古夫河干流及主要支流著生藻類(lèi)葉綠素a時(shí)空分布特征

古夫河干流及主要支流著生藻類(lèi)葉綠素a時(shí)空分布特征

作為河流生態(tài)系統(tǒng)的主要制造商，其藻類(lèi)對(duì)環(huán)境變化具有敏感的優(yōu)勢(shì)。類(lèi)a的廢水含量是水體物理和化學(xué)性質(zhì)變化的綜合反映指標(biāo)之一。因此，通過(guò)測(cè)定葉綠素a質(zhì)量濃度能夠在一定程度上反映河流水質(zhì)狀況。在歐洲、北美等地區(qū)，河流著生藻類(lèi)廣泛用于環(huán)境監(jiān)測(cè)已經(jīng)有很長(zhǎng)的歷史，國(guó)內(nèi)有關(guān)著生藻類(lèi)葉綠素的分布及其與環(huán)境因子相關(guān)性研究已有相關(guān)報(bào)道，但由于不同河流特定生境條件的差異，影響葉綠素a分布的主導(dǎo)因子不盡相同，對(duì)特定河流不同生境條件下葉綠素a的時(shí)空分布規(guī)律及其影響因素的研究，有助于闡明葉綠素a的分布機(jī)制，為河流生態(tài)系統(tǒng)健康提供早期診斷和預(yù)警。香溪河流域發(fā)源于湖北省神農(nóng)架林區(qū)，是位于長(zhǎng)江三峽庫(kù)區(qū)左岸、距大壩最近的一級(jí)支流。隨著該流域礦山開(kāi)發(fā)、農(nóng)村城鎮(zhèn)化和水電開(kāi)發(fā)等人類(lèi)活動(dòng)的進(jìn)行，河流生態(tài)完整性受到威脅，近年來(lái)該流域成為多學(xué)科綜合研究的熱點(diǎn)水體。在流域生態(tài)學(xué)方面，主要集中在浮游植物、底棲動(dòng)物等方面的調(diào)查研究。對(duì)著生藻類(lèi)的報(bào)道主要集中在香溪河庫(kù)灣和干流，而缺乏著生藻類(lèi)在自然背景(香溪河支流源頭段)和人工干擾環(huán)境(香溪河支流下游段)中對(duì)環(huán)境因子的生態(tài)響應(yīng)研究。為此，本文于2010年9月至2011年8月，選取長(zhǎng)江三峽庫(kù)區(qū)香溪河支流———古夫河為研究區(qū)域，從人為干擾較小的古夫河源頭到下游三峽庫(kù)區(qū)庫(kù)灣逐月采樣，比較監(jiān)測(cè)期間古夫河著生藻類(lèi)葉綠素a的季節(jié)變化動(dòng)態(tài)和空間分布特征，追蹤著生藻類(lèi)葉綠素a與環(huán)境因子的相關(guān)關(guān)系，旨在為三峽庫(kù)區(qū)內(nèi)河流生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)管理提供科學(xué)依據(jù)。1研究領(lǐng)域和方法1.1古夫河河流水系古夫河流域位于湖北省興山縣北部，發(fā)源于神農(nóng)架林區(qū)的騾馬店，是長(zhǎng)江三峽庫(kù)區(qū)湖北段最大的支流———香溪河的主要源流之一。古夫河流域面積1189km2，全長(zhǎng)68km，流經(jīng)神農(nóng)架林區(qū)23.5km處進(jìn)入興山境內(nèi)，再流經(jīng)平水鄉(xiāng)進(jìn)入古洞口一級(jí)水庫(kù)，流經(jīng)新縣城古夫鎮(zhèn)進(jìn)入古洞口二級(jí)水庫(kù)，再經(jīng)深渡河于響灘與西河匯入香溪河。古夫河主要支流有竹園河、觀音河等。古夫河是研究著生藻類(lèi)生物量與環(huán)境因子相關(guān)性的理想河流。本研究在古夫河(GF)、竹園河(ZY)、觀音河(GY)選取流域封閉好，人為干擾小的地方設(shè)置采樣點(diǎn)，共設(shè)置21個(gè)采樣點(diǎn)(圖1)，樣點(diǎn)海拔在160—1002m之間，干流各樣點(diǎn)間平均海拔落差約50m，支流各樣點(diǎn)間平均海拔落差約200m。1.2葉綠素a含量測(cè)定2010年9月至2010年12月和2011年2月至2011年8月(共11個(gè)月)，在古夫河流域選取21個(gè)樣點(diǎn)，于每月中旬進(jìn)行采樣。為便于比較，每次采樣均在月中旬，盡量選晴天進(jìn)行。