湟水河着生藻类群落结构特征及影响因子分析

为探究高原河流中着生藻类群落结构时空变化特征,该文选择黄河流域上游支流湟水河为对象,于2020年9月(秋季)和2021年6月(春季)对湟水河流域23个点位开展着生藻类调查,探究湟水河着生藻类群落结构时空格局及其对环境因子的响应。结果表明:湟水河共检出着生藻类5门172种,以硅藻门、绿藻门和蓝藻门为主。主要优势种时空差异明显,上游段着生藻类群落主要由小席藻、鞘丝藻和披针形曲壳藻等清洁种构成,中下游段优势种则逐渐出现放射舟形藻和谷皮菱形藻等耐污种。春季湟水河着生藻类平均密度和平均生物量低于秋季,分别为41.55×10^(4)cells/cm^(2)和66.45×10^(4)cells/cm^(2)、0.60mg/cm^(2)和12.50mg/cm^(2)。春秋两季Shannon-Wiener多样性指数均值上游段均高于中下游段。MRPP检验分析发现,着生藻类群落存在显著的时间(春季v.s.秋季)和空间(上游段v.s.中下游段)差异。就β多样性而言,上游段Jaccard指数低于中下游段,春季Jaccard指数高于秋季。RDA分析识别出春季影响湟水河着生藻类群落的环境因子是硝酸盐、总氮、总磷和溶解氧,秋季影响着生藻类群落的是浊度和总氮。研究结果表明湟水河着生藻类群落与水环境因子变化密切相关,应重点关注流域水土流失防治、氮磷营养盐控制减排等管理内容。

输水明渠着生藻类群落结构特征对水动力条件的响应

明渠输水系统的着生藻类异常增殖会淤塞拦污栅,降低明渠输水能力,并增加清理工作压力。目前,有关着生藻类对水动力的响应研究多在天然河流、湖泊中开展野外原型观测,针对混凝土衬砌表面着生藻类的水动力研究仍然少见。由于混凝土基质与泥沙基质的显著差异,着生藻类在衬砌明渠和自然水体中对水动力的响应特性不同。为探究水动力对明渠着生藻类生长及群落结构的影响,特开展明渠中着生藻类的培养观测及水动力冲刷实验。通过分析着生藻类叶绿素a含量、群落结构、无灰干重、细胞密度等指标,以探究不同基质粗糙度、不同生长阶段的着生藻类对不同水动力条件的响应。结果表明:着生藻类建群过程具有3个明显阶段,分别为迟滞期、指数生长期、稳定期;随着流速增大,着生藻类生物量先上升后下降,当流速v>0.6 m/s时,着生藻类的生长被显著抑制;冲刷流速增大至v=0.8 m/s的2天后,着生藻类生物量显著减少,群落多样性下降。在着生藻类建群迟滞期(实验中约3周),该阶段提高流速对着生藻类生物量的冲刷剥离效果最明显;基质粗糙度越小,着生藻类建群迟滞期越长,通过水力冲刷的除藻效果越明显。本研究探索了不同水动力条件下明渠着生藻类的响应规律,有助于认识明渠着生藻类的群落特征,可为明渠输水系统内着生藻类水力调控提供重要依据。

潮白河北京段着生藻类群落结构及其优势种生态位特征

为明确北京市潮白河流域浮游植物群落变化特征,于2021年5月和9月对潮白河17个样点的着生藻类进行调查。应用着生藻类种类数和细胞密度对群落结构进行分析,计算优势种的优势度指数(Y)、优势种更替率(R),运用生态位宽度(Bi)、生态位重叠指数(O_(ik))、总体相关性分析优势种的生态位特征。结果表明:2次调查共鉴定着生藻类109种,隶属4门41属,着生藻类优势种(Y>0.2)共8种,优势种的生态位宽度为0.1406~0.4209,优势种的生态位重叠指数为0.0551~0.8971,总体关联性测度结果均为显著正关联,优势种受季节更替的影响较大,优势种间对资源的利用共性较小,着生藻类群落结构趋于稳定,整体朝正向演替发展。研究表明,着生藻类作为一项生物指标对环境条件的变动能够进行较为敏感的响应,基于着生藻类优势种生态位特征,能够对着生藻类群落结构及其演替特征进行描述。

