EN中文

Wetland Science >

2025 , Vol. 23 >Issue 5: 997 - 1010

DOI: https://doi.org/10.13248/j.cnki.wetlandsci.20240108

Characteristics of phytoplankton community structure and its correlation with environmental factors in Tianjin section of the Beijing-Hangzhou Grand Canal

  • Gu Xiaochao , 1 ,
  • Zhao Xinghua 2 ,
  • Li Zeli 1 ,
  • Bian Shaowei , 3, * ,
  • Jiang Wei 1 ,
  • Mei Pengyu 1 ,
  • Gao Kai , 1, *
Expand

Received date: 2024-04-17

  Revised date: 2024-05-17

  Online published: 2026-03-12

Copyright

Copyright ©2025 Wetland Science. All rights reserved.
Fold

Abstract

To investigate the community characteristics of phytoplankton and the influence of environmental factors on spatial-temporal distribution in Tianjin section of the Beijing-Hangzhou Grand Canal during the dry and wet seasons, comprehensive surveys were conducted during both dry (April 2020) and wet (July 2020) seasons. The study employed qualitative and quantitative analyses of environmental parameters and phytoplankton community structure, utilizing multiple assessment methods including single-factor evaluation, comprehensive trophic level index (TLI), and biodiversity index to evaluate water quality and aquatic ecological conditions. Relationships between environmental factors and phytoplankton communities were examined through Pearson correlation analysis and redundancy analysis (RDA). Results indicated that the Beijing-Hangzhou Grand Canal in Tianjin section maintained an alkaline condition with notable spatial variations in water quality. During the dry season, the water quality in the urban area was excellent, that in the Beichen section was good, and the remaining sections exhibited mild pollution. The water nutritional status was moderate throughout the section, except for the Wuqing section, which showed mild eutrophication. While in the wet season, the Wuqing section and Jinghai section presented mild pollution, the Xiqing section showed moderate pollution, and the overall water nutritional status was mildly eutrophic. At the same time, a total of 109 phytoplankton species (belonging to 56 genera, 7 phyla) were identified in the study. Among them, Chlorophyta (48 species, 44.0%), Bacillariophyta (27 species, 24.8%), and Cyanobacteria (15 species, 13.8%) constituted the dominant groups in the dry season. In the wet season, 154 phytoplankton species (belonging to 73 genera, 7 phyla) were identified, with Chlorophyta (65 species, 42.2%), Cyanobacteria (38 species, 24.7%), Bacillariophyta (24 species, 15.6%), and Euglenophyta (16 species, 10.4%) comprising the main components. The average biomass of phytoplankton in the dry season was 16.86 mg/L and in the wet season it was 786.79 mg/L. Biodiversity index evaluations showed that the Tianjin section of the Beijing-Hangzhou Grand Canal was moderately polluted, with more severe water pollution in the dry season than in the wet season. Pearson correlation analysis indicated that the Pielou index of phytoplankton was significantly negatively correlated with biochemical oxygen demand (BOD) in the dry season. In the wet season, the Shannon-Wiener index was significantly positively correlated with total nitrogen (TN), nitrate nitrogen (NO3−-N) and Chlorophyll a (Chla), while the Pielou index was significantly negatively correlated with total nitrogen (TN) and nitrate nitrogen (NO3−-N). Redundancy analysis (RDA) revealed that pH, dissolved oxygen (DO), temperature (T), permanganate index (CODMn), chemical oxygen demand (COD) and biochemical oxygen demand (BOD) primarily influenced the plankton community structure in the dry season, while in wet season, dissolved oxygen (DO), temperature (T), biochemical oxygen demand (BOD) and ammonia nitrogen (NH4+-N) were the main factors affecting the phytoplankton community structure.

