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水质环境变化与硅藻的生态指示一一以异龙湖为例摘要环境与生物可以相互影响作用,并有讨论查明硅藻对水环境条件变化极其敏感,有相当多的硅藻种只能生存在狭小的水环境条件下,如温度、酸碱度、养分盐、金属离子浓度等,还发觉了一些指示环境的硅藻代表种类本文以异龙湖为讨论区域,收集了异龙湖近40种硅藻的相关信息,通过硅藻特有的生态指示,分析异龙湖多年来的水质环境变化,并建立异龙湖生态环境与硅藻指示的对应关系O关键词异龙湖,硅藻,生态指示硅藻是广泛存在于水域中的一类微小植物,目前已证明其群落组合特征在指示和监测湖泊养分演化方面的相关性依据硅藻种类多、分布广且对水环境条件变化极其敏感的特点,可以探究环境因子对硅藻群落的影响机制,建立硅藻组成与水环境状态之间的对应关系,最终用硅藻组成变化来指示环境因子的转变状况,进而推断水质好坏异龙湖可谓云南省的一颗“高原明珠”,仅次于滇池、洱海、抚仙湖,于杞麓湖之前,可见其在云南省地位的举足轻重,因此其水质、生态环境颇受广泛关注,由于其水、热等自然条件优越,藻类植物丰富因此本文以异龙湖为例,运用多元统计学方法,分析不同的硅藻类型,组合以及其生态指示,以及对异龙湖的水质理化条件的逐年检测,揭示异龙湖生态系统的变化与硅藻种属的对应关系,为异龙湖湿地生态系统的爱护和恢复讨论供应肯定的科学依据,对高原湖泊的爱护、治理都具有极其重要的理论意义和现实意义再看分析图B,Cyclotella stelligeraFragilaria construensvar.venter均是寡污染指示种,换言之,它们相宜在水体清洁、质量较好的环境下繁衍,这两者往Y轴正方向延长Melosira的一些藻属则是多污染带的指示种,如Melosira islandica;同样的Cymbella cymbiformis也是多污染带指示种;Nitzschia denticula菱形藻也属养分型,这三者虽然在Y轴正向有分布,但数量极少Achnanthes lanceolatavar.elliptica和Cymbella cymbiformis属富养分型,甲型污染带的指示种,所以在Y轴的负方向有分布,尤以Achnanthes lanceolatavar.elliptica数量众多依据如此规律,可以推断出Y轴方向指示污染程度正向指示寡污染贫养分,负向指示高污染富养分4结论硅藻属于水生生物,水质环境是硅藻生存和繁殖的重要因子以上单独概述了几种环境因子对硅藻生存和生长的影响,但生长在水环境中的硅藻是同时受到这些因子的作用的,此外还有养分因子对硅藻的影响,如PCA分析图B就说明硅藻的空间分布有肯定的养分梯度规律综上所述,硅藻的生长状况是这些因子共同作用的结果,因此使用硅藻作为生物指示种,可以侧面推断水体水质环境,进而为生态系统的爱护和恢复讨论供应肯定的科学依据和数据基础,对其的爱护、治理具有极大现实意义这次的讨论以异龙湖为例,胜利的验证了硅藻作为生态指示种的优势,它能够牢靠地作为异龙湖的水质指标,与异龙湖的水质环境具有明确的对应关系5参考文献
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725.1异龙湖环境概况异龙湖位于纵向岭谷区的红河流域,在石屏县城东南3km处,仅靠珠江支流南盘江与红河两大流域分水岭,是云南省九大高原湖泊之一湖泊呈东西向条带状,湖区内地势平坦,微向东南倾斜,地理位置处于东经102°28—102°38北纬23°38—23°42海拔
1414.33m,属断陷浸蚀浅水湖泊,湖面
4.47X103hm2,湖长
13.8km,最宽
3.3km,最深
6.55m,平均深
2.75m溶积
1.3X109m3地处亚热带潮湿季风地区,年平均气温为18℃,极端最高温为
34.5℃,最低温为-2℃,年平均雨量为
928.3mm,是云南高原湖泊中纬度最低、海拔最低、水温最高、雨量最高、最富养分化的一个2材料与方法