依據(jù)美國(guó)環(huán)保局(EnvironmentalProtectionAgency,EPA)的采樣方法，在各采樣點(diǎn)隨機(jī)選取6塊表面平整的石頭(河流左中右岸各2塊)，在每塊石頭上刷取特定表面積的藻類(lèi)(采用半徑2.7cm的圓形蓋子蓋住部分藻類(lèi)，再刷掉蓋子外圍藻類(lèi)，然后把蓋住部分藻類(lèi)刷到380mL純水中)，藻液充分混合后，取100mL藻液用WhatmanGF/C濾膜進(jìn)行過(guò)濾，低溫、避光保存濾膜帶回實(shí)驗(yàn)室，采用丙酮萃取葉綠素，測(cè)定750、665、645、630nm這4個(gè)波長(zhǎng)的吸光度，利用公式計(jì)算葉綠素a含量。測(cè)定詳見(jiàn)《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法(第四版)》。為了找出與古夫河著生藻類(lèi)葉綠素a有密切關(guān)系的環(huán)境因子，在采集藻樣標(biāo)本的同時(shí)監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)主要環(huán)境指標(biāo):pH值、電導(dǎo)率、水溫、溶解氧、流速、海拔、總氮、總磷、硝酸鹽氮、氨氮、二氧化硅、硬度、化學(xué)需氧量、總有機(jī)碳?，F(xiàn)場(chǎng)同步測(cè)定項(xiàng)目及所用儀器:海拔和經(jīng)緯度(集思寶G330GPS儀)，測(cè)定溶解氧和水溫(YSIDO200溶解氧儀)，流速(GlobalWaterFP111流速儀)，pH值(PHB-1-SpH儀)，電導(dǎo)率(HANNAHI8733電導(dǎo)率儀)。另外，每個(gè)樣點(diǎn)采集600mL水樣兩瓶(其中1瓶用濃硫酸酸化使pH值<2)，帶回實(shí)驗(yàn)室按照《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法(第四版)》規(guī)定測(cè)定相關(guān)指標(biāo):硬度、總磷、總氮、硝酸鹽氮、氨氮、二氧化硅、化學(xué)需氧量、總有機(jī)碳。其中總磷的測(cè)定采用鉬酸銨分光光度法，總氮的測(cè)定采用堿性過(guò)硫酸鉀消解-紫外分光光度法，硝酸鹽氮的測(cè)定采用紫外分光光度法，氨氮的測(cè)定采用納氏試劑分光光度法。1.3古夫河著生藻類(lèi)葉綠素a的月際曲線(1)對(duì)樣點(diǎn)的環(huán)境因子進(jìn)行差異性檢驗(yàn)以研究古夫河環(huán)境特征;(2)河流著生藻類(lèi)葉綠素a受多種因素影響，其結(jié)果是產(chǎn)生空間的相似性與差異性。為此，根據(jù)不同時(shí)間各樣點(diǎn)葉綠素a的相似性和差異性，采用系統(tǒng)聚類(lèi)分析將采樣點(diǎn)劃分為5個(gè)不同空間組別(組1、組2、組3、組4和組5)，以研究著生藻類(lèi)葉綠素a的空間分布特征;(3)選取代表自然條件下的組1和人為干擾條件下的組3進(jìn)行著生藻類(lèi)葉綠素a均值的月份變化對(duì)比，以研究著生藻類(lèi)葉綠素a的時(shí)間分布特征;(4)為了排除葉綠素a和環(huán)境因子通過(guò)“時(shí)間”這一紐帶而存在相關(guān)關(guān)系，以月份為控制變量，對(duì)著生藻類(lèi)葉綠素a含量與環(huán)境因子的相關(guān)性進(jìn)行偏相關(guān)分析，以研究著生藻類(lèi)葉綠素a含量與環(huán)境因子的相關(guān)性;(5)不同環(huán)境因子對(duì)藻類(lèi)的影響作用各不相同，各環(huán)境因子之間也存在不同程度的顯著相關(guān)。采用逐步回歸分析可以消除環(huán)境因子間的多重共線性，擬合出不同環(huán)境因子對(duì)著生藻類(lèi)葉綠素a的最優(yōu)方程。