Cite this article

Gu Xiaochao , Zhao Xinghua , Li Zeli , Bian Shaowei , Jiang Wei , Mei Pengyu , Gao Kai . Characteristics of phytoplankton community structure and its correlation with environmental factors in Tianjin section of the Beijing-Hangzhou Grand Canal[J]. Wetland Science, 2025 , 23(5) : 997 -1010 . DOI: 10.13248/j.cnki.wetlandsci.20240108

浮游植物作为水生态系统的初级生产者，对生态系统的物质循环和能量转换至关重要，其群落结构能够影响其他水生生物的组成和分布[1-3]。由于浮游植物结构简单，其对水环境的变化非常敏感，因此其群落结构在一定程度上能够反映水质状况的变化[4-7]。张新月等[8]利用生物多样性指数对子牙河水质进行评价，发现子牙河处于轻污染水平，其评价结果与理化指标评价结果一致。李娜等[9]利用浮游植物对白洋淀水生态健康进行评价，发现浮游植物群落结构与水质关联性较强，在汛期和非汛期总磷含量都是影响浮游植物群落的关键因素。王振方等[10]以异龙湖为研究对象，研究浮游植物群落结构与环境因子的关系，发现氨氮、总磷、生化需氧量和透明度是影响异龙湖浮游植物群落分布的主要环境因子。李强等[11]利用浮游植物群落结构对淀山湖的生态健康进行评价，发现Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数对淀山湖蓝藻水华的指示比综合营养状态指数更灵敏，同时发现水温、溶解氧、透明度、总磷、总氮和高锰酸盐指数是主要的环境影响因子。可见，以浮游植物群落结构来评价水质状况，利用群落结构与环境因子的关系来改善水生态状况具有一定科学性。
京杭大运河(下称大运河)是世界上最古老的运河之一，全长1 794 km，北起北京市，南至杭州市，贯通海河、黄河、淮河、长江和钱塘江五大水系[12]。大运河天津段包含北运河、南运河和海河的一部分，北运河段由武清区土楼门入境，经北辰区、红桥区、河北区，与子牙河汇流入海河；南运河段起自静海区九宣闸，于三岔口汇入海河，全长182.6 km[13]。近些年大运河天津段上游入境水量衰减，部分河段出现季节性断流；加上承接上游和境内污染负荷量大，水质有所下降，生态环境整体形势较为严峻[14]。
目前，关于大运河(天津段)的研究多集中在水质调查、综合健康评价和生态修复上，陈启华等[13]对大运河(天津段)的水环境质量、汇水区内主要污染物类型及排放情况开展了调查，同时指出当前存在的水环境问题并提出了相应的治理措施；李莹[14]通过水质检测分析，对大运河(天津段)各地污染物产生的可能性进行了分析，同时对生态修复提出了建议。尽管很多学者开始关注研究大运河的问题，但是对浮游植物群落结构特征及其与环境因子关系的研究较少。因此，本研究在对大运河(天津段)开展水质监测和浮游植物群落结构调查的基础上，运用多元统计分析方法分析大运河(天津段)浮游植物群落分布与环境因子的关系，以期为大运河(天津段)的生态保护提供数据支撑和参考。

1 材料与方法

1.1 采样点设置

于2020年4月(枯水期)和7月(丰水期)，根据《水生态监测技术要求 淡水着生藻类(试行)》[15]的设置要求，在大运河(天津段)设置了16个采样点(图1)。其中，采样点S1~S7为北运河采样点，采样点S8为海河采样点，采样点S9~S16为南运河采样点；从行政区来看，采样点S1~S4位于武清区，采样点S5~S6位于北辰区，采样点S7~S9位于市区，采样点S10~S12位于西青区，采样点S13~S16位于静海区。
1 Diagram of location of the sampling sites in Tianjin section of the Beijing-Hangzhou Grand Canal

