在種與屬兩個(gè)級別評價(jià)太子河硅藻群落與環(huán)境因子的關(guān)系

劉麟菲，譚冰冰，殷旭旺,*，張 遠(yuǎn)，孟 偉

(1．大連海洋大學(xué)，水產(chǎn)與生命學(xué)院，遼寧省水生生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 大連 116023；2．中國環(huán)境科學(xué)研究院，環(huán)境基準(zhǔn)與風(fēng)險(xiǎn)評估國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，流域水生態(tài)保護(hù)技術(shù)研究室，北京 100012)

在種與屬兩個(gè)級別評價(jià)太子河硅藻群落與環(huán)境因子的關(guān)系

劉麟菲1，譚冰冰1，殷旭旺1,*，張 遠(yuǎn)2，孟 偉2

(1．大連海洋大學(xué)，水產(chǎn)與生命學(xué)院，遼寧省水生生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 大連 116023；2．中國環(huán)境科學(xué)研究院，環(huán)境基準(zhǔn)與風(fēng)險(xiǎn)評估國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，流域水生態(tài)保護(hù)技術(shù)研究室，北京 100012)

2009年8—9月，對遼寧省太子河流域67個(gè)點(diǎn)位進(jìn)行采樣調(diào)查，以硅藻群落為研究對象，比較硅藻屬級水平與種級水平相對多度、物種豐富度以及生物多樣性指數(shù)間的相關(guān)性，并比較硅藻屬級與種級屬性與環(huán)境因子的相關(guān)性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，太子河流域硅藻屬級水平的相對多度、豐富度和多樣性指數(shù)與硅藻種級水平都極顯著相關(guān)。Pearson相關(guān)性分析表明，硅藻屬級水平的豐富度與環(huán)境顯著相關(guān)的因子與種級水平豐富度與環(huán)境顯著相關(guān)的因子相一致。Mantel-Test相關(guān)性分析表明，硅藻屬級水平的相對多度與環(huán)境因子的相關(guān)性弱于種級水平與環(huán)境因子相關(guān)性。典范對應(yīng)分析結(jié)果顯示，影響硅藻屬級和種級群落結(jié)構(gòu)分布的主要環(huán)境因子均為懸浮物?；诠柙迳镌u價(jià)指數(shù)的流域健康評價(jià)結(jié)果表明，應(yīng)用硅藻屬級和種級屬性對太子河流域進(jìn)行健康評價(jià)，其評價(jià)結(jié)果相一致。

硅藻群落；鑒定等級；相關(guān)性分析；典范對應(yīng)分析；硅藻生物評價(jià)指數(shù)

藻類(algae)作為河流生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)者，擔(dān)負(fù)著將無機(jī)營養(yǎng)元素轉(zhuǎn)移至更高級有機(jī)生命體的任務(wù)，在河流生態(tài)系統(tǒng)中占有重要地位[1]。此外，藻類世代時(shí)間短[2]，對棲息地環(huán)境變化反應(yīng)迅速[3]，分布廣泛具有普遍適用性[4]，并且采集方便[5]，在應(yīng)用生物監(jiān)測進(jìn)行河流生態(tài)評價(jià)的研究中日益受到人們的關(guān)注[6- 7]。

硅藻(diatom)是河流藻類的主要類群，其密度和生物量通?？烧嫉皆孱惪倲?shù)的60%以上[4]。然而硅藻細(xì)胞微小，且種類繁多，需專業(yè)基礎(chǔ)較強(qiáng)的研究人員進(jìn)行分類鑒定，從而限制了該類群在河流生態(tài)評價(jià)中的應(yīng)用范圍[8]。鑒于此，有學(xué)者提出將硅藻鑒定水平降低，用目級、科級或?qū)偌壌娣N級水平進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析[9]，既可提高鑒定效率和準(zhǔn)確率，又降低了河流生態(tài)評價(jià)的成本；而其他學(xué)者認(rèn)為，種級水平的鑒定包含很多重要的生態(tài)信息[10- 12]，且很多硅藻評價(jià)方法和硅藻指數(shù)的計(jì)算方法都以種級水平為基礎(chǔ)建立[13- 14]，用較高等級水平代替種級水平進(jìn)行生態(tài)評價(jià)，其評價(jià)結(jié)果的可信度尚存質(zhì)疑。

