陳楠 王瑩 楊天雄 于洪賢 馬成學(xué)

(東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱，150040)

作為淡水水體的主要初級(jí)生產(chǎn)者，浮游植物群落對(duì)環(huán)境變化的響應(yīng)十分迅速，因此被用來(lái)作為評(píng)估水體生態(tài)系統(tǒng)狀況的指示性生物類群[1]。浮游植物的群落結(jié)構(gòu)與其生活水域的水質(zhì)狀況密切相關(guān)，其群落的生態(tài)過程、功能和穩(wěn)定性可以反映水體環(huán)境的變化。生態(tài)系統(tǒng)中環(huán)境因子的改變直接影響著浮游植物群落結(jié)構(gòu)。浮游植物群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子之間有十分密切的關(guān)系，其種類、豐度和生物量等群落結(jié)構(gòu)特征指標(biāo)常被用作評(píng)價(jià)和檢測(cè)水質(zhì)[2]。浮游植物豐度和優(yōu)勢(shì)種群可以有效地反應(yīng)人類活動(dòng)對(duì)水體生態(tài)環(huán)境的影響[3]。泰湖之前受造紙廠污水的影響，自20世紀(jì)90年代取締造紙廠以后，泰湖的水質(zhì)得到了一定程度的改善。本研究探討受造紙廠污染的泰湖經(jīng)治理改善后的水質(zhì)狀況，通過對(duì)比浮游植物功能群的變化來(lái)反應(yīng)造紙廠廢水對(duì)泰湖生態(tài)狀況的影響，以期找出主要的影響因子。

1 泰湖概況

泰湖國(guó)家濕地公園位于黑龍江省泰來(lái)縣城區(qū)東側(cè)(E123°25′14.17″～123°29′0.97″，N46°24′12.10″～46°21′15.10″)，總面積1 365 hm2。本區(qū)氣候類型屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，年平均溫度為4.2 ℃，年平均日照時(shí)間可達(dá)2 920 h，氣候較為干燥，歷年平均降水量為360 mm，蒸發(fā)量為1 798.2 mm，無(wú)霜期為130 d左右，年平均封凍期為145 d左右[4]。泰湖國(guó)家濕地公園具有獨(dú)特的生態(tài)環(huán)境，在調(diào)解氣候、降解污染、保護(hù)生物多樣性、保護(hù)生態(tài)平衡等方面發(fā)揮重要作用。

2 材料與方法

2.1 采樣地點(diǎn)設(shè)置

泰湖不同區(qū)域受污染程度不同，其功能群分布也不同，因此于2017年(7月末)圍繞泰湖周邊共設(shè)置7個(gè)采樣點(diǎn)(圖1)，采集水樣及浮游植物。通過對(duì)泰湖浮游植物的種類、生物量、多樣性變化以及環(huán)境驅(qū)動(dòng)因子的分析來(lái)評(píng)價(jià)水質(zhì)情況。1#采樣點(diǎn)為荷花池，常年被荷花覆蓋，2#、3#采樣點(diǎn)未受到之前造紙廠的影響，4#采樣點(diǎn)人為干擾較多，5#采樣點(diǎn)受之前造紙廠的影響最大，6#、7#采樣點(diǎn)都受到之前造紙廠不同程度的影響。

圖1 泰湖采樣點(diǎn)分布

2.2 采樣方法及水化學(xué)指標(biāo)測(cè)定

2.3 浮游植物功能群劃分

根據(jù)鑒定出的浮游植物個(gè)體，結(jié)合Reynolds et al.[8]、Padisák et al.[9]和胡韌等[1]對(duì)浮游植物功能群劃分的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)泰湖夏季浮游植物進(jìn)行功能群劃分。

2.4 浮游植物多樣性分析

為了避免單一多樣性指數(shù)造成結(jié)果偏差，利用香農(nóng)-威納指數(shù)(H)、均勻度指數(shù)(J′)和物種豐富度(d)這3個(gè)多樣性指數(shù)來(lái)計(jì)算泰湖浮游植物的生物多樣性。泰湖各浮游植物多樣性指數(shù)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表1，計(jì)算公式如下：

H′=∑Pilog2Pi;

(1)

J′=H/log2S;

(2)

d=S-1/log2N;

(3)

Pi=ni/N。

(4)

式中：H′為群落的多樣性指數(shù)；S為采樣點(diǎn)的群落種數(shù)；Pi為樣品中屬于第i種的個(gè)體的比例；J′為均勻度指數(shù)；d為群落豐富度指數(shù)；ni為該采集樣本中第i種浮游植物的數(shù)量；N為樣本所有浮游植物物種的數(shù)量。

表1 多樣性指數(shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2.5 優(yōu)勢(shì)度

優(yōu)勢(shì)度Y=ni/Nfi。

(5)

