长湖高等水生植物及着生硅藻群落结构特征研究

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长湖位于荆州、潜江、荆门三市交界处,兼备蓄洪、航运、灌溉等综合功能,为长江中游区域典型的富营养化湖泊,也是国家级鲌类种质资源保护区。据相关报道显示,长湖2016年全面拆围之前处于中度富营养-富营养状态,局部达到重度富营养化,拆围之后长湖N、P营养盐水平呈下降趋势,水环境污染状况逐渐有好转趋势。高等水生植物和藻类作为水生态系统中初级生产者,两者相互制约,能对水环境因子起着调节作用,同时还可作为水生态系统中的指示生物,可直接反应水环境的优劣。本研究于2020年10月(秋)、2021年1月(冬)、4月(春)、7月(夏)对长湖高等水生植物及着生硅藻以及TN、TP、DO、COD等14个水环境指标进行了监测。对高等水生植物及着生硅藻种类组成、优势种、生物量、多样性指数(Shannon-Wiener指数、Pielou均匀度指数和Margalef指数)等群落结构特征进行分析,对水环境因子进行综合营养指数(TLI)分析,并利用Pearson相关性分析和冗余分析(RDA)对长湖高等水生植物、着生硅藻及水环境因子进行相关性分析,结果显示:(1)水环境因子:长湖水质全年呈弱碱性,p H平均变化范围为8.09~8.34,其中冬季采样点C11最高,达9.12。全年水温平均变化范围为8.08~32.32℃,其中夏季变化范围是30.30~36.90℃,C13采样点最高(36.90℃)。溶解氧全年水平均较高,平均范围为11.79-13.60,其中夏季最低(11.79),冬季最高(13.60)。总氮平均范围为0.39~1.91,其中夏季最高(1.91),C12采样点最高(0.39),秋季最低(0.39)。总磷平均范围为0.03~0.23,其中夏季最高(0.23),最高值(0.39)出现在C11采样点,冬季最低(0.03)。根据地表水环境质量标准(GB3838-2002)来看,长湖整体上处于Ⅲ类水状态,部分采样点处于Ⅳ类水状态。(2)水质评估:长湖水环境因子综合营养指数(TLI)分析结果显示,秋季、冬季、春季、夏季变化范围分别为32.68~60.13、33.02~61.17、33.32~61.23、39.66~66.44,全年TLI平均范围为33.12~61.76,整体处于轻度富营养化-中度富营养化程度,部分采样点接近重度富营养化程度。从Shannon-Wiener指数(H)来看,秋季H值变化范围为1.88~2.64,冬季为1.23~2.24,春季为1.68~2.30,夏季为1.80~2.32,均处于β-中污染~α-中污染范围。从Pielou均匀度指数(J)来看,秋季J值变化范围为0.44~0.94,冬季为0.46~0.91,均为轻污染~α-中污染状态;春季为0.72~0.90,夏季为0.63~0.86,均为轻污染~β-中污染状态。从Margalef指数(D)来看,秋季D值变化范围为2.04~3.68,属轻污染~β-中污染水平;冬季为1.84~2.49,为β-中污染~α-中污染水平;春季为1.92~3.08,为轻污染~α-中污染水平;夏季为2.03~4.17,为轻污染~β-中污染水平。综合上述各项指数分析结果来看,长湖水质整体处于β-中污染~α-中污染等级。(3)高等水生植物与着生硅藻群落结构特征分析:本次调查共鉴定出高等水生植物20科19属24种,其中挺水植物8科7属8种,漂浮植物3科3属3种,浮叶植物4科4属6种,沉水植物3科3属7种。