黃河干流濟南段浮游植物與環境影響因子研究

王帥帥 韓曉 劉麟菲

摘 要：為研究黃河干流濟南段浮游植物群落的分布特征及其與環境因子的響應關系，分別于2014年5月、8月、11月和2015年5月、9月、10月對黃河干流濟南段3個站點浮游植物群落結構和環境因子進行了調查分析，利用浮游植物生物多樣性指數評價黃河干流濟南段水質，并對浮游植物優勢種密度與環境因子之間的關系進行典范對應分析。結果表明：黃河干流濟南段pH值、溶解氧、總磷、氨氮、化學需氧量均優于Ⅲ類水標準，總氮劣于Ⅴ類水標準;共監測到浮游植物49種，分屬于5門6綱12目17屬，其中硅藻門25種，綠藻門12種、藍藻門8種、裸藻門3種、隱藻門1種;各站點浮游植物物種數季節上呈現夏季>秋季>春季的趨勢，空間上顧小莊浮游植物數量大于濼口和葛店引黃閘的;Shannon-Wiener多樣性指數評價結果為黃河干流濟南段水體整體處于中污染狀態，Pielou均勻度指數評價結果為水體整體處于輕污染狀態;影響黃河干流濟南段浮游植物群落結構的水環境因子主要是濁度、水溫、堿度、pH值。

關鍵詞：浮游植物;群落結構;水質評價;典范對應分析;黃河干流濟南段

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

黃河是中國第二長河，也是中華民族的母親河，孕育了燦爛的中華文化。受全球氣候變化和人類活動影響，黃河出現了水資源短缺、水環境污染等問題，對區域經濟社會的可持續發展產生了巨大影響[1]。黨的十八大把生態文明建設納入中國特色社會主義事業總體布局，黃河流域生態文明建設是我國生態文明建設的重要組成部分和基礎保障[2-3]。2019年9月18日，習近平總書記在河南主持召開黃河流域生態保護和高質量發展座談會，并發表重要講話，把黃河流域生態保護和高質量發展上升為重大國家戰略。

浮游植物是生態系統中具有重要作用的初級生產者，在水生態系統中起著極其重要的作用[4-6]。浮游植物個體較小，對環境變化的響應十分迅速，浮游植物群落特征和結構廣泛應用于水生態學研究和水質評價[7-10]。濟南市作為黃河流經的最后一個省會城市，2012年10月被水利部確定為全國首個水生態文明建設試點城市后，結合自身特點，提出了實現“泉涌、湖清、河暢、水凈、景美”的水生態文明城市建設目標。2014—2016年，濟南市水文局開展了濟南市水生態監測工作，其中黃河干流設置了3個監測站點。筆者基于黃河干流濟南段水生態監測數據，開展浮游植物群落特征及其空間格局研究，進而探討浮游植物群落特征對其所在水體環境的指示作用，以期為濟南市開展黃河流域生態保護、水生態文明城市建設提供基礎參考資料和技術支撐。

1 材料和方法

1.1 采樣時間及采樣點設置

2014年5月、8月、11月以及2015年5月、9月、10月，對黃河干流濟南段水質、浮游植物進行監測、調查。根據黃河干流在濟南市轄區內的走向、地勢地貌特征以及人類活動影響范圍，設置3個監測站點，分別為H1（顧小莊）、H2（濼口）、H3（葛店引黃閘）。

1.2 樣品采集與監測

在各采樣點水面以下0.5 m左右水層取水樣2 L，加10 mL魯哥試液固定，實驗室靜置24 h，濃縮至100 mL，取0.1 mL于浮游植物計數框內，在400倍OLYMPUS顯微鏡下進行物種鑒定和計數，物種鑒定方法見參考文獻[11-13]。

水質樣品監測分為野外和實驗室監測兩個環節，野外監測指標有水溫（Temp）、電導率（Cond）、溶解氧（DO）、濁度（SS）、pH值，實驗室監測指標有硬度（TD）、堿度（ALK）、總磷（TP）、氨氮（NH+4）、總氮（TN）和化學需氧量（COD）。現場監測指標中，水溫、電導率、溶解氧、pH值使用Orion Star A329型便攜式多參數測定儀監測，濁度（SS）使用2100Q型濁度儀監測。根據《水環境監測規范》（SL 219—2013）[14]、《生活飲用水衛生標準檢驗方法》（GB/T 5750—2006）[15]采集和保存樣品，樣品帶回實驗室后按照《地表水環境質量標準》（GB 3838—2002）檢測。

