（野生动植物保护与利用专业论文）牡丹江干流浮游植物多样性及群落结构研究.pdf

摘要 本研究在牡丹江千流选择了9 个典型的采样点，分别予2 0 0 6 年5 月、7 月、1 0 月 和2 0 0 7 年1 月四次进行采样工作，并对所采集的浮游植物进行定性、定量分析。采用 多元统计方法分析浮游植物的多样性和群落结构，利用p e a r s o n 相关性分析讨论了浮游 植物与环境因子之间的相关性，为牡丹江干流水资源的保护和管理提供了参考性的依 据 研究期间共鉴定出浮游植物8 门1 2 0 种及变种，其中绿藻门种数最多4 8 种：硅藻 门次之，3 2 种：蓝藻门2 6 种；其他门1 4 种。年平均丰度和生物量分别为3 7 5 5 0 7 x 1 0 4 i n d ，l 和3 8 0 4 m e l 。对四种浮游植物多样性指数的方差分析表示，各季节、各采样点 问每种多样性指数都差异显著( p 秋季 春季 冬季，而m a r g a l e f 指 数为：秋季 夏季 春季 冬季，p i e l o u 均匀度为：春季 夏季 秋季 冬季。 参照浮游植物对不同污染程度水体的指示作用，结合各季节、各采样点韵优势种对 牡丹江干流水环境质量进行评价，结果表明：牡丹江干流整体水质较好，但春、夏，秋 三个季节镜泊湖区和牡丹江下游桦林段存在轻微的富营养化，冬季水质得到较大改善。 在对四季浮游植物四次开方的基础上，通过浮游植物聚类分析、多维尺度分析 ( m d s ) 来研究各季节、各采样点之间浮游植物群落关系。结果表明：聚类分析、多维 尺度分析( m d s ) 的结果基本是一致的。浮游植物与环境因子白j 的p e a r s o n 相关性分析 表明：浮游植物丰度、生物量与本研究所选环境因子问的相关性不十分显著 关键词浮游植物；生物多样佳；群落结构；牡丹江 a b s t r a c t t h ee c o l o g i c a ls t u d yo f p h y t o p l a n k t o nw a sc o n d u c t e do nn i n et y p i c a ls a m p l i n gs t a t i o n si n m u d a nr i v e ra tm a y2 0 0 6 ，j u l y2 0 0 6 ，o c t o b e r2 0 0 6 ，a n dj a n u a r y2 0 0 7 a l lt h es a m p l i n g sw e l t c a r r i e do nq u a l i t a t i v ea n dq u a n t i t a t i v ea n a l y s i si nl a b o r a t o r y p h y t o p l a n k t o nc o m m u n i t i e sa n d b i o d i v e r s i t yw e r ee x a m i n e db ym u l t i v a r i a t es t a t i s t i ca n a l y s i s t h ec o r r e l a t i o nb e t w e e n p h y t o p l a n k t o na n de n v i r o n m e n tw a sd e t e r m i n e db yp e a r s o na n a l y s i s t h ep a p e rp r o v i d e d r e f e r e n c e de v i d e n c ef o rt h em a n a g e m e n to f w a t e rr e $ o u r c , ei nm u d a nr i v e r t o t a lo f8p h y l a1 2 0s p e c i e sw e r ei d e n t i f i e d ，a m o n gw h i c h ，t h em a j o r i t yw e r ec l o r p h y t a ( 4 8 ) a n dc y a n o p h t a ( 3 2 ) f o l l o w e db yb a e i l l a r o i p h y t a ( 2 6 ) ，t h eo t h e ri s ( 1 4 ) ，a n dc l o r p h y t a w a st h ed o m i n a n tg r o u pi nt o t a lp h y t o p l a n k t o n t h et o t a lm e a na b u n d a n c ea n db i o m a s sw e r e 3 7 5 5 0 7 x1 0 4i n d la n d3 8 0 4 m g l n 壕r e s u l t so fa n o v a ( a n a l y s i so fv a r i a n c e ) f o rf o u r b i o d i v e r s i t yi n d e