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2025 , Vol. 23 >Issue 2: 352 - 363

DOI: https://doi.org/10.13248/j.cnki.wetlandsci.20240047

湿地生物与环境

京杭大运河天津段着生藻类群落结构与水环境的关系

  • 卞少伟 , 1 ,
  • 王雪莹 2 ,
  • 李泽利 1 ,
  • 古小超 1 ,
  • 李曌 , 3, * ,
  • 曹宏梅 , 4, *
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李曌，高级工程师；E-mail:
曹宏梅，副研究员。E-mail:

卞少伟（1986—），男，黑龙江省依兰人，高级工程师，从事水生态调查、水生生物鉴定及分类、水环境监测研究。E-mail:

收稿日期: 2024-02-20

  修回日期: 2024-02-29

  网络出版日期: 2026-03-12

版权

版权所有©《湿地科学》编辑部2025
卞少伟, 王雪莹, 李泽利, 等. 京杭大运河天津段着生藻类群落结构与水环境的关系[J]. 湿地科学, 2025, 23(2): 352-363 [Bian S W, Wang X Y, Li Z L, et al. Multivariate analysis of the relationship between periphyton community structure and water environment factors in Tianjin section of the Beijing-Hangzhou Grand Canal[J]. Wetland Science, 2025, 23(2): 352-363
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Multivariate analysis of the relationship between periphyton community structure and water environment factors in Tianjin section of the Beijing-Hangzhou Grand Canal

  • Bian Shaowei , 1 ,
  • Wang Xueying 2 ,
  • Li Zeli 1 ,
  • Gu Xiaochao 1 ,
  • Li Zhao , 3, * ,
  • Cao Hongmei , 4, *
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Received date: 2024-02-20

  Revised date: 2024-02-29

  Online published: 2026-03-12

Copyright

Copyright ©2025 Wetland Science. All rights reserved.
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摘要

着生藻类是重要的水生生物类群，其种类组成、优势种、密度数量以及生物多样性指数等群落特征被广泛用于监测和评价水生生态系统稳定和健康状况。根据2023年春季(5月)、夏季(7月)、秋季(9月)京杭大运河天津段16个采样点的着生藻类调查数据以及水环境指标监测数据，运用典型对应分析(CCA)，探讨京杭大运河天津段着生藻类群落特征与水环境因子的关系。研究结果表明，共鉴定出着生藻类7门70种属，其中以绿藻门和蓝藻门种类为主(50种属)，硅藻门种类次之(15种属)；硅藻门的梅尼小环藻(Cyclotella meneghiniana)和钝脆杆藻(Fragilaria capucina)为3个季节的优势种；着生藻类密度以春季(5月)最高，为2.87×104 cells/cm2，秋季(9月)最低，为1.41×104 cells/cm2；京杭大运河天津段水质状况评价结果，春季、夏季、秋季和平均值都为轻度污染，Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数的评价结果显示，春季、夏季、秋季和平均值都为良好；CCA分析结果显示，影响京杭大运河天津段着生藻类优势种密度变化的主要水环境因子为水温、总氮含量、电导率和溶解氧含量。

本文引用格式

卞少伟 , 王雪莹 , 李泽利 , 古小超 , 李曌 , 曹宏梅 . 京杭大运河天津段着生藻类群落结构与水环境的关系[J]. 湿地科学, 2025 , 23(2) : 352 -363 . DOI: 10.13248/j.cnki.wetlandsci.20240047

Abstract

Periphytic algae, as crucial aquatic organisms, have their community characteristics such as species composition, dominant species, density, and biodiversity indices widely utilized for monitoring and assessing the stability and health of aquatic ecosystems. Based on investigation data of periphytic algae and water environmental parameters from 16 sampling sites along the Tianjin section of the Beijing-Hangzhou Grand Canal during spring (May), summer (July), and autumn (September) 2023, this study employed Canonical Correspondence Analysis (CCA) to explore the relationships between periphytic algal community characteristics and environmental factors, as well as their spatial distribution patterns. The results revealed that 70 species belonging to 7 phyla were identified, with Chlorophyta and Cyanophyta predominating (50 species), followed by Bacillariophyta (15 species). Cyclotella meneghiniana and Fragilaria capucina from Bacillariophyta were identified as dominant species across all three seasons. The algal density peaked in spring (2.87×104 cells/cm2) and reached its lowest value in autumn (1.41×104 cells/cm2). Water quality assessments indicated light pollution levels during all seasons and on average, while the Shannon-Wiener diversity index and Pielou evenness index suggested good ecological conditions throughout the study period. CCA analysis demonstrated that water temperature, total nitrogen (TN), electrical conductivity (COND), and dissolved oxygen (DO) were the primary environmental factors influencing spatial-temporal variations of dominant periphytic algal species.