京杭大运河(天津段)采样点分布示意图

1.2 采样方法

浮游植物定性样品用25号浮游生物网，在水体表层缓慢拖曳采集。根据水深，用1 L的有机玻璃采水器，在水体表层(离水面0.5 m)、中层(1/2水深处)、底层(离底泥0.5 m处)取样。当水深小于3 m时，只在中层采样；当水深为3~6 m时，在表层和底层采样；当水深为6~10 m时，在表层、中层、底层采样；当水深大于10 m时，在表层、5 m、10 m水深处采样；10 m以下处除特殊需要外一般不采样。将每个采样点各层水体处取得的样品混合均匀后，再从混合样中取1 000 mL，每升加入15 mL鲁哥氏液固定并贴好标签，避光保存。在天津市水产生态及养殖重点实验室，将水样静置沉淀24 h后，进行定量分析。将浮游植物采集样沉淀浓缩后，在显微镜下进行镜检、计数和鉴定[16-18]。
本研究选择的水体理化指标包括水温(T)、pH、溶解氧(DO)、高锰酸盐指数(CODMn)、化学需氧量(COD)、生化需氧量(BOD)、氨氮(NH4+-N)、总磷(TP)、总氮(TN)、硝态氮(NO3−-N)和叶绿素a(Chla)共11项。采用便携式多参数水质测定仪，现场测定T、pH、DO，其他指标为实验室分析项目，样品在运输过程中要确保冷藏效果，同时每个样品瓶必须加以妥善的保存和密封，并装在包装箱内固定，以防在运输途中破损。除了防震、避免日光照射和低温运输外，还要防止新的污染物进入容器和沾污瓶口，使水样变质。水样的采集、保存和分析主要依据《水和废水监测分析方法(第四版)》[19]。

1.3 水质评价方法

根据《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)[20]，使用单因子评价法对水质进行评价。综合营养状态指数评价(TLI)参照《地表水环境质量评价办法(试行)》[21]中的营养状态评价。当TLI≤30时，水体为贫营养；当30<TLI≤50时，水体为中营养；当TLI>50时，水体为富营养。其中，TLI为50~60为轻度富营养，TLI为>60~70为中度富营养，TLI>70为重度富营养。

1.4 浮游植物分析方法

通过优势度指数，确定优势种群，其计算公式为[22-23]：
\begin{document}$ \mathrm{\mathit{Y}}=\frac{n_i}{N}f_i $\end{document}
式(1)中，Y为物种的生态优势度；ni为第i种的总个体数；fi为第i种在各样品中出现的频率；N为样品中对应采样点中所有个体的数量。当优势度指数≥0.02，为优势种群[22-23]。
采用Shannon-Wiener多样性指数(H')、Pielou均匀度指数(J)和Margalef丰富度指数(D)，评价浮游植物群落的多样性，其计算公式详见文献[24-27]。
浮游生物多样性指数评价标准见表1[4]。
1 List of water quality evaluation standards by plankton diversity index[4]

生物多样性指数水质评价标准[4]

Shannon-Wiener
多样性指数(H')		Pielou
均匀度指数(J)		Margalef
丰富度指数(D)		多样性水平评价状态水体污染程度
>3>0.8>6丰富物种种类丰富，个体分布均匀清洁
(2,3](0.5,0.8](4,6]较丰富物种丰富度较高，个体分布比较均匀轻污染
(1,2](0.3,0.5](1,4]一般物种丰富度低，个体分布比较均匀中污染
(0,1](0.1,0.3](0,1]贫乏物种丰富度低，个体分布不均匀重污染
0<0.10极贫乏物种单一，多样性基本消失严重污染

1.5 数据处理与分析

利用Microsoft Excel 2016软件，绘制图表。在SPSS 20中，利用单因素方差分析方法，进行不同水文时期和不同区域的差异性分析。采用Pearson相关性分析，使用R语言，对浮游植物多样性与环境因子进行相关性分析。根据分析结果中第一轴，选择分析方法，若大于4.0则选择典范对应分析(canonical correspondence analysis，CCA)；在3.0~4.0之间，选择冗余分析(Redundancy Analysis，RDA)和CCA均可；如果小于3.0，即选择RDA[28-29]。去趋势分析(DCA)得出浮游植物在枯水期和丰水期第一轴长分别为1.658 9和1.858 0，长度梯度均<3.0，因此选择RDA分析。

