在種與屬兩個級別評價太子河硅藻群落與環境因子的關系

劉麟菲，譚冰冰，殷旭旺,*，張 遠，孟 偉

(1．大連海洋大學，水產與生命學院，遼寧省水生生物學重點實驗室， 大連 116023；2．中國環境科學研究院，環境基準與風險評估國家重點實驗室，流域水生態保護技術研究室，北京 100012)

在種與屬兩個級別評價太子河硅藻群落與環境因子的關系

劉麟菲1，譚冰冰1，殷旭旺1,*，張 遠2，孟 偉2

(1．大連海洋大學，水產與生命學院，遼寧省水生生物學重點實驗室， 大連 116023；2．中國環境科學研究院，環境基準與風險評估國家重點實驗室，流域水生態保護技術研究室，北京 100012)

2009年8—9月，對遼寧省太子河流域67個點位進行采樣調查，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間的相關性，并比較硅藻屬級與種級屬性與環境因子的相關性。實驗結果表明，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與硅藻種級水平都極顯著相關。Pearson相關性分析表明，硅藻屬級水平的豐富度與環境顯著相關的因子與種級水平豐富度與環境顯著相關的因子相一致。Mantel-Test相關性分析表明，硅藻屬級水平的相對多度與環境因子的相關性弱于種級水平與環境因子相關性。典范對應分析結果顯示，影響硅藻屬級和種級群落結構分布的主要環境因子均為懸浮物。基于硅藻生物評價指數的流域健康評價結果表明，應用硅藻屬級和種級屬性對太子河流域進行健康評價，其評價結果相一致。

硅藻群落；鑒定等級；相關性分析；典范對應分析；硅藻生物評價指數

藻類(algae)作為河流生態系統的初級生產者，擔負著將無機營養元素轉移至更高級有機生命體的任務，在河流生態系統中占有重要地位[1]。此外，藻類世代時間短[2]，對棲息地環境變化反應迅速[3]，分布廣泛具有普遍適用性[4]，并且采集方便[5]，在應用生物監測進行河流生態評價的研究中日益受到人們的關注[6- 7]。

硅藻(diatom)是河流藻類的主要類群，其密度和生物量通常可占到藻類總數的60%以上[4]。然而硅藻細胞微小，且種類繁多，需專業基礎較強的研究人員進行分類鑒定，從而限制了該類群在河流生態評價中的應用范圍[8]。鑒于此，有學者提出將硅藻鑒定水平降低，用目級、科級或屬級代替種級水平進行統計分析[9]，既可提高鑒定效率和準確率，又降低了河流生態評價的成本；而其他學者認為，種級水平的鑒定包含很多重要的生態信息[10- 12]，且很多硅藻評價方法和硅藻指數的計算方法都以種級水平為基礎建立[13- 14]，用較高等級水平代替種級水平進行生態評價，其評價結果的可信度尚存質疑。

本研究以遼寧省太子河流域為范例，在硅藻群落結構研究的基礎上，應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構特征及其與環境因子的關系，通過比較不同分類單元水平的硅藻群落對河流生態環境的評價結果，探討應用較高分類水平的硅藻群落進行河流生態評價的可行性，為我國河流生態評價中廣泛應用硅藻類群提供相關依據。

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個樣站的著生硅藻進行樣品采集，其中干流21個樣站，各支流46個樣站(圖1)。硅藻樣品定量采集方法是在每個采樣點挑選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)硅藻。用自來水沖洗到白色不銹鋼托盤中，將九個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個石塊上的硅藻全部刮取下來，轉移到廣口瓶中，用5%甲醛固定。用濃硫酸和濃硝酸(比例1∶1)對硅藻進行酸化，洗滌離心后制成封片，在普通光學顯微鏡下(×1000倍)盡量鑒定到種，方法依據相關文獻[15- 16]。

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

1.2 環境因子數據獲取

1.3 數據分析與處理

1.3.1 硅藻群落結構特征

統計每個位點硅藻屬級和種級水平數量，將硅藻密度(個/cm2)轉化成相對多度(%)，用Mantel-Test方法分析硅藻屬級與種級水平數量分布的相關性，r值為0表明兩個矩陣無任何相關性，r值為1表明兩矩陣完全重合；統計檢驗水平P<0.05時，r值越高，兩矩陣相關性越強。