本研究在著生藻類(lèi)葉綠素a水平表現(xiàn)不同的季節(jié)(冬春季和夏秋季)，將環(huán)境因子的14個(gè)變量對(duì)著生藻類(lèi)的葉綠素a作逐步回歸分析并建立回歸方程，以探求不同環(huán)境因子在不同季節(jié)下對(duì)著生藻類(lèi)生長(zhǎng)的影響程度，其中方程引入自變量的顯著性水平α進(jìn)=0.05，α出=0.10，用調(diào)整的決定系數(shù)(R2)表示方程的擬合效果，用回歸模型的顯著性(P)表示方程的顯著性統(tǒng)計(jì)意義;(6)以不同月份葉綠素a表現(xiàn)出的高峰值和低谷值的比值代表其時(shí)間變化，以不同空間組別葉綠素a的比值代表其空間變化，對(duì)比研究古夫河著生藻類(lèi)葉綠素a與環(huán)境因子的時(shí)間比值和空間比值變化情況，探究著生藻類(lèi)生物量時(shí)空格局的主要影響因素。以上數(shù)據(jù)分析均采用SPSS19.0軟件，作圖采用Origin7.0和Excel2003軟件。2研究結(jié)果2.1古夫河理化指標(biāo)One-wayANOVA顯示，pH值、水溫、溶解氧、流速、總氮、硝酸鹽氮、氨氮、二氧化硅、化學(xué)需氧量、總有機(jī)碳等10項(xiàng)因子具有顯著的時(shí)間變異(P<0.05)，海拔、溶解氧、流速、電導(dǎo)率、硬度、總氮、硝酸鹽氮、氨氮、總磷等9項(xiàng)因子具有顯著的空間變異(P<0.05)。從空間動(dòng)態(tài)來(lái)看，各個(gè)環(huán)境因子年均值在不同樣點(diǎn)波動(dòng)較大(圖2)。海拔高度從古夫河源頭的1025.0m到古夫河匯入三峽庫(kù)區(qū)香溪河庫(kù)灣處的176.0m。古夫河溶解氧從源頭向下游逐漸降低，至GF13出現(xiàn)最小值(7.9mg/L)，其后又逐漸增加。流速無(wú)明顯變化規(guī)律，主要受河流坡度影響，年均最小值出現(xiàn)在GF13樣點(diǎn)(0.2m/s)，年均最大值出現(xiàn)在GF19樣點(diǎn)(0.9m/s)。古夫河電導(dǎo)率波動(dòng)較小，竹園河波動(dòng)較大，年均最大值出現(xiàn)在ZY01樣點(diǎn)(712.6μS/cm)。硬度同電導(dǎo)率變化趨勢(shì)一致。總體上，古夫河總氮年均值從上游到下游呈先遞減后增加的趨勢(shì)，最大值出現(xiàn)在GF01樣點(diǎn)(1.44mg/L)，最小值出現(xiàn)在GF13樣點(diǎn)(0.68mg/L)。古夫河硝酸鹽氮和總氮呈現(xiàn)出大致相同的變化趨勢(shì)。古夫河氨氮上游無(wú)明顯變化規(guī)律，年均值在GF05和GF12樣點(diǎn)出現(xiàn)兩次低谷(分別為0.104mg/L和0.107mg/L)，下游主要受人為影響，GF15、GF18和GF19這3個(gè)樣點(diǎn)明顯高于上游樣點(diǎn)，最大值出現(xiàn)在GF18樣點(diǎn)(0.278mg/L)，比所有樣點(diǎn)平均值高出近兩倍。古夫河總磷年均值在上游(從GF01到GF09樣點(diǎn))波動(dòng)很小，且處于較低含量(年均值約0.010mg/L)，總磷在GF10、GF11、GF12樣點(diǎn)處于較高水平，最大值出現(xiàn)在GF10樣點(diǎn)(0.083mg/L)，然后呈遞減趨勢(shì)，最小值出現(xiàn)在GF13樣點(diǎn)(0.009mg/L)，再呈遞增趨勢(shì)，但總體波動(dòng)較總氮小。水體營(yíng)養(yǎng)鹽變化與人為活動(dòng)密切相關(guān)，人為活動(dòng)頻繁的樣點(diǎn)明顯高于人為干擾小的樣點(diǎn)。竹園河總氮、硝酸鹽氮、總磷年均值從上游到下游均呈遞減趨勢(shì)，年均值的最大值均出現(xiàn)在ZY01樣點(diǎn)，分別為2.58、2.28、0.200mg/L。竹園河氨氮年均值的最大值也出現(xiàn)在ZY01樣點(diǎn)，為0.293mg/L。由此可知，人為干擾小的樣點(diǎn)(古夫河源頭和竹園河下游樣點(diǎn))和人工干擾大的樣點(diǎn)(竹園河源頭和古夫河下游樣點(diǎn))使得古夫河流域不同季節(jié)和河段生態(tài)環(huán)境差異顯著。2.2共同方向：古夫地區(qū)，聚合式水生態(tài)組將古夫河采樣點(diǎn)分為5組，其中組1共17個(gè)采樣點(diǎn)，包括GF01—GF13、ZY02—ZY05、GY01采樣點(diǎn);組2、組3、組4和組5分別為GF15、ZY01、GF18和GF19采樣點(diǎn)(圖3)。