基于高光谱成像的烤烟着生部位识别

【目的】采用高光谱成像技术结合机器学习方法,建立烤烟着生部位(上部、中部、下部)的识别模型。【方法】首先,通过分析烟叶在水、氮敏感波段下的强度分布特征,采用了一种结合OTSU和Sauvola图像分割算法的双阈值感兴趣区(ROI)选取方法,然后对比分析不同预处理方法对数据建模的影响规律,采用支持向量机(SVM)、极限梯度提升(XGBoost)算法进行判别模型的建立,通过参数寻优进行模型的优化。使用遗传算法(GA)和遗传算法结合连续投影算法(GA-SPA)进行特征波长的选择,建立简化模型。【结果】(1)建立的双阈值感兴趣区选取方法能准确高效地实现烤烟叶片正常叶面区域的选取(2)不同数据预处理方法对识别模型影响较为显著,基于一阶导和萨维莱茨-戈莱平滑(1Der+SG)预处理光谱数据,结合GA选取的特征波长建立的XGBoost着生部位识别模型具有最佳的分类效能,其准确率高达97.78%。【结论】研究建立的基于高光谱成像技术结合机器学习方法的部位模型可满足烤烟着生部位的高效准确识别。

输水渠系着生藻类多目标水力优化调控研究

输水渠系正面临着生藻类肆虐的危害,亟需通过水力调控方法剥离边壁的着生藻类,然而大范围的着生藻类脱落将进一步造成渠道水质破坏。为了探究同时满足除藻和水质管理双重目标的最优水力调控模式,研究基于着生藻类水力调控模型,以南方某灌区四干渠为仿真实例,运用正交试验和极差分析方法设计不同类型的水力调控方案,对比分析水力调控对边壁着生藻类生物量的剥离效果以及对渠道水质的干扰。研究结果表明,在着生藻类爆发后期用高冲刷流量持续冲刷中等时长的调控模式可极大程度地兼顾藻类调控与水质管理两大需求。实际运用中应结合渠道的着生藻类爆发时段以及流量调度能力,在区间内选择适宜的水力调控组合。

基于着生藻类生物完整性指数的章江健康状态评价

基于河流着生藻类与水质监测数据,采用着生藻类生物完整性指数法(P-IBI)开展章江健康状态评价,为河流生态系统恢复与水生态修复提供科学依据。通过对28个候选生物参数的分布范围、判别能力和Pearson相关性分析,筛选出由蓝藻属总数、蓝藻分类单元相对多度、可运动硅藻百分比3个核心指数组成的章江P-IBI指标体系,并根据其参照点的25%分位数值,确定章江流域河流健康评价标准。结果表明,章江流域P-IBI平均得分为1.91,河流健康状态为一般状态。9个采样点中,2个处于健康状态,2个良好状态,2个一般状态,3个较差状态;相关性分析表明,P-IBI与高锰酸钾指数(COD_(Mn))、五日生化需氧量(BOD_(5))、总磷(TP)、氨氮(NH_(4)^(+))、氧化还原电位(ORP)等水环境指标呈现显著负相关。从空间尺度看,河流健康状态从上游区到下游区呈现逐渐变差的趋势,这与河流沿线城市和产业发展状况密切相关。着生藻类生物完整性指数的河流健康评价结果与实际状况基本吻合,说明采用P-IBI法可以较好地反映河流健康状况。