計算每個位點硅藻屬級與種級水平的豐富度、均勻度、Shannon多樣性指數、Margalef多樣性指數、Berger-Parker多樣性指數、Simpson多樣性指數、Hill多樣性指數和Mackintosh多樣性指數，并進行Pearson相關性分析，以比較屬級與種級硅藻群落各指數間的相關性。

1.3.2 Pearson相關性分析

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

1.3.3 Mantel-Test相關性分析

應用Mantel-Test法，依據相關研究[18]，將環境因子分為三類矩陣：反映主要離子水平的矩陣、反映營養鹽含量的矩陣和反映有機體數量的矩陣。主要離子矩陣包括氯離子、硫酸根、硅酸根、電導率；營養鹽矩陣包括硝酸氮、亞硝酸氮、總磷、磷酸鹽；有機體矩陣包括氨氮、總氮、溶解氧、生物需氧量、化學耗氧量、高錳酸鹽指數。分別用硅藻群落屬級與種級相對多度與三類環境矩陣做相關性檢驗，檢驗不同分類等級與環境因子的相關性。

1.3.4 典范對應分析

對所有理化數據進行主成分分析(PCA)，篩選出影響太子河流域的主要環境因子。將硅藻屬級與種級水平相對多度進行除趨勢對應分析(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境因子與硅藻群落屬級與種級水平相對多度進行典范對應分析(CCA)，判定影響硅藻屬級和種級水平群落結構分布的環境因子。

1.3.5 硅藻生物評價指數(DIB)

在硅藻屬級水平和種級水平構建硅藻生物評價指數，共包括5個評價因子[19]：硅藻豐富度、敏感物種相對多度、Shannon多樣性指數、耐污性指數和群落相似性指數，健康評價等級共分四類：健康、較好、一般和較差。評價標準見表1和表2。將硅藻屬級水平健康評價結果與種級水平健康評價結果進行Pearson相關性檢驗，P<0.01表明兩者評價結果相一致。

1.3.6 數據分析

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行對數轉換[lg(x+1)]。應用ArcMap9.3制圖太子河流域點位分布圖及硅藻生物指數健康評價結果圖，用Biodiversity Professional 2.0計算硅藻多樣性指數，Pearson相關性分析在SPSS13.0中運行，Mantel-Test用Pcord5.0進行，相關性分析圖在OriginPro7.5上完成，在Canoco4.5中完PCA和CCA。

表1 太子河流域硅藻生物評價指數及得分

表2 太子河流域硅藻生物評價指數健康標準

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 結果

2.1 硅藻群落結構特征

太子河共采集到硅藻141種，15屬，舟形藻屬物種數最多，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%，雙壁藻屬和輻節藻屬種數最少，只包含一個物種。Mantel-Test檢驗顯示，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性(r=0.66，P=0.001)。

硅藻屬級水平豐富度最小值為2屬，出現在站位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，出現在站位T53，最大值為40種，出現在站位T18。從太子河全流域來評價，硅藻屬級水平的豐富度與種級水平的豐富度極顯著相關(P<0.0001)，相關系數高達0.911(圖2)。在生物多樣性指數相關性分析中，硅藻屬級水平Mackintosh多樣性指數與種級水平Mackintosh多樣性指數相關性最高(P<0.0001)，相關系數為0.996(圖2)，而硅藻屬級水平Berger-Parker多樣性指數與種級水平Berger-Parker多樣性指數相關性最弱，相關系數為0.617(圖2)。

2.3 硅藻與環境因子的關系

Pearson相關性分析，硅藻屬級與種級水平的豐富度均與懸浮物、總溶解固體、氯離子和總氮顯著相關(P<0.05)，與氨氮、磷酸鹽、總磷、生物需氧量、化學耗氧量、高錳酸鹽指數和含沙量極顯著相關(P<0.01)。而且硅藻屬級水平豐富度與環境因子的相關性整體上強于硅藻種級水平與環境因子的相關性。硅藻屬級水平的豐富度與溶解氧顯著相關(P<0.05)、與硝酸氮極顯著相關(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(P>0.05)。硅藻種級水平豐富度與總氮極顯著相關(P<0.01)，硅藻屬級水平豐富度與總氮顯著相關(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的相關分析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境因子的Mantel-Test相關性分析