從古夫河流域采樣點(diǎn)分布(圖1)可以看出，組1的17個(gè)采樣點(diǎn)，人為干擾非常小，其中13個(gè)樣點(diǎn)位于古夫河中上游，3個(gè)樣點(diǎn)位于竹園河中下游，1個(gè)樣點(diǎn)位于觀音河出口;組2的GF15樣點(diǎn)位于古夫河中游，緊靠養(yǎng)殖場(chǎng)下游，同時(shí)受上游引水式水電站取水影響，水文特征變化大;組3的ZY01樣點(diǎn)位于竹園河上游，處于磷礦開(kāi)采區(qū)，人類(lèi)活動(dòng)頻繁;組4的GF18樣點(diǎn)緊靠古夫鎮(zhèn)下游，位于古洞口二級(jí)水庫(kù)減水河段區(qū);組5的GF19樣點(diǎn)處于香溪河庫(kù)灣靜水與古夫河流水的交匯處，在三峽水庫(kù)蓄水期被淹沒(méi)?？梢?jiàn)，組1代表人為影響小的區(qū)域，組3代表人為影響大的區(qū)域，組2、4和5代表水文特征變化大的區(qū)域。One-wayANOVA顯示，5個(gè)空間組別的著生藻類(lèi)葉綠素a和海拔、流速、電導(dǎo)率、總氮、總磷、硝酸鹽氮、氨氮、硬度等8項(xiàng)環(huán)境因子均存在顯著差異(P<0.05)，各空間組別著生藻類(lèi)葉綠素a濃度及相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表1。不同空間組別著生藻葉綠素a年均值變化見(jiàn)圖4。組1中葉綠素a的含量范圍為0.07—30.38mg/m2，平均值5.90mg/m2。組2中葉綠素a的含量范圍為0.56—63.92mg/m2，平均值24.51mg/m2。組3中葉綠素a的含量范圍為0.14—88.11mg/m2，平均值23.83mg/m2。組4中葉綠素a的含量范圍為5.89—145.96mg/m2，平均值45.59mg/m2。組5中葉綠素a的含量范圍為8.99—112.66mg/m2，平均值50.03mg/m2。葉綠素a含量的空間變化呈現(xiàn)一定的模式，組5>組4>組2>組3>組1，其中組2和組3相差很小，即表現(xiàn)出人為影響大的區(qū)域的葉綠素a含量高于人為影響小的區(qū)域的規(guī)律。組1葉綠素a出現(xiàn)12次異常值(圖4)，分別為2月的GF04、GF06、GF12、GF13、ZY03,3月的GF06、GF07、GF09、GF11、GF12,7月的GF13,12月的GF13。其中在GF06、GF12和GF13樣點(diǎn)分別有2次、2次和3次異常值，在2月和3月各有5次異常值。表明在空間上，組1的GF06、GF12和GF13樣點(diǎn)處葉綠素a含量較組內(nèi)其他樣點(diǎn)高;在時(shí)間上，組1的2月和3月葉綠素a含量較其他月份高。組4葉綠素a含量在4月的GF18出現(xiàn)異常(145.96mg/m2)。2.3月內(nèi)葉綠素a含量特征選取代表自然條件下的組1和人為干擾下的組3進(jìn)行著生藻類(lèi)葉綠素a均值的月份變化對(duì)比(圖5)。組1葉綠素a月均值的含量范圍為2.79—11.80mg/m2，平均值5.90mg/m2。9月份開(kāi)始，著生藻類(lèi)生物量呈下降趨勢(shì)，10月份達(dá)到最小值(葉綠素a月均值為2.79mg/m2);然后呈遞增趨勢(shì)，2月份較12月份增加近2倍，3月份達(dá)到最大值(葉綠素a月均值為11.80mg/m2);然后開(kāi)始下降，4月份下降明顯，5、6、7月份變化較小，平均葉綠素a含量在8月降至3.23mg/m2?？梢?jiàn)，組1葉綠素a呈明顯的季節(jié)性變化，其高峰值出現(xiàn)在冬末(2月)春初(3月);低谷值出現(xiàn)在夏(8月)秋(9月和10月)2季。組3葉綠素a月均值的含量范圍為0.14—88.11mg/m2，平均值23.83mg/m2。