环境异质性对三峡库区支流香...石硅藻群落的影响及驱动作用_纪璐璐.pdf

Eco-EnvironmentalKnowledge Web环 境 科 学Environmental Science第44卷第4期 2023年4月Vol44，No4 Apr，2023环境异质性对三峡库区支流香溪河附石硅藻群落的影响及驱动作用纪璐璐，赵璐，欧阳添，杨宋琪*，郑保海，杜雨欣，李玉鑫，李佳欣，施军琼，吴忠兴*(西南大学三峡库区生态环境教育部重点实验室，重庆市三峡库区植物生态与资源重点实验室，重庆400715)摘要:环境异质性在一定程度上不仅可以增加物种多样性，而且影响了陆生生物群落的稳定性 然而，环境异质性如何影响水生态系统附石硅藻群落的物种多样性却较少报道 因此，以三峡库区支流香溪河的附石硅藻为研究对象，通过量化和比较香溪河在时间尺度上的环境异质性，探究其在驱动物种多样性变化的作用 结果表明，环境异质性、分类-多样性和功能-多样性均表现为非蓄水期显著高于蓄水期，且周转组分均对不同水文期-多样性贡献较大，而分类-多样性则是蓄水期显著高于非蓄水期 此外，功能-多样性中除功能丰富度非蓄水期显著高于蓄水期外，功能均匀度和功能分散度均无显著差异 基于相似或相异度矩阵的多元回归(MM)分析表明，NH+4-N和SiO2 3-Si是影响非蓄水期香溪河附石硅藻群落的关键环境异质因子，而影响蓄水期香溪河附石硅藻群落的关键环境异质因子为NH+4-N、SiO2 3-Si和 TP 这表明三峡库区不同水文期的环境异质性显著影响附石硅藻的群落结构，导致群落内物种发生分化，影响了水生生态系统稳定性关键词:环境异质性;附石硅藻;功能多样性;分类多样性;功能性状中图分类号:X173文献标识码:A文章编号:0250-3301(2023)04-2083-10DOI:1013227/j hjkx202206113收稿日期:2022-06-09;修订日期:2022-06-27基金项目:国家自然科学基金项目(42177055，41877410)作者简介:纪璐璐(1997 )，男，硕士研究生，主要研究方向为藻类生理生态学，E-mail:1986689003 qq com*通信作者，E-mail:sqyang hxu edu cn;wuzhx swu edu cnInfluence and Driving of Environmental Heterogeneity on the Epilithic DiatomCommunity in Xiangxi iver，a Tributary of the Three Gorges eservoir AreaJI Lu-lu，ZHAO Lu，OUYANG Tian，YANG Song-qi*，ZHENG Bao-hai，DU Yu-xin，LI Yu-xin，LI Jia-xin，SHI Jun-qiong，WU Zhong-xing*(Chongqing Key Laboratory of Plant Ecology and esources in Three Gorges eservoir egion，Key Laboratory of Eco-environments in Three Gorges eservoir egion，Ministry of Education，Southwest University，Chongqing 400715，China)Abstract:Environmental heterogeneity can not only increase species diversity to some extent but also affect the stability of terrestrial communities However，howenvironmental heterogeneity affects species diversity of epilithic diatom communities in aquatic ecosystems is rarely reported In this study，therefore，epilithic diatoms and theirroles in driving species diversity were explored by quantifying and comparing the environmental heterogeneity in Xiangxi iver，a tributary of the Three Gorges eservoir Area(TG)，on a time scale The results showed that environmental heterogeneity，taxonomic-diversity，and functional-diversity in non-impoundment periods were significantlyhigher than those in impoundment periods Moreover，the turnover components in the two hydrological periods showed the highest contribution to-diversity However，thetaxonomic-diversity in impoundment periods was significantly higher than that in non-impoundment periods In addition，functional richness in functional-diversity wassignificantly higher in non-impoundment periods than that in impoundment