本研究以遼寧省太子河流域?yàn)榉独?，在硅藻群落結(jié)構(gòu)研究的基礎(chǔ)上，應(yīng)用屬級與種級水平的硅藻群落分析太子河流域硅藻群落結(jié)構(gòu)特征及其與環(huán)境因子的關(guān)系，通過比較不同分類單元水平的硅藻群落對河流生態(tài)環(huán)境的評價(jià)結(jié)果，探討應(yīng)用較高分類水平的硅藻群落進(jìn)行河流生態(tài)評價(jià)的可行性，為我國河流生態(tài)評價(jià)中廣泛應(yīng)用硅藻類群提供相關(guān)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 硅藻樣品采集及處理

于2009年8—9月對遼寧省太子河67個(gè)樣站的著生硅藻進(jìn)行樣品采集，其中干流21個(gè)樣站，各支流46個(gè)樣站(圖1)。硅藻樣品定量采集方法是在每個(gè)采樣點(diǎn)挑選9塊不同生境的鵝卵形石塊，用硬毛刷在石塊表面刮取面積為15.2 cm2(直徑為4.4 cm的圓形塑料環(huán))硅藻。用自來水沖洗到白色不銹鋼托盤中，將九個(gè)石塊采集到的藻類混合到廣口塑料瓶中，用5%的甲醛固定。定性樣品的采集是將剛剛采集過的9個(gè)石塊上的硅藻全部刮取下來，轉(zhuǎn)移到廣口瓶中，用5%甲醛固定。用濃硫酸和濃硝酸(比例1∶1)對硅藻進(jìn)行酸化，洗滌離心后制成封片，在普通光學(xué)顯微鏡下(×1000倍)盡量鑒定到種，方法依據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[15- 16]。

圖1 太子河流域采樣點(diǎn)位示意圖Fig.1 Location map of sample sites in Taizi River Basin

1.2 環(huán)境因子數(shù)據(jù)獲取

1.3 數(shù)據(jù)分析與處理

1.3.1 硅藻群落結(jié)構(gòu)特征

統(tǒng)計(jì)每個(gè)位點(diǎn)硅藻屬級和種級水平數(shù)量，將硅藻密度(個(gè)/cm2)轉(zhuǎn)化成相對多度(%)，用Mantel-Test方法分析硅藻屬級與種級水平數(shù)量分布的相關(guān)性，r值為0表明兩個(gè)矩陣無任何相關(guān)性，r值為1表明兩矩陣完全重合；統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)水平P<0.05時(shí)，r值越高，兩矩陣相關(guān)性越強(qiáng)。

計(jì)算每個(gè)位點(diǎn)硅藻屬級與種級水平的豐富度、均勻度、Shannon多樣性指數(shù)、Margalef多樣性指數(shù)、Berger-Parker多樣性指數(shù)、Simpson多樣性指數(shù)、Hill多樣性指數(shù)和Mackintosh多樣性指數(shù)，并進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析，以比較屬級與種級硅藻群落各指數(shù)間的相關(guān)性。

1.3.2 Pearson相關(guān)性分析

將各點(diǎn)位理化數(shù)據(jù)進(jìn)行柯爾莫哥諾夫-斯米爾諾夫檢驗(yàn) (Kolmogorov-Smirnov Test， K-S檢驗(yàn))，其各理化因子P值均大于0.05，符合正太分布，因此用Pearson相關(guān)性檢驗(yàn)法分析硅藻種級水平與屬級水平物種豐富度與所有環(huán)境因子的相關(guān)性。比較與硅藻屬級豐富度顯著相關(guān)的環(huán)境因子和與硅藻種級豐富度顯著相關(guān)的環(huán)境因子是否一致。

1.3.3 Mantel-Test相關(guān)性分析

應(yīng)用Mantel-Test法，依據(jù)相關(guān)研究[18]，將環(huán)境因子分為三類矩陣：反映主要離子水平的矩陣、反映營養(yǎng)鹽含量的矩陣和反映有機(jī)體數(shù)量的矩陣。主要離子矩陣包括氯離子、硫酸根、硅酸根、電導(dǎo)率；營養(yǎng)鹽矩陣包括硝酸氮、亞硝酸氮、總磷、磷酸鹽；有機(jī)體矩陣包括氨氮、總氮、溶解氧、生物需氧量、化學(xué)耗氧量、高錳酸鹽指數(shù)。分別用硅藻群落屬級與種級相對多度與三類環(huán)境矩陣做相關(guān)性檢驗(yàn)，檢驗(yàn)不同分類等級與環(huán)境因子的相關(guān)性。