9月份著生藻類(lèi)生物量處于最小值，為0.14mg/m2;10月份在9月份的基礎(chǔ)上增加約60倍，11月和12月份同10月含量相當(dāng);2月份再次增加約4倍，3月份同2月份含量相當(dāng);4月份再次增加約4倍達(dá)到最大值88.11mg/m2;然后出現(xiàn)陡降，使得5月份和6月份葉綠素a含量同9月份相當(dāng)，7月增加至周年內(nèi)第2高含量53.33mg/m2,8月又出現(xiàn)下降，同10、11、12月份的含量相當(dāng)?？梢?jiàn)，組3的著生藻類(lèi)葉綠素a波動(dòng)大，變化規(guī)律不同于自然條件下的組1，其高峰值出現(xiàn)在冬末(2月)、春季(3月和4月)和夏季(7月);低谷值出現(xiàn)在春末(5月)、初夏(6月)和秋初(9月)，不具有季節(jié)性變化特征。這種時(shí)間分布特征與人類(lèi)活動(dòng)密切相關(guān)，主要受到樣點(diǎn)處磷礦開(kāi)采活動(dòng)等外源營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的輸入和水文環(huán)境變化的影響。組2的GF15樣點(diǎn)葉綠素a的含量范圍為0.56—63.92mg/m2，平均值為24.51mg/m2;9月份處于最小值;10月和12月處于較高水平，到2月份和3月份達(dá)到最高水平，分別為63.92和52.71mg/m2，該處較高的含量與上游家禽養(yǎng)殖場(chǎng)廢水的排放和冬末春初的水位低有關(guān);其后至8月份均處于較低水平。組2表現(xiàn)出的葉綠素a季節(jié)變化規(guī)律和組1相似，其高峰值出現(xiàn)在冬末(2月)春初(3月);低谷值出現(xiàn)在秋季(9月)。組4的GF18樣點(diǎn)，葉綠素a的含量范圍為5.89—145.96mg/m2，平均值為45.59mg/m2，其隨時(shí)間變化的趨勢(shì)與上游古洞口二級(jí)水庫(kù)蓄排水密切相關(guān)。其中2010年11月和2012年2月河段干涸以及2012年5月、7月和8月水庫(kù)排水導(dǎo)致河水淹沒(méi)采樣點(diǎn)，均未采集樣品。2010年8、9月葉綠素a處于較高水平，然后經(jīng)過(guò)河床脫水期(2010年11月);2010年12月河流生態(tài)系統(tǒng)從干涸狀態(tài)逐漸恢復(fù)，藻類(lèi)生長(zhǎng)初期生物量較低，為5.89mg/m2，然后再次經(jīng)歷脫水期(2012年2月);3月份再次從干涸河床逐漸恢復(fù)，生物量為19.38mg/m2;最大值出現(xiàn)在4月份，為145.96mg/m2，為所有研究樣點(diǎn)中葉綠素a含量最高值，該值與水庫(kù)排水帶來(lái)的豐富營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)有關(guān)。組5的GF19樣點(diǎn)2010年9月份葉綠素a含量處于較高水平，為63.94mg/m2;其后樣點(diǎn)被2010年10月至2011年5月的三峽庫(kù)區(qū)蓄水所淹沒(méi);2011年6月水位下降后，樣點(diǎn)處由庫(kù)灣生態(tài)系統(tǒng)變?yōu)楹恿魃鷳B(tài)系統(tǒng)，著生藻類(lèi)處于恢復(fù)生長(zhǎng)初期，葉綠素a含量較低，為8.99mg/m2;7月份葉綠素a出現(xiàn)最大值，為112.66mg/m2，僅次于流域樣點(diǎn)最大值145.96mg/m2，該最大值與水庫(kù)蓄水帶來(lái)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)沉降和古夫河上游豐富的營(yíng)養(yǎng)鹽匯入有關(guān);8月份含量下降，可能與水文情勢(shì)有關(guān)。2.4總磷、總氮和氨氮含量的影響組1人為干擾小，進(jìn)行組內(nèi)研究可排除人為干擾帶來(lái)的異常，即可找出影響著生藻類(lèi)葉綠素a的水環(huán)境因子。以月份為控制變量，偏相關(guān)分析表明，組1樣點(diǎn)的著生藻類(lèi)葉綠素a與流速呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，偏相關(guān)系數(shù)為-0.502;與總氮、硝酸鹽氮、二氧化硅呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)。