水质环境转变及硅藻的生态指示以异龙湖为例Word格式文档下载.docx
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38北纬23°
38′—23°
42′海拔1414.33m,属断陷浸蚀浅水湖泊,湖面4.47×
103hm2,湖长13.8km,最宽3.3km,最深6.55m,平均深2.75m,容积1.3×
109m3。
地处亚热带湿润季风地域,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、最富营养化的一个。
2材料与方式
研究区的藻种与环境指标
本次研究主要收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)、椭圆形藻属(Cocconeis)、小环藻属(Cyllotella)、桥弯藻属(Cymbella)、窗纹藻科(Epithemiazebra)、脆杆藻属(Fragilariaconstruens)、异极藻科(Gomphonemaexiguum)、直链藻属(Melosiraspp.)、舟形藻属(Naviculamenisculus)、菱形藻属(Nitzschiaspp.)。
收集的异龙湖的环境指标主要包括:
(1)总氮(TN);
(2)水体透明度(cm)。
(2)氨氮(NH3-N);
(3)总磷(TP);
(4)溶解氧(DO);
(5)叶绿素a(Chla);
(6)化学需氧量(COD);
(7)5日生化需氧量(BOD5);
分析方式
利用C2对研究区域搜集到的硅藻种属数据进行主成份分析(PCA),利用spss、grapher五、coreldraw12等软件对环境数据进行标准化,绘制曲线图并进行对比。
从而揭露硅藻种属与水质环境转变的对应关系。
3结果与分析
几种生态指标及其分析结果
3.1.1几种生态指标
研究异龙湖连年以来的生态环境转变,必需搜集到与水质紧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节作用。
不同的硅藻对温度的耐受能力因种类不同而存在专门大的不同,因此各类藻类对温度的要求不同,对硅藻而言,存在最低,最高和适宜温度。
绝大多数硅藻在5-40℃都可存活,最适宜温度是15℃。
但也有例外的,如小环藻属于高温种,生长适宜温度在30-40℃。
(2)PH值
水体的pH与藻类生长关系紧密。
各类藻类生长都有它适合的pH范围,pH转变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适宜范围也不同。
异龙湖硅藻大部份种属都生存在偏碱性环境中,也有个别种属(如Eunotiapectinalisvar.minor)适宜在酸性环境中生长,小环藻适宜在中性环境中生长。
(3)溶解氧(DO)
溶解氧的转变是衡量水体低级生产力高低的重要标志,仍是研究水自净能力的一种依据。
水里的溶解氧被消耗,要恢复到初始状态,所需时刻短,说明该水体的自净能力强,或说水体污染不严峻。
不然说明水体污染严峻,自净能力弱,乃至失去自净能力。
(4)透明度
透明度是表示光线透射入水体的深度。
透明度的大小取决于光源状态、水中悬浮有机或无机细微物质、浮游生物等。
透明度与光源状态呈正比,与微生物繁衍生长密度成反比。
另,透明度与溶解氧呈显著正相关关系(r=,P=<),透明度越高,湖泊中往往溶解氧越高,当透明度低的时候水体中藻类密度往往较高,较高的藻类密度致使水体透明度的减小,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衍状况。
当水体中藻类大量繁衍就会致使叶绿素浓度升高的,反之亦然。
因此叶绿素也能够作为衡量水体质量的一个指标。
(6)化学需氧量(CODMn)
化学需氧量是以方式测量水样中需要被的还原性物质的量。
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)
这是用代谢作用所消耗的解氧量来间接表示被程度的一个重要指标。
20℃时在BOD的测定条件(氧充沛、不搅动)下,一般20天才能够大体完成在第一阶段的氧化分解进程(完成进程的99%)。
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刻,一般以5日作为测定BOD的标准时刻,因此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
总氮是指水中各类形态无机和有机氮的总量。
包括NO3-、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营养物质污染的程度。
总磷是水样经消解后将各类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。
水中磷能够以元素磷、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,过量磷是造成水体污秽异臭,使湖泊发生和海湾出现赤潮的主要原因。
氨氮是指水中以游离氨(NH3)和(NH4+)形式存在的氮。
水中氨氮含量增高时指以氨或铵离子形式存在的化合氨。