1.3.4 典范對應(yīng)分析

對所有理化數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析(PCA)，篩選出影響太子河流域的主要環(huán)境因子。將硅藻屬級與種級水平相對多度進(jìn)行除趨勢對應(yīng)分析(DCA)，硅藻屬級水平DCA最大梯度值為3.011，硅藻種級水平DCA最大梯度值為4.951，最大值介于3—4之間，所以選用單峰模型將所得環(huán)境因子與硅藻群落屬級與種級水平相對多度進(jìn)行典范對應(yīng)分析(CCA)，判定影響硅藻屬級和種級水平群落結(jié)構(gòu)分布的環(huán)境因子。

1.3.5 硅藻生物評價(jià)指數(shù)(DIB)

在硅藻屬級水平和種級水平構(gòu)建硅藻生物評價(jià)指數(shù)，共包括5個(gè)評價(jià)因子[19]：硅藻豐富度、敏感物種相對多度、Shannon多樣性指數(shù)、耐污性指數(shù)和群落相似性指數(shù)，健康評價(jià)等級共分四類：健康、較好、一般和較差。評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表1和表2。將硅藻屬級水平健康評價(jià)結(jié)果與種級水平健康評價(jià)結(jié)果進(jìn)行Pearson相關(guān)性檢驗(yàn)，P<0.01表明兩者評價(jià)結(jié)果相一致。

1.3.6 數(shù)據(jù)分析

硅藻群落的豐富度、相對多度以及除pH值以外的所有理化因子全部進(jìn)行對數(shù)轉(zhuǎn)換[lg(x+1)]。應(yīng)用ArcMap9.3制圖太子河流域點(diǎn)位分布圖及硅藻生物指數(shù)健康評價(jià)結(jié)果圖，用Biodiversity Professional 2.0計(jì)算硅藻多樣性指數(shù)，Pearson相關(guān)性分析在SPSS13.0中運(yùn)行，Mantel-Test用Pcord5.0進(jìn)行，相關(guān)性分析圖在OriginPro7.5上完成，在Canoco4.5中完P(guān)CA和CCA。

表1 太子河流域硅藻生物評價(jià)指數(shù)及得分

表2 太子河流域硅藻生物評價(jià)指數(shù)健康標(biāo)準(zhǔn)

Table 2 Assessment criteria for Diatom Bioassessment Index in Taizi river basin

健康Excellent較好Good一般Fair較差Poor5—44—33—22—1

2 結(jié)果

2.1 硅藻群落結(jié)構(gòu)特征

太子河共采集到硅藻141種，15屬，舟形藻屬物種數(shù)最多，共46種，占32.6%，其次為菱形藻屬，19種，占13.5%，橋彎藻屬16種，占11.3%，雙壁藻屬和輻節(jié)藻屬種數(shù)最少，只包含一個(gè)物種。Mantel-Test檢驗(yàn)顯示，太子河流域硅藻群落屬級的相對多度與種級的相對多度具有極顯著的相關(guān)性(r=0.66，P=0.001)。

硅藻屬級水平豐富度最小值為2屬，出現(xiàn)在站位T52、T53、T54和T56，最大值為13屬，分布于站位T33 、T40和T44。硅藻種級水平豐富度最小值為3種，出現(xiàn)在站位T53，最大值為40種，出現(xiàn)在站位T18。從太子河全流域來評價(jià)，硅藻屬級水平的豐富度與種級水平的豐富度極顯著相關(guān)(P<0.0001)，相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.911(圖2)。在生物多樣性指數(shù)相關(guān)性分析中，硅藻屬級水平Mackintosh多樣性指數(shù)與種級水平Mackintosh多樣性指數(shù)相關(guān)性最高(P<0.0001)，相關(guān)系數(shù)為0.996(圖2)，而硅藻屬級水平Berger-Parker多樣性指數(shù)與種級水平Berger-Parker多樣性指數(shù)相關(guān)性最弱，相關(guān)系數(shù)為0.617(圖2)。

