旱季環(huán)境因子對(duì)杞麓湖硅藻多樣性的影響

晉 爽，李伶俐，梁肖青，陸 萍

（玉溪師范學(xué)院 化學(xué)生物與環(huán)境學(xué)院，云南 玉溪 653100）

硅藻廣泛分布于河流生態(tài)系統(tǒng)中，是河流水域環(huán)境中重要的初級(jí)生產(chǎn)者，是生態(tài)系統(tǒng)食物鏈的重要組成部分，對(duì)維持河流生態(tài)系統(tǒng)的平衡起到重要作用[2]．硅藻對(duì)外界水體的變化反應(yīng)迅速，當(dāng)外界水體的溫度、pH、營養(yǎng)元素含量等環(huán)境因子發(fā)生改變時(shí)，硅藻種群的分布也會(huì)隨之產(chǎn)生變化[1]，因此，湖泊、河流等水域中硅藻的群落結(jié)構(gòu)反映了水域的水質(zhì)，是監(jiān)測(cè)水質(zhì)好壞的理想指示生物，在治理河流、湖泊及水庫等水域環(huán)境中被廣泛應(yīng)用[1-2]．

2020 年前，由于云南省通海縣人口的不斷增加及城市的發(fā)展進(jìn)程的加快，杞麓湖的水環(huán)境質(zhì)量逐漸惡化，生態(tài)環(huán)境受到破壞，也使水體中生物種群產(chǎn)生一定的變化，生物多樣性遭到威脅[2-3]．雨季杞麓湖及湖畔養(yǎng)殖池中梅尼小環(huán)藻的豐度最高，表明該水域富營養(yǎng)化程度較高[2-4]．另外，水環(huán)境質(zhì)量惡化也對(duì)通?？h居民的飲用水安全和周邊作物的生長(zhǎng)產(chǎn)生重大影響．

因此，為全面系統(tǒng)地了解杞麓湖硅藻多樣性變化規(guī)律，利用2018 年10 月至2019 年4 月收集的數(shù)據(jù)（旱季），對(duì)杞麓湖北側(cè)的硅藻多樣性進(jìn)行研究，分析杞麓湖硅藻種群的分布特征及優(yōu)勢(shì)物種，并討論群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子變化之間的關(guān)系，為杞麓湖的保護(hù)治理提供理論依據(jù)．

1 研究材料及方法

1.1 杞麓湖概況

杞麓湖，位于云南省玉溪市通?？h境內(nèi)，呈新月形，為東西向斷層陷落湖.湖周圍共有8 條大小河流，沿湖還有36 處泉水流入，水量較小，但相對(duì)穩(wěn)定，平均入湖徑流量為1.2 億立方米，其中紅旗河的入湖量約50 %．湖岸線長(zhǎng)32 公里，水域面積36.68 平方公里．流域耕地面積14 萬畝[5]．

1.2 水樣采集

水樣采集點(diǎn)位于杞麓湖北邊（102.81°E， 24.19°N，海拔1 758 米）（圖1），時(shí)間跨度為2018 年10 月至2019 年4 月，采樣時(shí)間為每月中旬，在水深大于1 米的水體用取水器分別采集表層和底層水樣1.5 L．同時(shí)，用水質(zhì)測(cè)定儀（WTW Multi 3510）測(cè)定水樣的溫度、pH 值和電導(dǎo)率等指標(biāo)；室內(nèi)分別采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法進(jìn)行水質(zhì)總氮的測(cè)定（HJ 636-2012）和鉬酸銨分光光度法進(jìn)行水質(zhì)總磷的測(cè)定（GB 11893-1989）測(cè)定水樣的總氮和總磷．

圖1 杞麓湖水樣采樣點(diǎn)（★）

1.3 硅藻提取與鑒定

硅藻的提取、制片、計(jì)數(shù)等參照李亞蒙（2009）的方法[6]．硅藻的物種鑒定參考《淡水沉積物硅藻圖譜》《興凱湖的硅藻》《中國淡水藻志》和《歐洲硅藻鑒定系統(tǒng)》等文獻(xiàn)資料[7-13]．

