黄龙风景区藻席嗜冷硅藻群落结构变化及其驱动因子分析.pdf

黄龙风景区藻席嗜冷硅藻群落结构变化及其驱动因子分析饶瀚云1,2，董发勤2,3，刘明学1，安德军4，代群威3,5，李琼芳1，张强6，刘轶凡1，刘泽灵1，张钰婷1（1.西南科技大学生命科学与工程学院,四川绵阳621010；2.西南科技大学固体废物处理与资源化教育部重点实验室,四川绵阳621010；3.西南科技大学环境与资源学院,四川绵阳621010；4.黄龙国家级风景名胜区管理局,四川松潘624000；5.西南科技大学核废物与环境安全国防重点学科实验室,四川绵阳621010；6.中国地质科学院岩溶地质研究所,广西桂林541004）摘要：硅藻群落对环境变化十分敏感，是自然河流水质变化的指示生物。为了解黄龙风景区藻席及藻席嗜冷硅藻群落结构与环境变量的关系，对景区内 8 个典型景点进行水样和藻席的采集并分析。结果表明，黄龙风景区藻席是以钙华作为基底，丝状藻作为骨架，栖息着大量硅藻的高寒岩溶微生态系统，共鉴定出 25 属 72 种硅藻，其中优势种 13 种，以桥弯藻属（Cymbella）为主。通过冗余分析发现，水温（F=2.8，P=0.02）和溶解硅（F=2.3，P=0.04）是影响黄龙风景区藻席嗜冷硅藻群落结构特征的主要驱动因子，TN 是潜在驱动因子。硅藻可以为高寒岩溶区地表水监测提供重要的补充信息，建立完整的硅藻物种数据库，有利于区域水质监测。关键词：黄龙风景区；藻席；硅藻；群落结构；驱动因子；环境变量中图分类号：Q948文献标识码：A文章编号:10014810（2023）03048213开放科学（资源服务）标识码（OSID）：0引言黄龙风景区内钙华沉积区的水流覆盖处滋生着大量藻类，在钙华表面形成一层藻席，对钙华有增色作用，同时藻席也参与钙华沉积，其分泌的胞外产物也会溶蚀钙华景观12。硅藻大量存在于黄龙风景区藻席中，是一种对环境变化特别敏感的单细胞植物，普遍生存在海洋、湖泊和潮湿泥土中，营养、pH、光照和温度等环境变量都会影响其群落结构，因此具有广泛存在性和环境敏感性的硅藻群落已被作为指示生物，大量应用于水生态系统健康监测与评估34。黄龙风景区有着长达半年的冰冻期，期间冰雪覆盖且温度极冷，年平均温度仅为 1.1，即使在温度最高的夏季，水温也仅约 8 冰点附近56。在这种寒冷环境下仍能正常繁殖生长的硅藻属于嗜冷型微生物7。有研究表明8，在寒冷条件下的硅藻更易受到环境影响，因此嗜冷硅藻更适合作高寒环境下水质检测的指示生物。基金项目：国家重点研发计划项目（2020YFE0203200）；国家自然科学基金项目（U21A2016，41877288，41831285，51974261）；自然资源部岩溶生态系统与石漠化治理重点实验室开放基金项目（YRSW2021634）第一作者简介：饶瀚云（1997），男，硕士研究生，主要从事环境微生物学研究。E-mail：hanyun_。通信作者：董 发 勤（1963），男，教 授，博 士 研 究 生 导 师，主 要 研 究 方 向 为 环 境 矿 物 学、固 体 废 弃 物 处 理 及 资 源 化 利 用。E-mail：。收稿日期：20221012第42卷第3期中国岩溶Vol.42No.32023年6月CARSOLOGICASINICAJun.2023饶瀚云，董发勤，刘明学，等.黄龙风景区藻席嗜冷硅藻群落结构变化及其驱动因子分析J.中国岩溶，2023，42（3）：482-494.DOI：10.11932/karst20230301藻席作为一种在水中或岩石表面形成的位置相对固定的微生物垫，相比于浮游硅藻，藻席硅藻能更准确地反映一定范围内水质变化情况和生态环境质量9。目前已有大量研究讨论硅藻群落结构与环境变量的关系，但得出的结论不尽相同，这明显与硅藻生长的原生环境有关。Gushulak 等10认为水体深度（光照）是美国东鸥湖湖泊硅藻分布的重要驱动因子，Bojorge 等11发现显著影响热带山区溪流底栖硅藻群落物种丰富度和多样性的环境变量是水温，Zhang等12认为水温和硅酸盐是影响长江中下游大型水库中硅藻生长的主要驱动因子，Bae 等13认为盐度是高盐环境中影响硅藻群落结构的关键因素。作为世界自然遗产的黄龙风景区，地处于高寒岩溶区，以其宏大艳丽的钙华景观闻名于世，水、钙华和生物共同构建了美轮美奂的黄龙绝景。目前，针对这种高寒岩溶区的相关研究仍然较少。因此，本研究旨在分析黄龙风景区藻席嗜冷硅藻群落结构与驱动因子，以期为黄龙风景区硅藻物种库的建立与高寒岩溶区内河流水环境监测和管理提供依据。