periods，whereas there was no significant difference in other functional-diversity，i e，functionaldispersion and functional evenness，found between the two periods Multiple regression on(dis)similarity matrices(MM)analysis indicated that ammonium nitrogen(NH+4-N)and silicate(SiO2 3-Si)were the key environmental heterogeneous factors affecting the epilithic diatom community in Xiangxi iver during the non-impoundmentperiods，whereas the key heterogeneous factors were ammonium nitrogen(NH+4-N)，silicate(SiO2 3-Si)，and total phosphorus(TP)during the impoundment periodsThese results suggested that the environmental heterogeneity during different hydrological periods in TG can significantly affect the community structure of epilithic diatoms，resulting in the differentiation of species within the community and even affecting the stability of aquatic ecosystemsKey words:environmental heterogeneity;epilithic diatom;functional diversity;taxonomic diversity;functional trait环境异质性是指一个区域单元内地区之间非生物条件的变化，即地区之间的环境差异1 环境异质性普遍存在于生态系统中，对生物群落结构有着一定的影响2 有研究表明，高异质性的环境比低异质性的环境拥有更高的生态位分化，并能允许更多的物种共存，因此，高异质环境往往具有较高的物种差异以及物种多样性3，4 然而，近年来，在人为干扰和全球气候变化的影响下，环境异质性面临均质化的风险，导致生物群落趋于均一化，生物多样性降低，如 Brustolin 等5 指出气候变化可能会使海洋群落的元群落结构简单化，导致生物多样性丧失，影响了海洋生态系统的稳定 淡水湖泊研究也发现，富营养化降低了浅水湖泊的生物多样性，并导致底栖生物同质化6，7 然而，环境异质性对多样性的影响主要集中在陆地生态系统或水生动物8 11，而对水生态系统中藻类的物种多样性影响研究相对较少硅藻作为水生生态系统重要的初级生产者，是食物网的重要组成部分，对物质循环和能量流动起着至关重要的作用12，13 由于其生活史较短、分布广泛且对环境变化敏感14，15，因而，硅藻常作为指环境科学44 卷示物种来评价水体环境，如梅尼小环藻(Cyclotellameneghiniana)作为中-富营养水体的指示物种16，广缘小环藻(Cyclotella bodanica)则为酸性水体的指示种17 相对于浮游硅藻而言，附石硅藻生长位置相对固定，不能通过迁移或其他方式躲避不良环境18，19，因此，附石硅藻多样性的变化更能反映一定区域内的环境变化 然而，先前对附石硅藻的研究主要集中在其水体环境评价20，21 和水体营养阈值22 等方面，而对附石硅藻多样性变化的研究相对较少因此，本文以三峡库区支流香溪河附石硅藻为研究对象，通过分析环境因子与附石硅藻的关系，来量化环境异质性对附石硅藻多样性的影响及驱动作用，通过从环境异质性的角度解释三峡库区不同水文期附石硅藻多样性在时间尺度上的变化及响应机制，旨在为进一步研究环境异质性与生物多样性的关系提供理论依据1材料与方法1.1研究区域概况香溪河位于湖北省秭归县，是三峡水库近坝区的最大支流，入江口距三峡大坝约 32 km，受三峡大坝水位调度 冬蓄夏排的影响较大，属亚热带大陆性季风气候，年平均气温为 17.24，年平均降雨量约1 100 mm，4 月开始，随着降水量的增加，河流进入汛期，雨季大都集中在 6 9 月，10 月以后进入枯水期，是典型的山区季节性河流23 1.2样品的采集与处理本研究于 2020 年 7 月(非蓄水期)和 12 月(蓄水期)沿香溪河干流进行 2 次附石硅藻样品的采集 由于古夫镇附近存在几个梯级电站(古洞口电站、杨道口电站和白鸡河电站等)，同时附石硅藻样品量较少，因此为了更好地阐明本文的研究目标，样点 S4 设置在古夫镇下游(图 1)参照美国环保署(EPA)附石藻类的采集方法24，每个样点随机选取3 5 块直径为 10 20 cm 的石头，并在石头上选取半径为 2.7 cm 的固定面积，用尼龙刷刷取 5 个圆形随机获取样方的藻，获得藻液 250 mL，放入冰盒带回实验室处理 取20 mL 上述藻液进行离心富集，经盐酸和过氧化氢处理去除有机质，反复洗涤离心后保存于 3 mL 酒精中25 取 0.1 mL 硅藻样品滴于盖玻片，并使用 Naphrax(I=1.74)制作永久装片硅藻的鉴定和计数于奥林巴斯 BX-53 光学显微镜(奥林巴斯株式会社，东京，日本)在 100 倍油镜下进行，对于光镜下难以准确鉴定的种类，借助扫描电镜(FEI Quanta 450 FEG)进一步确定 藻类鉴定参照文献 26 33，计数采用 20 mm 20 mm 计数框进行，最后按照相关公式算出附石硅藻数