着生藻类是河流中水生生物的重要组成类群，作为河流生态系统中的初级生产者，具有分布广泛、适应性强、种类较多和采集便捷等特点[1-2]。同时，着生藻类是水生态系统中的物质循环、能量流动和信息传递等功能的重要组成部分[3]。着生藻类种类的组成和数量分布对水环境和水文的变化都较为敏感，会产生较快的生物响应，因此，在河流生物多样性监测与健康评价中被广泛应用[4-6]。
京杭大运河天津段主要包括北运河(武清区木厂闸至三岔河口)和南运河(三岔河口至静海区九宣闸)，全长182.6 km，流经武清区、北辰区、河北区、红桥区、南开区、西青区、静海区共7个区。近年来，京杭大运河天津段上游入境水量较少，生态流量严重不足；受上游负荷和境内农业面源、城镇生活污染源等因素影响[7]，其水体总体上符合地表水Ⅱ~Ⅴ类水域标准[8]，水质变化幅度较大，呈现中心城区段水质较好、两端郊区水质较差的状况。
翔实的数据资料是开展河流生态修复和保护的前提。近年来，对京杭大运河天津段水质调查、生态脆弱性评价、综合健康评价的研究已有相关报道[9-10]，但是对京杭大运河天津段着生藻类群落结构的研究较少。不同河流的着生藻类群落结构分布的驱动因子差异显著。宋志斌等[11]在西藏自治区黑曲和雪曲流域调查发现，水体电导率、溶解氧和浊度是着生藻类海拔分布格局的关键驱动因子；肖妮娜等[12]调查丰水期赣江流域发现，该流域上游着生藻类群落的主要驱动因子是总氮含量，中游是海拔，下游是叶绿素 a含量、电导率；马宝珊等[13]发现，安宁河中游着生藻类群落结构主要与底质类型和流速密切相关。因此，本研究通过对京杭大运河天津段不同季节的着生藻类群落结构和水质结果进行全面分析，并基于典范对应分析(canonical correspondence analysis，CCA)解释了着生藻类对环境变量之间的关系，以期为京杭大运河天津段后期的水生态健康评价、保护和修复提供技术数据和研究基础。

1 材料与方法

1.1 样品采集与分析

根据《水生态监测技术要求 淡水着生藻类(试行)》 1的点位设置要求，在京杭大运河天津段共设置了16个采样点(图1)。2023年春季(5月18–30日)、夏季(7月5–26日)、秋季(9月4–14日)，按照技术要求，开展着生藻类现场调查，其中采样点1~采样点4和采样点13~采样点16位于自然河道，采样点5~采样点12位于景观河道。在采样河段挑选长度64~256 mm的石头或砖头等基质，在每块基质选择一定面积(25~100 cm2)的平面，用装有蒸馏水或无藻水的洗瓶轻微冲洗基质表面，以清除基质表面的松散泥沙。使用干净的硬质毛刷或者硬毛牙刷，用力刮刷基质表面 30 s以上，至基质表面无肉眼可见的生物着生痕迹，刮刷过程中用洗瓶冲洗基质表面。将刷取获得的着生藻类生物膜收集于搪瓷盘中，最终将盘中褐色混浊液完全收集到100 mL样品瓶中，并用少量蒸馏水或无藻水冲洗搪瓷盘并收集于样品瓶中，以鲁哥氏液固定。在实验室中，利用奥林巴斯BX53显微镜，参照相关文献和图谱[14-15]，对着生藻类种类进行鉴定。样品全藻类计数参照浮游植物样品处理方法[16]，对于难以辨认的优势硅藻做酸化处理。
1 Location of the sampling sites in Tianjin section of the Beijing-Hangzhou Grand Canal