1材料与方法1.1研究区域概况与采样点设置黄龙风景区位于四川省阿坝藏族羌族自治州松潘县，全长 3500m，宽 250m，海拔 31453588m，年均降水量 929.5mm，属高原温带亚寒带季风气候。雪山融水、大气降水和地下岩溶水是黄龙风景区中的水体来源，水体顺流而下，沿途遍布钙华景观，后汇入涪江。水体中饱含钙华沉积所需各种离子，同时也为参与钙华沉积的各种生物提供了适合的生境14，但凡有水流经过之处，钙华景观表面会形成厚达2mm 的藻席2。根据黄龙沟地理位置、钙华分布和水体情况等因素，本研究沿海拔向下和钙华分布处，选择了具有大量藻席的 8 个典型环境（图 1）：#1 转花泉、#2 五彩池、#3 争艳彩池、#4 盆景池、#5 潋滟湖、#6 金沙铺地、#7 飞瀑流辉、#8 迎宾池作为采样点。采集水样和藻席样。1.2现场测试样品采集前一周黄龙景区内无大规模雨雪天气，景区内水流量正常，为保证准确性，在一天内完成测HCO3CO23试和样品采集。2021 年 10 月 12 日，在景区选定的8 个采样点中藻席覆盖处，采用便携式水质测试仪（DDB-303A 电导率仪、GTPH30pH 计）现场测定水温（T）、pH、电导率（Ec），并使用手持 GPS 记录采样点的经纬度和海拔数据。使用酸碱滴定法现场测定水体中的和含量。1.3样品采集现场测试完成后，采集水样和藻席样。采样点的水深约为 0.11.2m。使用采样桶采集水样，该采样桶用采样点的水冲洗 3 次后，重复采集 3 次水样，将水样混合后转移储存入无菌采样瓶中。在水样采集点处划定 5cm10cm 的面积，使用地质铲采集藻席，重复采样 3 次进行混合，装入无菌采样袋中，加入 5%甲醛固定保存。与#1-#8 点相对应，水样被标记为 HLSY1-HLSY8，藻席样被标记为 HLZX1-HLZX8。对于测定阴阳离子含量的水样，使用0.45m 滤膜过滤后，测试阳离子的水样还要滴加浓硝酸使其 pH2；对于测定 TN、TP 的水样，滴加浓硫酸使其 pH0.02 的种类为优势种。利用描述性统计分析了所有环境变量，通过主成分分析（PCA）判断影响黄龙风景区水体的主要驱动因子，并用 Spearman相关性分析，剔除相关性较大的两个环境变量中的一个。对藻席硅藻物种丰度进行除趋势对应分析（DCA），可以得出物种的单峰影响值梯度 SD，若 SD4，则进行典范对应分析（CCA），若 SD3，则进行冗余分析（RDA），若 3SD4，则 CCA 和 RDA 均可。RDA 分析中，物种缩写规则为属名和种名前四个英文字母的组合，如极小曲丝藻（Achnanthidium minutissimum），缩写为AchnMinu。以上分析，使用 IBMSPSSStatistics25.0进行变异系数计算，使用 GraphPadPrism9.0 进行Spearman相关性分析，使用 Canoco5.0 进行 PCA、DCA 和 RDA。2结果与分析2.1采样点水质分析SO24CO23HCO3NO3HCO3表 1 为采样点的地理信息和水环境的物理化学参数，不同采样点的 T、pH、DSi、Mg2+、Cl和差异较小，变异系数均小于 20%，除转花泉的 pH 为弱酸性，其余采样点均为弱碱性。相比之下，pCO2、TN 和 TP 在各采样点之间的差异较大（50%），其中 pCO2的变异系数最高，达到 249.54%。Ec、Ca2+、Al3+、K+和也 有 差 异，变 异 系 数 在20%50%之间，转花泉和五彩池的 Ca2+和浓度远高于其他采样点。HCO3总体而言，黄龙风景区位于高海拔地区，常年水温较低，水体中的 Ca2+和浓度较高，大部分水质属 HCO3-Ca 型，少数属 HCO3-Ca-Mg 型。2.2黄龙风景区藻席结构组成根据目视，采集的藻席呈黑色、黄色和白色。SEM 结果表明（图 2a，b），黄龙风景区的藻席主要由钙华颗粒与丝状藻、硅藻构成，元素分析结果表明（图 2c），黑 色 藻 席 中 C（17.68%）、H（3.61%）和N（0.99%）含量最高；黄色藻席中硫元素含量（0.23%）最 高；而 白 色 藻 席中 C（12.66%）、H（0.66%）、N（0.08%）和 S（0.15%）含量最低。FT-IR 分析（图2d），各样品均在 3417cm1处出现了水分子或酚类分子内缔合的 O-H 伸缩振动；在 2925cm1处出现了有机酸类或脂肪酸类 C-H 键的伸缩振动；各样品在 1425cm1处、黄色藻席和白色藻席还在 875cm1和 711cm1处出现了 CO32伸缩振动，这些属于典型碳酸盐矿物红外光谱26；在1090cm1处出现了多糖或类多糖 C-O 伸缩振动27。