淮河干流江苏段着生藻类群落结构及其与环境因子的关系

为了解淮河干流江苏段着生藻类群落结构时空变化特征及其与环境因子的关系,于2020年11月—2021年7月分4个季节布设5个断面采样调查。结果表明:该河段共检出着生藻类5门36属39种,物种组成以硅藻、绿藻和蓝藻为主,占比分别为35.90%、33.33%和23.08%;着生藻类群落结构虽然在空间上未出现显著差异,但呈现秋季>冬季>春季>夏季的季节变化趋势;alpha多样性指数和beta多样性距离分析均显示,着生藻类群落变化主要体现在季节差异上,夏季和冬季较春季和秋季变异程度更高;环境因子冗余分析(dbRDA)表明,影响着生藻类群落结构在不同季节之间演替的环境因子各不相同,总氮是营养盐指标中唯一显著的影响因子。

盐城市主要入海河流着生藻类群落特征及水生态评价

为研究盐城入海河流水生态质量状况,于2022年5月和9月对盐城主要入海河流着生藻类群落结构进行调查,并基于河流水生态环境质量综合评价指数对10条入海河流进行水生态评价。结果表明,全年水质优Ⅲ类以上断面比例为70%,高锰酸盐指数和溶解氧是影响断面水质的主要影响因子;着生藻类香农维纳(Shannon-Wienner)多样性指数(H′)为2.77~4.4,平均值为3.97,评价级别总体为优秀。调查发现,着生藻类包括硅藻、绿藻、蓝藻、裸藻、甲藻、隐藻和黄藻共7门129种,其中5月发现着生藻88种(属),9月发现着生藻95种(属),硅藻门为全年优势种。河流水生态环境质量综合评价指数(WEQI)评价结果为良好,良好级别占比80%,制约盐城主要入海河流生态质量综合指数的因素为水质和生境。

农桑14号桑树春梢叶片净质量与其着生节位和叶片性状的相关性分析

为探讨影响桑树叶片质量的主要因素,2021—2022年以农桑14号为试材,在生长季节调查叶片着生节位、叶片性状和叶片质量性状等指标,分析桑树叶片净质量对叶片着生节位、叶片性状指标的反应。结果表明:(1)桑树春梢叶片长度以15节位和17节位最长,其次是9节位和12节位;叶片宽度以10节位和15节位最宽,其次是16节位;叶片质量以10节位、15节位和18节位最大,其次是11节位;叶片净质量以10节位最大,其次是18节位。(2)相关系数分析,桑树叶片净质量与叶片长度、叶片宽度、叶柄厚横径、叶柄质量和叶片质量等指标之间存在极显著差异(P<0.01);与叶片着生节位和叶柄宽横径等指标之间存在显著差异(P<0.05)。(3)方差分析,叶片净质量与叶片着生节位、叶片长度、叶片宽度、叶柄长度、叶柄宽横径、叶柄厚横径、叶柄质量和叶片质量等指标之间存在极显著差异(P<0.01)。(4)拟合二次回归方程的相关系数分析,叶片净质量与叶片着生节位与叶片长度等性状指标之间形成的相关系数符合二次曲线规律;叶片净质量与叶片着生节位、叶片长度、叶片宽度、叶柄长度、叶柄宽横径和叶柄厚横径等指标之间存在极显著差异(P<0.01)。可见,叶片着生节位、叶片性状直接影响叶片净质量的变化幅度;建议可以把叶片着生节位和叶片长度等性状作为生产优质桑叶的主要依据。

淮河河南段着生藻类群落结构与环境因子的关系

为探究淮河河南段着生藻类群落结构特征及其与环境因子的关系,分别于平水期和丰水期在淮河河南段设置了9个点位,开展着生藻类群落组成、丰度和生物量调查。结果表明:淮河河南段共鉴定出着生藻类8门194种属,物种门类主要为硅藻门、绿藻门、蓝藻门。采用生物多样性指数(H′)、丰富度指数(D)和Simpson指数(D)对其进行水质评价,显示耐污类别为α-β中污型状态。高锰酸盐指数、TP、DO、pH是影响淮河河南段着生藻类群落结构的主要影响因素。