x e ss h o w e dt h a t t h e r ew a sar e m a r k a b l ec h a n g ei n d i f f e r e n ts t a t i o n sa n d , a s o n s i k r ew e r ed i f f e r e n tr a n g e si nd i f f e r e n td i v e r s i t yi n d e x ，s h a n n o n - w i e n e r si n d e xw a s f r o m0 1 9 t o4 5 7 ，m a r g a l e f si n d e xw d t sf r o m1 3t o5 4 1 ，p i e l o u si n d e xw a sf r o m0 0 2t o0 ? 3 ， a n ds i m p s o n sr e c i p r o c a li n d e xw a sf r o m1 0 1t o1 7 5 9r e s p e c t i v e l y s e a s o n a lc o m p a r i s o no f s h a n n o n - w i e n e r si n d e xa n ds i m p s o n sr e c i p r o c a li n d e xw e r es u n n n e r a u t u m n s p r i n g w i n t e r , a n dm a r g e l e f si n d e xw a sa u t u m n s u m m e r s p r i n g w i n t e r p i e l o u si n d e xw a s s p r i n g s u m n l e r a u t u m n w i n t e r a c c o r d i n gt o t h ei n d i c a t i v ef u n c t i o no fs o m ep h y t o p l a n k t o n , c o m b i n e dw i t he v e r y s e a s o n sd o m i n a n tp h y t o p l a n k t o nt h ee v a l u a t i o nr e s u l t so fw a t e rq u a l i t yi n d i c a t e dt h a tt h e q u a l i t yo fm u d a nr i v e rw a sn o tb a d ，b u tt h ew a t e ro fj i n g b ol a k ea n dt h eh u a l i ns e c t i o no f m u d a nr i v e rw e r eal i t t l ee u t r o p h i c a t e dd u r i n gs p r i n g ，s u m m e ra n da u t u m n ，a n dt h ew a t e r q u a l i t yw a si m p r o v e dd u r i n gw i n t e r n 伦r e s u l t so fh i e r a r c h i c a lc l u s t e ra n a l y s i sa n dm u l t i d i m e n s i o n a ls c a l i n g ( m d s ) i ne a c h s e a q o nw e r ec o n s e n t a n e o u s b a s e do np e a r s o na n a l y s i s ，t h er e s u l t sr e v e a l e dt h ec o r r e l a t i o n b e t w e e np h y t o p l a n k t o na b u n d a n c e ，b i o m a s sa n de n v i r o n m e n tf a c t o r sc h o s e ni nt h i ss m d yw a s n o tv e r yp r o m i n e n t k e y w o r d sp h y t o p l a n k t o n ；b i o d i v e r s i t y ；c o m m u n i t ys t r u c t u r e ；m u d a nr i v e r 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得韵研 究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得查些盎些盘堂或其他教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡 献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：瀚适签字日期：j 茚7 年6 月，7 日 | 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解壅韭盎些盘鲎有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查 阅和借阅。