2.3 硅藻與環(huán)境因子的關(guān)系

Pearson相關(guān)性分析，硅藻屬級與種級水平的豐富度均與懸浮物、總?cè)芙夤腆w、氯離子和總氮顯著相關(guān)(P<0.05)，與氨氮、磷酸鹽、總磷、生物需氧量、化學(xué)耗氧量、高錳酸鹽指數(shù)和含沙量極顯著相關(guān)(P<0.01)。而且硅藻屬級水平豐富度與環(huán)境因子的相關(guān)性整體上強(qiáng)于硅藻種級水平與環(huán)境因子的相關(guān)性。硅藻屬級水平的豐富度與溶解氧顯著相關(guān)(P<0.05)、與硝酸氮極顯著相關(guān)(P<0.01)，而硅藻種級水平豐富度與溶解氧和硝酸氮均不相關(guān)(P>0.05)。硅藻種級水平豐富度與總氮極顯著相關(guān)(P<0.01)，硅藻屬級水平豐富度與總氮顯著相關(guān)(P<0.05)(表3)。

圖2 太子河流域硅藻種級與屬級豐富度以及多樣性指數(shù)的相關(guān)分析Fig.2 Correlations between species-genus richness and biodiversity index in Taizi River

2.3.2 硅藻群落相對多度與環(huán)境因子的Mantel-Test相關(guān)性分析

Mantel-Test分析結(jié)果，硅藻屬級與種級相對多度均與主要離子和有機(jī)體極顯著相關(guān)(P<0.01)，且種級水平的相關(guān)性更強(qiáng)。營養(yǎng)鹽與硅藻屬級水平的相對多度的相關(guān)性差異不顯著(P>0.05)，而種級水平的相對多度與營養(yǎng)鹽極顯著相關(guān)(P<0.01)(圖3)。

表3 硅藻屬級與種級物種豐富度與環(huán)境因子的Pearson相關(guān)性分析

Table 3 Pearson correlations between genus-species richness and environmental parameter

環(huán)境因子Parameter種豐富度SpeciesrichnessPearson相關(guān)性PearsoncorrelationP屬豐富度GenusrichnessPearson相關(guān)性PearsoncorrelationPElev0.230.060.220.08Temp-0.030.79-0.040.73pH0.230.060.210.08DO0.190.120.27*0.03Cond-0.140.27-0.170.16SS-0.29*0.02-0.29*0.02TDS-0.31*0.01-0.31*0.01Dept-0.170.17-0.090.46Velo-0.070.56-0.060.64TD-0.010.94-0.100.40Cl--0.26*0.03-0.28*0.02SO2-4-0.120.33-0.110.39Alk0.070.55-0.040.74NH+4-N-0.43**0.00-0.43**0.00NO-3-N0.240.050.38**0.00NO-2-N-0.020.880.060.64TN-0.35**0.00-0.28*0.02PO3-4-0.36**0.00-0.39**0.00TP-0.40**0.00-0.43**0.00SiO42-0.190.12-0.220.07BOD5-0.42**0.00-0.45**0.00CODCr-0.35**0.00-0.37**0.00CODMn-0.37**0.00-0.40**0.00Sand-0.38**0.00-0.39**0.00

BOD5：生物需氧量Biochemical Oxygen Demand；CODCr：化學(xué)耗氧量 Chemical oxygen demand；CODMn：高錳酸鹽指數(shù)Permanganate index； SS：懸浮物Suspended solid；TDS：總?cè)芙夤腆wTotal dissolved solid；Cond：電導(dǎo)率 Conductivity； TN：總氮Total nitrogen； Alk：堿度Alkalinity； THD：硬度 Total hardness；Dept：水深Water depth； Temp：溫度 Temperature；DO：溶解氧 Dissolved oxygen； Velo：流速 Velocity； Elev：海拔Elevation；TP：總磷Total phosphorus;**P<0.01,*P<0.05

圖3 硅藻群落(屬與種)與環(huán)境因子(主要離子、營養(yǎng)鹽和有機(jī)體)Mantel-Test檢驗(yàn)Fig.3 Mantel correlations between diatom assemblages (species and genus) and environmental parameters (major-ions, nutrients, organic matter) ** P<0.01,nsP>0.05

