旱季环境因子对杞麓湖硅藻多样性的影响

2023-08-31李伶俐梁肖青

玉溪师范学院学报 2023年3期

晋爽，李伶俐，梁肖青，陆萍

（玉溪师范学院化学生物与环境学院，云南玉溪 653100）

硅藻广泛分布于河流生态系统中，是河流水域环境中重要的初级生产者，是生态系统食物链的重要组成部分，对维持河流生态系统的平衡起到重要作用[2]．硅藻对外界水体的变化反应迅速，当外界水体的温度、pH、营养元素含量等环境因子发生改变时，硅藻种群的分布也会随之产生变化[1]，因此，湖泊、河流等水域中硅藻的群落结构反映了水域的水质，是监测水质好坏的理想指示生物，在治理河流、湖泊及水库等水域环境中被广泛应用[1-2]．

2020 年前，由于云南省通海县人口的不断增加及城市的发展进程的加快，杞麓湖的水环境质量逐渐恶化，生态环境受到破坏，也使水体中生物种群产生一定的变化，生物多样性遭到威胁[2-3]．雨季杞麓湖及湖畔养殖池中梅尼小环藻的丰度最高，表明该水域富营养化程度较高[2-4]．另外，水环境质量恶化也对通海县居民的饮用水安全和周边作物的生长产生重大影响．

因此，为全面系统地了解杞麓湖硅藻多样性变化规律，利用2018 年10 月至2019 年4 月收集的数据（旱季），对杞麓湖北侧的硅藻多样性进行研究，分析杞麓湖硅藻种群的分布特征及优势物种，并讨论群落结构与环境因子变化之间的关系，为杞麓湖的保护治理提供理论依据．

1 研究材料及方法

1.1 杞麓湖概况

杞麓湖，位于云南省玉溪市通海县境内，呈新月形，为东西向断层陷落湖.湖周围共有8 条大小河流，沿湖还有36 处泉水流入，水量较小，但相对稳定，平均入湖径流量为1.2 亿立方米，其中红旗河的入湖量约50 %．湖岸线长32 公里，水域面积36.68 平方公里．流域耕地面积14 万亩[5]．

1.2 水样采集

水样采集点位于杞麓湖北边（102.81°E， 24.19°N，海拔1 758 米）（图1），时间跨度为2018 年10 月至2019 年4 月，采样时间为每月中旬，在水深大于1 米的水体用取水器分别采集表层和底层水样1.5 L．同时，用水质测定仪（WTW Multi 3510）测定水样的温度、pH 值和电导率等指标；室内分别采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法进行水质总氮的测定（HJ 636-2012）和钼酸铵分光光度法进行水质总磷的测定（GB 11893-1989）测定水样的总氮和总磷．

图1 杞麓湖水样采样点（★）

1.3 硅藻提取与鉴定

硅藻的提取、制片、计数等参照李亚蒙（2009）的方法[6]．硅藻的物种鉴定参考《淡水沉积物硅藻图谱》《兴凯湖的硅藻》《中国淡水藻志》和《欧洲硅藻鉴定系统》等文献资料[7-13]．

物种的相对丰富度（Monk 指数）＝某物种总数÷硅藻总数×100%[2,4]，便于对硅藻群落中的优势物种进行分析．

2 结果与分析

2.1 硅藻种群分布特征

旱季杞麓湖北边表层和底层的硅藻有梅尼小环藻、冰岛沟链藻、颗粒沟链藻、念珠直链藻、短线脆杆藻、变异直链藻、扁圆卵形藻、隐头舟形藻、放射舟形藻、微小异极藻、Aulacoseira ambigua、A.subarctica、A.bioretii、Navicula peregrina、Diatoma vulgaris、Tetracyclus glans、Melosira lineata等共17 种，其中，底层的硅藻物种数较多，共有15 种，表层硅藻有12 种．硅藻物种数也发生了时空上的变化，表层在11 月和4 月物种数较少（仅4 种），12 月最多，有10 种；底层也是12 月份物种数最多，有8 种，10 月最少，仅有4 种（表1）．

表1 旱季杞麓湖北侧硅藻种群丰富度

硅藻的种类和数量与水体的营养水平密切相关．不同种类的硅藻可以很好地反映所处水域的营养状况．如某些直链藻类，生长于富营养化水域，是水体富营养化的典型代表；而小环藻类主要集中在低营养水平环境中[1,3]；微小异极藻则可用来指示水体发生严重污染，并且耐污性极强[14]．在2 月和4 月的底层中出现了微小异极藻，说明这两个月水体环境污染较为严重.