京杭大运河天津段采样点分布示意

1.2 水环境因子测定

利用多功能水质分析仪(WTW350i，德国)，测定水温、pH、溶解氧、电导率；利用塞氏盘，现场测量透明度和水深。高锰酸盐指数、化学需氧量、氨氮、亚硝态氮、硝态氮、总氮、总磷和叶绿素a含量等指标的测定按照地表水相关分析的实验方法[17-24](表1)。
1 Water quality indicators and determination methods

主要水质指标及其分析方法

水质指标分析方法
高锰酸盐指数水质 高锰酸盐指数的测定(GB/ T 11892-1989)[17]
化学需氧量水质 化学需氧量的测定 重铬酸盐法(HJ 828-2017)[18]
氨氮水质 氨氮的测定 纳氏试剂分光光度法(HJ 535-2009)[19]
亚硝态氮水质 亚硝酸盐氮的测定 分光光度法(GB/ T 7493-1987)[20]
硝态氮水质 硝酸盐氮的测定 紫外分光光度法(试行)(HJ/ T 346-2007)[21]
总氮水质 总氮的测定 碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法(HJ 636-2012)[22]
总磷水质 总磷的测定 钼酸铵分光光度法(GB/ T 11893-1989)[23]
叶绿素a水质 叶绿素 a 的测定 分光光度法(HJ 897-2017)[24]

1.3 数据统计

统计每个物种的个体数量，计算单位面积的着生藻类密度，通过计算优势度指数(y)，确定不同时间着生藻类的优势种，当y≥0.02时，该物种为优势种。生物多样性指数选择Shannon-Wiener指数(H′)和Pielou 均匀度指数(J′)，相关计算公式详见文献[25-27]。
利用Excel 2007和origin 8.5软件，进行数据统计和制图。

1.4 评价方法

水质状况评价参照《地表水环境质量评价办法(试行)》 2中断面水质类别比例法。当Ⅰ~Ⅲ类水质比例≥90%，水质状况为优；当75%≤Ⅰ~Ⅲ类水质比例<90%，水质状况为良好；当Ⅰ~Ⅲ类水质比例<75%，且劣Ⅴ类比例<20%，水质状况为轻度污染；当Ⅰ~Ⅲ类水质比例<75%，且20%≤劣Ⅴ类比例<40%，水质状况为中度污染；当Ⅰ~Ⅲ类水质比例<60%，且劣Ⅴ类比例≥40%，水质状况为重度污染。
多样性指数评价参照《水生态监测技术指南　湖泊和水库水生生物监测与评价(试行)》(HJ 1296-2023)[28]。当H'>3.0，为优秀，当2.0<H'≤3.0为良好，当1.0<H'≤2.0为中等，当0<H'≤1.0为较差，当H'=0为很差；当0.8<J≤1为优秀，当0.5<J≤0.8为良好，当0.3<J≤0.5为中等，当0<J≤0.3为较差，当J =0为很差。

2 结果与分析

2.1 水质状况

2023年，京杭大运河天津段各采样点水温年平均值为25.9 ℃，对蓝藻和绿藻的生长和繁殖较适宜(表2)。水体pH的年平均值为8.1，水体整体呈弱碱性。水温、pH和电导率在自然河段(采样点1~采样点4)均较低。水体溶解氧含量的年平均最小值，硝态氮和亚硝态氮年平均最大值都出现在市区中心采样点8，总氮、高锰酸盐指数和化学需氧量年平均最大值都出现在位于西青区的采样点12，其主要是受城市雨污排水的点源影响，导致水中总氮、硝态氮和亚硝态氮等营养物质过多，同时生物利用氮元素等营养物质生长和繁殖发生的氧化作用将大量消耗水中的溶解氧。水体透明度年平均值为54 cm，变化幅度不大。水体总磷和氨氮含量年平均最大值都出现在武清区的采样点3，主要是受周边农业种植面源的影响。水深年平均值为2.2 m，变化范围为0.6~4.8 m。水体叶绿素a质量浓度的年平均值为54 μg/L，变化范围为9~165 μg/L。
2 The annual average values of physicochemical indicators of water in the Beijing-Hangzhou Grand Canal