2 结果与分析

2.1 浮游植物物种组成及优势种

枯水期在大运河(天津段)共鉴定出浮游植物7门56属109种，其中蓝藻门有8属15种，占总种类数的13.8%；硅藻门有16属27种，占24.8%；金藻门有2属3种，占2.8%；甲藻门有3属4种，占3.7%；隐藻门有2属3种，占2.8%；裸藻门有4属9种，占8.3%；绿藻门有21属48种，占44.0%。丰水期共鉴定出浮游植物7门73属154种，其中蓝藻门有16属38种，占总种类数的24.7%；硅藻门有15属24种，占15.6%；金藻门有3属3种，占1.9%；甲藻门有4属5种，占3.2%；隐藻门有2属3种，占1.9%；裸藻门有5属16种，占10.4%；绿藻门有28属65种，占42.2%。从河段来看，武清段、北辰段、西青段和静海段等郊区浮游植物种类较多，市区段浮游植物种类相对较少，且在枯水期和丰水期呈现相同规律(图2)。
2 Spatial distribution of phytoplankton species in dry season(a) and wet season(b) in Tianjin section of the Beijing-Hangzhou Grand Canal

京杭大运河(天津段)枯水期(a)和丰水期(b)浮游植物种类空间分布

枯水期整个天津段浮游植物优势种共有5属种(表2)，分别为蓝藻门的湖沼色球藻、小颤藻、小席藻和固氮鱼腥藻，以及硅藻门的梅尼小环藻。不同河段之间优势种存在差异，武清段以蓝藻、硅藻、裸藻和绿藻为主，北辰段以蓝藻、硅藻和绿藻为主，市区段以蓝藻和绿藻为主，西青段以蓝藻为主，静海段以蓝藻和硅藻为主。丰水期整个天津段浮游植物优势种共有7属种(表3)，均为蓝藻门种类，包括湖沼色球藻、颤藻属、细小平裂藻、席藻属、伪鱼腥藻属、依沙束丝藻和细小隐球藻。丰水期浮游植物中蓝藻门所占比例较枯水期增加较多，占绝对优势，硅藻门相对减少，不同河段之间优势种存在差异，武清段、北辰段、市区段和西青段以蓝藻门为主，静海段除以蓝藻门为主外还存在金藻门。
2 Dominant species and dominance of phytoplankton in dry season in Tianjin section of the Beijing-Hangzhou Grand Canal

京杭大运河(天津段)枯水期浮游植物优势种类及优势度

门类 优势种属 优势度指数
枯水期 武清 北辰 市区 西青 静海
注：“−”表示优势度小于0.02。
蓝藻门 湖沼色球藻Chroococcus limneticus 0.19 − − − 0.15 −
色球藻属Chroococcus sp. − − − − 0.04 −
小颤藻Oscillatoria tenuis 0.05 − − 0.02 − 0.46
颤藻属Oscillatoria sp. − − 0.02 − − −
小席藻Phormidium tenue 0.24 − 0.05 − 0.41 0.18
固氮鱼腥藻Anabaena azotica 0.03 0.20 − − − 0.08
硅藻门 梅尼小环藻Cyclotella meneghiniana 0.04 0.25 0.16 − − 0.02
变异直链藻Melosira varians − − 0.05 − − −
颗粒直链藻Melosira granulata − 0.02 0.02 − − −
舟形藻属Navicula sp. − 0.03 − − − −
菱形藻属Nitzschia sp. − − 0.04 − − −
美丽星杆藻Asterionella formosa − − − − − 0.03
裸藻门 裸藻属Euglena sp. − 0.02 − − − −
绿藻门 四尾栅藻Scenedesmus quadricauda − 0.05 0.03 − − −
斜生栅藻Scenedesmus obliquus − 0.03 − 0.03 − −
空星藻属Coelastrum sp. − 0.02 − − − −
针形纤维藻Ankistrodesmus acicularis − − 0.02 − − −
四角十字藻Crucigenia quadrata − − 0.04 − − −
十字藻属Crucigenia sp. − − 0.03 − − −
空星藻属Coelastrum sp. − − 0.09 − − −
小球藻属Chlorella sp. − − − 0.03 − −
韦氏藻属Westella sp. − − 0.02 − − −
3 Dominant species and dominance of phytoplankton in wet season in Tianjin section of the Beijing-Hangzhou Grand Canal

