浯溪口浮游植物优势种生态位的变化及种间联结性

黄学平,陈子悦,何国庆,廖伟东,姚元勋,秦 朗

(1.南昌工程学院 土木与建筑工程学院,南昌 330000;2.江西工程学院 土木工程学院,新余 338000)

浮游植物是水生态系统的初级生产者和重要组成部分,对水生态系统中的生态功能有着重要的影响[1-2]。浮游植物具有结构简单、生命周期短、对理化环境反应迅速的特点[3],其生态群落是由各种藻类组成的复杂种群结构,群落结构的变化可以在一定程度上反映水质情况和河流生态状况[4]。不同水情期河流流速和透明度等发生改变,影响藻类的群落结构[5],研究藻类的群落结构有助于了解藻类的分布格局和发展状态,进而对流域的水生态环境进一步了解。生态位理论也逐渐应用于藻类的研究,生态位宽度可以通过指示藻种在一定程度上体现水质状态;生态位重叠指数可以解释浮游植物对同一资源的利用程度及相互作用机制;种间联结性可以研究藻种间亲和性的程度[6]。

本文选择浯溪口水利枢纽为研究对象,浯溪口大坝所在的昌江流域坝前段和坝后段作为主要采样区域。将生态位理论和种间联结性结合,对浯溪口水利枢纽蓄水后的3种水情期中浮游植物优势种相互作用的种间关系,及其种群对环境适应性之间的关系进行分析[7]。探讨浮游植物群落结构的变化动态,以期为研究蓄水后浯溪口段昌江流域浮游植物群落结构特征提供参考。

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1 材料与方法

1.1 采样时间与采样点

设置9个采样,依次为城门、沽演、峙滩、洛溪、磨刀港、王港、三龙、古田、西河河口,具体参见图1,每次采样使用GPS定位。于2021年3月、6月、11月采集浯溪口段昌江流域浮游植物。

图1 昌江段采样点分布

1.2 样品采集与处理

浮游植物定性以25号浮游生物网在水面0.5 m左右“∞”环绕捞取8 min采样,将滤取的样品放入标本瓶,加4%甲醛溶液进行固定。定量用1 L量程的采水器按照常规方法取50次水,用25号浮游生物网过滤后取20 mL水样至样品瓶中,加入0.4 mL鲁哥试剂固定[8]。

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1.3 数据分析

优势种采用Mcnaughton优势度指数[10],计算公式如(1)所示:

(1)

式中:N为总个体数;ni为第i藻种的个体数;fi为第i藻种在采样点出现的频率。

生态位宽度采用修正后的Levins指数[11],计算公式如(2)所示:

(2)

3月粗壮双菱藻的ΔSOik最大,表明该藻种有最大的发展空间,水绵藻和巨颤藻的生态位重叠值最大为0.980 2,而二者ΔSOik分别为-3.683和-3.671说明3月份两者共同利用的资源相似性很大,尖针杆藻和尖头舟形藻的生态位重叠值最小为0.011 9,而二者ΔSOik分别为3.852和-0.174,说明两者在资源利用上基本不产生竞争关系。6月无常蓝纤维藻的ΔSOik值最大为3.854,绿球藻次之为3.244,两者同属于发展型,多数发展型藻种,由于生态响应速率较慢,发展空间较小,再次采样调查发现不再为优势种。11月各优势种的生态位重叠值均较低,ΔSOik<0.001的有10对,占总数的8.26%,其中小球藻与其他藻种的重叠值低的最多有6对,说明小球藻与其他种对环境资源的竞争程度低。ΔSOik≤0.3的有62对,占总数的51.23%,其中,密集锥囊藻、巨颤藻和十字藻重叠值较低的最多有26对,说明3种藻类和其他藻种对环境资源的竞争程度较低[21]。

