營(yíng)養(yǎng)。浮游植物與水質(zhì)因子的線性相關(guān)性采用Pearson相關(guān)性分析，用SPSS 17.0軟件完成。環(huán)境因子對(duì)浮游植物豐度影響大小采用灰關(guān)聯(lián)分析。進(jìn)行灰關(guān)聯(lián)分析時(shí)，為了消除不同量綱的影響，先對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)量綱化處理，具體操作在DPS軟件上進(jìn)行。

采用均值法對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)量綱處理，公式如下：

式中，ρ為分辨系數(shù)，其越小分辨率越高，一般ρ的取值區(qū)間為［0，1］，通常取ρ＝0.5［6］，得關(guān)聯(lián)度：

本研究中，參考序列x0＝｛x0（k），k＝1｝為浮游植物數(shù)量，子序列xi＝｛xi（k），k＝1，2，…，12｝為12個(gè)環(huán)境因子。

3 結(jié)果與分析

3.1 浮游植物群落結(jié)構(gòu)

本次調(diào)查的5個(gè)站位共獲得浮游植物37種，其中藍(lán)藻門(mén)9種，綠藻門(mén)17種，硅藻門(mén)5種，裸藻門(mén)3種，隱藻門(mén)3種。優(yōu)勢(shì)種是藍(lán)藻門(mén)的水華微囊藻（Microcystis flos－aquae）和顫藻屬（Oscillatoriasp.）等。浮游植物平均豐度為4843.40×104ind/L，其中藍(lán)藻4193.00×104ind/L，占總數(shù)的86.6%；平均生物量26.37mg/L，其中藍(lán)藻15.43mg/L，占總數(shù)的58.5%。海河汛期浮游植物總類(lèi)、豐度和生物量均以藍(lán)藻占優(yōu)勢(shì)，整個(gè)水體為藍(lán)藻型。海河浮游植物豐度與生物量有上游至下游呈降低趨勢(shì)（表1）。

表1 2013年夏季海河浮游植物指標(biāo)

3.2 水體營(yíng)養(yǎng)狀況

一般淡水浮游植物豐度大于106、生物量大于10mg/L時(shí)水體即為富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)［7，8］，監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：2013年夏季海河浮游植物豐度和生物量均遠(yuǎn)超過(guò)富營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)，且僅藍(lán)藻豐度與生物量就達(dá)到了富營(yíng)養(yǎng)水平，同時(shí)優(yōu)勢(shì)種水華微囊藻和顫藻等均為富營(yíng)養(yǎng)指示種。浮游植物各參數(shù)顯示水體為富營(yíng)養(yǎng)。一般認(rèn)為總磷、總氮、化學(xué)需氧量各大于0.1mg/L、1.3mg/L和8mg/L時(shí)水體即達(dá)到重富營(yíng)養(yǎng)［9］，2013年夏季海河水體TP、TN、COD 平均濃度分別為0.45mg/L、4.99mg/L、10.0mg/L，均超過(guò)重富營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)。綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)TLI（∑）為74.7，表明水體為重度富營(yíng)養(yǎng)。

綜合各項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果表明：2013年夏季海河水體處于重度富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)。

3.3 浮游植物與環(huán)境因子的關(guān)系

灰色關(guān)聯(lián)分析結(jié)果表明，2013年夏季，海河環(huán)境因子對(duì)浮游植物的影響大小是不一樣的，海河汛期環(huán)境因子對(duì)浮游植物豐度影響的強(qiáng)弱順序依次為：TN/TP＞DO＞TN＞＞CODMn＞W(wǎng)T＞pH值＞F－＞COND＞TP＞＞（表2）。由此可見(jiàn)氮磷比是影響夏季海河浮游植物豐度的最關(guān)鍵因素，同時(shí)，溶解氧、總氮等對(duì)浮游植物豐度也有較大影響。

表2 海河浮游植物豐度與環(huán)境因子關(guān)聯(lián)度排序

4 結(jié)語(yǔ)