京杭大运河(天津段)丰水期浮游植物优势种类及优势度

门类 优势种属 优势度
丰水期 武清 北辰 市区 西青 静海
注：“−”表示优势度小于0.02。
蓝藻门 湖沼色球藻Chroococcus limneticus 0.05 0.09 0.08 − − −
颤藻属Oscillatoria sp. 0.03 − − − 0.07 0.06
细小平裂藻Merismopedia minima 0.17 0.38 − − 0.04 0.07
旋折平裂藻Merismopedia convoluta − 0.04 − − − −
点状平裂藻Merismopedia punctata − − − − 0.02 0.03
席藻属Phormidium sp. 0.03 − − − 0.07 −
固氮鱼腥藻Anabaena azotica − − − 0.04 0.03 −
伪鱼腥藻Pseudanabaena sp. 0.08 0.03 0.10 − 0.13 0.13
拟鱼腥藻属Anabaenopsis sp. − − − − 0.02 −
依沙束丝藻Aphanizomenon issatschenkoi 0.03 − 0.07 − 0.10 −
阿氏浮丝藻Planktothrix agardhii − − − − 0.05 −
居氏腔球藻Coelosphaerium kutzingianum − − − − 0.03 −
铜绿微囊藻Microcystis aeruginosa − − 0.03 − − −
地中海尖头藻Raphidiopsiss mediterranea − − 0.03 − − −
席藻属Phormidium sp. − − 0.06 − − 0.05
螺旋鱼腥藻Anabaena spiroides − − 0.04 − − −
细小隐球藻Aphanocapsa elachista 0.05 0.06 0.06 − − 0.05
极大节旋藻Arthrospira maxima − − − − − 0.11
节旋藻属Arthrospira sp. − − 0.03 − − 0.03
颗粒直链藻Melosira granulata − 0.04 − − − −
金藻门 等鞭金藻属Isochrysis sp. − − − − − 0.02

2.2 浮游植物丰度和生物量

枯水期大运河(天津段)浮游植物平均丰度为531.47×105个/L，平均生物量为16.86 mg/L(图3a)，丰水期浮游植物站位平均丰度为1 218.00×105个/L，站位平均生物量为786.79 mg/L(图3b)，约为枯水期的47倍。枯水期各河段平均最大丰度出现在西青段，为1 845.76×105个/L，最大生物量出现在静海段，为31.38 mg/L，最小丰度和生物量出现在市区段和北辰段，分别为136.53×105 个/L和8.11 mg/L。丰水期各河段平均最大丰度出现在武清段，为2 443.40×105 个/L，最大生物量出现在北辰段，为2 853.34 mg/L，最小丰度和生物量均出现在市区段，分别为233.33×105个/L和11.91 mg/L。
3 Phytoplankton abundance and biomass in different river sections in dry season(a) and wet season(b) in Tianjin section of the Beijing-Hangzhou Grand Canal

京杭大运河(天津段)枯水期(a)和丰水期(b)不同河段浮游植物丰度和生物量

2.3 基于生物多样性指数的水质评价

大运河各段浮游植物生物多样性指数无显著差异(p>0.05)。枯水期各河段浮游植物群落Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数和Margalef丰富度指数变化规律一致(图4a)，说明水体浮游植物群落结构较为稳定，各河段处于中污染水平，西青段污染较重，Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数和Margalef丰富度指数均低于其他河段。丰水期各河段浮游植物群落Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数变化不大(图4b)，但是Margalef丰富度指数在市区段最差，说明市区段物种丰富度较差。不同水期大运河浮游植物生物多样性指数无显著差异(p>0.05)，丰水期和枯水期Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数差异不大，丰水期Margalef丰富度指数明显高于枯水期，可能是由于丰水期河道生态水量增加，有利于浮游植物的生长。
4 Shannon-Wiener index, Pielou index and Margalef index of phytoplankton in dry season and wet season in Tianjin section of the Beijing-Hangzhou Grand Canal