物種的相對(duì)豐富度（Monk 指數(shù)）＝某物種總數(shù)÷硅藻總數(shù)×100%[2,4]，便于對(duì)硅藻群落中的優(yōu)勢(shì)物種進(jìn)行分析．

2 結(jié)果與分析

2.1 硅藻種群分布特征

旱季杞麓湖北邊表層和底層的硅藻有梅尼小環(huán)藻、冰島溝鏈藻、顆粒溝鏈藻、念珠直鏈藻、短線脆桿藻、變異直鏈藻、扁圓卵形藻、隱頭舟形藻、放射舟形藻、微小異極藻、Aulacoseira ambigua、A.subarctica、A.bioretii、Navicula peregrina、Diatoma vulgaris、Tetracyclus glans、Melosira lineata等共17 種，其中，底層的硅藻物種數(shù)較多，共有15 種，表層硅藻有12 種．硅藻物種數(shù)也發(fā)生了時(shí)空上的變化，表層在11 月和4 月物種數(shù)較少（僅4 種），12 月最多，有10 種；底層也是12 月份物種數(shù)最多，有8 種，10 月最少，僅有4 種（表1）．

表1 旱季杞麓湖北側(cè)硅藻種群豐富度

硅藻的種類和數(shù)量與水體的營養(yǎng)水平密切相關(guān)．不同種類的硅藻可以很好地反映所處水域的營養(yǎng)狀況．如某些直鏈藻類，生長(zhǎng)于富營養(yǎng)化水域，是水體富營養(yǎng)化的典型代表；而小環(huán)藻類主要集中在低營養(yǎng)水平環(huán)境中[1,3]；微小異極藻則可用來指示水體發(fā)生嚴(yán)重污染，并且耐污性極強(qiáng)[14]．在2 月和4 月的底層中出現(xiàn)了微小異極藻，說明這兩個(gè)月水體環(huán)境污染較為嚴(yán)重.

2.2 優(yōu)勢(shì)物種分析

硅藻群落呈現(xiàn)出各物種間個(gè)體數(shù)量分布不均、某些種類優(yōu)勢(shì)較為明顯的特點(diǎn)．由表1 可得，不論表層還是底層，旱季杞麓湖硅藻優(yōu)勢(shì)物種主要是梅尼小環(huán)藻和直鏈藻屬，梅尼小環(huán)藻物種相對(duì)豐富度分別達(dá)到了66.04 %和67.22 %，冰島溝鏈藻物種相對(duì)豐富度分別為23.37 %和23.80 %，顆粒溝鏈藻相對(duì)豐度分別為7.20 %和5.66 %．時(shí)空變化上，10 月、11 月、次年1 月、2 月和4 月表層和底層梅尼小環(huán)藻豐度達(dá)73.89 %以上，但底層高于表層，而12 月和3 月，豐度降低至近8 %，優(yōu)勢(shì)物種則成為冰島溝鏈藻和顆粒溝鏈藻，尤其3 月份表層和底層冰島溝鏈藻的豐度分別達(dá)75.27%和78.84 %．

3 討 論

3.1 旱季月均降水量對(duì)杞麓湖硅藻分布的影響

旱季，杞麓湖表層硅藻物種數(shù)的變化趨勢(shì)與月均降水量的變化趨勢(shì)基本一致，而底層的則與月均降水量變化趨勢(shì)不一致，表明降水量對(duì)杞麓湖表層硅藻物種數(shù)的影響較大（圖2）．而且對(duì)優(yōu)勢(shì)種群梅尼小環(huán)藻的影響比較大．若考慮物種對(duì)環(huán)境反應(yīng)的延遲性，受到降水量的影響，梅尼小環(huán)藻的時(shí)空變化趨勢(shì)與月降水量變化趨勢(shì)基本一致（圖3）．

