淦河流域底栖藻类特征及其生态学研究

摘要

2011年2-12月,对湖北省咸宁市淦河流域干流及其支流的21个断面的底栖藻类和水质理化特征进行了研究,分析了底栖藻类的生物量叶绿素a浓度(Chla)和无灰干质(AFDM)及自养指数(AI)的时空变化;同时对淦河流域底栖硅藻的时空分布特征及其与主要环境因子的关系进行了探讨;并应用生物多样性指数和营养硅藻指数(TDI)、特殊污染敏感指数(IPS)、生物硅藻指数(IBD)等三项硅藻指数来评价淦河流域的健康状况。其主要研究结果如下:
　　上游以农业生产为主的各支流水质较好,下游水质较差。从理化指标来看,上游为Ⅱ-Ⅳ类水;而流经市区后的下游为Ⅳ-劣Ⅴ类水。底栖藻类生物量Chla和AFDM都呈多峰值波动变化特征,它们之间有显著的相关性(r=0.655,P<0.001)。方差分析表明Chla含量在采样时间间隔上存在显著差异(P<0.001)。回归分析显示,总磷仅仅只解释5.07％(P=0.013)的底栖藻类Chla浓度。自养指数(AI)全年在54.9-806.5之间变化,总平均值为144.7,上游和下游样点的自养指数没有明显的差异,与水体中总磷浓度不相关(相关系数为-0.074,P=0.456)。
　　全年共观察到底栖藻类503种(包括变种),分属绿藻、蓝藻、硅藻、金藻4个门,计5纲16目22科50属。其中硅藻门11科36属487种,占绝对优势(96.6%);绿藻门7科10属;蓝藻门3科3属;金藻门1科1属。上游样点(S1-S15)底栖硅藻群落在全年季节变化中较稳定,主要以Achnathesminutissima,Cocconeisplacentula及Cymbellaaffinis等占据绝对优势。而下游样点的硅藻群落在季节变化上有差异:春季的优势种为琐细舟形藻(Naviculatrivialis)、嗜盐舟形藻(Naviculagoeppertiana)及谷皮菱形藻(Nitzschiapalea);夏季为小型舟形藻(Naviculaminima)、Gomphonemaangustum;秋季为Naviculaminima、肋缝菱形藻(Nitzschiafrustulum);冬季主要是Naviculaminima。
　　双向指示物种分析(TWINSPAN)按底栖硅藻群落组成差异将所有样点分为九组。除趋势对应分析(DCA)结果显示,上下游样点在第一轴上被很好的分离开来,上游支流样点在第二轴上明显分化。DCA与TWINSPAN相吻合,都显示出底栖硅藻群落在淦河流域的分布存在明显的空间差异。用水体主要理化指标包括水温(WT)、溶解氧(DO)、电导率(EC)、和pH值、总氮(TN)、总磷(TP)、化学需氧量(COD)进行典型对应分析(CCA),结果表明:影响淦河流域底栖硅藻群落的两个主要环境梯度是营养水平和pH、DO状况,CCA第一轴反映了营养水平,与TP、TN及EC呈显著正相关;pH及DO与第二轴呈显著正相关。
　　反映底栖硅藻生物多样性的物种丰富度(S)、Pielou均匀度(E)、香浓-威纳多样性指数(H)和马格里夫多样性指数(D)的变化趋势相似,它们之间有较强的相关性,分别在18-83、0.24-0.8、0.75-3.37和1.92-9.14之间变化。重复测量方差分析显示它们在季节变换中变化不显著,显示其群落组成的稳定性,也表明用多样性指数评价淦河流域的水质健康状况是不合适的。
　　硅藻指数TDI、IPS和IBD变化趋势基本一致,分别在19.9-4.3、18.7-3.3及18.8-4.8之间波动。位于淦河上游样点的指数值较高,而下游样点的明显降低。重复测量方差分析显示:TDI(P=0.003)和IBD(P=0.002)两项硅藻指数季节间变化差异显著,而IPS(P=0.281)全年取样无显著差异。TDI与IBD、IPS的皮尔森相关系数分别为0.802和0.861(P<0.01),而IBD和IPS的相关性为0.960(P<0.01)。依IBD对水质的评价,淦河上游样点(S1-S15),基本属于良好到优级水质,而下游样点属于中到较差水质。
　　综合研究表明,硅藻指数能较好的评价河流的健康状况,为建立适合我国河流健康评价的硅藻体系提供了科学依据。

目录

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缩略词说明

第一章 绪论

1.1河流的主要特征

1.2 硅藻

1.3 河流特征对硅藻的影响

1.4基于底栖藻类的河流健康评价研究现状

1.5本文研究的目的和意义

第二章 淦河流域概况

2.1气候

2.2 地质地貌

2.3 土地资源

2.4 植被

2.5 矿藏资源及开发情况

2.6 水文情况

2.7 社会及经济状况

2.8 研究样点概况

第三章 材料和方法

3.1 样品采集

3.2 水质理化因子测定

3.3 底栖藻类样品的处理

3.4 硅藻处理

3.5硅藻永久玻片制作

3.6 硅藻鉴定

3.7 数据处理与统计分析

第四章 淦河水质理化指标及底栖藻类生物量

4.1 前言

4.2 研究方法

4.3 结果与分析

4.4 讨论

4.5 本章小结

第五章 底栖硅藻时空分布特征及其与环境因子的关系

5.1 前言

5.2 研究方法

5.3 结果与分析

5.4 讨论

5.5 本章小结

第六章 基于硅藻的淦河流域健康评价

6.1 前言

6.2 研究方法

6.3 结果与分析

6.4 讨论

6.5 本章小结

全文小结

参考文献

附录 A 部分硅藻照片

附录B 2011年12月底栖硅藻TWINSPAN分类名录

致谢

攻读学位期间发表的学术论文