氨氮是水体中的营养素,可致使水现象产生,是水体中的主要耗氧污染物,对及某些水生生物有迫害。
3.1.2生态环境因子分析结果
利用spss软件将搜集到的自1993-2010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,方便进行逐年转变的对比。
图1异龙湖各环境因子的转变趋势
如图所示,各环境因子逐年的转变趋势:
①TN和TP曲线转变趋势相似,氮、磷含量自1993年起开始下降,水中氮、磷物质(藻类繁衍需要的主要营养物质)缩减,直至1998年前后下降到几乎最低值,推测此段时刻,藻类植物开始大量繁衍,不断消耗水中氮磷物质,所以氮磷物质下降,尔后随着氮磷下降,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2008年,此期间藻类等微生物生长可能受抑制。
2008年后,TN、TP再次上升,可能与生活污水的排放有关,有助于藻类等微生物的生长。
②NH3-N转变趋势除1996年以前有较大的起伏外,几乎与氮磷转变趋势一致。
1993-1996年存在的不同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。
③chla叶绿素的转变也说明水体中藻类自1993年起繁衍放慢,到1996年处于低谷,此状态维持到2008年。
2008年后chla含量急剧上升,侧面说明藻类的旺盛生长。
④BOD5、COD曲线转变趋势相似。
均是1993年含量开始下降至1998年前后至低谷,一路说明了水体中有机质的减少,污染程度有改善。
1998-2008年水体污染状况平缓转变,但2008年曲线急剧上升,水体污染问题趋严峻。
⑤DO含量在2006年以前一直波动下降至低谷,尔后上升,至2009年又再次下降。
说明水质从2006年以前、2009年以后整体是有改善的。
硅藻种属的主成份分析
按照搜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多元分析法进行判断。
分析结果如下:
Eigenvalues
IdEigenvalue
1Axis1
2Axis2
3Axis3
4Axis4
5Axis5
表1特征值表
由特征值表给出的数据结果,显然前三个轴解释了近80%的硅藻信息,单是前两个轴就解释了70%,可见PCA处置数据的结果可、行。
因此,咱们选取包括轴一和轴二(暂且称为X、Y轴)的种属分析图进行分析。
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。
按照硅藻的生活习性资料查明Fragilariaconstruens、Fragilariaconstruensvar.venter适宜在碱性环境之下繁衍,而中偏酸性的环境则适宜Cymbellaventricosa、Cyclotellastelligera的生长;
Eunotiapectinalisvar.minor也是偏爱酸性的硅藻种属。
对应分析图中5个硅藻种属的空间散布,,咱们不难发觉,酸性的Cymbellaventricosa、Cyclotellastelligera、Eunotiapectinalisvar.minor均一致的散布在X轴左侧,而碱性的Fragilariaconstruens、Fragilariaconstruensvar.venter则散布在X轴右边,因此,咱们推断X轴方向指示硅藻生境的PH值。
异龙湖硅藻种属PCA分析图B
再看分析图B,Cyclotellastelligera、Fragilariaconstruensvar.venter均是寡污染指示种,换言之,它们适宜在水体清洁、质量较好的环境下繁衍,这二者往Y轴正方向延伸。
Melosira的一些藻属则是多污染带的指示种,如Melosiraislandica;
一样的Cymbellacymbiformis也是多污染带指示种;
Nitzschiadenticula菱形藻也属营养型,这三者虽然在Y轴正向有散布,但数量极少。
Achnantheslanceolatavar.elliptica和Cymbellacymbiformis属富营养型,甲型污染带的指示种,所以在Y轴的负方向有散布,尤以Achnantheslanceolatavar.elliptica数量众多。
按照如此规律,能够判断出Y轴方向指示污染程度。
正向指示寡污染贫营养,负向指示高污染富营养。
4结论
硅藻属于水生生物,水质环境是硅藻生存和繁衍的重要因子。
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,另外还有营养因子对硅藻的影响,如PCA分析图B就说明硅藻的空间散布有必然的营养梯度规律。
综上所述,硅藻的生长情形是这些因子一路作用的结果,因此利用硅藻作为生物指示种,能够侧面推断水体水质环境,进而为生态系统的保护和恢复研究提供必然的科学依据和数据基础,对其的保护、治理具有极大现实意义。
这次的研究以异龙湖为例,成功的验证了硅藻作为生态指示种的优势,它能够靠得住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。
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