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城市河网生态系统是城市物质循环的重要载体,其水体质量直接影响城市的生态文明建设,而浮游植物作为优良高教的环境指示物种,其群落结构特征与物种多样性可以用来对城市河网进行水质评估与监测。哈尔滨城市河网位于黑龙江省哈尔滨市内,河网结构由松花江哈尔滨段作为干流,何家沟、马家沟、阿什河作为支流,河网呈三叉戟状,季节分明,丰水期降雨量充沛,枯水期时间较长。哈尔滨城市河网的水体质量关于到哈尔滨城市生物多样性保护、生产生活污水处理排放以及河流景观设施等重要方面,因此对哈尔滨城市河网的浮游植物群落结构与多样性研究具有重要的生态学意义。
本研究于2019年6-11月对哈尔滨城市河网的四条主要河流(松花江、何家沟、马家沟、阿什河)共设置22个采样点并进行了浮游植物标本的采集与处理,测定了包括水温(WT)、溶解氧(DO)、酸碱度(pH)、电导率(SpCond.)、浊度(Tur.)、总氯(TN)、总磷(TP)、化学需氧量(CODMn)和五日生化需氧量(BOD5)等9项理化指标。通过研究浮游植物群落的种类组成、优势种分布以及细胞密度,分析浮游植物群落结构在哈尔滨城市河网的时空变化。利用α多样性指数以及β多样性指数,综合分析浮游植物群落在时空上的异同,讨论哈尔滨城市河网的空间异质性。通过主成分分析(PCA)与典范对应分析(CCA),探讨哈尔滨城市河网浮游植物群落与环境因子之间的相关性,为我国城市河网水生态保护和多样性持续发展提供基础资料。主要研究结果如下:
1.对哈尔滨城市河网水环境理化指标的调查结果显示,各项理化指标在时空上具有明显差异。水温的平均值为17.63℃;酸碱度的平均值为7.65,表明水体呈弱碱性;电导率的平均值为373.76μS/cm;溶解氧的平均值为6.24mg/L;浊度的平均值为66.49NTU;总氮含量的平均值为1.28mg/L;总磷含量的平均值为0.56mg/L;高锰酸盐指数的平均值为7.67mg/L;五日生化需氧量的平均值为1.52mg/L。综合营养状态指数(TSIM)评价结果显示哈尔滨城市河网处于中营养-中度富营养状态之间,且松花江的水质优于三条支流水体。
2.对城市河网22个样点浮游植物进行调查,结果显示2019年6-11月哈尔滨城市河网共鉴定浮游植物218十分类单位,隶属于8门12纲27目45科97属。绿藻门种类最多为94种,占比42%;硅藻门次之为72种,占比32%;篮藻门28种,占比12%;其它门类浮游植物种类较少,共计26种,占比11%。哈尔滨城市河网浮游植物平均丰度为200.32×106ind./L,在空间分布上,松花江的平均丰度高于三条支流。研究共鉴定浮游植物优势种53种,以硅藻门和绿藻门植物为主,优势种主要包括梅尼小环藻(Cyclotella meneghiniana)、颗粒直链藻极狭变种(Melosira granulata var.angustissima)、谷皮菱形藻(Nitzschia palea)、狭形纤维藻(Ankistrodesmus angustus)、湖泊假鱼腥藻(Pseudanabaena limnetica)和卵形隐藻(Cryptomonas ovata)。单因素交叉相似性分析(ANOSIM)结果显示,优势物种的分布有着明显的时空差异,SIMPER分析显示引起松花江与三条支流之间差异的主要贡献物种为湖泊假鱼腥藻(Pseudanabaena limnetica)、梅尼小环藻(Cyclotella meneghiniana)、颗粒直链藻极狭变种(Melosira granulata var.angustissima)、谷皮菱形藻(Nitzschia palea)和细小隐球藻(Aphanocopsa elachista)。
3.运用α多样性卧及β多样性指数对哈尔滨城市河网进行浮游植物多样性评价。研究期间Margalef多样性指数(H)变化范围为:0.27-4.38;Shannon-Weaver多样性指数(H)变化范围为:0.32-4.16;Pielou均匀度指数(J)变化范围为:0.11-0.99;Sunpsons生态优势度指数(D)变化范围为:0.07-0.90;多样性阈值Dv变化范围为:1.00-9.11。Margalef多样性指数评价哈尔滨城市河网结果为α-中污染状态;Shannon-Weaver多样性指数评价结果为清洁至重污染状态;Pielou均匀度指数评价结果为轻污染或中污染状态:Sunpson’s生态优势度指数评价结果为6-8月种类分散均匀,群落稳定性高,9-11月种类较为单一,群落稳定性下降;多样性阈值评价结果为水体整体状况为Ⅰ级,浮游植物种类非常丰富。β多样性指数结果表明四条河段之间的群落结构均有差异,松花江与三条支流之间差异性较大,并且差异的成因与物种在空间上的周转替换有关。