式中：N表示各樣點(diǎn)所有物種總個(gè)數(shù)；ni表示第i種的個(gè)體總數(shù)；fi表示該物種在各樣點(diǎn)出現(xiàn)的頻率。

2.6 RDA分析

所有浮游植物的功能群生物量及環(huán)境數(shù)據(jù)除pH值外均通過lg(X+1)進(jìn)行處理，采用Canoco for Windows 4.5軟件進(jìn)行DCA去勢(shì)分析，發(fā)現(xiàn)DCA<2，因此采用RDA分析，通過浮游植物優(yōu)勢(shì)功能群生物量來(lái)反映浮游植物功能群與環(huán)境因子的關(guān)系。

3 結(jié)果與分析

3.1 泰湖浮游植物功能群的劃分

泰湖的浮游植物共鑒定出7門71種，其中綠藻門和硅藻門較多，綠藻門33種，占藻類總數(shù)的56.89%。硅藻門27種，占藻類總數(shù)的27.96%。裸藻門2種，黃藻門2種，金藻門1種，藍(lán)藻門4種，甲藻門1種?？蓜澐譃?1個(gè)功能群，主要的功能群為MP、X1、P、X2、C(表2)。

3.2 泰湖主要功能群生物量的水平分布

泰湖浮游植物功能群水平分布差異顯著，MP分布最廣，而X2在5#采樣點(diǎn)中生物量較大，占64%，在2#、4#和6#中則沒有。功能群X1雖在各點(diǎn)均有分布，但均處于較低水平(表3)。

3.3 泰湖各樣點(diǎn)的浮游植物優(yōu)勢(shì)種

泰湖浮游植物優(yōu)勢(shì)種及優(yōu)勢(shì)度見表4，共有優(yōu)勢(shì)種5種，其中普通等片藻、梅尼小環(huán)藻和美麗星桿藻在7個(gè)樣點(diǎn)中均可檢測(cè)到。

3.4 浮游植物多樣性指數(shù)

由表5所示，3個(gè)多樣性指數(shù)顯示結(jié)果一致，5#、6#、7#采樣點(diǎn)屬于中度污染，其他采樣點(diǎn)均為輕度污染。5#、6#、7#采樣點(diǎn)浮游植物以蠶豆衣藻和固氮魚腥藻為主，與張囡囡等對(duì)扎龍濕地排污區(qū)研究中固氮魚腥藻占優(yōu)勢(shì)一致[10]。香農(nóng)-威納指數(shù)(H′)和均勻度指數(shù)(J′)由大到小為3#、1#、2#、4#、6#、7#、5#。均勻度指數(shù)由大到小為3#、1#、2#、4#、7#、6#、5#。表明采樣點(diǎn)6#和7#受造紙廠污染的程度相似，采樣點(diǎn)3#、1#、2#未受污染，水質(zhì)較好。

表2 泰湖浮游植物功能群組成

表3 泰湖各采樣點(diǎn)浮游植物功能群生物量

表4 泰湖浮游植物優(yōu)勢(shì)種

3.5 浮游植物優(yōu)勢(shì)功能群與水環(huán)境因子的RDA

表5 泰湖浮游植物多樣性指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果

表6 泰湖各采樣點(diǎn)水環(huán)境因子

表7泰湖主要浮游植物功能群組與環(huán)境因子的RDA統(tǒng)計(jì)特征

典范軸特征值物種-環(huán)境相關(guān)性物種累積方差/%物種-環(huán)境關(guān)系累積方差/%10.7711.00077.10077.10020.2121.00098.30098.30030.0101.00099.30099.30040.0061.00099.90099.900

圖2 泰湖浮游植物功能群與環(huán)境因子的RDA分析

4 討論

4.1 泰湖浮游植物功能群對(duì)水體環(huán)境的反應(yīng)