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

表3 硅藻屬級與種級物種豐富度與環境因子的Pearson相關性分析

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

環境因子Parameter種豐富度SpeciesrichnessPearson相關性PearsoncorrelationP屬豐富度GenusrichnessPearson相關性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：化學耗氧量 Chemical oxygen demand；CODMn：高錳酸鹽指數Permanganate index； SS：懸浮物Suspended solid；TDS：總溶解固體Total dissolved solid；Cond：電導率 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)與環境因子(主要離子、營養鹽和有機體)Mantel-Test檢驗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境因子的典范對應分析

主成分分析(PCA)結果顯示，四個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%。選定與前兩軸相關系數絕對值大于0.8的因子為主要環境因子，則影響太子河流域的主要環境因子為溶解氧、電導率、懸浮物、亞硝酸氮和生物需氧量。典范對應分析結果表明(CCA)，硅藻屬級水平第一、二軸的特征值分別為0.256和0.031，與環境因子相關系數為0.787和0.388，影響硅藻屬級群落結構分布的環境因子為懸浮物(P<0.01)，其他環境因子影響不顯著；硅藻種級水平第一、二軸特征值為0.430和0.170，與環境因子相關系數為0.879和0.781，影響硅藻種級群落分布的環境因子同為懸浮物(P<0.01)(圖4)，其他環境因子影響不顯著。

2.3.4 硅藻生物評價指數(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行討論。

應用硅藻屬級群落數據對太子河進行健康評價結果表明，河流上游地區健康狀況較好，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。這一結果與應用硅藻種級群落數據進行的評價結果相一致(圖5)。Pearson相關性檢驗結果表明，太子河全流域上硅藻屬級生物評價指數與硅藻種級生物評價指數極顯著相關(r=0.755，P<0.001)，表明在不同的硅藻分類等級上，健康評價結果較為一致。

3 討論

本研究結果表明，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，硅藻屬級水平生物多樣性指數與種級水平生物多樣性指數均極顯著相關，表明用硅藻屬級水平代替種級水平進行統計分析時，生態信息丟失較少，所丟失的生態信息并不影響分析結果，這與國外其他學者的研究結果相一致[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的原因有以下兩方面[18]：一方面是數理統計，本研究共發現硅藻141種，其中35%的物種出現頻次小于5，17%的物種相對多度小于1%。這些稀有物種所提供的生態信息較少，在統計分析時將其排除，不會改變分析結果[21]。加拿大學者曾用硅藻指數進行河流生態評價時，當排除相對多度小于2%的稀有物種時，沒有丟失任何生態信息，可以反映環境中微小變化[22]；另一方面是鑒定水平，硅藻種類繁多，形態多變，鑒定到種較為困難，且目前大多鑒定儀器均為普通光學顯微鏡[23]，難以保證硅藻種級水平鑒定結果的準確性，導致分析結果偏離硅藻群落結構的真實性。

圖4 太子河流域硅藻群落與環境因子典范對應分析(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：電導率 Conductivity

圖5 太子河流域硅藻生物評價結果Fig.5 Diatom Bioassessment Index of Taizi River Basin

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

典范對應分析結果表明，影響硅藻屬級和種級群落分布的環境因子均為懸浮物。懸浮物指懸浮在水中的無機物、有機物、泥砂、黏土、微生物等固體物質，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之一。當懸浮物含量升高，水體渾濁度加大，使得透明度急劇下降，嚴重影響硅藻的光合作用。有學者在對長江口浮游植物群落特征進行調查時發現，透明度與浮游植物相關性在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，進而影響浮游植物的光合作用能力[25]。也有研究報道，電導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境因子[6]，本研究中，硅藻種級水平與電導率的相關性在統計學上雖差異不顯著，但從分析結果中(圖5)可以看出，硅藻群落與電導率有較強的相關性。