本人授权壅i 垦盎些盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有 关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论 文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：y 参旁篷 签字日期：叩引刖7 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师签名：毒伤、逐二，导师签名：j f 易哎一 签字日期：件f 月7 日 电话： 邮编： 1 绪论 - 1 1 研究背景及意义 1 1 。1 研究背景 水是人类赖以生存和发展的物质基础之一。水资源是指逐年可以得到更新的那部分 淡水，它是一种动态资源。包括地表水、土壤水和地下水，其补给来源主要是大气降水 【江。河、湖、泊是淡水资源的主要载体，其主要功能是为城镇人口提供生活饮用 水、工农业用水、水路航运和人工养殖业等。水资源所具有的功能是多方面的，它可以 调节区域气候、为某些物种提供生存必需的栖息地并具有一定的自净功能。 我国总水量为2 8 1 2 4 4 亿r 一，但人均占有仅2 3 0 0 m 3 ，只为世界人均的l 4 ，为美国 的1 6 ，为日本的1 8 ，为前苏联的1 8 3 ，被列为世界上最缺水的1 3 个国家之一。我国 平均年降水量为6 4 9 r a m ，低于全球的年降水量。居世界第六位。我国需水量2 0 0 0 年比 l9 8 0 年增加3 6 0 。2 0 0 0 年缺水总量达4 1 8 2 2 亿r l i 3 ，尤其北方地区蛱水量近3 0 0 亿 i n 3 ，缺水率达9 3 0 。 东北地区比南方雨水分配少，而且水资源利用程度又比较大，1 9 9 9 _ 屯0 0 2 年黑龙 江省平均水资源利用量为2 9 5 9 4 1 0 5 m 3 l l a 。近年来，由于工业和生活污水排放量增 加，以及农药化肥的大量使用，远远超越了区域环境容量。水环境污染问题日益突出卜 1 。据不完全统计伸j 。2 0 0 2 年松辽流域废污水排放总量为6 2 8 7 亿t ，其中松花江流域 3 2 7 5 亿t ，辽河流域3 0 1 2 亿t 。这些废污水的排入，致使松花江、辽河流域的江河水 质受到较严重污染。2 0 0 5 年1 1 月1 3 日，因中国石油吉林石化公司发生爆炸p l ，导致苯 类污染物流入松花江。造成水质污染，致使哈尔滨全市停水周，影响较为严重。地表 水主要污染物有氨氮、硝酸盐氮、石油类、挥发酚、氰化物、砷、汞和生亿需氧量。 牡丹江全长7 2 5 k m ，是牡丹江市工农业生产及生活用水的主要来源【i 州1 1 。近十几 年，随着经济的快速发展，牡丹江流域的水污染问题也层出不穷。造成水环境污染的主 要原因有：超标、过量排放工业污水、生活污水；附近农田化肥、农药污染；森林植被 砍伐后水大量流失造成约水体污浊 浮游植物在地球上的分布是极为广泛的，是淡水生态系统中重要组成部分，是水生 食物链中最为基础的环，是水环境有机物的生产者，所以其组成和多样性的变化将直 接影响到生态系统的结构与功能，对维持淡水生态系统平衡起到至关重要的作用i i 。”】。 在江河湖海、塘堰水库中，浮游植物不仅是浮游动物、甲壳动物和鱼类等的天然饵料， 而且某些浮游植物种类还可以作为反映水环境状况的重要指标1 1 6 - 2 “。 1 1 2 研究意义 自上世纪9 0 年代以来，由于牡丹江地区加大了开发力度，尤其是镜泊湖的游客量 逐年递增，忽视了对渔业资源及生态环境的保护，工业废水、生活污水、船舶油污等未 经处理就直接排入湖中，网箱养殖密度加大，导致局部水域生态环境恶化水质下降。 近十几年来，由于湖区周边乡镇及上游敦化市工农业迅速发展，农药、化肥使用量大、 工业污水排放量增加。使得牡丹江上游入湖水质逐步恶化。2 0 0 3 年以前，每年夏、秋季 节湖水里蓝藻大量繁殖，湖泊富营养化问题严重，近两年来，镜泊湖水质虽稍有好转。 但从监测结果来看总氮、总磷等指标略超标或尚未达到国家( g b 9 8 9 8 2 0 0 2 ) 地表水 环境质量标准中a 类水体标准田j 。因此，展开对牡丹江流域的浮游植物研究是非常有 必要的。从生态学观点出发，生物与环境的统一是生物与环境相互作用的结果，水环境 决定了生物种群或群落结构特征，反之，生物的个体、种群或群落的变化可以客观反映 出水体质量的变化规律，因此，通过对牡丹江干流浮游植物的种类组成、时空分稚、生 物量及生物多样性等方蕊的研究，可客观反映沿岸水环境的状况。