2.2 优势物种分析

硅藻群落呈现出各物种间个体数量分布不均、某些种类优势较为明显的特点．由表1 可得，不论表层还是底层，旱季杞麓湖硅藻优势物种主要是梅尼小环藻和直链藻属，梅尼小环藻物种相对丰富度分别达到了66.04 %和67.22 %，冰岛沟链藻物种相对丰富度分别为23.37 %和23.80 %，颗粒沟链藻相对丰度分别为7.20 %和5.66 %．时空变化上，10 月、11 月、次年1 月、2 月和4 月表层和底层梅尼小环藻丰度达73.89 %以上，但底层高于表层，而12 月和3 月，丰度降低至近8 %，优势物种则成为冰岛沟链藻和颗粒沟链藻，尤其3 月份表层和底层冰岛沟链藻的丰度分别达75.27%和78.84 %．

3 讨论

3.1 旱季月均降水量对杞麓湖硅藻分布的影响

旱季，杞麓湖表层硅藻物种数的变化趋势与月均降水量的变化趋势基本一致，而底层的则与月均降水量变化趋势不一致，表明降水量对杞麓湖表层硅藻物种数的影响较大（图2）．而且对优势种群梅尼小环藻的影响比较大．若考虑物种对环境反应的延迟性，受到降水量的影响，梅尼小环藻的时空变化趋势与月降水量变化趋势基本一致（图3）．

图2 旱季降水量与杞麓湖硅藻物种数的关系图

图3 旱季月均降水量对硅藻数量的影响

3.2 旱季月均温和水温对杞麓湖硅藻分布的影响

温度是影响硅藻生长繁殖的主要因素，不同种类的硅藻对温度的敏感性不同．水体温度的改变会导致藻类的种群数量、群落组成和种群的空间分布产生一定的变化[14]．旱季杞麓湖气温和水温的变化范围分别为10.5 ～19.0 ℃和17.3 ～25 ℃，而其表层和底层硅藻物种数变化不相一致．表层的硅藻物种的时间变化除12 月份外，基本与月均温和水温变化相一致，而底层的则不随温度变化而变化（图4）．

图4 旱季月均温和水温对硅藻物种时空分布的关系

旱季底层和表层优势物种梅尼小环藻的变化趋势“W”形，与月均温和水温变化趋势不相一致（图5，表1）．12 月份，表层中颗粒沟链藻最多，而底层中最多的是冰岛沟链藻，其次是颗粒沟链藻和梅尼小环藻．3 月表层和底层中的优势种均为冰岛沟链藻，其次是梅尼小环藻．同时，2 月到3 月随着月均温和水温的升高，表层梅尼小环藻和底层梅尼小环藻总量逐渐降低，12 月到1 月的月均温和水温下降，两层中梅尼小环藻总数却变多，但12 月均减少，4 月又都增多．而杞麓湖西侧梅尼小环藻在雨季4 月—9月间变化趋势总体与月均温和水温变化一致[2]．

图5 旱季月均温和水温对硅藻数量的影响

3.3 旱季水质对杞麓湖硅藻分布的影响

不同营养元素在水体中的含量会导致硅藻的种类及数量发生一定的变化．硅藻的生长离不开大量的营养元素．例如，氮磷含量丰富是硅藻大量繁殖的重要原因[16-18]．根据表2 结果可看出，受生活污水以及农业生产活动（如，尿素等化肥的施用）的影响，杞麓湖北边水体中的总N 和总P 含量均偏高，且均超过了国家地表水环境质量标准，表层和底层的总磷测定值均超过IV 类的限值（≤ 0.1），表层和底层的总氮测定值也均超过了V 类的限值（＜ 2.0）．梅尼小环藻与N 素浓度成正比，氮浓度越高，促使梅尼小环藻生长繁殖[2]．但其他物种则对N 和P 的反应较差，变化规律不明显．