京杭大运河(天津段)枯水期和丰水期浮游植物Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数和Margalef丰富度指数

2.4 水质综合评价结果

调查期间枯水期大运河市区段水质符合地表水Ⅱ类水域标准，水质状况为优；北辰段水质符合地表水Ⅲ类水域标准，水质状况为良好；其他河段水质符合地表水Ⅳ类水域标准，水质状况为轻度污染(表4)。除武清段水体营养状态为轻度富营养外，其他河段均为中度富营养。丰水期市区段和北辰段水质符合地表水Ⅱ类水域标准，水质状况为优；武清段和静海段水质符合地表水Ⅳ类水域标准，水质状况为轻度污染；西青段水质符合地表水Ⅴ类水域标准，水质状况为中度污染。整个大运河天津段水体营养状态均处于轻度富营养。
4 Evaluation results of environmental factors in Tianjin section of the Beijing-Hangzhou Grand Canal

京杭大运河(天津段)各河段主要环境因子评价结果

河段枯水期丰水期
水域标准水质状况TLI营养状态分级pH氮磷比水域标准水质状况TLI营养状态分级pH氮磷比
武清段Ⅳ轻度污染59.6轻度富营养8.037.0Ⅳ轻度污染55.6轻度富营养8.458.7
北辰段Ⅲ良好60.6中度富营养8.669.9Ⅱ优56.6轻度富营养8.628.6
市区段Ⅱ优61.6中度富营养8.240.5Ⅱ优57.6轻度富营养8.517.7
西青段Ⅳ轻度污染62.6中度富营养8.481.5Ⅴ中度污染58.6轻度富营养8.531.3
静海段Ⅳ轻度污染63.6中度富营养8.043.4Ⅳ轻度污染59.6轻度富营养8.127.7

2.5 浮游植物群落多样性与环境因子的关系

枯水期大运河(天津段)浮游植物多样性与环境因子的Pearson相关性分析结果见图5a，可以看出，浮游植物群落Pielou均匀度指数与BOD显著负相关(n=16，p<0.05)，Shannon-Wiener多样性指数与Pielou均匀度指数显著正相关(n=16，p<0.05)。丰水期大运河(天津段)浮游生物与环境因子的Pearson相关性分析结果见图5b，浮游植物的Shannon-Wiener多样性指数与TN、NO3−-N和Chl a含量显著正相关(n=16，p<0.05)，Pielou均匀度指数与TN和NO3−-N含量显著负相关(n=16，p<0.05)，Margalef丰富度指数与Pielou均匀度指数显著正相关(n=16，p<0.01)。
5 Pearson correlation heat map of phytoplankton community and environmental factors in dry season(a) and wet season(b) in Tianjin section of the Beijing-Hangzhou Grand Canal

京杭大运河(天津段)枯水期(a)和丰水期(b)浮游植物群落多样性与环境因子Pearson相关性

p<0.05 水平上显著相关；**表示在p<0.01水平上显著相关；n=16。]]>

为了进一步探究浮游植物群落结果与环境因子的关系，将环境因子与浮游植物优势种进行趋势分析(DCA)，结果显示，在枯水期排序轴1和排序轴2对浮游植物优势种的解释量分别为32.24%和22.42%(图6a)。北辰段和市区段浮游植物群落排序特征较为接近，与pH、DO和T呈正相关，静海段浮游植物群落与NH4+-N以及CODMn、COD和BOD等有机指标呈正相关，武清段浮游植物群落与T和TN、TP等营养盐呈正相关。蓝藻门和硅藻门生物量随着CODMn、COD和BOD等有机指标的增加而升高，而金藻门和绿藻门生物量随着T、pH和DO的升高而升高。
6 Redundancy Analysis of phytoplankton community and environmental factors in dry season(a) and wet season(b) in Tianjin section of the Beijing-Hangzhou Grand Canal