本研究全面分析牡丹 江干流浮游植物多样性、群落结构、空间格局、生物量、丰度的季节变化、与环境因子 的相互关系及与水质数据相结合的对照讨论等，对牡月+ 江干流水域生态系统及生态环境 的监测、合理利用水资源具有十分重要的现实意义，同时可以从生物学的角度科学地反 映牡丹江干流水质状况并为其水环境保护和治理提供参考性的生物学依据。 1 2 水环境质量评价方法 目前比较普遍的水环境评价方法主要有两大类：是应用水理化指标进行水环境质 量的评价。这种评价方法在我国开展已有2 0 多年：二是生物监测。 目前通过水理化因子进行水环境评价的方法主要有污染指数法、模糊评价法、灰色 评价法、物元分析法、单因子评价法闺j ，这些评价方法各有特点。但这些方法从准确 性、可比性、实用性三方面来衡量还存在一定的欠缺。 生物监测是利用群落、种群或生物个体对环境污染状况进行监测和评价。其方法大 体上是测量活体生物对人为压力反应的灵敏度。其中包括细胞的生物化学、生理、生长 和健康状况的变化；个体及系统发育与繁殖的变化；种群数量、群落及生态系统的变化 等【川 如果将两种方法相结合进行水环境的综合评价，就可以进行评价结果的对照分析， 以保证监测结果的精确性。 1 3 水环境保护与治理研究 水环境是生态环境的重要组成部分，生态环境的破坏和恶化，是水资源流失、污染 的根本原因。由于人类为了追求经济发展而进行的不合理的经济活动，如森林的肆意砍 伐、污染物质的排放、工程建设等，生态环境开趋脆弱。其后采直接影响到水资源的流 失和水环境的严重污染。 目前，为了提高生态效益，环境保护尤其是水环境保护又逐渐提上r 程。2 0 0 0 年以 来有很多学者对此进行了研究。国内在水环境保护方面的研究主要停留在水资源的合 理利用j 规划、开发，退辫还林、还草、还湖，科研人员的培养等方面1 2 ”“。水环境治 理方面，主要是利用氧化塘生态工程技术进行湖区水环境的生态恢复，如太湖、巢湖、 武汉东湖等”。 t 43 s 技术在水环境监测中的作用 2 0 0 0 年以来，3 s 技术日渐成熟，在国内的大多数领域都有所应用。“3 s ”技术在水 环境监测和分析处理方面也有相关应用。3 s 技术的水环境监测主要是指综合利用r s 、 g p s 及常规监测技术，以g i s 为信息处理平台，对水域分布变化和水体沼泽化、水体富 营养化、泥沙污染等进行监测【2 8 】。国内有倪深海例、刘瑞民1 3 0 j 等从事了“3 s ”技术化水 q ：境监溺办两的深入研究 1 5 浮游植物概述 1 5 1 浮游植物概念 浮游植物。亦称为藻类，包括水体中营浮游生活的各种藻类。藻类植物整个藻体都 能吸收营养、制造有机物质，不像高等植物那样需要有相当多的能量消耗在支持器官 上藻类植物形态结构、繁殖方法也较简单。通常以细胞分裂为主，当环境条件适直、 1 绪论 营养物质丰富时，藻类个体数增长迅速。藻类在形态上是千差万别的，小的只有几微米 要用显微镜或电镜才能观察清楚，大的长度可达6 0 m 以上藻类分御十分广泛，各种 水域中均有。有些种类在小水体和浅水湖泊中即可大量繁殖。使水体呈现色彩，这一现 象称为“水华”( w a t e rb l o o m ) 。形成水华的主要藻类有铜绿微囊藻( m i c r o c y s t i s a e r u i n o s a ) 、水华鱼腥藻( a n a b a e n a 胁a q u a e ) 、居氏腔球藻( c o e l o s p h a e r i u m k u t z i n g i a n u m ) 、阿氏项圈藻( a n a b a e n o p s i sa r a l d ) 、水华柬丝藻( a p h a n i z o m e n o nf l o s a q u a e ) 、某些裸藻类的大量繁殖使冰体变色、变睬，藻体死亡后产生难阐豹气味。大量 细菌繁殖败坏水质。更有甚者有的水华藻类如铜绿微囊藻( m i c r o c y s t i sa e r u i n o s a ) 还产 生对人、畜有害的毒索一一微囊藻毒素( m i c r o c y s t i n ) ，种环式六肽毒素( c y c l i c h e p a t o p e p t i d et o x i n s ) 。我国内陆水体有大致数百( 千) k m 2 的大湖，如滇池等，小至几 百平方米的池塘，程度不同的受到污染，特别是长江中下游、珠江流域我国经济较发达 的地区- 水体污染、水华频繁发生，水质日趋恶化。有些种类在海水中大量繁殖，形成 “赤潮”( r e dt i d e ) 1 5 2 浮游植物的研究历史 藻类广泛分布于江河湖海、池塘沟渠、盐田碱潮、潮湿土壤、树皮树砰、墙壁乃至 冰雪表面，凡是有日光、有水的地方都有它们的踪迹。藻类与人类的生活和生存环境有 着极其密切的关系。我国的藻类资源十分丰富，是世界上最早利用藻类自然资源的国 家。尔雅、山海经和神农本草经这些成书于汉代前的中国最早的药物典籍中 “藻就是海藻f 3 “。 本草纲目描述了1 6 种藻类，特别是“海藻”做了更多地描述，一些海藻的名称 一直沿用至今，如紫菜、江蓠、昆布等。该书记载的“地耳”、“涉”、“船底苔”。