2.1讨论区的藻种与环境指标本次讨论主要采集来自异龙湖纵向不同深度的39个藻种的数据主要的大类有曲壳藻属Achnanthes、卵形藻属Cocconeis、小环藻属Cyllotella、桥弯藻属Cymbella、窗纹藻科Epithemia zebra脆杆藻属Fragilaria construens异极藻科Gomphonema exiguum直链藻属Melosira spp.、舟形藻属Navicula menisculus菱形藻属Nitzschia spp.采集的异龙湖的环境指标主要包括1总氮TN;2水体透亮度cmo2氨氮NH3-N;3总磷TP;4溶解氧DO;5叶绿素a Chia;6化学需氧量COD;75日生化需氧量B0D5;
2.2分析方法采用C2对讨论区域收集到的硅藻种属数据进行主成分分析PC A,采用spss、grapher5coreldrawl2等软件对环境数据进行标准化,绘制曲线图并进行对比从而揭示硅藻种属与水质环境变化的对应关系3结果与分析
3.1几种生态指标及其分析结果几种生态指标讨论异龙湖多年以来的生态环境变化,必需收集到与水质亲密相关的几种理化指标1温度温度是影响硅藻生长和生存的最重要环境因子之一,它对硅藻的生长和发育有调整作用不同的硅藻对温度的耐受力量因种类不同而存在很大的差异,因而各种藻类对温度的要求不同,对硅藻而言,存在最低,最高和相宜温度绝大多数硅藻在5-40C都可存活,最相宜温度是15℃o但也有例外的,如小环藻属于高温种,生长相宜温度在30-40℃o2PH值水体的pH与藻类生长关系亲密各种藻类生长都有它适合的pH范围,pH变化会影响藻类的生长繁殖速度大多数硅藻的最适值为的微碱性环境,但不同种类之间值的相宜范围也不同异龙湖硅藻大部分种属都生存在偏碱性环境中,也有个别种属idEunotiapectinalis var.minor相宜在酸性环境中生长,小环藻相宜在中性环境中生长3溶解氧DO溶解氧的变化是衡量水体初级生产力凹凸的重要标志,还是讨论水自净力量的一种依据水里的溶解氧被消耗,要恢复到初始状态,所需时间短,说明该水体的自净力量强,或者说水体污染不严峻否则说明水体污染严峻,自净力量弱,甚至失去自净力量4透亮度透亮度是表示光线透射入水体的深度透亮度的大小取决于光源状态、水中悬浮有机或无机微小物质、浮游生物等透亮度与光源状态呈正比,与微生物繁殖生长密度成反比另,透亮度与溶解氧呈显著正相关关系r=
0.630,P=
0.
0380.05,透亮度越高,湖泊中往往溶解氧越高,当透亮度低的时候水体中藻类密度往往较高,较高的藻类密度导致水体透亮度的减小,使水体感观性状下降5叶绿素a水体中叶绿素a的浓度能够指示藻类的生长繁殖状况当水体中藻类大量繁殖就会导致叶绿素浓度提升的,反之亦然因此叶绿素也可以作为衡量水体质量的一个指标6化学需氧量CODMn化学需氧量是以化学方法测量水样中需要被氧化的还原性物质的量因此,化学需氧量(COD)又往往作为衡量水中有机物质含量多少的指标化学需氧量越大,说明水体受有机物的污染越严峻反之亦然
(7)5日生化需氧量(BOD5)这是用微生物代谢作用所消耗的溶解氧量来间接表示水体被有机物污染程度的一个重要指标20℃时在BOD的测定条件(氧充分、不搅动)下,一般有机物20天才能够基本完成在第一阶段的氧化分解过程(完成过程的99%)o就是说,测定第一阶段的生化需氧量,需要20天,这在实际工作中是难以做到的为此又规定一个标准时间,一般以5日作为测定BOD的标准时间,因而称之为五日生化需氧量,以BOD5表示之BOD5约为BOD20的70%左右
(7)总氮、氨氮、总磷总氮是指水中各种形态无机和有机氮的总量包括NOH NO2-和NH4+等无机氮和蛋白质、氨基酸和有机胺等有机氮,以每升水含氮毫克数计算常被用来表示水体受养分物质污染的程度总磷是水样经消解后将各种形态的磷转变成正磷酸盐后测定的结果,以每升水样含磷毫克数计量水中磷可以以元素磷、正磷酸盐、缩合硫酸盐、焦磷酸盐、偏磷酸盐和有机团结合的磷酸盐等形式存在水体中的磷是藻类生长需要的一种关键元素,过度磷是造成水体污秽异臭,使湖泊发生富养分化和海湾消失赤潮的主要缘由氨氮是指水中以游离氨(NR)和钱离子(NH4+)形式存在的氮水中氨氮含量增高时指以氨或钱离子形式存在的化合氨氨氮是水体中的养分素,可导致水富养分化现象产生,是水体中的主要耗氧污染物,对鱼类及某些水生生物有毒害
3.