京杭大运河(天津段)枯水期(a)和丰水期(b)浮游植物群落与环境因子的冗余分析(RDA)

排序轴1和排序轴2对丰水期浮游植物优势种的解释量分别为42.15%和21.98%(图6b)。丰水期各河段浮游植物群落无明显规律，甲藻门、隐藻门、裸藻门和绿藻门生物量随着NH4+-N等含氮指标以及DO、T和BOD等指标的增加而升高。

3 讨　论

3.1 浮游植物群落分布特征

大运河(天津段)在枯水期和丰水期浮游植物属种变化不大。在枯水期和丰水期绿藻门分别占总种类数的44.0%和42.2%，均超过了总属数的40%，占绝对优势(图2)。从优势种来看，无论枯水期还是丰水期，大运河(天津段)均以蓝藻为主。研究表明，富营养型的湖泊主要是以蓝藻门和绿藻门为主[30-32]，由此可见，大运河(天津段)富营养化程度较高，这也与综合营养状态指数评价水质监测数据的结果一致。枯水期和丰水期浮游植物的生物量差异较大，丰水期平均生物量约为枯水期的47倍(图3)，这与水温与水质状况有很大关系。水温是影响浮游植物水平分布的重要因素之一，随着水温的升高，浮游植物的生物量会相应增大[33-34]，丰水期平均水温明显高于枯水期，更有利于浮游植物的生长。同时随着丰水期的到来，降水量有所增加，来自大运河(天津段)周边的农田退水会携带部分营养盐进入河流，为浮游植物提供生长所需的营养物质，有利于浮游植物的生长和繁殖。
从空间来看，大运河(天津段)不同河段之间浮游植物属种存在差异，主要表现在武清段、北辰段、西青段和静海段等郊区种类较多，市区段相对较少(图2)，这主要与周边环境有较大关系，武清段、北辰段、西青段和静海段地处郊区，农业种植较多，农业面源产生的污染随降水和地表径流汇入河流，为浮游植物的生长提供营养物质[24]，藻类属种较多；而市区人口较为密集，工业发展较快，降水和地表径流中缺乏浮游植物生长的营养因子，不利于浮游植物的生长，特别是在丰水期这一现象更明显。浮游植物在不同河段的生物量差异较大，且不同水期呈现的特征也不相同，其中生物量最大出现在丰水期北辰段，最小也出现在枯水期北辰段(图3)，北辰段是浮游植物生物量变化最大的河段，这与北辰段河段本身性质及附属水利设施有关，北运河部分河段具有季节性干涸的特征，为维持水位需靠橡胶坝等水利设施蓄水[14]，会影响到水力停留时间，许志等[35]在相关研究中提到水力停留时间长，能够为浮游植物提供稳定的生长环境，使其充分生长。

3.2 浮游植物多样性与水质状况

从时间来看，大运河(天津段)在枯水期和丰水期利用浮游植物Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数和Margalef丰富度指数评价的结果水质均处于中污染水平(图4)，说明浮游植物群落结构较稳定。在枯水期和丰水期水质状况均为良好，利用浮游植物评价的结果劣于综合指数水质评价结果。从空间来看，西青段和市区段水体污染较重，在枯水期西青段浮游植物Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数和Margalef丰富度指数均低于其他河段，市区段在丰水期物种丰富度较差。水质评价结果显示，枯水期北辰段和市区段水质状况为良好和优(表4)，其他河段为轻度污染，而浮游植物评价结果均为中度污染，丰水期水质状况与枯水期相似，但西青段污染出现加重现象，为中度污染。2种评价结果存在差异，一方面是由于水质评价仅为监测的几项环境因子，但是水生生物的变化与水文[36]、水质[30]、营养盐状况及存在形式[37]等多种因素相关；另一方面由于生物对于环境变化的响应滞后于环境因子的变化，再加上生物自身的适应性，其变化速度不会像环境因子一样迅速[25]。