圖2 旱季降水量與杞麓湖硅藻物種數(shù)的關(guān)系圖

圖3 旱季月均降水量對(duì)硅藻數(shù)量的影響

3.2 旱季月均溫和水溫對(duì)杞麓湖硅藻分布的影響

溫度是影響硅藻生長(zhǎng)繁殖的主要因素，不同種類的硅藻對(duì)溫度的敏感性不同．水體溫度的改變會(huì)導(dǎo)致藻類的種群數(shù)量、群落組成和種群的空間分布產(chǎn)生一定的變化[14]．旱季杞麓湖氣溫和水溫的變化范圍分別為10.5 ～19.0 ℃和17.3 ～25 ℃，而其表層和底層硅藻物種數(shù)變化不相一致．表層的硅藻物種的時(shí)間變化除12 月份外，基本與月均溫和水溫變化相一致，而底層的則不隨溫度變化而變化（圖4）．

圖4 旱季月均溫和水溫對(duì)硅藻物種時(shí)空分布的關(guān)系

旱季底層和表層優(yōu)勢(shì)物種梅尼小環(huán)藻的變化趨勢(shì)“W”形，與月均溫和水溫變化趨勢(shì)不相一致（圖5，表1）．12 月份，表層中顆粒溝鏈藻最多，而底層中最多的是冰島溝鏈藻，其次是顆粒溝鏈藻和梅尼小環(huán)藻．3 月表層和底層中的優(yōu)勢(shì)種均為冰島溝鏈藻，其次是梅尼小環(huán)藻．同時(shí)，2 月到3 月隨著月均溫和水溫的升高，表層梅尼小環(huán)藻和底層梅尼小環(huán)藻總量逐漸降低，12 月到1 月的月均溫和水溫下降，兩層中梅尼小環(huán)藻總數(shù)卻變多，但12 月均減少，4 月又都增多．而杞麓湖西側(cè)梅尼小環(huán)藻在雨季4 月—9月間變化趨勢(shì)總體與月均溫和水溫變化一致[2]．

圖5 旱季月均溫和水溫對(duì)硅藻數(shù)量的影響

3.3 旱季水質(zhì)對(duì)杞麓湖硅藻分布的影響

不同營養(yǎng)元素在水體中的含量會(huì)導(dǎo)致硅藻的種類及數(shù)量發(fā)生一定的變化．硅藻的生長(zhǎng)離不開大量的營養(yǎng)元素．例如，氮磷含量豐富是硅藻大量繁殖的重要原因[16-18]．根據(jù)表2 結(jié)果可看出，受生活污水以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)（如，尿素等化肥的施用）的影響，杞麓湖北邊水體中的總N 和總P 含量均偏高，且均超過了國家地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，表層和底層的總磷測(cè)定值均超過IV 類的限值（≤ 0.1），表層和底層的總氮測(cè)定值也均超過了V 類的限值（＜ 2.0）．梅尼小環(huán)藻與N 素濃度成正比，氮濃度越高，促使梅尼小環(huán)藻生長(zhǎng)繁殖[2]．但其他物種則對(duì)N 和P 的反應(yīng)較差，變化規(guī)律不明顯．

表2 旱季杞麓湖北側(cè)水質(zhì)

4 結(jié) 論

本文對(duì)杞麓湖北側(cè)旱季（2018 年10 月至2019 年4 月）硅藻多樣性進(jìn)行分析，探究了環(huán)境因素與硅藻種群分布之間的關(guān)系．并對(duì)水質(zhì)進(jìn)行了分析，得到如下結(jié)論：

（1）表層和底層共鑒定出硅藻17 種，表層和底層的硅藻優(yōu)勢(shì)種都是梅尼小環(huán)藻，結(jié)合雨季和養(yǎng)殖湖的研究[2-4]，表明杞麓湖水域全年全域的硅藻優(yōu)勢(shì)物種為梅尼小環(huán)藻．

（2）旱季，環(huán)境因素中月降水、總氮、總磷濃度是影響梅尼小環(huán)藻生長(zhǎng)繁殖的主要生態(tài)因子，豐度與總氮和總磷濃度呈正相關(guān)．

（3）杞麓湖總氮和總磷濃度的嚴(yán)重超標(biāo)，已影響到湖體硅藻的種群結(jié)構(gòu)，急需加強(qiáng)對(duì)杞麓湖的生態(tài)保護(hù)和環(huán)境治理．