青海玛柯河丰水期着生藻类多样性及其与水环境因子的关系

为了解青海玛柯河流域水坏境的质量,本研究于2022年8月对玛柯河流域8个典型区域进行调查取样,通过高通量测序和多元统计分析对水体着生藻类群落结构、生物多样性及其与水环境因子之间的关系进行研究。结果表明:8个采样点共有着生藻类2门59属,其中,衣藻属(Chlamydomonas)、舟形藻属(Navicula)、柄胞藻属(Pedinomonas)为优势属;着生藻类的Shannon-Wiener多样性指数为3.03~3.23,Pielou均匀度指数为0.56~0.69,Simpson优势度指数为0.85~0.95,说明着生藻类群落稳定性较高,水体无污染或轻度污染。冗余分析及相关性分析显示,硅藻门和绿藻门群落与氨氮(NH_(4)^(+)-N)、镍(Ni)、镉(Cd)、总氮(TN)、铅(Pb)显著相关,生物多样性指数与Pb、NH_(4)^(+)-N显著相关,说明NH_(4)^(+)-N、Ni、Cd、TN、Pb在着生藻类群落结构和生物多样性的形成中起重要作用。本研究为玛柯河流域水环境质量初步评价及流域综合管理提供基础参考和借鉴。

澧水流域张家界段着生藻类群落结构特征及水质评价

为了掌握澧水流域张家界段着生藻类的群落结构特征,于2023年春季和秋季对流域内15个监测样点开展着生藻类的调查与分析。流域内共监测到着生藻类71种属,隶属于4门44属。春季的平均密度和生物量分别为4.17×10^(6) cells/cm^(2)、2.78 mg/cm^(2),秋季平均密度和生物量分别为1.94×10^(6) cells/cm^(2)、0.30 mg/cm^(2)。着生藻类Shannon-Wiener指数、Simpson多样性指数、Pielou均匀度指数春季的平均值分别为1.778、0.726、0.429,秋季的平均值分别为1.088、0.507、0.288,3个指数值在春季均显著高于秋季,春季和秋季均呈现出支流的多样性和均匀度高于干流。春季各监测样点着生藻类的硅藻营养化指数(TDI)变化范围为43.10~71.86,平均值为60.99,指示水体总体处于富营养化状态。支流的TDI平均值为59.24,处于中营养状态;干流的平均值为63.62,处于富营养状态。秋季各监测样点着生藻类的TDI的变化范围为37.50~68.58,总体平均值为55.38,指示水体总体处于中营养状态。支流的TDI平均值为57.10,干流的平均值为54.48,均处于中营养状态。

京杭运河镇江段着生藻类分布多样性与环境因子相关性分析

2023年在京杭运河镇江段设置8个着生藻类多样性监测断面,累计鉴定出38种着生藻类,分属5门8纲16目21科32属,以硅藻门为主。各监测断面着生藻类检出种类数相差很大,最多检出11种,最小检出5种。各监测断面藻类平均密度为1.32×103个/cm2。京杭运河镇江段着生藻类多样性指数平均值为1.72,均匀度指数均值为0.88,评价水质为中等。利用IBM SPSS Statistics 27软件对研究区域着生藻类和环境因子相关性进行分析,发现着生藻类的Shannon-Wiener多样性指数和水温存在极显著相关(p<0.1);着生藻类的Shannon-Wiener多样性指数和化学需氧量、pH存在显著相关(p<0.05)。