绿毛龟 上的绿毛等分别是地耳( n o s t o cc o m m u n e ) 、刚毛藻( c l a d o p h a r as p ) 、水绵 ( s p i r o g y r as p ) 、黄丝藻( t r i b o n e m as p ) 及基枝藻( b a s i c l a d i as p ) 。 我国利用淡水藻类自然资源除了上述古籍中记载的以外在民间，特别是边远山区 或草原，民众利用当地藻类自然资源已经有悠久的历史，并积累了丰富经验，如在我国 南方，“地耳”有的地方称“石花菜”，四川有的地区称“水绿菜”，种名虽然不同，但植物 体形态基本相似。 开发利用藻类资源是藻类学者的一项重要研究工作。早在2 0 世纪6 0 年代，在我国 兴起群众性培养小球藻的热潮，后来又开发出培养固氮蓝藻作为水稻田氮肥的试验。大 规模培养经济微藻的研究是改革开放后蓬勃开展并取得重大成果的。 1 5 3 浮游植物的作用和功能 ( 1 ) 浮游植物是水体中的初级生产力。浮游植物的自养性营养过程是水体内部 初级食物唯一的生产过程。在外援性有机质很少的封闭性水体中，所有消费性生物，包 括草食性动物和肉食性动物都直接或间接的依靠这一过程而生活。浮游植物的光合作用 是水体自养生产过程的主要部分。浮游植物借助太阳能合成有机质，光合作用的全过程 并不是都需要阳光，丽是需光的光反映和不需光的躇反映两个不可分割过程的综合f 3 2 j 。 浮游植物的其他色素也能吸收光能，但吸收的能量必须传递给叶绿素爿。起作用，因 为只有叶绿素才能进行水的光分解作用。浮游植物作为初级生产力为浮游动物、鱼类和 大型草食动物提供生存所必需的食物，是淡水生生态系统中最基础的一环。 ( 2 ) 浮游植物的自净作用。浮游植物的自净作用摩勺原理是：浮游植物主要通过光 合作用向水体供给氧气，使细菌能够不断地进行有机物质的分解。而后，浮游植物再利 用细菌分解有机物产生的二氧化碳和其他产物p ”利用浮游植物进行污水处理的过程就 是利用浮游植物自净的原理来进行的 绪论 ( 3 ) 浮游植物的污染指示功能 3 3 - 3 7 1 。浮游植物中的指示利一非常多。也比较实用， 但情况较为复杂p 引。一方面，某些浮游植物种类的存在和缺失可以作为水质监测指标： 另一方面，可以利用浮游植物群溶结构和优势种群的变化进行水质污染程度评价。比 如，町疑肺藻( p h o r m i d i “ma m b i g u u m ) 指，j j 污水1 1 龠钒、梭彤株滦f e u g l e n a 疗c 淞) j 开 示污水小含铬、孤枝根枝藻( r h i z o c l o n i u mh i e r o g l y p h i c u m ) 指示水体为富氧清静水p 叫。 我国自2 0 世纪7 0 年代，一些学者开始从生物学的角度监测和评价若干江河的水 质，国家环保局与1 9 8 6 年规定在全国2 0 个城市推广水环境的生物监测，并建议监测中 生物群落，其中包括用浮游植物，但由于技术力量薄弱和其他方面原因，江河的生物监 测工作还没有很好地进行一+ j 。 1 5 4 浮游植物种类组成及分布特征 藻类主要包括蓝藻门、原绿藻门、灰色藻门、红藻门、金藻门、定鞭藻门、黄藻 门、硅藻门、褐藻门、隐藻门、甲藻门、裸藻门、绿藻门共1 3 门。 大多数河流中，浮游植物主要以硅藻最多。在种类组成方面，东北河流和黄河以硅 藻门的种类数( 属数) 较多，其他河流中的浮游植物一般以绿藻门属数最多。硅藻门属 数在绝大部分河流中仅次于绿藻。黑龙江i 棚、松花江 4 州”、黄河1 7 l 】均以硅藻门的种类数 最多。韩国n a k t o n g 河口、德国的e l b e 和比利时及荷兰的s c h c i d e 河口【7 2 - 7 3 1 ，同样以硅 藻占优势沱江【5 7 i 、长江啪7 4 1 、黄沛江【6 3 删、湘江【6 9 1 、西江f 7 5 1 均以绿藻门的种类数最 多。在2 0 0 3 年香溪河1 7 6 1 流域浮游植物的调查中也表明绿藻门的种类数为最多。浮游植 物群落结构的变化规律为：( 1 ) 从北往南河流浮游植物种类总数略有增加，最低值出现 在黄河：( 2 ) 河流从东北到华北浮游植物密度逐渐降低，黄河为最低值再向南浮游植 物密度逐渐升高。张曙光等嶂”认为黄河浮游植物密度低是凶为河水中悬浮颗粒物含量过 高。 从季节变化的角度来看，在淡水河流中往往硅藻在冬、春季占优势。甲藻在夏季占 优势，在n a k t o n g 河口1 7 2 1 、h u d s o n 河口 7 ”、以及美国l o n gi s l a n d 河口p 善l 都体现了这样 的变化趋势。而在海洋中，硅藻和甲藻是其浮游植物群落中的基本组成部分，两者的数 量变动对浮游植物群落结构和海洋生态环境的维持起着十分重要的作用1 7 9 - 8 0 i 。并且经过 对照的进行海洋冬季、春季和夏季浮游植物群落结构的调查。三个季节其占优势的种群 均为属于硅藻门。并且硅藻门种类所占总数比例多数达到8 s 以上悼”j 。 在河流、湖泊和水库中，丰水期和枯水期对浮游植物群落结构和优势种演替的影响 也是很明显的。一般来说，丰水期的优势种为蓝藻，而枯水期的优势种为硅藻1 8 8 - 8 9 1 这 主要是因为枯水期多出现在温度较低的季节，水混合度较好，形成了适合硅藻生长的环 境。