京杭大运河水体理化指标年平均值

采样点
序号		 水温/℃ pH 溶解氧
质量浓度/(mg/L)		 电导率/(μS/cm) 水深/m 透明度/cm 总磷
质量浓度/(mg/L)
1 24.5±6.6 7.5±0.3 5.90±0.36 273±2 0.6±0.1 51±1 0.13±0.06
2 24.5±6.5 7.5±0.4 6.53±0.31 274±2 2.3±0.1 61±6 0.10±0.04
3 23.6±7.1 7.4±0.3 5.23±0.40 269±2 1.1±0.3 60±6 0.35±0.03
4 23.2±7.2 7.4±0.2 6.53±1.00 270±0 1.5±0.3 65±10 0.15±0.12
5 27.4±3.4 8.2±0.4 8.83±5.08 409±132 1.3±0.1 65±24 0.07±0.04
6 28.3±4.2 8.4±0.3 6.90±1.70 698±69 1.0±0.2 67±10 0.18±0.05
7 25.7±6.0 8.6±0.2 8.83±0.55 576±47 2.3±0.1 49±3 0.12±0.04
8 25.9±4.0 8.0±0.0 4.07±2.21 790±108 4.8±0.3 55±1 0.09±0.02
9 26.1±5.5 8.1±0.1 7.47±0.58 975±325 2.2±0.3 54±2 0.10±0.04
10 26.2±5.8 8.4±0.3 8.47±1.33 610±75 1.6±0.2 52±2 0.20±0.06
11 25.7±6.5 8.6±0.5 8.43±1.86 910±104 2.2±0.1 48±6 0.08±0.01
12 25.9±5.3 8.8±0.2 10.1±1.97 1 297±133 2.4±0.1 47±4 0.22±0.14
13 26.7±4.6 7.9±0.3 7.87±0.15 1 630±251 3.0±1.5 50±10 0.11±0.05
14 26.3±4.7 8.0±0.2 7.53±0.15 1 673±180 2.3±0.2 48±10 0.11±0.03
15 26.9±4.6 8.2±0.2 7.43±0.35 1 603±156 3.5±0.2 45±6 0.16±0.05
16 26.9±5.3 8.1±0.1 7.27±0.06 1 663±241 2.6±1.1 50±8 0.13±0.03
平均值 25.9 8.1 7.34 870 2.2 54 0.14
采样点
序号		 氨氮
质量浓度/(mg/L)		 硝态氮
质量浓度/ (mg/L)		 亚硝态氮
质量浓度/(mg/L)		 高锰酸盐指数
质量浓度/(mg/L)		 化学需氧量
质量浓度/(mg/L)		 叶绿素a
质量浓度/(μg/L)		 总氮
质量浓度/(mg/L)
1 0.44±0.08 0.15±0.02 0.01±0.00 6.6±1.0 27±4 165±14 1.5±0.1
2 0.40±0.11 0.14±0.02 0.01±0.00 6.8±1.0 28±5 148±20 1.4±0.2
3 1.41±0.10 0.14±0.02 0.01±0.00 7.5±2.3 29±8 98±7 1.9±0.1
4 0.61±0.13 0.14±0.02 0.01±0.00 6.9±1.8 28±9 115±7 1.6±0.2
5 0.24±0.18 0.27±0.14 0.01±0.00 4.8±2.1 15±4 9±1 1.4±0.3
6 0.36±0.13 0.18±0.06 0.01±0.01 6.5±1.2 23±6 13±1 1.4±0.0
7 0.33±0.20 0.28±0.16 0.04±0.03 6.2±1.3 20±5 35±21 1.4±0.2
8 0.36±0.21 0.93±0.26 0.06±0.02 4.0±0.7 15±1 14±12 1.7±0.0
9 0.84±0.45 0.71±0.47 0.05±0.02 5.2±1.2 17±5 15±18 1.9±0.3
10 0.87±0.64 0.18±0.07 0.04±0.02 7.5±1.9 26±5 48±28 1.9±1.2
11 0.68±0.95 0.21±0.19 0.01±0.00 8.3±3.3 28±14 40±11 1.7±1.4
12 0.45±0.43 0.24±0.22 0.02±0.03 11.3±3.3 39±15 76±52 2.3±1.8
13 0.33±0.06 0.07±0.01 0.01±0.00 6.6±0.5 27±3 26±4 1.5±0.4
14 0.29±0.01 0.06±0.01 0.01±0.00 6.5±0.4 26±3 22±8 1.5±0.1
15 0.31±0.04 0.07±0.01 0.01±0.00 7.0±0.5 28±3 24±6 1.9±0.3
16 0.33±0.08 0.07±0.01 0.01±0.00 7.4±0.4 28±3 25±5 1.6±0.1
平均值 0.52 0.24 0.02 6.8 25 55 1.7