該結(jié)果表明:在人為影響較小的區(qū)域，流速可能對(duì)著生藻類(lèi)生物量具有顯著影響，快流速環(huán)境不適合著生藻類(lèi)的生長(zhǎng);營(yíng)養(yǎng)鹽(總氮、硝酸鹽氮)不是著生藻類(lèi)生長(zhǎng)的限制因子。以月份為控制變量，為排除組4和組5水文特征變化大的樣點(diǎn)，僅考慮組1、組2和組3的樣點(diǎn)，通過(guò)偏相關(guān)分析研究古夫河葉綠素a與水環(huán)境理化因子的相關(guān)關(guān)系(表2)。結(jié)果表明:古夫河著生藻類(lèi)葉綠素a與硬度和總磷呈極顯著正相關(guān)(P<0.001);與電導(dǎo)率、總氮和氨氮呈顯著正相關(guān)(P<0.01);與硝酸鹽氮呈正相關(guān)(0.05<P<0.1);與流速和二氧化硅呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)。由此可見(jiàn)，水體的總磷、總氮和氨氮等營(yíng)養(yǎng)鹽含量可能是著生藻類(lèi)生長(zhǎng)的限制因子，水體的硬度、電導(dǎo)率和流速等物理因子也可能對(duì)著生藻類(lèi)的生長(zhǎng)產(chǎn)生顯著影響。逐步回歸分析表明，不同季節(jié)對(duì)藻類(lèi)生物量相對(duì)重要的環(huán)境因子不同(表3)。在著生藻類(lèi)生物量高的季節(jié)———冬春季，有3個(gè)因子入選:流速(Velocity)、總氮(TN)和溶解氧(DO)，其中與溶解氧呈正相關(guān)關(guān)系，與流速和總氮呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。在著生藻類(lèi)生物量低的季節(jié)———夏秋季，有5個(gè)因子入選:總磷(TP)、流速、硬度(Hardness)、二氧化硅(SiO2)和氨氮(NH4+-N)，其中與總磷和硬度呈正相關(guān)關(guān)系，與流速、二氧化硅和氨氮呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。全年有5個(gè)因子入選:總磷、氨氮、流速、硬度和二氧化硅，其中與總磷、氨氮和硬度呈正相關(guān)關(guān)系，與流速和二氧化硅呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。水體中高水平的磷、氮是著生藻類(lèi)生物量增加的原因，為此藻類(lèi)生物量與溶解性營(yíng)養(yǎng)鹽呈正相關(guān);同時(shí)，藻類(lèi)生物量增加又會(huì)吸收水體溶解性營(yíng)養(yǎng)鹽，若外源營(yíng)養(yǎng)鹽補(bǔ)充不足，將導(dǎo)致水體中營(yíng)養(yǎng)鹽含量減少，所以藻類(lèi)生物量與溶解性營(yíng)養(yǎng)鹽呈負(fù)相關(guān)。逐步回歸統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示:夏秋季和全年，總磷均為著生藻類(lèi)生長(zhǎng)的第一限制因子，回歸系數(shù)分別為97.86和39.36;全年氨氮對(duì)著生藻類(lèi)生物量的生長(zhǎng)影響僅次于總磷，回歸系數(shù)為13.50;冬春季、夏秋季和全年，流速對(duì)著生藻類(lèi)生長(zhǎng)的抑制作用均較大，回歸系數(shù)分別為-11.44、-12.99和-13.50。以葉綠素a的高峰值(2月)和低谷值(8月)的比值代表其時(shí)間變化，以葉綠素a的組間比值(組3∶組1)代表其空間變化(表4)。由表4可知，在葉綠素a變化量相當(dāng)?shù)那闆r下(時(shí)間比值為4.42;組3∶組1為4.04)，營(yíng)養(yǎng)鹽(包括總磷、總氮、硝酸鹽氮和氨氮等)則是時(shí)間變化量小于其空間變化量，而流速在時(shí)間上的變化量高出其空間變化量2倍(時(shí)間比值為2.50;組3∶組1為1.25)。