1.2生态环境因子分析结果使用spss软件将收集到的自1993-2022年异龙湖的各类生态环境因子的数据进行无量纲标准化后,运用grapher软件进行画图,令这些不同的环境数据在同一个X轴上显示出来,便利进行逐年变化的对比出8一__________不199219962000200420082012AGE图1异龙湖各环境因子的变化趋势如图所示,各环境因子逐年的变化趋势
①TN和TP曲线变化趋势相像,氮、磷含量自1993年起开头下降,水中氮、磷物质(藻类繁殖需要的主要养分物质)缩减,直至1998年前后下降到几乎最低值,推想此段时间,藻类植物开头大量繁殖,o oO1X I-N不断消耗水中氮磷物质,所以氮磷物质下降,此后随着氮磷下降,藻类生长状况也走下坡曲线从1998年处于稍有起伏的低水平趋势直至2022年,此期间藻类等微生物生长可能受抑制2022年后,TN、TP再次提升,可能与生活污水的排放有关,有助于藻类等微生物的生长
②NE-N变化趋势除1996年以前有较大的起伏外,几乎与氮磷变化趋势全都1993-1996年存在的差异有可能与生活污水排放量的波动有关,进而影响水体中氨氮含量
③chia叶绿素的变化也说明水体中藻类自1993年起繁殖放慢,到1996年处于低谷,此状态维持到2022年2022年后chia含量急剧提升,侧面说明藻类的旺盛生长
④BOD
5、COD曲线变化趋势相像均是1993年含量开头下降至1998年前后至低谷,共同说明白水体中有机质的削减,污染程度有改善1998-2022年水体污染状况平缓变化,但2022年曲线急剧提升,水体污染问题趋严峻
⑤DO含量在2006年以前始终波动下降至低谷,此后提升,至2022年又再次下降说明水质从2006年以前、2022年以后总体是有改善的
3.2硅藻种属的主成分分析依据收集到的来自不同深度的近40个种属的硅藻数据,运用C2软件里的PCA多元分析法进行推断分析结果如下:Eigenvalues IdEigenvalue1Axis
10.557072Axis
20.157513Axis
30.102534Axis
40.0486225Axis
50.027621表1特征值表由特征值表给出的数据结果,明显前三个轴解释了近80%的硅藻信息,单是前两个轴就解释了70%,可见PCA处理数据的结果可、行因此,我们选取包含轴一和轴二(暂且称为X、Y轴)的种属分析异龙湖硅藻种属PCA分析图A分析图A是在原始PCA分析图基础上,选取几个种属特征较为明显的类型来显示的依据硅藻的生活习性资料查明Fragilaria construensFragilaria construensvar.venter相宜在碱性环境之下繁殖,而中偏酸性的环境则相宜Cymbella ventricosaCyclotella stelligera的生长;Eunotia pectinalisvar.minor也是偏爱酸性的硅藻种属对应分析图中5个硅藻种属的空间分布,,我们不难发觉,酸性的Cymbella ventricosaCyclotella stelligeraEunotia pectinalisvar.minor均全者B的分布在X轴左侧,而碱性的Fragilaria construensFragilaria construensvar.venter则分布在X轴右侧,因此,我们推断X轴方向指示硅藻生境的PH值Fragilaria construensvar#venter Melosiragranulat Cyclotellastelligera Melosirais andicaCymbella cymbifNitzschia denticula-
1.5-Achnanthes lanceolatavar#elliptica~
3.0-异龙湖硅藻种属PCA分析图B。