2.2 着生藻类群落结构特征

2.2.1 着生藻类种类组成及优势种

2023年，在京杭大运河共记录到着生藻类7门70种属，其中绿藻门(Chlorophyta)种类最多，共30种属，占着生藻类总种类数的42.9%(图2)；其次是蓝藻门(Cyanophyta)，共20种属，占28.6%；硅藻门(Bacillariophyta)共15种属，占21.4%；裸藻门(Bacillariophyta)共3种属，占4.3%；隐藻门(Cryptophyta)和甲藻门(Pyrrophyta)的种类各1种属，各占1.4%。从季节来看，夏季记录到的着生藻类种属最多，为50种属，其次为春季(37种属)、秋季(32种属)。在各季节物种组成上，蓝藻门和绿藻门的物种数量占比≥62.5%，物种数量占据优势。
2 The proportion of periphyton species in Tianjin section of the Beijing-Hangzhou Grand Canal

京杭大运河天津段着生藻类种类组成比例

3个季节京杭大运河天津段着生藻类优势种共有11种(表3)。春季(5月)着生藻类优势种有7种。其中，硅藻门的梅尼小环藻(Cyclotella meneghiniana)优势度最高，为0.274，硅藻门的钝脆杆藻(Fragilaria capucina)次之，为0.101。夏季(7月)优势种有5种，钝脆杆藻优势度最高，为0.096，梅尼小环藻次之，为0.076。秋季(9月)优势种有5种，梅尼小环藻优势度最高，为0.297，蓝藻门的尖细颤藻(Oscillatoria acuminata)次之，为0.067。
3 Dominant species and dominance of periphyton in Tianjin section of the Beijing-Hangzhou Grand Canal

京杭大运河天津段着生藻类优势种类及优势度

时间优势物种名称优势度
春季(5月)梅尼小环藻Cyclotella meneghiniana0.274
短小舟形藻Navicula exigua0.022
钝脆杆藻Fragilaria capucina0.101
尖针杆藻Synedra acus0.055
阿氏席藻Phormidium allorgei0.027
四尾栅藻Scenedesmus quadricauda0.052
扁平斯氏藻Scourfieldia complanata0.044
夏季(7月)钝脆杆藻0.096
梅尼小环藻0.076
尖针杆藻0.025
阿氏席藻0.049
水华微囊藻Microcystis flos-aquae0.025
秋季(9月)梅尼小环藻0.297
钝脆杆藻0.024
尖细颤藻Oscillatoria acuminata0.067
肾形衣藻Chlamydomonas nephriodea0.027
扁平斯氏藻0.041
尖尾蓝隐藻Chroomonas acuta0.025