2.3.3 硅藻群落相對多度與環(huán)境因子的典范對應(yīng)分析

主成分分析(PCA)結(jié)果顯示，四個(gè)軸的特征值逐漸遞減，分別為0.596、0.095、0.069和0.063，前兩軸解釋了總體變量的69.1%。選定與前兩軸相關(guān)系數(shù)絕對值大于0.8的因子為主要環(huán)境因子，則影響太子河流域的主要環(huán)境因子為溶解氧、電導(dǎo)率、懸浮物、亞硝酸氮和生物需氧量。典范對應(yīng)分析結(jié)果表明(CCA)，硅藻屬級水平第一、二軸的特征值分別為0.256和0.031，與環(huán)境因子相關(guān)系數(shù)為0.787和0.388，影響硅藻屬級群落結(jié)構(gòu)分布的環(huán)境因子為懸浮物(P<0.01)，其他環(huán)境因子影響不顯著；硅藻種級水平第一、二軸特征值為0.430和0.170，與環(huán)境因子相關(guān)系數(shù)為0.879和0.781，影響硅藻種級群落分布的環(huán)境因子同為懸浮物(P<0.01)(圖4)，其他環(huán)境因子影響不顯著。

2.3.4 硅藻生物評價(jià)指數(shù)(DBI)

混合像元分解算法需要先建立場景混合模型，如圖1所示，現(xiàn)有的混合像元分解模型主要分為線性光譜混合模型和非線性光譜混合模型[8]。研究表明，由于高光譜圖像的空間分辨率大都高于1 m，更關(guān)心的是大尺度上的混合，線性光譜混合模型可以滿足大部分的應(yīng)用要求。因此，本文僅對基于線性光譜混合模型的解混方法進(jìn)行討論。

應(yīng)用硅藻屬級群落數(shù)據(jù)對太子河進(jìn)行健康評價(jià)結(jié)果表明，河流上游地區(qū)健康狀況較好，主要包括太子河北支和觀音閣水庫地段，太子河南支、太子河中游小湯河西支和細(xì)河健康狀況一般，河流下游健康狀況較差，南沙河和海城河健康等級最低。這一結(jié)果與應(yīng)用硅藻種級群落數(shù)據(jù)進(jìn)行的評價(jià)結(jié)果相一致(圖5)。Pearson相關(guān)性檢驗(yàn)結(jié)果表明，太子河全流域上硅藻屬級生物評價(jià)指數(shù)與硅藻種級生物評價(jià)指數(shù)極顯著相關(guān)(r=0.755，P<0.001)，表明在不同的硅藻分類等級上，健康評價(jià)結(jié)果較為一致。

3 討論

本研究結(jié)果表明，太子河流域硅藻屬級水平豐富度與種級水平豐富度極顯著相關(guān)，硅藻屬級水平生物多樣性指數(shù)與種級水平生物多樣性指數(shù)均極顯著相關(guān)，表明用硅藻屬級水平代替種級水平進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析時(shí)，生態(tài)信息丟失較少，所丟失的生態(tài)信息并不影響分析結(jié)果，這與國外其他學(xué)者的研究結(jié)果相一致[18,20]。有研究指出，造成硅藻屬級水平與種級水平極顯著相關(guān)的原因有以下兩方面[18]：一方面是數(shù)理統(tǒng)計(jì)，本研究共發(fā)現(xiàn)硅藻141種，其中35%的物種出現(xiàn)頻次小于5，17%的物種相對多度小于1%。這些稀有物種所提供的生態(tài)信息較少，在統(tǒng)計(jì)分析時(shí)將其排除，不會(huì)改變分析結(jié)果[21]。加拿大學(xué)者曾用硅藻指數(shù)進(jìn)行河流生態(tài)評價(jià)時(shí)，當(dāng)排除相對多度小于2%的稀有物種時(shí)，沒有丟失任何生態(tài)信息，可以反映環(huán)境中微小變化[22]；另一方面是鑒定水平，硅藻種類繁多，形態(tài)多變，鑒定到種較為困難，且目前大多鑒定儀器均為普通光學(xué)顯微鏡[23]，難以保證硅藻種級水平鑒定結(jié)果的準(zhǔn)確性，導(dǎo)致分析結(jié)果偏離硅藻群落結(jié)構(gòu)的真實(shí)性。