國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者通過(guò)不同的多元統(tǒng)計(jì)分析方法對(duì)水環(huán)境因子和浮游植物豐度的關(guān)系的分析結(jié)果不盡相同。Christopher等對(duì)美國(guó)俄勒岡州波特蘭城市河流的浮游植物豐度和水環(huán)境因子的研究中發(fā)現(xiàn)電導(dǎo)率和總氮是最相關(guān)因子［10］；張震等對(duì)天津于橋水庫(kù)的研究發(fā)現(xiàn)總磷、電導(dǎo)率、總氮是對(duì)浮游植物豐度影響最大的環(huán)境因子［11］。本研究結(jié)果表明，海河夏季12種環(huán)境因子中對(duì)浮游植物豐度影響最大是氮磷比、溶解氧和總氮。因此，控制河流上游及流域范圍內(nèi)的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)鹽輸入對(duì)防止海河水體富營(yíng)養(yǎng)化和水華至關(guān)重要。

灰關(guān)聯(lián)分析依據(jù)空間理論為數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，以規(guī)范性、對(duì)稱(chēng)性、整體性和接近性等為原則，對(duì)信息部分確定和部分不確定的系統(tǒng)－灰色系統(tǒng)的發(fā)展勢(shì)態(tài)進(jìn)行定量描述和比較，以確定參考序列和若干子序列之間的灰色關(guān)系，進(jìn)而評(píng)價(jià)各個(gè)子序列對(duì)參考序列的相對(duì)重要程度［11，12］。因此，通過(guò)關(guān)聯(lián)分析，可以揭示各個(gè)環(huán)境因子對(duì)海河浮游植物豐度的影響強(qiáng)弱。而究竟采用哪種多元統(tǒng)計(jì)分析方法更適合于浮游植物豐度與環(huán)境因子的相關(guān)分析，仍需更進(jìn)一步的比較并探討。

［1］Becker V，Huszar V L M，Crossetti L O.Responses ofphytoplankton functional groups to the mixing regime in a deep subtropical reservoir［J］.Hydrobiologia，2009，628（1）：137～151.

［2］Ignatiades L，Vassiliou A，Karydis MA.Comparison of phytoplankton biomass parameters and their interrelation with nutrients inSaronicos Gulf（Greece）［J］.Hydrobiologia，1985（128）：201～206.

［3］高國(guó)敬，肖利娟，林秋奇，等.海南省典型水庫(kù)浮游植物功能類(lèi)群的結(jié)構(gòu)特征與水質(zhì)評(píng)價(jià)［J］.生態(tài)科學(xué)，2013，32（2）：144～150.

［4］胡鴻鈞.魏印心中國(guó)淡水藻類(lèi)：系統(tǒng)、分類(lèi)及生態(tài)［M］.北京：科學(xué)出版社，2006.

［5］畢列爵，胡征宇.中國(guó)淡水藻志：第8卷綠藻門(mén)［M］.北京：科學(xué)出版社，2004.

［6］張 蕾，王高旭，羅美蓉.灰色關(guān)聯(lián)分析在水質(zhì)評(píng)價(jià)應(yīng)用中的改進(jìn)［J］.中山大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2004，43（增刊）：234～236.

［7］金相燦，屠清瑛.湖泊富營(yíng)養(yǎng)化調(diào)查規(guī)范［M］.北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，1990.

［8］武 丹，王海英，張 震.天津于橋水庫(kù)夏季浮游生物調(diào)查及群落結(jié)構(gòu)變化［J］.湖泊科學(xué)，2013，25（5）：735～742.

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

［10］Christine L W，Pan Y D.Diatom assemblages and their as－soeiations with environmental variables in Oregon Coast Range streams，U.S.A.［J］.Hydrobiologia，2006（561）：207～219.

［11］張 震，卞少偉，梅鵬蔚，等.于橋水庫(kù)浮游植物豐度與環(huán)境因子的相關(guān)性［J］.生態(tài)科學(xué)，2013，32（5）：594～598.

［12］馬成學(xué)，卞少偉，于洪賢，等.興凱湖浮游植物豐度與環(huán)境因子的相關(guān)性［J］.東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，40（2）：78～80.