2.2.2 着生藻类密度

2023年，京杭大运河天津段各采样点位着生藻类密度为0.382×104~6.520×104 cells/cm2之间，年平均密度为2.24×104 cells/cm2，3个季节最高密度出现在春季的采样点11，最低密度出现在夏季的采样点12。京杭大运河天津段着生藻类平均密度结果随季节变化表现出明显的规律性，由大到小依次为春季、夏季、秋季，平均密度分别为2.87×104 cells/cm2、2.44×104 cells/cm2、秋季1.41×104 cells/cm2。
本次调查主要采集河流中自然基质上的着生藻类。从时间上看，京杭大运河天津段着生藻类密度变化主要受水体扰动影响较大，春季水位相对稳定，流速较慢，利于着生藻类群落生长和繁殖，进入夏季汛期后，受降水等因素的影响，着生藻类数量呈下降趋势，特别经过海河“23·7”流域性特大洪水，秋季(9月)着生藻类数量显著低于春季和夏季，秋季着生藻类群落应处于恢复阶段。从空间上看(图3)，着生藻类数量整体在中间河段(采样点5~采样点12)密度高，在两端(采样点1~采样点4和采样点13~采样点16)密度低。中间河段采样点位于城区多为景观河道，两端采样点位于郊外，多为自然河道。
3 The density distribution of periphyton in Tianjin section of the Beijing-Hangzhou Grand Canal

京杭大运河天津段着生藻类密度分布

2.2.3 着生藻类生物多样性指数

2023年京杭大运河天津段着生藻类Shannon-Wiener多样性指数在春季平均值为2.22，各采样点变化在1.28~3.05之间(图4)；夏季Shannon-Wiener多样性指数平均值为2.36，各采样点变化在1.29~3.32之间；秋季Shannon-Wiener多样性指数平均值为2.28，各采样点变化在1.21~3.32之间。Pielou均匀度指数在春季平均值为0.74，各采样点变化在0.50~0.87之间；夏季Pielou均匀度指数平均值为0.74，各采样点变化在0.46~0.93之间；秋季Pielou均匀度指数平均值为0.76，各采样点变化在0.47~0.92之间。由此可见，Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数变化规律基本一致，从时间上看，2个指数在不同季节数值变化均不大，说明京杭大运河天津段着生藻类群落相对稳定，且分布均匀。
4 Shannon-Wiener index(H′) and Pielou index(J) of periphytic algae in Tianjin section of the Beijing-Hangzhou Grand Canal

京杭大运河天津段着生藻类Shannon-Wiener多样性指数(H′)和Pielou均匀度指数(J)

2.3 着生藻类与环境因子的典范对应分析(CCA)

先对数据进行去趋势对应分析(DCA)，明排序轴最大梯度长度为>3，采用CCA方法分析浮游植物群落与环境因子的关系[29]。将14个水环境理化因子与11种着生藻类优势种的密度进行典范对应排序分析(图5)，结果可以较好地反映各种着生藻类优势种密度之间，以及其与水环境理化因子之间的关系。圆点越大表明该物种密度占总物种密度的比重越大，梅尼小环藻占比最大。箭头越长表明相关系数越大，水温、总氮含量、电导率和溶解氧含量是影响京杭大运河天津段着生藻类优势种密度变化的主要水环境因子。环境因子与物种密度之间的夹角若为锐角通常表示正相关，而钝角表示负相关，硅藻的梅尼小环藻和尖针杆藻密度均与水温负相关，与溶解氧含量正相关；蓝藻的阿氏席藻和水华微囊藻均与水温、电导率、总氮含量、溶解氧含量正相关；绿藻的扁平斯氏藻与溶解氧含量正相关，与水温、电导率、总氮含量负相关。
5 Canonical Correlation Analysis (CCA) ordination of periphyton and environmental factors in Tianjin section of the Beijing-Hangzhou Grand Canal

京杭大运河天津段着生藻类与环境因子的典范对应分析(CCA)排序

2.4 水质评价

由表4可知，京杭大运河天津段16个采样点中，春季、夏季、秋季水质状况均为轻度污染，本次水质调查结果与陈启华等[7]2011~2016年的结果相比，水质状况有明显改善。
4 Water quality assessment results of the Beijing-Hangzhou Grand Canal