除此之外，黑色藻席484中国岩溶2023年还在 1640cm1处出现了氨基酸、蛋白质和多肽物质中 N-H 酰胺的弯曲振动。XRD 分析表明（图 2e），各藻席中均出现了以 CaCO3为主的方解石特征衍射峰，其中，#1 转花泉中还出现了以 SiO2为主的石英表 1黄龙风景区采样点地理信息和水样物理化学参数Table1Geographicinformationofsamplingpointsandphysicochemicalparametersofwatersamples编号#1#2#3#4#5#6#7#8变异系数/%采样点转花泉五彩池争艳彩池盆景池潋滟湖金沙铺地飞瀑流辉迎宾池n.a.海拔/m3588.003574.003432.003328.003297.003239.003226.003220.00n.a.经度1034928E 1034958E 1034951E 1034944E 1034937E 1034929E 1034936E 1034925En.a.纬度324328N 324330N 324423N 324447N 324450N32451N32452N32454Nn.a.T/7.206.507.707.607.309.607.608.3011.82pH6.787.508.108.448.578.408.498.507.87Ec/us1116.001075.00627.00523.00507.00515.00510.00501.0039.43pCO2/Pa0.150.010.000.000.000.000.000.00249.54CO23/mgL10.000.000.0015.0050.000.000.0030.01198.41HCO3/mgL11006.83732.24366.12274.59335.61282.22320.36221.2062.63TN/mgL10.020.040.190.110.150.140.120.2659.94TP/mgL10.050.050.130.050.040.040.040.0358.78Ca2+/mgL1227.80190.60122.30100.9094.30135.3084.90107.8038.03Al3+/mgL10.060.060.040.030.030.010.030.0346.48K+/mgL10.560.920.370.370.420.350.400.3741.19Mg2+/mgL123.1022.3915.1615.3315.6315.5715.9615.7619.22DSi/mgL12.692.742.001.961.971.991.931.9216.28Cl/mgL10.741.080.900.780.910.980.700.8314.75NO3/mgL10.270.390.881.261.261.451.211.2944.43SO24/mgL157.4441.1453.9448.5247.9654.7546.9347.2410.6125%20%15%10%C 元素含量5%0%5%H,N,S 元素含量透过率/%CHN4 000 3 500 3 000 2 500 2 000波数/cm11 500黑色藻席黄色藻席白色藻席黑色藻席黄色藻席白色藻席2 5153 4172 9251 6401 4231 0908757111 000500203040502/强度/a.u.abcde20 m10 mSiOCa607080S4%3%2%1%0%#1#2#3#4#5#6#7#8PDF#85-0798 石英PDF#99-0022 方解石图2藻席结构和组成解析a-b.使用 SEM-EDS 分析藻席微观结构;c.使用元素分析仪分析不同颜色藻席的 C，H，N，S 元素含量;d.使用 FTIR分析不同颜色藻席的官能团或化学键;e.使用 XRD 分析藻席中的矿相成分。