共镜检出浮游植物8门59属105种,其中硅藻门种类最多(19属40种,占比38.10%),其次为绿藻门(19属36种,占比34.29%)和蓝藻门(12属19种,占比18.10%),其他种类相对占比较少,其中裸藻门、甲藻门、金藻门、隐藻门(均为2属2种,分别占比1.90%),种类最少的为黄藻门(1属2种,占比1.90%)。浯溪口水利枢纽浮游植物种类在不同时期检测结果均以硅藻门+绿藻门+蓝藻门三个物种为主,占藻类的85%以上[图2(a)]。硅藻门、绿藻门和蓝藻门在6月份出现的种类最多(依次为28种、27种、14种),其中,优势种有颗粒直链藻极狭变种、单角盘星藻、美丽星杆藻、短小舟形藻等;在3次采样中均有出现且是主要优势种的为颗粒直链藻。从图2(b)可见,金藻门仅在11月份出现,在6月份位于3号采样点峙滩附近的浮游植物种数最多。

生态位重叠采用Petraitis指数[12],计算公式如(3)所示:

(3)

式中:k与i是不同藻种;Ri为生态响应速率。

(4)

式中:S为调查样方的藻种数;N为总样方数;Pi为藻种i出现的频度;Tj为样方j内的藻种总数;t为全部样方藻种的平均数;ST为所有样方藻种数的方差;σT为所有藻种出现频度的方差。

种对间关联是指在同样的置信水平上检测两个藻种之间是否存在相关性,判断两个种关联与否采用χ2检验,将两个种的观测值填入2×2列联表,当样方数目较少时使用计算公式如式(5)所示:

(5)

采用Matlab对浮游植物优势种的矩阵进行卡方检验,采样点示意图采用ArcGIS 10.7构建,其余的图表均采用Oirgin 2021绘制。

(6)

式中:Wj为第j种参数的营养状态指数相关权重,TLI(j)为第j种参数的营养状态指数,m为评价参数的个数。

图5a为不同加热速率下CaCO3的转化率α随时间t的变化情况，其中小图是同一样品在TGA中100℃/min和50℃/min的测量结果。从图5a可以看出，在急速加热器内CaCO3完全反应仅需8 s，而在TGA测试中则需900 s，由此可知急速加热器反应速率明显快于同条件下的TGA。图5b是转化率α随温度T的变化情况，随升温速率的增大，CaCO3完成分解的温度升高，起始转化温度升高。样品的瞬时加热出现快速反应阶段，使得反应速率在初始阶段随转化率的增大而增快直到最大值，揭示了其急速升温特性，可见加热速率的提升有利于加快CaCO3整体反应过程的反应速率。

综合营养状态指数[14]:

2 结果与分析

2.1 浮游植物群落结构及优势种

人类的意识可以分为自我意识与对象意识，自我意识是对自我的感受与认识；对象意识是对环境的感受与认识。对象意识的产生以自我意识的产生为前提，而自我之所以称自我，是因为有对象。因此，实际上自我意识与对象意识是同时产生，并无先后的，在逻辑上他们相互为前提。

(a)昌江流域浮游植物组成比例;(b)各时期各采样点浮游植物种类数。

通过对优势度指数的分析(Y≥0.02)(表1),共鉴定出优势种4门27种。颗粒直链藻在3个时期均为优势种,并且为绝对优势种(Y≥0.1)。不同时期优势种有显著差异,3月份硅藻门和绿藻门出现种类最多,分别为7种和4种,其中,颗粒直链藻、隐头舟形藻优势度指数较高(Y>0.9)。6月份的美丽星杆藻优势度指数较高,指示的水质状态为β-ms型,说明此时的河流水质呈中营养型的变化趋势[14-15]。11月份的金藻门仅在气温较低的秋季出现,分歧锥囊藻指示水质状态为οs型,说明水质可能呈贫营养状态的动态变化趋势[16]。