京杭大运河天津段水质评价结果

采样点序号春季夏季秋季
水质H'J水质H'J水质H'J
1Ⅳ中等中等Ⅳ优秀优秀Ⅳ良好优秀
2Ⅴ良好良好Ⅳ良好优秀Ⅳ良好优秀
3Ⅴ良好良好Ⅴ良好优秀Ⅴ优秀优秀
4Ⅳ良好良好Ⅴ中等中等Ⅲ良好良好
5Ⅱ良好良好Ⅳ优秀优秀Ⅳ优秀优秀
6Ⅳ优秀优秀Ⅴ良好优秀Ⅳ中等良好
7Ⅲ中等良好Ⅴ良好良好Ⅳ良好良好
8Ⅱ良好良好Ⅳ良好良好Ⅴ中等良好
9Ⅳ中等良好Ⅴ良好良好Ⅳ中等中等
10Ⅲ良好优秀劣Ⅴ良好优秀Ⅴ中等良好
11Ⅳ良好优秀劣Ⅴ良好良好Ⅴ良好良好
12Ⅳ良好优秀Ⅳ良好优秀Ⅳ良好优秀
13Ⅳ良好优秀Ⅳ中等良好Ⅳ良好优秀
14Ⅳ良好良好Ⅳ中等良好Ⅳ良好优秀
15Ⅳ中等优秀Ⅴ良好良好Ⅳ中等良好
16Ⅱ中等良好Ⅳ中等良好Ⅳ良好良好
春季京杭大运河天津段着生藻类Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数分别为2.22和0.74，夏季分别为2.36和0.74，秋季分别为2.28和0.76。按照分级标准，春季、夏季、秋季2种多样性指数的评价结果均为良好，本次评价结果均优于2020年京杭大运河(沧州段)[30]和京杭大运河苏北段[31]的评价结果。

3 讨　论

3.1 着生藻类群落结构演变

2023年京杭大运河天津段共鉴定出70种属，绿藻门、蓝藻门和硅藻门的种类较多，着生藻类群落主要位于水层底部，多由冷水性藻类组成，但是随着水温的升高，环境有利于蓝藻和绿藻的生长和繁殖[32]，京杭大运河天津段夏季绿藻门和蓝藻门的种类数量占比达到72%。虽然3个季节平均值和各季节绿藻门和蓝藻门的种类数量占比高于60%，但是春季(5月)、夏季(7月)、秋季(9月)着生藻类的优势种始终为硅藻门，且优势度相对较高。研究表明，小环藻属、舟形藻属和针杆藻属均是河流中的常见硅藻种类[33-34]，表明京杭大运河天津段适宜耐寒藻类生长。
着生藻类密度变化在空间分布上，京杭大运河天津段中间的采样点(采样点5~采样点12)位于天津市北辰区、河北区、南开区、红桥区、西青区等城市建成区内，河道主要功能为景观和排涝作用，水体流动性相对较差，同时受城市面源影响，此段着生藻类密度数量相对较高；两端采样点位于武清区(采样点1~采样点4)和静海区(采样点13~采样点16)，河道多为自然河流，河堤硬化程度较低，河岸带分布挺水、沉水等高等水生植物较多，高等水生植物的生长和繁殖，会争夺水体中营养物质，并通过枝叶遮蔽部分阳光，这些因素对着生藻类的生长和繁殖相对不利，因此，导致两端采样点的着生藻类密度数量相对较低。
在时间分布上，京杭大运河天津段各季节着生藻类平均密度由大到小依次为春季(5月)、夏季(7月)、秋季(9月)。在着生藻类数量组成上，春季主要为硅藻和绿藻，分别占比为49.6%和35.3%；夏季主要为蓝藻和硅藻，分别占比为57.4%和28.2%；秋季主要为硅藻和蓝藻，分别占比为38.8%和37.0%。从着生藻类物种种类组成和物种数量占比等群落结构特征来看，都显示出京杭大运河天津段水体受到一定程度的污染，正在由硅–绿藻型向硅–蓝藻型过渡转变。由表5可知，京杭大运河天津段着生藻类数量年均值2.24×104 cells/cm2，数值介于辽河和渭河流域之间，远低于长江、珠江的部分河段，表明温度是影响着生藻类生长繁殖的主要影响因子。
5 Comparison of periphytic algal density across different river basins

不同流域着生藻类密度比较

河流名称着生藻类平均密度/(×104 cells/cm2)文献
辽河流域2.01[35]
渭河流域2.67[36]
长江江苏段36.90[37]
珠江广州段95.80[38]