Fig.2Structureandcompositionanalysisofalgalmatsa-b.theanalysisofthemicrostructureofalgalmatsbySEM-EDS;c.theanalysisofthecontentofC,H,NandSelementsofdifferentcolorsofalgalmatsbyelementalanalyzer;d.theanalysisofthefunctionalgroupsorchemicalbondsofdifferentcolorsofalgalmatsbyFTIR;e.theanalysisofthemineralphasecomponentsofalgalmatsbyXRD第42卷第3期饶瀚云等：黄龙风景区藻席嗜冷硅藻群落结构变化及其驱动因子分析485特征衍射峰。2.3藻席硅藻群落结构分析本研究采集的藻席样品共鉴定出硅藻 25 属 72种（表 2），其中总相对丰度大于 2%的硅藻有 16 种，贡献物种数最多的是桥弯藻属（14 种），等片藻属（8 种），弯肋藻属（7 种），美壁藻属（4 种）和针杆藻属（4 种）；各采样点中，#7 飞瀑流辉的硅藻物种丰度最高，发现了 62 种硅藻；#3 争艳彩池的硅藻物种数最低，观察到 31 种。黄龙风景区藻席硅藻优势种共 13 种（表 3），其中桥弯藻属占 4 种，从属层面而言，桥弯藻属占绝对优势（Y总=0.132）；在种层面，各优势种的优势度指数差异不大（0.023Y0.053），其中 Diatomavulgaris 的优势度指数最大，线形弯肋藻的优势度指数最小。对于黄龙风景区硅藻丰度和多样性分析（图 3），各样点硅藻的绝对丰度变化范围为（2.5037.10）107cell/g，均值为 13.7107cell/g；Shannon-Wiener 指数变化范围为 4.645.45，均值为 5.10；Simpson 多样性指数变化范围为 0.950.97，均值为 0.96；Pielou 均匀度指数变化范围为 0.750.88，均值为 0.83，变化趋势基本一致。#3 争艳彩池的 Shannon-Wiener 指数（H=4.64）、Simpson 多样性指数（D=0.95）和 Pielou 均匀度指数（J=0.75）最低；#5 潋滟湖的 Shannon-Wiener指数（H=5.45）、Simpson 多样性指数（D=0.97）和Pielou 均匀度指数（J=0.88）最高。各样点硅藻优势种组成占比（图 4）表明，#1 转花泉、#5 潋滟湖和#7 飞瀑流辉的绝对优势种是极小曲丝藻，#2 五彩池的绝对优势种是等片藻属的Diatoma vulgaris，#3 争艳彩池的绝对优势种是二哇长篦藻，#4 盆景池的绝对优势种是新月形桥弯藻，#6 金沙铺地的绝对优势种是近北极桥弯藻，#8 迎宾池的绝对优势种是线形弯肋藻。2.4藻席硅藻与环境变量相关性分析NO3HCO3对黄龙风景区 16 项环境变量进行了主成分分析（图 5a），第 1 主成分和第 2 主成分解释率分别0.63 和 0.13，第 1、第 2 主成分累积解释率为 77%，因此保留第 1、第 2 主成分轴绘制排序图，明显区分了#1 转花泉、#2 五彩池和其他采样点：第 1 主成分轴与 pH 和呈正相关，与 Ec、Mg2+、DSi 和等呈负相关；第 2 主成分轴与 Cl和 K+呈正相关，与SO24CO23呈负相关。其中，与 TP 的贡献度很低，在后续分析中予以剔除。NO3HCO3HCO3根据Spearman相关性分析结果（图 5b），在显著相关的两个环境变量中剔除一个。T 和 K+显著负相关；pCO2与 pH 显著负相关，与 Ec 显著正相关；同时，与、Al3+相关性极强。因此剔除 K+、pH、Ec、和 Al3+；保留其余环境变量，用于与藻席硅藻的相关性分析。NO3SO24NO3SO24根据 DCA 结果，排序前 4 轴最大值为 2.36，小于 3，因此选择 RDA 分析环境变量和硅藻群落的关系。将海拔和剩余 9 种环境变量（T、pCO2、TN、DSi、Ca2+、Mg2+、Cl、和）作为变量，并选择相对丰度大于 1%的 34 种硅藻进行冗余分析。RDA 结果表明（图 6），前两轴的特征值分别为 0.43 和 0.24，共同解释了硅藻群落物种数据累积方差值的 67.68%。环境变量与藻席硅藻群落结构的相关性为 TDSipCO2TNMg2+Ca2+海拔，Cl、与三种环境变量相关性极低，予以剔除。通过蒙特卡罗检验对各因子影响程度进行显著性检验发现，T（F=2.8，P=0.02）和 DSi（F=2.3，P=0.04）是显著影响藻席藻类群落结构的环境变量。