4.基于主成分分析(PCA)及典范对应分析(CCA)结果,影响哈尔滨城市河网浮游植物群落演替和时空分布的主要环境因子为:水温(F=1.764,P=0.006)、酸碱度(F=2.300,P=0.004)、总磷(F=2.104,P=0.002)、溶解氧(F=1.818,P=0.002)。
本研究于2019年6-11月对哈尔滨城市河网的四条主要河流(松花江、何家沟、马家沟、阿什河)共设置22个采样点并进行了浮游植物标本的采集与处理,测定了包括水温(WT)、溶解氧(DO)、酸碱度(pH)、电导率(SpCond.)、浊度(Tur.)、总氯(TN)、总磷(TP)、化学需氧量(CODMn)和五日生化需氧量(BOD5)等9项理化指标。通过研究浮游植物群落的种类组成、优势种分布以及细胞密度,分析浮游植物群落结构在哈尔滨城市河网的时空变化。利用α多样性指数以及β多样性指数,综合分析浮游植物群落在时空上的异同,讨论哈尔滨城市河网的空间异质性。通过主成分分析(PCA)与典范对应分析(CCA),探讨哈尔滨城市河网浮游植物群落与环境因子之间的相关性,为我国城市河网水生态保护和多样性持续发展提供基础资料。主要研究结果如下:
1.对哈尔滨城市河网水环境理化指标的调查结果显示,各项理化指标在时空上具有明显差异。水温的平均值为17.63℃;酸碱度的平均值为7.65,表明水体呈弱碱性;电导率的平均值为373.76μS/cm;溶解氧的平均值为6.24mg/L;浊度的平均值为66.49NTU;总氮含量的平均值为1.28mg/L;总磷含量的平均值为0.56mg/L;高锰酸盐指数的平均值为7.67mg/L;五日生化需氧量的平均值为1.52mg/L。综合营养状态指数(TSIM)评价结果显示哈尔滨城市河网处于中营养-中度富营养状态之间,且松花江的水质优于三条支流水体。
2.对城市河网22个样点浮游植物进行调查,结果显示2019年6-11月哈尔滨城市河网共鉴定浮游植物218十分类单位,隶属于8门12纲27目45科97属。绿藻门种类最多为94种,占比42%;硅藻门次之为72种,占比32%;篮藻门28种,占比12%;其它门类浮游植物种类较少,共计26种,占比11%。哈尔滨城市河网浮游植物平均丰度为200.32×106ind./L,在空间分布上,松花江的平均丰度高于三条支流。研究共鉴定浮游植物优势种53种,以硅藻门和绿藻门植物为主,优势种主要包括梅尼小环藻(Cyclotella meneghiniana)、颗粒直链藻极狭变种(Melosira granulata var.angustissima)、谷皮菱形藻(Nitzschia palea)、狭形纤维藻(Ankistrodesmus angustus)、湖泊假鱼腥藻(Pseudanabaena limnetica)和卵形隐藻(Cryptomonas ovata)。单因素交叉相似性分析(ANOSIM)结果显示,优势物种的分布有着明显的时空差异,SIMPER分析显示引起松花江与三条支流之间差异的主要贡献物种为湖泊假鱼腥藻(Pseudanabaena limnetica)、梅尼小环藻(Cyclotella meneghiniana)、颗粒直链藻极狭变种(Melosira granulata var.angustissima)、谷皮菱形藻(Nitzschia palea)和细小隐球藻(Aphanocopsa elachista)。
3.运用α多样性卧及β多样性指数对哈尔滨城市河网进行浮游植物多样性评价。研究期间Margalef多样性指数(H)变化范围为:0.27-4.38;Shannon-Weaver多样性指数(H)变化范围为:0.32-4.16;Pielou均匀度指数(J)变化范围为:0.11-0.99;Sunpsons生态优势度指数(D)变化范围为:0.07-0.90;多样性阈值Dv变化范围为:1.00-9.11。Margalef多样性指数评价哈尔滨城市河网结果为α-中污染状态;Shannon-Weaver多样性指数评价结果为清洁至重污染状态;Pielou均匀度指数评价结果为轻污染或中污染状态:Sunpson’s生态优势度指数评价结果为6-8月种类分散均匀,群落稳定性高,9-11月种类较为单一,群落稳定性下降;多样性阈值评价结果为水体整体状况为Ⅰ级,浮游植物种类非常丰富。β多样性指数结果表明四条河段之间的群落结构均有差异,松花江与三条支流之间差异性较大,并且差异的成因与物种在空间上的周转替换有关。
4.基于主成分分析(PCA)及典范对应分析(CCA)结果,影响哈尔滨城市河网浮游植物群落演替和时空分布的主要环境因子为:水温(F=1.764,P=0.006)、酸碱度(F=2.300,P=0.004)、总磷(F=2.104,P=0.002)、溶解氧(F=1.818,P=0.002)。