根据重要值共确定长湖高等水生植物7个植物群丛,分别为芦苇+莲+喜旱莲子草、凤眼莲、芦苇+喜旱莲子草、芦苇、菹草、菱、芦苇+水蓼+莲。芦苇、香蒲、菹草属于耐污种,多分布于重污染水域,菱、荇菜对高浓度N、P的水域环境具有较强的耐受力,金鱼藻、喜旱莲子草则多分布在中污染水域。水生植物对水环境变化敏感,结合水生植物对水质指示作用,表明长湖处于中污染~重污染状态。本次调查共鉴定出着生藻类81种,隶属于7门37属,其中蓝藻门14种,绿藻门22种,金藻门、黄藻门、裸藻门各1种,甲藻门3种,硅藻门17属39种。根据优势度(Y≥0.02)确定优势种,其中秋季7种,冬季8种,春季7种,夏季3种,其中钝脆杆藻、缘花舟形藻为四季共有优势种,针杆藻属、双眉藻属、小环藻属、菱形藻属、舟形藻属、异端藻属、桥弯藻属为四季共有属。菱形藻属、异端藻属为多污带指示种;舟形藻属为富营养化水体指示种,有着较宽的生态指示值范围;钝脆杆藻为重金属Cu的指示种;肘状针杆藻为重金属Zn的指示种。结合着生硅藻对水质指示作用,表明长湖处于富营养化状态,且对重金属Cu、Zn有一定指示作用。(4)高等水生植物与水环境因子的相关性分析:采用Pearson和RDA两种方法对高等水生植物与水环境因子进行相关性分析,结果表明,挺水植物芦苇、香蒲、喜旱莲子草与总磷、总氮、正磷酸盐具有正相关性,其中香蒲和总磷呈显著正相关;沉水植物菹草、金鱼藻和浮叶植物菱、荇菜与总磷、正磷酸盐具有正相关性,其中金鱼藻、荇菜与正磷酸盐呈显著正相关。芦苇和菱与水深、化学需氧量、p H、叶绿素a呈负相关,喜旱莲子草与悬浮物、透明度、溶解氧呈负相关。Pearson和RDA两种方法对高等水生植物与水环境因子的相关性分析结果趋于一致。(3)着生硅藻与水环境因子相关性分析:采用Pearson和RDA对着生硅藻与水环境因子进行分析,结果表明,梅尼小环藻与p H、总氮具有正相关性,缘花舟形藻、肘状针杆藻、缢缩异端藻、窗格平板藻、钝脆杆藻、线形圆筛藻、绿舟形藻、微细异端藻、帽形菱形藻与正磷酸盐、总磷、总氮、悬浮物具有正相关性,其中窗格平板藻、线形圆筛藻、缢缩异端藻与正磷酸盐呈显著正相关,帽形菱形藻与总氮呈显著正相关,缘花舟形藻与悬浮物呈显著正相关,帽形菱形藻、窗格平板藻、扁圆舟形藻与p H、溶解氧、化学需氧量呈负相关。Pearson和RDA两种方法对高等水生植物与水环境因子的相关性分析结果趋于一致。(6)高等水生植物与着生硅藻相关性分析:采用Pearson和RDA两种方法对高等水生植物与着生硅藻进行相关性分析,结果表明,扁圆舟形藻、微细异端藻、梅尼小环藻、钝脆杆藻、缘花舟形藻线形圆筛藻、帽形菱形藻与荇菜、喜旱莲子草、菹草、菱呈正相关,其中扁圆舟形藻、钝脆杆藻、窗格平板藻与喜旱莲子草呈显著正相关,线形圆筛藻、窗格平板藻、帽形菱形藻与菹草呈显著正相关,颗粒直链藻、钝脆杆藻、尖异端藻与芦苇、凤眼莲、莎草呈正相关,其中尖异端藻与芦苇、莎草呈显著正相关,绿舟形藻与香蒲、莲呈显著正相关,肘状针杆藻与芦苇呈负相关。芦苇、莲、香蒲、水蓼属于耐污种,多分布在重污染水域,喜旱莲子草属于中污染指示种,菹草为耐污种,多分布于重污染水域,荇菜、菱喜生活于高氮磷、浊度大的水域。梅尼小环藻对p H敏感,菱形藻属、异端藻属为多污带指示种,舟形藻属为富营养化水体指示种;钝脆杆藻为重金属Cu的指示种;肘状针杆藻为重金属Zn的指示种;桥弯藻属为β-中污染指示种。综合上述生物指示种结果表明,长湖处于β-中污染~重污染状态。Pearson和RDA两种方法对高等水生植物与水环境因子的相关性分析结果趋于一致。
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