應用硅藻對河流進行健康評價已有很長一段時間，尤其是在美國河流評價中應用得最為廣泛[26]。本研究所用的硅藻生物評價指數(DBI)是根據美國河流研究制定的一套河流健康評價體系，將其應用在對太子河的健康評價中，分別用硅藻屬級屬性和種級屬性對太子河流域進行健康評價，兩者評價結果相一致，均指出太子河上游區域，河流健康狀況較好，其主要原因是因為太子河上游森林覆蓋率高，土地開發程度低，人類活動少，生態完整性較高。太子河中游，河流健康狀況一般，人類活動逐漸增強，土地以農田為主。太子河下游地區，城鎮化程度較高，人類活動較為密集，對環境污染較為嚴重，河流健康較差。這一評價結果與其他學者應用生物完整性評價法對太子河進行健康評價的結果相一致[6]。而硅藻屬級健康評價結果與硅藻種級健康評價結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境的要求相似，如菱形藻屬(Nitzschia)屬于運動型硅藻，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動型硅藻[20]。

在我國，應用硅藻不同鑒定等級對河流進行健康評價的研究較少，但研究意義較為重要，降低硅藻物種的鑒定等級，既能節約成本，又能對調查流域進行快速監測。本研究主要應用了相關性檢驗法(Pearson和Mantel-Test)、典范對應分析法和硅藻生物評價指數對太子河流域進行調查，研究結果表明，可以應用硅藻屬級水平代替種級水平進行太子河流域生態評價與監測，其評價方法是否在其他流域具有普遍適用性還有待于進一步研究。

[1] Round F E. Diatoms in river water-monitoring studies. Journal of Applied Phycology, 1991, 3(2): 129- 145.

[2] Van dam H, Mertens A, Sinkeldam J. A coded checklist and ecological indicator values of freshwater diatoms from The Netherlands. Netherlands Journal of Aquatic Ecology, 1994, 28(1): 117- 133.

[3] Leland H V. Distribution of phytobenthos in the Yakima River basin, Washington, in relation to geology, land use, and other environmental factors. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, 1995, 52(5): 1108- 1129.

[4] Stevenson R J, Bothwell M L, Lowe R L. Algal Ecology: Freshwater Benthic Ecosystems. San Diego: Academic Press, 1996.

[5] Chessman B, Growns I, Currey J, Plunkett-Cole N. Predicting diatom communities at the genus level for the rapid biological assessment of rivers. Freshwater Biology, 1999, 41(2): 317- 331.

[6] Yin X W, Qu X D, Li Q N, Liu Y, Zhang Y, Meng W. Using periphyton assemblages to assess stream conditions of Taizi River Basin, China. Acta Ecologica Sinica, 2012, 32(6): 1677- 1691.

[7] Yin X W, Zhang Y, Qu X D, Meng W. Spatial community structure of periphyton assemblages in the Taizihe River basin. Research of Environmental Sciences, 2013, 26(5): 502- 508.

[8] Kelly M G, Penny C J, Whitton B A. Comparative performance of benthic diatom indices used to assess river water quality. Hydrobiologia, 1995, 302(3): 179- 188.

[9] Wright I A, Chessman B C, Fairweather P G, Benson L J. Measuring the impact of sewage effluent on the macroinvertebrate community of an upland stream: The effect of different levels of taxonomic resolution and quantification. Australian Journal of Ecology, 1995, 20(1): 142- 149.

[10] Kociolek J P. Taxonomy and ecology: further considerations. Proceedings of the California Academy of Sciences, 2005, 56(1- 17): 99- 106.

[11] Patrick R, Palavage D M. The value of species as indicators of water quality. Proceedings of the Academy of Natural Sciences of Philadelphia, 1994, 145: 55- 92.

[12] Ponader K C, Potapova M G. Diatoms from the genusAchnanthidiuminowing waters of the Appalachian mountains (North America): Ecology, distribution and taxonomic notes. Limnologica, 2007, 37(3): 227- 241.

[13] Coste M, Boutry S, Tison-Rosebery J, Delmas F. Improvements of the Biological Diatom Index (BDI): Description and efficiency of the new version (BDI- 2006). Ecological Indicators, 2009, 9(4): 621- 650.