而在丰水期常见的绿藻种类，由于温度的降低，不利于其生长，在桔水期就很少出 到蚋1 i 1 5 5 浮游植物的群落演替 浮游植物群落是个不断变化、运动着的有机体系。浮游植物群落演替是随着水体 的温度、赫度、水流、营养盐的补充循环等诸多因素而变化的一种自然现象。这些因素 除了受自然界的条件所控制外。还受到人为干扰的影响。群落演替不是一个只随季节而 变化的周而复始的简单循环过程，它同时还受一些特殊环境因素的诱导岬j 。 在自然状态下，群落的演替过程为种类由贫乏到多样化，结构由简单到复杂，生存 空间扩展，环境向适宜于多种生物生存的方向变迁，这是演替的根本趋势，称为顾行演 变：与此过程相反，称为逆行演替。当群落结构发生逆向演替的时候，其种类组成和结 构会逐渐趋于简单化，生境质量也会逆向发展。浮游植物群落与其生存环境是相互协调 的统一整体。一定的生境是一定类群存在的前提。同时，群落生活过程将导致环境的演 绪论 化，两者互为因果，协同发展。当外力作用破坏系统的协调关系，群落的组成与结构会 遭受破坏，导致逆行演替的发生。群落的组成与结构发生逆向运动。群落的环境亦不可 避免发生退化。目前，水生生态环境的恶化，属于生念系统的逆行演替现象。 影响浮游植物群落演替的因素l 1 有：( 1 ) 水体富营养化。水体富营养化时，则营养 物质增加，而加之营养物质的比例协调时，就会大大刺激浮游植物的大量繁殖，导致水 体恶化。( 2 ) 它感效应。当一些藻类在生长或是死亡后会产生些物质，一方面对某些 浮游植物生长产生了抑制作用，另一方面又刺激了一些浮游植物的迅速繁殖。 浮游植物群落演替和环境演变是相辅相成的。当环境的自然条件发生逆向演替时， 环境会对浮游植物物种产生物种选择。此时，浮游植物演替系列中的部分物种从耐污性 强种类上升成为优势种，从而抑制或限制了部分浮游植物种类的生长，因而导致浮游植 物种类逐渐减少。物种的替代机制取决于物种的忍耐和竞争能力。具体地表现在其生理 生态特征、补偿和防卫机制、个体生活史和生殖对策以及与其他物种种群的相互关系等 方面。 1 6 浮游植物的环境影响因子 浮游植物在生长过程中会受到其所生长的物理环境、化学环境和生物环境的影响。 物理环境主要包括水温、水体运动、水深、光照等影响因素，化学环境主要是指氮、磷 等营养元素，生物环境是指浮游动物、食植动物等各种生物多构成的食物网l3 1 n l 。这 三方面的作用有时是相互影响、相互融合的以下将对其中的一些主要影响因子进行具 体分析 1 6 1 光 光是浮游植物进行光合作用的能源，而光又有着明显的时( r 、季节) 空( 深度、 纬度) 变化，因此光经常是浮游植物生长的限制因子。每种浮游植物所需的光照强度和 光照时间都是不尽相同的。在一定的光强范围内，光合作用活性增长与光强呈线性关 系。但当光强达到饱和后，光合作用率保持平稳而不再随光强的增加而增加。如果光强 再提高，则反而产生抑制作用，光合作用的速率可能会下降。2 0 0 0 年，e l e n a l i t e h m a n t 9 4 j 研究了光照强度对浮游植物生长率的影响。结果表明：( 1 ) 不同门的浮游植 物对光照的适应性不同：( 2 ) 波动光照和持续光照对浮游植物的影响也各不一样；( 3 ) 浮游植物生长速度并非与光照时间和强度成正比例，当光照达到饱和时，光照会抑制浮 游植物的光合作用，降低其生长速率。欧洲的e l b e 、w e s t e r - s c h e l d e 和g i r o n d e 等河e l 及 其他的很多研究1 9 5 - 9 9 1 都表明光是限制河1 3 浮游植物生长的重要因素。 1 。6 。2 温度 浮游植物对温度也有一定的耐受限度。某些蓝藻有较大的耐受限度，在9 3 的温泉 中还能正常生活。某些单细胞绿藻可以生长在冰雪之中。但对于大多数浮游植物来说， 他们的最适生长温度大约是1 8 2 5 c 。不同的浮游植物有不同的最适温度f 3 ，j 删。有的 学者还提出l l “j ，当水温超过浮游植物生长的最适温度以后，就会引起浮游植物的迅速 死亡 一般来说，蓝藻、绿藻的温度适应范围较高，故多出现于夏、秋季，金藻、硅藻等 则喜低温，故多出现于早春、晚秋和冬季。温度不仅影响浮游植物的季节变化和地区分 布，它的最重要的间接影响是对水团运动的影响。因水表层和底层温度的差别，形成水 的运动，这对浮游植物的生长和分布起到很大的作用。 2 0 0 6 年，p e t e ra s t a e h r 等人 1 0 2 研究了一年四季温度对浮游植物群落光合作用、呼 吸和生长的影响，结果表明：( i ) 温度升高会影响有机物质的分解速度，但只在冬季和 1 结论 早春比较明显：( 2 ) 温度升高会促进光合作用的速度提高，当营养成分增加时会更加明 显。g a y o s o 在对阿根廷b a h i ab l a n c a 河口1 5 年的研究1 1 0 3 1 以及杨东方、高振会等人l l 叫 对胶州湾的研究都表嘎了浮游植物初级生产力与温度之阀有着密切的联系。 