圖4 太子河流域硅藻群落與環(huán)境因子典范對應(yīng)分析(CCA)Fig.4 Canonical correspondence analysis of diatom-environmental relationships in Taizi River BasinBOD5：生物需氧量Biochemical Oxygen Demand；DO：溶解氧 Dissolved oxygen；SS：懸浮物Suspended solid；Cond：電導(dǎo)率 Conductivity

圖5 太子河流域硅藻生物評價(jià)結(jié)果Fig.5 Diatom Bioassessment Index of Taizi River Basin

Pearson相關(guān)性檢驗(yàn)結(jié)果表明，硅藻屬級水平豐富度與環(huán)境顯著相關(guān)的因子與硅藻種級水平豐富度與環(huán)境顯著相關(guān)的因子相一致，并且這一結(jié)果與Mantel-Test相關(guān)性檢驗(yàn)結(jié)果一致。導(dǎo)致硅藻屬級和種級水平與環(huán)境因子相關(guān)性相一致的原因可能是因?yàn)楣柙彖b定等級越高，影響硅藻群落分布的因子越多[18]，如舟形藻屬(Navicula)不屬于富營養(yǎng)屬群[20]，但小舟形藻(N.minuscula)屬于富營養(yǎng)物種，可以指示水體富營養(yǎng)狀態(tài)[24]；梅尼小環(huán)藻(C.meneghiniana)既可指示水體富營養(yǎng)狀況，又可指示水體酸化狀況[24]，因此隨著硅藻鑒定等級的升高，硅藻群落與環(huán)境因子的關(guān)系越為復(fù)雜。

典范對應(yīng)分析結(jié)果表明，影響硅藻屬級和種級群落分布的環(huán)境因子均為懸浮物。懸浮物指懸浮在水中的無機(jī)物、有機(jī)物、泥砂、黏土、微生物等固體物質(zhì)，懸浮物是造成水體渾濁的主要原因，其含量是衡量水污染程度的指標(biāo)之一。當(dāng)懸浮物含量升高，水體渾濁度加大，使得透明度急劇下降，嚴(yán)重影響硅藻的光合作用。有學(xué)者在對長江口浮游植物群落特征進(jìn)行調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)，透明度與浮游植物相關(guān)性在11月份較弱，其主要原因是11月份長江口懸浮物含量異常高，影響了真光層的深度，進(jìn)而影響浮游植物的光合作用能力[25]。也有研究報(bào)道，電導(dǎo)率是影響太子河流域硅藻種級水平生物群落分布的主要環(huán)境因子[6]，本研究中，硅藻種級水平與電導(dǎo)率的相關(guān)性在統(tǒng)計(jì)學(xué)上雖差異不顯著，但從分析結(jié)果中(圖5)可以看出，硅藻群落與電導(dǎo)率有較強(qiáng)的相關(guān)性。

應(yīng)用硅藻對河流進(jìn)行健康評價(jià)已有很長一段時(shí)間，尤其是在美國河流評價(jià)中應(yīng)用得最為廣泛[26]。本研究所用的硅藻生物評價(jià)指數(shù)(DBI)是根據(jù)美國河流研究制定的一套河流健康評價(jià)體系，將其應(yīng)用在對太子河的健康評價(jià)中，分別用硅藻屬級屬性和種級屬性對太子河流域進(jìn)行健康評價(jià)，兩者評價(jià)結(jié)果相一致，均指出太子河上游區(qū)域，河流健康狀況較好，其主要原因是因?yàn)樘雍由嫌紊指采w率高，土地開發(fā)程度低，人類活動(dòng)少，生態(tài)完整性較高。太子河中游，河流健康狀況一般，人類活動(dòng)逐漸增強(qiáng)，土地以農(nóng)田為主。太子河下游地區(qū)，城鎮(zhèn)化程度較高，人類活動(dòng)較為密集，對環(huán)境污染較為嚴(yán)重，河流健康較差。這一評價(jià)結(jié)果與其他學(xué)者應(yīng)用生物完整性評價(jià)法對太子河進(jìn)行健康評價(jià)的結(jié)果相一致[6]。而硅藻屬級健康評價(jià)結(jié)果與硅藻種級健康評價(jià)結(jié)果相一致的原因可能是由于硅藻屬級屬性與硅藻種級屬性對棲息環(huán)境的要求相似，如菱形藻屬(Nitzschia)屬于運(yùn)動(dòng)型硅藻，多分布于泥沙含量較高的水體中，其所包含的全部菱形藻物種均為運(yùn)動(dòng)型硅藻[20]。