[14] Ponader K C, Charles D F, Belton T J, Winter D M. Total phosphorus inference models and indices for coastal plain streams based on benthic diatom assemblages from artificial substrates. Hydrobiologia, 2008, 610(1): 139- 152.

[15] Zhu H Z, Chen J Y. Bacillariophyta of the Xizang Plateau. Beijing: Science Press, 2000.

[16] Krammer K, Lange-Bertalot H. Bacillariophyceae. Guangzhou: Sun Yat-sen University Press, 2012.

[17] State Environmental Protection Administration of China. Monitoring and Determination Methods for Water and Wastewater. 4th ed. Beijing: China Environmental Science Press, 2002.

[18] Rimet F, Bouchez A. Biomonitoring river diatoms: Implications of taxonomic resolution. Ecological Indicators, 2012, 15(1): 92- 99.

[19] Stevenson R J, Pan Y D, van Dam H. Assessing environmental conditions in rivers and streams with diatoms // Stoermer E F, Smol J P. The Diatoms: Applications for the Environmental and Earth Sciences. Cambridge: Cambridge University Press, 1999.

[20] Hill B H, Stevenson R J, Pan Y D, Herlihy A T, Kaufmann P R, Johnson C B. Comparison of correlations between environmental characteristics and stream diatom assemblages characterized at genus and species levels. Journal of the North American Benthological Society, 2001, 20(2): 299- 310.

[21] Downes B J, Hindell J S. What′s in a site? Variation in lotic macroinvertebrate density and diversity in a spatially replicated experiment. Austral Ecology, 2000, 25(2): 128- 139.

[22] Lavoie I, Dillon P J, Campeau S. The effect of excluding diatom taxa and reducing taxonomic resolution on multivariate analyses and stream bioassessment. Ecological Indicators, 2009, 9(2): 213- 225.

[23] Morales E A, Siver P A, Trainor F R. Identification of diatoms (Bacillariophyceae) during ecological assessments: Comparison between light Microscopy and Scanning Electron Microscopy techniques. Proceedings of the Academy of Natural Sciences of Philadelphia, 2001, 151(1): 95- 103.

[24] Li G C, Liu L S, Wang X, Li L. Applications of diatom in river health assessment: A review. Chinese Journal of Applied Ecology, 2012, 23(9): 2617- 2624.

[25] Li J L, Zheng B H, Liu L S, Tang J L. Phytoplankton community structure in the Yangtze River Estuary and its relation to environmental factors. Research of Environmental Sciences, 2013, 26(4): 403- 409.

[26] Rott E, Duthie H C, Pipp E. Monitoring organic pollution and eutrophication in the Grand River, Ontario, by means of diatoms. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, 1998, 55(6): 1443- 1453.

參考文獻:

[6] 殷旭旺, 渠曉東, 李慶南, 劉穎, 張遠, 孟偉. 基于著生藻類的太子河流域水生態系統健康評價. 生態學報, 2012, 32(6): 1677- 1691.

[7] 殷旭旺, 張遠, 渠曉東, 孟偉. 太子河著生藻類群落結構空間分布特征. 環境科學研究, 2013, 26(5): 502- 508.

[15] 朱惠忠, 陳嘉佑. 中國西藏硅藻. 北京: 科學出版社, 2000.

[17] 國家環境保護總局. 水和廢水監測分析方法 (第四版). 北京: 中國環境科學出版社, 2002.

[24] 李國忱, 劉錄三, 汪星, 李黎. 硅藻在河流健康評價中的應用研究進展. 應用生態學報, 2012, 23(9): 2617- 2624.

[25] 李俊龍, 鄭丙輝, 劉錄三, 唐靜亮. 長江口浮游植物群落特征及其與環境的響應關系. 環境科學研究, 2013, 26(4): 403- 409.

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，流域水生態保護目標制定技術研究課題(2012ZX07501-001); 國家自然科學基金(51079123)

2013- 10- 28; 網絡出版日期: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，孟偉.在種與屬兩個級別評價太子河硅藻群落與環境因子的關系.生態學報,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.