1 6 3 营养 浮游植物的生长会受到营养盐的调节，在一定浓度范围内，营养赫对浮游植物的生 长有促进作用、但如果营养盐浓度过低，会限制浮游植物的生长，反之。过高则会产生 富营养化“o s l 。 浮游植物生长除了需要碳、氮、磷等必需元素以外。还需要约1 3 1 5 种其它元素。 这些元素中大多数通常能满足浮游植物的需要，般不会成为限制因子，但是氮、磷这 两种元素却常常由于含量过低而成为浮游植物生长的限制因子，特别是在夏季浮游植物 生长旺盛时期。淡水中较常缺磷，而海水中较常缺氮。在其它元素中，硅凛对硅元素有 特殊需要f 1 0 6 。唧，其利用形态为正硅酸盐( 研( 伽) ) ，用于硅质细胞壁的形成和d n a 的合成。 当浮游植物细胞接近于饱和营养生长时，其碳、氮、磷的原子比约为1 0 6 ：1 6 ：1 。 在美国p u g e ts o u n d 北部的一个泥沼，在所有实验期间，可溶解无机氮与无机磷的比例 均小于1 6 ：l ，因此推测氮元素是这些河口湿地浮游植物生长的限制因子0 1 。1 9 9 9 年，d l f i n d l a y 等学者i l ”j 研究了关于营养和酸化对浮游植物的影响，他们通过对一定 试验区内湖水酸碱度的反复改变，得出结论：( 1 ) 当水体的p h 值为6 5 6 1 时，浮游植 物的群落结构变化不明显；( 2 ) 当口h 值下降到5 ，i 时，浮游植物的优势种则会发生变 化，但生物量和初级生产力没有明显变化：( 3 ) 当p h 值为5 1 ，同时加入p 、n 、c 时，浮游植物的生物量和群落结构都发生了变化。 1 6 4 其它生物的吞食 其他生物的吞食是影响浮游植物生长的较为重要的生物环境因子之一。在水中。很 多动物是以浮游植物为食的其中比较重要的一类为浮游动物，包拈枝角类、桡足类、 摇蚊类幼虫、端足类、寡毛类和螺类等【l “1 1 ”。除此之外，鱼类、鳖虾等也常以浮游植 物为刨“4 1 。 其他生物的吞食会影响到浮游植物的种类数量的变化和种类的演替。但他们之俐的 关系不是简单的静态的关系，而是具有反馈机制的，在自然界，往往表现为数量上的相 互消长。食植动物通过复杂的食物网，一方面向浮游植物传递了其生长所需要的营养元 素5 刖们，另一方面也使许多污染物通过食物链而发生生物积累和生物浓缩7 1 。 在水体富营养化治理中，为了抑制浮游植物的数量和改变浮游植物的组成，已经提 出和试验了剩用浮游动物和鱼类对浮游植物的吞食作用作为生物治理的一种方法舡 l j 9 1 1 7 研究趋势 近十年来。通过研究水体中的浮游植物种群数量和结构变化等方面的特征进行水质 分析与评价，已成为一种科研时尚。在国外这项科研技术已经非常成熟，不仅科研设备 先进，而且科研成果比较显著。近几年，我国在河流浮游植物多样性和群落结构方面的 研究比以前更为深入了【7 48 8 雄心”，但所覆盖的地理范围还不够广，并且很少涉及到浮 游植物与环境因子之问相关关系的内容1 1 2 2 1 ，而海洋浮游植物方面的研究相对来说就比 较全面并日渐成熟。 因此，一方面，在进行河流浮游植物多样性、群落结构等方面深入研究的同时，可 以借鉴海洋浮游植物研究方面的前沿思想进行河流浮游植物与环境因子相关关系的研 绪论 究；另方面，应该进一步研究浮游植物在河流中的助能，河流中浮游植物与人为干扰 之自j 的关系，以便使用生物方法进行河流的污染治理。 1 8 本文研究内容 本论文研究内容分为三部分： 第一部分是有关浮游植物数量特征的内容，着重探讨牡丹江千流浮游植物的群落数 爨特征，包括种类、丰度、生物量等时空分布规律。列表比较了优势种和常见种在不同 季节的演替，分析了牡丹江干流各季节、各采样点的优势种所对应的水环境质量，并基 本确定了牡月江干流水环境的污染程度。 第二部分是研究浮游植物多样性及群落结构，对牡丹江干流浮游植物群落进行划 分，重点讨论了四种浮游植物多样性指数的优缺点及与丰度、生物量之间的相关性、生 境的异质性与群落结构的关系。 第三部分涉及浮游植物与7 种环境因子的相关性研究，对浮游植物丰度和生物量与 7 种浮游植物环境因子进行相关性分析。讨论了水温和氨氮对各季节、各采样点浮游植 物生长的影响作用。 2 铆盼c 方法 2 研究方法 2 1 研究地概况 牡丹江发源于吉林省长白山的牡丹岭，河流呈南北走向，是松花江水系第二大支 流，全长7 2 5 k m ，总落差1 0 0 7 m ，流域面积3 7 6 5 4 k m 2 ，占松花江流域面积的6 8 9 。牡 月江流域，地跨吉林和黑龙江两省，其地理坐标为；e 1 2 7 0 3 2 - e 1 3 0 01 5 ，n 4 3 。0 0 n 4 酽 1 9 一1 牡丹江的最大支流海浪河，全长2 1 8 8k m ，流域面积5 2 5 1 k m 2 。多年平均径流量 2 6 3 8 x1 0 s i n 3 ，约占牡月江水系径流量的2 0 3 0 。最大流量2 5 0 0 m 3 i s ，最小流量 0 m 3 s 。水资源总量l ，9 4 x1 0 8 i n 3 ，其中：地表水i 7 x1 0 a m 3 、地下水0 2 97 0 0 2 时，定为优势种i b o l 。 