拉萨河流域着生藻类群落结构特征及与环境因子的关系

2017年8月对拉萨河着生藻类群落组成、丰度以及多样性指数进行调查,并做了双向聚类分析和典范对应分析(CCA)。结果表明:流域着生藻类种类组成以硅藻门Bacillariophyta(60.5%)为主,其次是绿藻门Chlorophyta(27.9%),蓝藻门Cyanophyta(11.6%);物种平均丰度为20.7万cells/cm^(3),硅藻门占95%,蓝藻门占3.9%,绿藻门占1.1%,种类少、丰度低是拉萨河流域着生藻类群落结构特征的主要特点;着生藻类优势种以菱形藻为主;双向聚类分析表明生境类型的空间异质性是导致相邻区域无法进行聚类的主要原因。CCA排序结果表明。环境指标对拉萨河流域着生藻类丰度的影响较为显著,其中常见物种膨胀桥弯藻受硫化物影响明显,双眉藻和束丝藻受总氮影响明显,而且总氮箭头连线较长,总氮是影响着生藻类群落结构的主要因子;脆杆藻与COD呈正相关关系。

高原河流着生藻类群落沿海拔梯度的变化特征——以西藏黑曲、雪曲为例

海拔对生物群落的空间格局具有重要影响。探究生物群落随海拔变化规律不仅可以确定生物的地理分布范围,而且可为预测生物响应气候变化提供基础信息。然而,目前对于生物群落海拔格局的研究多集中于陆生大型生物,对水生微型生物的研究相对不足。基于西藏昌都市境内金沙江上游支流黑曲和雪曲着生藻类的调查数据,运用广义线性混合模型和分段结构方程模型探究着生藻类密度、生物量、物种丰富度、均匀度和样点对β多样性的贡献(Local contribution to beta diversity,LCBD)等生物群落指标的海拔格局及其驱动机制。结果表明:两条河流共鉴定出161个分类单元,分属硅藻门、蓝藻门和绿藻门。其中着生硅藻种类最多,占总分类单元数的78.9%,极小曲丝藻(Achnanthidium minutissimum,平均相对丰度:28.3%)、波状瑞氏藻(Reimeria sinuata,平均相对丰度:11.5%)、偏肿内丝藻(Encyonema ventricosum,平均相对丰度:9.3%)和细端菱形藻(Nitzschia dissipata,平均相对丰度:7.2%)为主要优势种。不同海拔的着生藻类群落组成存在显著差异。着生藻类物种丰富度随海拔梯度单调递减,着生藻类密度、生物量和LCBD随海拔梯度单调递增,而着生藻类均匀度并无明显的海拔分布格局。海拔对年均温、年降水量、日均辐射量、电导率、溶解氧、浊度和流速有显著影响。进一步解析海拔对着生藻类密度、生物量和多样性指数的影响机制,发现海拔主要通过影响年均温、年降水量和日均辐射量等区域气候因子进而影响局地环境因子间接影响着生藻类分布格局。电导率、溶解氧和浊度是着生藻类海拔分布格局的关键驱动因子。该研究结果为了解河流生物多样性对气候变化的响应规律提供了重要信息,为河流生物多样性保护提供了科学依据。

长江江苏段着生藻类群落结构与生物完整性分析

为调查长江江苏段水环境状况,根据区域内13个样点的着生藻类调查结果,采用非参数检验、冗余分析等方法分析藻类群落的时空分布特征,采用随机森林算法对水体理化指标进行降维,应用Qr指数、生物完整性指数及生物多样性指数进行河流健康评价。结果表明:长江江苏段着生藻类以蓝-绿-硅藻为主,群落结构无显著差异性;流域内共检出25种功能群,其演替规律为B+Lo+MP+N+P+W1(夏季)→Lo+MP+N+P(冬季);RDA分析结果表明影响夏季藻类的驱动因子为高锰酸盐指数、氨氮、磷酸根等,冬季的驱动因子为电导率、高锰酸盐指数、浊度、溶解氧等;河流健康评价结果表明长江江苏段水环境较好,其中以研究区中段为最优。