2.2 优势种的生态位宽度

生态位宽度是指某个种群在群落中利用各种资源幅度的总和,其值大小反映了种群对资源的竞争能力和对生境的适应能力。生态位越宽的种群具有更强的竞争力,可利用的资源更多,在竞争中处于优势地位且适应性较强,称之为泛化种;反之,生态位越窄则对生境的要求越高,称之为特化种。颗粒直链藻整体处于生态位宽度较高水平(Bi>0.5)(表2),表明其对环境的适应性和利用资源的竞争力远超其他藻种[17-18],根据不同适应能力将浯溪口段昌江流域浮游植物优势种分为3类。第1类:颗粒直链藻、隐头舟形藻。两种藻类优势度值大于0.092、生态位宽度均大于0.7,具有较高生态利用能力,说明该藻种具有对水生态环境较强的适应能力和利用营养物质的能力。第2类:颗粒直链藻极狭变种、绿球藻、巨颤藻、无常蓝纤维藻。优势度值在0.021～0.091,成为优势种期间生态位宽度值在0.323～0.782。生态位宽度值略低于第1类,说明该类藻种对周围的环境有一定的选择性,利用资源能力弱于第1类藻种。第3类:梅尼小环藻、尖针杆藻、尖头舟形藻、窗格平板藻、粗壮双菱藻等藻类仅在某一时期为优势种,大部分优势度值在0.05以下,生态宽度处于较低水平,说明此种藻类对环境变化敏感,利用资源能力较弱[19]。

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表2 浮游植物优势种的生态位宽度

2.3 优势种的生态位重叠

生态位重叠(ΔSOik)指数是物种间对资源利用相似性的测度,通过比较ΔSOik大小来说明不同的环境条件下不同种属的生态习性变化和发展衰退状况。差值的正负表明该种属处于发展还是衰退状态;差值的大小反映了该种发展或衰退的程度;为0时则表明该种属为中性种[20]。此外利用生态响应速率(R)二者结合可精准确定藻类在群落中的生态响应(表3)。

表3 浮游植物优势种的生态位(ΔSOik)和生态响应速率(Ri)

式中:pij为资源占比数;它表示物种i在第j个采样点下的个体数与该物种在所有资源状态下个体总数之比。

2.4 种间关联分析

物种总体关联性采用Schluter方差比率法鉴定[13],计算公式如式(4)所示:

透明度(SD)的测定使用萨氏盘,pH值、水温(WT)、溶解氧(DO)的测定使用多参数水质分析仪(哈希Hydrolab DS5X);参照《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)检测总氮(TN)、总磷(TP)、化学需氧量(CODMn),叶绿素a(Chl a)采用丙酮浸提法测定[9]。

表4 浮游植物优势种总体关联性

联结系数(AC)分析结果如图3所示,在178个种对内中,联结性不显著的种有167对,有11对联结性显著,关联的显著率为6.18%。其中有3种对极正联结显著(P<0.01且ad>bc),3月、6月和11月各出现1对分别为梅尼小环藻和颗粒直链藻、美丽针杆藻和颗粒直链藻、隐头舟形藻和固氮鱼腥藻。正联结显著的有4对(0.01≤P≤0.05且ad>bc),3月、6月各出现2对,分别为颗粒直链藻极狭变种和尖针杆藻、颗粒直链藻和粗壮双菱藻、绿球藻和绿色颤藻、钝齿角星鼓藻和苍白微囊藻。极负联结显著的种对有1对(P<0.01且ad

噪声是指环境中不需要的、使人厌烦的或不同频率和强度的杂乱无章的声音。它对人体多个系统,如神经、心血管、内分泌、消化等系统都可造成危害。[1]许多研究表明接触噪声并不是其唯一影响因素,职业暴露于某些物理、化学因素也会引起上述危害,而且噪声和它们的联合作用则会带来更严重的后果[2]我们通过分析某焦化厂接噪工人吸烟与血脂、血糖、血压、血红蛋白及听力损失相关性,为企业开展噪声危害控制及防护提供依据。