2 4 2 多变量聚类分析、多维尺度分析( m d s ) 对牡丹江干流浮游植物群落的划分应用聚类分析( c l u s t e ra n a l y s i s ) 和多维尺度分 析( m d s ) ，环境因子和生物群落之间的相关性分析采用线性p e a r s o n 法进行相关性分 析以及t 检验。以上分析均在s p s s1 3 0 软件包上运行。 聚类分析、多维尺度分析( m d s ) 均以b r a y c a r t i s b ”相似性系数s b 为基础进行 计算，在计算相似性系数s b 时，为了平衡优势种和稀有种对整个群落影响的权重，首 先将原始数据进行4 次开方m l ，然后再计算b r a y ，c a r t i s 相似性系数s b ： s 口= k 一i 窆也+ ) 嘞是第f 物种在第- ，样方的数量经变换后的数值，h 是第f 物种在第七个样方中数 量经变换后的数值。 检验m d s 分析结果的好坏用胁强系( s t r e s s ) 数来检验，通常认为s t r e s s 0 2 时， 可用m d s 的二维散点图来表示，其图形有一定的意义：s t r e s s 0 0 2 为界来确定优势种【”o l ，牡月江干流浮游植物各季节的优势种及其优势度见表3 - 6 、 表3 7 、表3 8 和表3 - 9 。 表3 6 牡丹江干流浮游植物春季优势种 t a b l e3 - 6d o m i n a n tp h y t o p l a n k t o n si nm u d a nr i v e ri ns p r i n g 卵形隐藻 拟丝黄丝藻 梅尼小环藻 美丽星杆藻 脆杆藻 尖针杆藻 放射舟形藻 斯诺农藻 狭形纤维藻 c r y p t o m o n a so v o l a t r i b o n e m au l o t h r i c h o i d e s c y c l o t e l l am e n e g h i n i a n a c y c l o t e l l am e n e g h i n i a n a f r a g i l a r i ss p ， s y n e d r aa c u $ n a v i c u l ar a d i o s a c h l a m y d o m o n a ss n o w i a e a n k i s t r o d e s m u sa n g u s t u s 3 3 78 7 1 7 8 0 2 1 4 9 n 7 4 2 2 n 4 1 4 53 2 1 6 7 1 2 i 4 6 i 5 3 1 7 1 9 6 1 5 5 o l j n 7 8 ， d 8 9 o i 8 9 ， 0 8 9 n 8 9 j 0 0 5 4 0 0 2 2 0 2 3 9 0 0 3 l 0 0 2 l 0 0 2 7 0 0 2 l o 0 2 4 0 0 2 5 垒星丝鎏些生坐竺塑! 丝 ! ! 墅：塑 堡翌! ：! ! ! 表3 7 牡丹江干流浮游植物夏季优势种 t a b l e3 - 7d o m i n a n tp h y t o p l a n k t o n si nm u d a ni ns u m m e r = = = 耳面一i t i 玩i 页军一 优势度 优势种1 意赢2 2 亨。2 了i 一 小型色球藻 c h r o o c o c e u sm i n o r 8 5 9 80 0 5 1 细小平裂藻m e r i s m o p e d i am i n i m a 1 0 8 9 9 。0 8 9 0 , 0 5 6 尖尾监隐藻 c h r o o m o n a s “纽 6 7 8 2 j0 0 3 9 卵形隐藻c y c l o t e l l am e n e g h i n i a n a 1 4 1 6 9jo 0 8 3 梅尼小环藻c y c l o t e l l a m e n e g h i n i a n a 1 9 2 5 5 j0 1 1 3 脆杆藻一种f r a g i l a r i ss p 1 0 1 7 2j o 0 6 短小舟形藻 n a v i c u l ae x i g u a 4 1 1 7 0 8 90 0 2 2 斯诺农藻 c h t a m y d o m o n a s s n o w i a e8 8 4 j0 0 5 2 四尾栅藻 s c e n e d e s m u sq u a d r i c a u d a 7 1 4 50 8 9 o 0 3 7 垒丝丝塑! 丝! ! 坐型塑 丝三丝 ! j 业一 表3 - 8 牡丹江千流浮游植物秋季优势种 t a b l e3 - 8d o m i n a n tp h y t o p l a n k t o mi nm u d a nr i v e ri na u t u m n 优势种1 矿五而f 了一 小型色球藻 c h r o o e o c e u sm i n o r 3 1 24 40061 细小平裂藻 c h r o o c o c e u sm i n o r 4 7 3j 0 8 90 0