3.2 水质与多样性指数评价的结合

水质单因子评价方法不能综合地反映水体的整体情况，仅仅是从理化因子浓度考量水质。着生藻类具有繁殖迅速和生命周期较短的特性，对污染物反应的敏感性较高，能在早期监测出对生物有严重影响、水体中含量少的微量污染物，对水体富营养化、重金属、农药以及其他有机污染物都有一定的环境指示作用[39]。着生藻类多样性指数依据藻类细胞密度与种群结构变化对水质进行评价，其理论基础是当水体受到污染时，敏感藻种类大量消失，耐污藻种大量繁殖，群落结构趋于简单，稳定性变差，多样性指数减少，水质下降[40]。
目前，中国淡水生态系统水质恶化和生物多样性损失等问题日益严重，国内河流利用藻类监测评价研究处于起步阶段，辽河[35]、渭河[36]、长江江苏段[37]等地方分别开展以着生藻类生物指数评价人类干扰对藻类群落结构的生态影响以及河流水质健康状况的研究。本次调查结果显示，水质评价和生物指数评价两者存在一定差距，这与胡愈炘等[41]在长江流域调查结果基本类似。水质、水生生物和生境均为水生态健康评价的重要组成部分，水生生物通过与水环境、生境相互作用实现物质循环和能量流动，因此建议未来水生态健康研究可以从水质、生物(浮游生物、底栖动物、着生藻类和鱼类)、生境等多个角度综合评价，才能获得更全面、科学、准确的评价结果。

3.3 着生藻类与环境因子之间的关系

着生藻类的生长状态、群落结构及其空间分布的变化受水文条件、海拔高度、营养物质以及摄食等各环境和生物因子相互作用共同影响[42-44]，水温影响着藻类细胞代谢、酶活性及繁殖生长等生物特性，因此对着生藻类群落结构影响尤为突出[45-46]。研究表明，不同种类藻类最适生长水温有所差异[47]。在本研究中，硅藻的梅尼小环藻和尖针杆藻的密度与水温负相关，蓝藻的阿氏席藻和水华微囊藻的密度与水温正相关。
氮是影响藻类生长的重要营养物质，总氮含量变化能够驱动藻类(特别是硅藻)的群落结构发生改变[48-49]。研究发现，总氮含量是影响滇池流域[50]、古夫河[51]、拉萨河[52]着生藻类群落特征主要水质因子。电导率是度量水环境总溶解离子量的参数，与土地利用类型关系密切，可以反映随地表径流而带入水体中的离子总量，尤其是在城镇化发展过程中导致的土地利用类型显著改变的地区更为明显[53]。殷旭旺等[36]对渭河流域的着生藻类结构研究发现，主要影响环境因子为电导率和流量。溶解氧是着生藻类生长的必要条件，藻类需要氧气进行生长繁殖，完成呼吸和能量转换，藻类可以光合作用产生氧气。由于着生藻类附着在水面下，与空气之间相隔，因此水体中的溶解氧对着生藻类密度变化起着较大的限制作用，同时有研究表明水体中溶解氧的增加会促进着生藻种类的丰富[54]。在本研究中，京杭大运河天津段着生藻类主要优势种密度与溶解氧含量之间正相关，由CCA分析可见，优势种梅尼小环藻、尖针杆藻、阿氏席藻、水华微囊藻和扁平斯氏藻的密度均与溶解氧含量正相关，表明京杭大运河着生藻类密度变化受溶解氧影响较大。

4 结　论

2023年春季、夏季和秋季，在京杭大运河天津段共鉴定出着生藻类7门70种属，其中绿藻门和蓝藻门物种种类数量占据优势，硅藻门的梅尼小环藻和钝脆杆藻为3个季节的优势种，藻类群落由硅–绿藻型向硅–蓝藻型过渡转变。
与历史数据相比，京杭大运河天津段水质有所改善，但是在3个季节都处于轻度污染水平；Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数的评价结果显示，3个季节水体处于良好水平。
CCA分析结果显示，水温、总氮含量、电导率和溶解氧含量是影响京杭大运河天津段着生藻类优势种密度变化的主要水环境理化因子。

1中国环境监测总站. 水生态监测技术要求 淡水着生藻类(试行). 2022.

2环境保护部办公厅. 地表水环境质量评价办法(试行).2011.

参考文献

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