3.3 环境因子对浮游植物群落分布的影响

由于水文条件和环境因子差异，浮游植物群落分布存在差异，不同河段不同时期影响浮游植物分布的主要影响因子也不同[38-40]。RDA分析结果显示，枯水期水体pH、DO、T和CODMn、COD和BOD等有机指标是影响浮游植物群落结构的主要因子(图5a)，而丰水期影响浮游植物群落结构的主要因子则为DO、T和BOD和NH4+-N(图5b)。
在一定范围内，水体pH的升高使得水环境呈弱碱性，加速吸收空气中的CO2，促进水生植物的光合作用，有利于浮游植物吸收溶解性无机碳[41-42]，同时碱性环境能促进蓝藻类生物量增长[43]。大运河(天津段)整体水质偏碱性(表4)，浮游植物主要以蓝藻门为主，这也与本次调查结果较为一致。DO是浮游植物赖以生存的重要环境因子，水中DO一方面来自空气中的氧气，另一方面浮游植物通过光合作用产生氧气，但同时浮游植物的呼吸作用也会消耗DO，DO是影响浮游植物的重要因素之一[24,40,44]。水温主要是通过影响酶的活性来影响生物合成和碳的固定，不同种类的浮游植物的最适生长温度也不同，如硅藻类比较喜欢较低的水温，而蓝绿藻更喜欢水温高的环境[45-47]，这与大运河(天津段)浮游植物群落构成相符，在枯水期水温较低时，硅藻类丰度和生物量占优势，而到了丰水期水温升高时，蓝绿藻占优势，结合RDA分析结果可知，在枯水期温度较低的情况下，绿藻门生物量与水温显著正相关，这与朱以敏等[46]的研究结果一致。
有机物和营养盐是浮游植物生长的主要营养来源[10,24,48-49]。BOD等有机物是浮游植物生长的重要碳源和能源，在枯水期水温较低，浮游植物的生物量相对较小，导致水中初级生产力和代谢速度较慢，BOD、COD等有机物成为限制浮游植物生长的关键因素，而随着丰水期的到来，水中生态系统的代谢过程加快，有机物限制越来越弱，这与雷波等[50]的研究结果相一致，在水温较低时，高锰酸盐指数等有机物是影响浮游藻类群落结构的关键环境因子。NH4+-N也是丰水期影响藻类的关键因素之一[10]。有研究发现，浮游植物在总氮和总磷的浓度比为10~15时，最适宜生长和繁殖，当其比例>16时，认为磷是浮游植物生长的限制因素[41]。大运河(天津段)各段氮磷比均>16(表4)，但RDA分析结果显示氨氮依然是丰水期影响甲藻门、隐藻门、裸藻门和绿藻门等浮游植物生物量的关键因素之一，这与氮在水中的存在形态有很大关系，浮游植物对铵态氮的吸收效率最高[51-53]。虽然大运河(天津段)氮磷比较高，但铵态氮占总氮的比例较少，最少的仅占3%，因此氨氮成为限制浮游植物生长的因素之一。

4 结　论

2020年调查期间，大运河(天津段)在枯水期共鉴定出浮游植物7门56属109种，以蓝藻、硅藻和绿藻为主，在丰水期共鉴定浮游植物7门73属154种，以蓝藻和绿藻为主，不同河段不同水期之间优势种存在差异。
利用浮游植物生物多样性指数进行评价，枯水期和丰水期大运河(天津段)浮游植物群落结构较为稳定，各河段处于中污染水平，但枯水期水体污染程度比丰水期严重。
不同水期影响浮游植物群落分布的主要因素不同。枯水期主要为pH、DO、T、CODMn、COD和BOD等指标，丰水期影响浮游植物群落结构的主要因素为DO、T、BOD和NH4+-N。

References

Publishing order | Descend order by publishing year | Descend order by cited within
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
Options
Outlines

/

〈 〉