水生生態(tài)系統(tǒng)中浮游植物種類和數(shù)量與水體環(huán)境之間存在著密切的聯(lián)系[11]。浮游植物結(jié)構(gòu)的縱向和時(shí)間變化取決于主要的水文條件[12]，浮游植物在渾濁、動(dòng)蕩的體系中，以許多零星物種的出現(xiàn)為特征時(shí)密度低、生物量大、豐富度高。在此次泰湖浮游植物調(diào)研中，同樣符合此規(guī)律。泰湖優(yōu)勢(shì)功能群主要為X2、MP、X1和C，這些功能群均適應(yīng)于易受擾動(dòng)的淺水水體當(dāng)中[1]。這是由于泰來(lái)地區(qū)干旱少雨，泰湖國(guó)家濕地公園常年處于缺水狀態(tài)，水體較淺，水位波動(dòng)較大。采樣點(diǎn)中1#和3#水質(zhì)情況相對(duì)較好，其浮游植物種類較多。1#和3#均以功能群MP、X2占優(yōu)勢(shì)，功能群MP主要由硅藻門的普通等片藻組成，功能群X2主要由綠藻門的卵形衣藻組成。1#采樣點(diǎn)由于荷花的種植，對(duì)水體中氮、磷有很好的凈化作用，藻類生物量明顯減少，其浮游植物僅有硅藻和綠藻。何連生等[13]研究表明，當(dāng)荷花種植改善水體效果較好時(shí)，其優(yōu)勢(shì)種群為綠藻門和硅藻門，同本研究結(jié)果一致。毛竹對(duì)石佛寺水庫(kù)研究結(jié)果表明，荷花種植可降低氨氮濃度，對(duì)于改善水質(zhì)具有明顯的效果[14]。同樣，1#采樣點(diǎn)總氮、總磷濃度均較低。1#、2#和3#采樣點(diǎn)的水質(zhì)相對(duì)較好，3#采樣點(diǎn)由于幾乎未受到污染，除了硅藻和綠藻以外，還含有裸藻、金藻和硅藻，浮游植物物種多樣性比1#和2#更為豐富。5#、6#和7#采樣點(diǎn)水質(zhì)較差，浮游植物種類少，豐富度低，pH均處于較高水平，與其受污染程度有關(guān)。5#采樣點(diǎn)浮游植物生物量最高，達(dá)到12.85 mg/L，根據(jù)生物量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，屬于典型富營(yíng)養(yǎng)化水體，這是由于5#采樣點(diǎn)是之前造紙廠主要排放污染區(qū)，底泥中含有大量殘留的有機(jī)物和營(yíng)養(yǎng)鹽。6#采樣點(diǎn)以功能群X1為主，其適應(yīng)生境為營(yíng)養(yǎng)型到高度富營(yíng)養(yǎng)水體。6#采樣點(diǎn)與5#采樣點(diǎn)相鄰，泰湖之前造紙廠排放的廢水也會(huì)污染到6#采樣點(diǎn)，所以6#采樣點(diǎn)水體富營(yíng)養(yǎng)化程度也較高。隨著采樣點(diǎn)受造紙廠污水影響程度的減小，水體營(yíng)養(yǎng)化程度呈降低的趨勢(shì)。從浮游植物功能群、生物量和多樣性指數(shù)綜合來(lái)看，泰湖水質(zhì)整體處于輕污-中污水平，且污染主要是由造紙廠排污而沉積在底泥中的營(yíng)養(yǎng)鹽造成的，水體經(jīng)過多年的恢復(fù)，污染已得到改善。

4.2 泰湖浮游植物功能群關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因子

泰湖作為一處中小型淺水濕地，又因一定程度上受先前造紙廠污水的影響，浮游植物功能群與環(huán)境因子的關(guān)系具有其獨(dú)特性。

5 結(jié)論

泰湖夏季7個(gè)水樣中共檢出11個(gè)功能類群，分別是P、D、C、MP、X1、J、X2、F、Y、X3和H1，優(yōu)勢(shì)功能群為MP、X1、P、X2和C。

根據(jù)浮游植物生物量水平分布和多樣性分析，得出泰湖整體處于輕污-中污狀態(tài)的結(jié)論，除了采樣點(diǎn)5#、6#和7#，其他樣點(diǎn)水質(zhì)均處于輕污染狀態(tài)。

通過對(duì)比7個(gè)樣點(diǎn)的浮游植物功能群，1#荷花池中荷花的種植凈化了水質(zhì)，浮游植物種類相對(duì)較少，其浮游植物僅有硅藻和綠藻。隨著采樣點(diǎn)受造紙廠污水影響程度的逐漸減小，水體營(yíng)養(yǎng)化程度呈減少的趨勢(shì)，泰湖水質(zhì)整體處于輕污-中污水平，且污染主要是由之前造紙廠沉積在底泥中的營(yíng)養(yǎng)鹽等造成的，水體經(jīng)過多年的恢復(fù)，污染程度已經(jīng)顯著改善。

RDA分析結(jié)果顯示，SD、Turb、Cond、TP是影響優(yōu)勢(shì)功能群分布的主要環(huán)境因子。SD是影響泰湖功能群分布的主要正相關(guān)因子，Turb是主要的負(fù)相關(guān)因子。由于功能群MP在各個(gè)樣點(diǎn)均有一定的分布，其適應(yīng)生境為經(jīng)常受攪動(dòng)的無(wú)機(jī)水體。泰湖水質(zhì)中的擾動(dòng)促進(jìn)了浮游植物的生長(zhǎng)，對(duì)水體的營(yíng)養(yǎng)化有一定程度的貢獻(xiàn)。氮和離子等營(yíng)養(yǎng)鹽含量不再是浮游植物生長(zhǎng)的限制因子。

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