由此可知，著生藻類(lèi)生物量空間格局可能主要受水體營(yíng)養(yǎng)鹽影響，而著生藻類(lèi)生物量時(shí)間格局則主要受水體流速影響。3古夫河流域營(yíng)養(yǎng)鹽分布格局對(duì)著生藻類(lèi)生長(zhǎng)的影響本次調(diào)查所得葉綠素a濃度(平均11.63mg/m2)與賈興煥等對(duì)香溪河水系附石藻類(lèi)葉綠素a濃度(平均14.62mg/m2)的研究結(jié)果水平相當(dāng)，但變化范圍(0.07—145.96mg/m2)較后者(4.12—47.95mg/m2)大。本研究顯示，古夫河流域著生藻類(lèi)的生物量具有明顯的時(shí)空異質(zhì)性，表現(xiàn)出冬春季節(jié)高于夏秋季節(jié)的趨勢(shì)，這與賈興煥等對(duì)香溪河水系的研究結(jié)果相類(lèi)似。冬季雖然寒冷(樣點(diǎn)最低水溫僅為4.8℃)，但藻類(lèi)因?yàn)榭菟谒肯鄬?duì)減少，生境相對(duì)穩(wěn)定，水淺而可獲取的光強(qiáng)度增加而大量增生;夏季是古夫河的豐水期，水量增加，生境相對(duì)不穩(wěn)定，所以藻類(lèi)生長(zhǎng)不夠旺盛。Power認(rèn)為，寒冷季節(jié)河流無(wú)脊椎動(dòng)物活動(dòng)的減少使得藻類(lèi)捕食壓力減小也是導(dǎo)致藻類(lèi)大量生長(zhǎng)的原因之一，這也可能是古夫河著生藻類(lèi)冬春季節(jié)高于夏秋季節(jié)的原因。水動(dòng)力過(guò)程、光照、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)以及攝食等各因素以及它們之間的相互作用共同影響著生藻類(lèi)的光合作用效率和生長(zhǎng)速率，決定了著生藻類(lèi)生物量、群落結(jié)構(gòu)及其空間分布的變化。有研究者從生態(tài)區(qū)(包括氣候、地質(zhì)和土地利用等)、流域(包括生境物理化學(xué)因子)、河段和著生藻類(lèi)生長(zhǎng)基質(zhì)(包括營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、流速等)等不同空間尺度研究環(huán)境對(duì)著生藻類(lèi)的影響。Snyder指出大空間尺度因子對(duì)著生藻類(lèi)生長(zhǎng)的影響比小尺度或直接的因子更重要。本研究顯示:在古夫河流域大空間尺度上，著生藻類(lèi)生物量的分布主要與營(yíng)養(yǎng)鹽可得性相關(guān)，總磷、總氮和氨氮可能是著生藻類(lèi)生長(zhǎng)的限制因子，水體的硬度和電導(dǎo)率指標(biāo)也可能對(duì)著生藻類(lèi)的生長(zhǎng)產(chǎn)生重要影響;在古夫河上游小空間尺度上，水動(dòng)力條件等生物物理過(guò)程起著調(diào)節(jié)藻類(lèi)生產(chǎn)力和生物量水平的作用，其中流速可能是著生藻類(lèi)生長(zhǎng)的限制因子。在不同的流域，影響著生藻類(lèi)生長(zhǎng)的環(huán)境因子不盡相同，賈興煥等對(duì)香溪河水系附石藻類(lèi)的時(shí)空動(dòng)態(tài)研究發(fā)現(xiàn)，附石藻類(lèi)葉綠素a含量與水流流速呈顯著負(fù)相關(guān)，而與總氮呈正相關(guān);唐濤對(duì)香溪河著生藻類(lèi)研究指出，硬度、電導(dǎo)率等與著生藻類(lèi)生長(zhǎng)有密切關(guān)系;Chessman對(duì)澳大利亞維多利亞部分溪流進(jìn)行研究，指出磷在部分季節(jié)是著生藻類(lèi)生長(zhǎng)的第一限制因子。這些研究均與本研究的結(jié)果有相似之處。營(yíng)養(yǎng)鹽作為著生藻類(lèi)生長(zhǎng)重要的調(diào)控因子，其與著生藻類(lèi)生長(zhǎng)的關(guān)系得到廣泛的研究。本研究顯示，對(duì)藻類(lèi)葉綠素a空間格局可能有主要作用的營(yíng)養(yǎng)鹽因子包括總磷、氨氮和總氮等，這些指標(biāo)反映了樣點(diǎn)所處生境的營(yíng)養(yǎng)狀況。