1.3 數據分析和處理

采用Excel 2010計算Shannon-Wiener多樣性指數H′、Pielou均勻度指數J、優勢度Y。Shannon-Wiener多樣性指數H′計算公式：

2 結果與分析

2.1 環境因子

黃河干流濟南段環境因子監測結果見表1。

6次調查水溫為13.0～29.2 ℃;pH值為8.2～8.7，水體呈弱堿性;不同站點濁度變化幅度較大，主要原因是黃河含沙量極大，導致數據不穩定;硬度、堿度、化學需氧量和總磷、氨氮、總氮含量全年變化幅度較小。對照《地表水環境質量標準》（GB 3838—2002），3個監測站點各環境因子中pH值、溶解氧、總磷、氨氮、化學需氧量均優于Ⅲ類水標準，總氮劣于Ⅴ類水標準。黃河干流濟南段主要污染物為含氮污染物，說明黃河流域生態保護工作要注重治理和防治此類污染物。

2.2 種類組成特征

6次調查共監測到浮游植物49種，分屬于5門6綱12目17屬，其中：硅藻門的種數最多，有25種，占藻類總種數的51.02%;其次是綠藻門和藍藻門，分別有12種和8種，分別占藻類總種數的24.49%、16.33%;裸藻門3種、隱藻門1種，分別占藻類總種數的6.12%、2.04%。

從年度分布來看，2014年3個站點共監測到浮游植物31種，分屬于3門4綱7目10科11屬，其中硅藻門19種、綠藻門6種、藍藻門6種;2015年共監測到浮游植物37種，分屬于5門6綱12目14科15屬，其中硅藻門19種、綠藻門9種、藍藻門5種、裸藻門3種、隱藻門1種。從季度分布來看，春季（2014年5月、2015年5月）3個站點共監測到浮游植物12種，分屬于3門4綱6目7科8屬，其中硅藻門9種、綠藻門2種、隱藻門1種;夏季（2014年8月、2015年9月）3個站點共監測到浮游植物39種，分屬于4門5綱13目16科16屬，其中硅藻門23種、綠藻門9種、藍藻門5種、裸藻門2種;秋季（2014年11月、2015年10月）3個站點共監測到浮游植物30種，分屬于5門6綱10目12科13屬，其中硅藻門18種、綠藻門5種、藍藻門5種、裸藻門1種、隱藻門1種。

各站點浮游植物群落組成和比例存在較大差異，但均以硅藻門、綠藻門為主，種類數整體呈現夏季>秋季>春季的趨勢。從空間分布來看，顧小莊共監測到浮游植物33種，分屬于5門6綱11目12科12屬，其中硅藻門15種、綠藻門8種、藍藻門7種、裸藻門2種、隱藻門1種;濼口共監測到浮游植物28種，分屬于3門4綱7目8科9屬，其中硅藻門19種、綠藻門7種、藍藻門2種;葛店引黃閘共監測到浮游植物29種，分屬于4門5綱10目12科13屬，其中硅藻門17種、綠藻門7種、藍藻門4種、裸藻門1種。從分布狀況來看，各監測站點物種數平均值為30種，各監測站點變化幅度不大，上游顧小莊物種數大于下游濼口和葛店引黃閘的。黃河干流濟南段浮游植物物種數時空變化情況見圖1。

2.3 種群數量時空分布特征分析

黃河干流濟南段浮游植物種群數量時空分布不均，浮游植物密度最大值出現在2015年9月的顧小莊，達到4 894萬個/L;浮游植物密度最小值為0，出現2次，分別為2014年8月和2015年5月的葛店引黃閘，見表2。葛店引黃閘這兩次調查未發現浮游植物的原因可能是，葛店引黃閘采樣不方便，采集的是黃河岸邊的水樣，代表性不好，而顧小莊和濼口兩個監測站點都是在浮橋上采集的，不易受到其他因素的影響。有研究者認為，黃河干流水體含沙量高、透光度低，河底經常處于沖淤狀態，因此浮游植物種群和數量都較少[19]，總體來說，黃河干流濟南段浮游植物種群數量時間上呈現夏季>秋季>春季的趨勢，空間上顧小莊浮游植物密度大于濼口和葛店引黃閘的。

2.4 優勢種

黃河干流濟南段浮游植物優勢種較多，根據Y≥0.02為優勢種的原則，2014年5月、8月、11月和2015年5月、9月、10月優勢種數量分別為5、6、4、2、4、4種;從優勢種的分布來看，未發現6次監測均出現的優勢種，物種的季節性變化明顯，見表3。