淮河流域淮安段着生藻类群落结构特征分析

于2021年5月对淮安境内淮河主要干支流8个点位的水质状况和着生藻类群落结构采样调查,应用3种多样性指数模型评价区域水生态健康状况,并探究影响着生藻类多样性的因素。结果表明:采样期间淮河流域淮安市域共检出着生藻类3门23科32属(种),由硅藻门、蓝藻门和绿藻门组成,硅藻门占绝对优势;多样性指数计算结果显示,流域水生态状况良好,整体表现为清洁-轻污型水体,淮河上游水质稍差于其他水域;结合水质监测数据与卫星遥感影像分析,认为生境状况是影响着生藻类群落分布的主要因素。

长江南京段着生藻类生物多样性观测及其与环境因子相关性分析

2021年在长江南京段设置6个着生藻类生物多样性观测点,累计观测到40种(属)着生藻类,分属5门6纲13目21科27属,以硅藻门为主。各观测点着生藻类检出种(属)类数相差较大,最多检出30种(属),最小检出15种(属)。各观测点位平均密度为8.70×10^(4)个/cm^(2)。长江南京段着生藻类多样性指数平均值为2.76,均匀度指数0.52,评价均为良好。通过IBM SPSS Statistics 20分析着生藻类和环境因子的相关性,发现着生藻类的密度与高锰酸盐指数存在显著相关;着生藻类的种属数量与水温、pH存在极显著相关。

甘河着生藻类群落结构及其与环境因子的关系

2018年8月(丰水期),在嫩江支流甘河,调查了19个点位的着生藻类群落结构和水环境特征。并运用聚类分析、Mcnaughton优势度分析和IBD(biological diatom index,硅藻生物指数)3种方法研究了甘河着生硅藻群落结构和优势种清洁状况,使用主成分分析、Spearman相关分析和冗余分析等统计分析方法研究了甘河着生硅藻群落和环境因子的响应关系。结果表明:甘河共鉴定出着生藻类90种(属),以硅藻门、绿藻门和蓝藻门为主,生物量丰富。丰水期甘河水生态环境质量状况较为健康,着生硅藻主要由清洁种构成,其中Achnanthidium minutissimum优势度0.48,为绝对优势种。聚类分析结果表明,甘河采样点位可分为3组;其中组1和组2点位主要位于甘河上、中游,上、中游水质、生境质量较好,健康程度较高,优势种均为清洁种,上游Achnanthidium minutissimum优势度达到了0.64;组3点位均位于甘河下游,下游人为干扰较强,健康程度较其余两组偏低,Nitzschia palea和Nitzschia paleaeformis等耐污种在组3的优势度较高。导致甘河着生硅藻群落清洁度由上游到下游逐渐变差的主要水环境因子为电导率、总磷和高锰酸盐指数,其中影响中游硅藻群落结构变化的主要水环境因子为高锰酸盐指数,影响下游硅藻群落结构变化的主要水环境因子为电导率和总磷。由此可见,着生硅藻群落可以较好的指示甘河流域水体有机污染程度和营养富集程度。

基于着生藻类的松花江哈尔滨段明水期三季健康评价

于2015年5月-2016年5月明水期,依人为干扰类型不同在松花江哈尔滨段设8个样点,用人工基质-载玻片法7次调查着生藻类的28个候选指标,筛选核心参数,建立健康评价标准,并评价调查水域春、夏、秋三季的健康状况。结果表明,松花江哈尔滨段着生藻类的生物完整性指数(P-IBI)核心参数包括着生藻类属的总数、硅藻分类单元相对多度、绿藻分类单元相对多度、硅藻百分比、可运动硅藻百分比、曲壳藻Achnanthes百分比、丝状绿藻百分比以及单位面积着生藻类密度。不同季节核心参数不同。城市河段、乡村河段、工程河段对河流健康状况的影响表现为:城市>乡村>工程;城市影响的月变化比乡村的影响大;工程对河流坝上、坝下生态系统健康状况的影响不同,坝上优于坝下。本研究通过探讨不同人为干扰对河流健康状况的影响,以期为松花江流域健康评价奠定基础。