Perrin等對(duì)加拿大尼查科河(NechakoRiver)著生藻類(lèi)開(kāi)展圍隔實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上指出，相比外源不輸入營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)或單獨(dú)輸入氮或磷的情況，外源同時(shí)輸入氮和磷時(shí)著生藻類(lèi)生長(zhǎng)率增大2倍。本研究中，組3的總磷和總氮濃度均值分別是組1的8倍和2倍，葉綠素a含量是組1的4倍，支持了Perrin的研究結(jié)論。著生藻類(lèi)生長(zhǎng)最佳的氮磷比是16∶1，而古夫河流域平均氮磷比為31.7∶1，表現(xiàn)為磷不足，也再次證實(shí)了磷是古夫河流域著生藻類(lèi)生長(zhǎng)的限制因子。本研究顯示，組2著生藻類(lèi)生物量比組1高出4倍多，即表現(xiàn)為下游著生藻類(lèi)生物量高于上游，然而組2和組1總磷相差不大(比值為1.50)，這可能與下游人為來(lái)源的磷比上游自然來(lái)源的磷生物有效性高有關(guān)。總磷不能表征磷的生物有效性，不同河段生物有效性磷含量與著生藻類(lèi)生長(zhǎng)的關(guān)系尚需進(jìn)一步研究。氨氮比硝酸鹽氮生物有效性高，氨氮是著生藻類(lèi)偏好的氮源，古夫河流域氨氮與著生藻類(lèi)生長(zhǎng)的相關(guān)性較硝酸鹽氮大，也證實(shí)了前述研究結(jié)果。本研究顯示，水體的硬度和電導(dǎo)率與著生藻類(lèi)葉綠素a含量有顯著的相關(guān)性，可能是影響河流著生藻類(lèi)群落的重要環(huán)境因子。硬度和電導(dǎo)率是對(duì)水環(huán)境中包括鈣、鎂離子的總?cè)芙怆x子量的反映。古夫河流域的硬度和電導(dǎo)率的時(shí)間變化量很微小(2月份與8月份的比值均為0.99)，而著生藻類(lèi)葉綠素a含量的時(shí)間變化量較大(2月份與8月份的比值為4.42)(表4)。Pan指出硬度和電導(dǎo)率這兩個(gè)指標(biāo)可視為河流地貌學(xué)特征的變化。有研究指出，對(duì)藻類(lèi)時(shí)間動(dòng)態(tài)影響顯著的主要是流域尺度的地貌學(xué)特征的變化，然而這一假說(shuō)在本研究中沒(méi)有證據(jù)支持。電導(dǎo)率和土地利用類(lèi)型有著極高的相關(guān)性，可以反應(yīng)城鎮(zhèn)化發(fā)展過(guò)程中導(dǎo)致的土地利用類(lèi)型改變帶來(lái)的水體中離子總量的改變，本研究表明，電導(dǎo)率和硬度有著極顯著正相關(guān)性(P<0.001)(表2)，從而支持了這一假說(shuō)。也有研究指出，電導(dǎo)率和土地利用類(lèi)型改變后而引發(fā)的可溶性營(yíng)養(yǎng)鹽含量有著明顯的相關(guān)性，古夫河流域的電導(dǎo)率與總磷、總氮和硝酸鹽氮的極顯著正相關(guān)性(P<0.001)(表2)為其提供了證據(jù)。本研究顯示，古夫河流域流速的時(shí)間變化量大于空間變化量(表4)。流速是表征河流水動(dòng)力特征的參數(shù)。藻類(lèi)因?yàn)榭菟谒肯鄬?duì)減少，生境相對(duì)穩(wěn)定，水淺而可獲取的光強(qiáng)度增加而大量增生。夏季是古夫河的豐水期，水量增加，生境相對(duì)不穩(wěn)定，所以藻類(lèi)生長(zhǎng)不夠旺盛。古夫河流域營(yíng)養(yǎng)鹽濃度(除總磷外)均表現(xiàn)為枯水期低于豐水期(表4)。有研究者指出，枯水期水量相對(duì)減少，輸入河流的營(yíng)養(yǎng)物不易被沖淡稀釋導(dǎo)致藻類(lèi)大量增殖，然而這一假說(shuō)在本研究中沒(méi)有足夠證據(jù)支持。相關(guān)研究指出，海拔與附石藻類(lèi)葉綠素a含量呈顯著負(fù)相關(guān)。海拔綜合反映了樣點(diǎn)溫度、光照等條件，也對(duì)水體營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)水平有