2.5 浮游植物對水質的指示

研究表明浮游植物Shannon-Wiener多樣性指數和Pielou均勻度指數在一定程度上能反映水質的好壞狀況，數值越大，浮游植物群落結構越趨于穩定，水質相對較好[20]。由浮游植物Shannon-Wiener多樣性指數及Pielou均勻度指數可知，黃河干流濟南段水質整體良好，見表4。2014年、2015年黃河干流濟南段浮游植物Shannon-Wiener多樣性指數H′平均值夏季為2.82、2.14，秋季為1.68、1.93，春季為1.84、1.23。參照評價標準，黃河干流濟南段3個季節均處于中污染狀態。黃河干流濟南段浮游植物Pielou均勻度指數J平均值2014年和2015年夏季分別為0.74、0.54，秋季分別為0.73、0.58，春季分別為0.86、0.72。參照評價標準，黃河干流濟南段水體處于輕污染狀態。

2.6 群落結構與環境因子典范對應分析

利用Canoco4.5對黃河干流濟南段浮游植物優勢種的密度和環境因子進行典范對應分析，用于分析的優勢種主要有梅尼小環藻P1、小環藻P2、舟形藻P3、小片菱形藻P4、二形柵藻P5、小顫藻P6、小席藻P7、肘狀針桿藻P8、細小平裂藻P9、銅綠微囊藻P10等10種，環境因子主要有水溫、電導率、溶解氧、濁度、pH值、硬度、堿度、總磷、氨氮、總氮和化學需氧量。

根據典范對應分析（CCA）結果，前兩個排序軸的特征值分別為0.309和0.239，環境因子軸與物種排序軸之間的相關系數分別為0.933和0.935。由圖2可知，黃河干流濟南段影響浮游植物群落結構的水環境因子是濁度、水溫、堿度、pH值;銅綠微囊藻與濁度、堿度呈顯著正相關關系，與pH值、水溫呈明顯負相關關系;梅尼小環藻、小席藻、肘狀針桿藻與pH值、水溫呈顯著正相關關系，與濁度、堿度呈負相關關系;小環藻、小顫藻與硬度、化學需氧量呈正相關關系;二形柵藻、細小平裂藻與總磷呈正相關關系，與硬度、化學需氧量呈負相關關系;舟形藻、小片菱形藻受水環境因子影響較小。

3 結 語

根據《地表水環境質量標準》（GB 3838—2002），黃河干流濟南段3個監測站點的pH值、溶解氧、總磷、氨氮、化學需氧量均優于Ⅲ類水標準，總氮劣于Ⅴ類水標準。6次調查共監測到浮游植物49種，分屬于5門6綱12目17屬，其中硅藻門25種、綠藻門12種、藍藻門8種、裸藻門3種、隱藻門1種。浮游植物物種數時間上呈現夏季>秋季>春季的趨勢，空間上浮游植物物種數顧小莊大于濼口和葛店引黃閘的。根據王勇等[8]對黃河干流13個河段和4座水庫浮游植物群落的研究，艾山和濼口浮游植物物種數分別為29種和31種，黃河下游浮游植物平均密度為209.24萬個/L，與本研究結果基本一致。

黃河干流濟南段浮游植物種群數量時空分布不均，浮游植物密度最大值出現在2015年9月的顧小莊，達到4 894萬個/L，最小值為0。

由浮游植物的密度、Shannon-Wiener多樣性指數及Pielou均勻度指數可知，黃河干流濟南段水質整體良好。根據浮游植物夏季Shannon-Wiener指數，黃河干流濟南段處于中污染狀態;Pielou均勻度指數表明，黃河干流濟南段水體處于輕污染狀態。

黃河干流濟南段浮游植物優勢種較多，根據Y≥0.02為優勢種的原則，共有16種優勢物種，其中2014年5月、8月、11月和2015年5月、9月、10月優勢種數量分別為5、6、4、2、4、4種，從優勢種的分布來看，未發現6次監測均出現的優勢種，物種的年度變化、季節性變化均十分明顯。

浮游植物優勢種的密度和環境因子典范對應分析發現，影響黃河干流濟南段浮游植物群落結構的水環境因子主要是濁度、水溫、堿度、pH值。銅綠微囊藻與濁度、堿度呈顯著正相關關系，與pH值、水溫呈明顯負相關關系;梅尼小環藻、小席藻、肘狀針桿藻與pH值、水溫呈顯著正相關關系，與濁度、堿度呈負相關關系;小環藻、小顫藻與硬度、化學需氧量呈正相關關系;二形柵藻、細小平裂藻與總磷呈正相關關系，與硬度、化學需氧量呈負相關關系;舟形藻、小片菱形藻受水環境因子影響較小。

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【責任編輯 呂艷梅】