在我國，應(yīng)用硅藻不同鑒定等級對河流進(jìn)行健康評價(jià)的研究較少，但研究意義較為重要，降低硅藻物種的鑒定等級，既能節(jié)約成本，又能對調(diào)查流域進(jìn)行快速監(jiān)測。本研究主要應(yīng)用了相關(guān)性檢驗(yàn)法(Pearson和Mantel-Test)、典范對應(yīng)分析法和硅藻生物評價(jià)指數(shù)對太子河流域進(jìn)行調(diào)查，研究結(jié)果表明，可以應(yīng)用硅藻屬級水平代替種級水平進(jìn)行太子河流域生態(tài)評價(jià)與監(jiān)測，其評價(jià)方法是否在其他流域具有普遍適用性還有待于進(jìn)一步研究。

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Evaluation of relationship between environmental factors and diatom assemblages at genus and species levels in the Taizi River Basin, China

LIU Linfei1, TAN Bingbing1, YIN Xuwang1,*, ZHANG Yuan2, MENG Wei2

1LiaoningProvincialKeyLaboratoryforHydrobiology,CollegeofFisheriesandLifeScience,DalianOceanUniversity,Dalian116023,China2StateKeyLaboratoryofEnvironmentalCriteriaandRiskAssessment,ChineseResearchAcademyofEnvironmentalSciences,Beijing100012,China

Benthic diatoms are generally used to assess stream conditions, however most of the methods and diatom indices are based on the identification at species levels, which requires a lot of training because of its extreme diversity. Compared with species level, identification at genus level can save amount of time and money to assess river pollution, however it may lose some ecological information. In this paper, we investigated 67 samples sites in the Taizi River basin to investigate the relationship between diatom assemblages and environmental characteristics at both species and genus levels. Ten diatom assemblage attributes: relative abundance, richness, Shannon-Wiener diversity index, Pielou diversity index, Margalef diversity index, Berger-Parker diversity index, Simpson diversity index, Hill diversity index and Mackintosh diversity index were chosen to evaluate concordance correlations between genus and species level. We assessed relationship between diatom assemblages and environment base on the Pearson Correlation Test, Mantel-Test, Canonical Correspondence Analysis and Diatom Bioassessment Index.

The results showed that 15 genera and 141 species of diatoms were observed in the Taizi River basin. The most abundant species wasNavicula, followed byNitzschia, presenting 32.6% and 13.5% of the sample sites, respectively. TheDiploneisandStauroneiswere represented by a single species. Genus richness ranged from 2 to 13 and the species richness ranged from 3 to 40. The relative abundance and richness had strong correlations between species and genus resolution. Eight biology diversity indexes had strong correlations between species and genus resolution, of which the strongest coefficient was Mackintosh diversity index. Moreover the Berger-Parke diversity index was no related with the other biology diversity indexes.

Assessment of river condition was made using the Diatom Bioassessment Index (DBI) at species and genus levels. The results at both levels (species and genus) showed same trend, indicating that upstream area of Taizi River basin was in excellent and good ecological integrity, while the stream condition of downstream area was in severe pollution. In conclusion, genus resolution may be used to replace the species resolution to evaluate the river conditions in China.

diatom assemblages; taxonomic resolution; concordance correlation; canonical correspondence analysis; diatom bioassessment index

國家“水體污染控制與治理”重大科技專項(xiàng)，流域水生態(tài)保護(hù)目標(biāo)制定技術(shù)研究課題(2012ZX07501-001); 國家自然科學(xué)基金(51079123)

2013- 10- 28; 網(wǎng)絡(luò)出版日期:200- 03- 14

10.5846/stxb201310282593

*通訊作者Corresponding author.E-mail: yinxuwang@dlou.edu.cn

劉麟菲，譚冰冰，殷旭旺，張遠(yuǎn)，孟偉.在種與屬兩個(gè)級別評價(jià)太子河硅藻群落與環(huán)境因子的關(guān)系.生態(tài)學(xué)報(bào),2014,34(22):6613- 6621.

Liu L F, Tan B B, Yin X W, Zhang Y, Meng W.Evaluation of relationship between environmental factors and diatom assemblages at genus and species levels in the Taizi River Basin, China.Acta Ecologica Sinica,2014,34(22):6613- 6621.