在 RDA 排序图中，pCO2是与第一轴相关性最大的正相关因子，极小曲丝藻（AchnMinu）、眼斑双壁藻（DiplOcul）、线型曲壳藻（AchnOren）、窄弯肋藻（CymbAngs）、短纹异极藻（GompAbbr）、窄异极藻（GompProd）、弯曲卵形藻（CoccFlex）和近缘桥弯藻（CymbAffi）的相对丰度与 pCO2呈正相关关系，而椭圆双壁藻（DiplElli）、箱型桥弯藻（CymbCist）、斯图施拜桥弯藻（CymbStux）、簇生舟形藻（NavcGreg）和平滑桥弯藻（CymbLaev）则表现出相反的趋势。而TN 是与第一轴相关性最大的负相关因子，新月形桥弯藻（CymbCymb）、二哇长篦藻（NeidBisl）、库尔伯斯弯肋藻（CymbKuel）、新箱型桥弯藻（CymbNeoc）和奥地利弯肋藻（CymbAust）的相对丰度与其呈正相关。DSi 是与第二轴相关性最大的正相关因子，毛利曲壳藻（AchnMaui）的相对丰度与其呈正相关，同时也与 Mg2+和海拔呈正相关。T 是与第二轴相关性最大的负相关因子，草鞋形波缘藻（CymtSole）、近轴桥弯藻（CymbProx）、近北极桥弯藻（CymbSubr）、微细桥弯藻（CymbParv）和纤细桥弯藻（CymbGrac）与其呈正相关，而隐头舟形藻（NaviCryp）与其呈负相关。Ca2+与第一轴的相关性更大且呈正相关，高山美壁藻486中国岩溶2023年（CaloAlpe）和矩圆弯肋藻（CymbOblo）与其呈正相关，而沼泽辐节藻（StauPals）和膨胀桥弯藻（CymbTumi）与 Ca2+呈负相关。3讨论黄龙风景区地处高原温带亚寒带季风气候区，表 2黄龙风景区藻席硅藻种类名录Table2ListofdiatomspeciesinthealgalmatsofHuanglongScenicandHistoricInterestArea属种属种曲壳藻属（Achnanthes）线型曲壳藻A.orenulata等片藻属（Diatoma）念珠等片藻D.moniliformis披针形曲壳藻A.lanceolata冬生等片藻D.hiemale毛利曲壳藻A.mauiensis巨大等片藻D.maximum曲丝藻属（Achnanthidium）*极小曲丝藻A.minutissimum普通等片藻D.vulgare美壁藻属（Caloneis）高山美壁藻C.alpestris中型等片藻D.mesodon偏肿美壁藻C.ventricosa纤细等片藻D.tenue舒曼美壁藻C.schumanniana双壁藻属（Diploneis）椭圆双壁藻D.elliptica美丽美壁藻C.pulchra卵圆双壁藻长圆变种D.ovalis var.oblongella卵形藻属（Cocconeis）弯曲卵形藻C.flexella眼斑双壁藻D.oculata扁圆卵形藻C.placentula内丝藻属（Encyonema）西里西亚内丝藻E.silesiacum小环藻属（Cyclotella）可辨小环藻C.distinguenda簇生内丝藻 E.cespitosum梅尼小环藻C.meneghiniana纤细内丝藻E.gracile波缘藻属（Cymatopleura）*草鞋形波缘藻C.solea内丝藻属（Encyonopsis）斯托特拟内丝藻E.stodderi桥弯藻属（Cymbella）新箱型桥弯藻C.neocistula赛萨特拟内丝藻E.cesatii背弯桥弯藻C.dorsenotata脆杆藻属（Fragilaria）两头脆杆藻F.biceps近轴桥弯藻C.proxima狭辐节脆杆藻F.leptostauron桥弯藻属（Cymbella）近淡黄桥弯藻C.subhelvetica异极藻属（Gomphonema）短纹异极藻G.abbreniatum近平截桥弯藻C.subtruncata*窄异极藻 G.productum*新月形桥弯藻C.cymbiformis直链藻属（Melosira）变异直链藻M.varians*箱型桥弯藻 C.cistula颗粒直链藻极狭变种M.granulate var.angutissima斯图施拜桥弯藻C.stuxbergii舟型藻属（Navicula）隐头舟形藻N.cryptocephala膨胀桥弯藻C.tumida簇生舟形藻 N.gregaria平滑桥弯藻C.laevis长篦藻属（Neidium）*二哇长篦藻N.bisulcatum微细桥弯藻C.parva优美长篦藻N.mirabile*纤细桥弯藻 C.gracillis菱形藻属（Nitzschia）细长菱形藻N.gracilis*近北极桥弯藻C.subarctica细端菱形藻 N.dissipata近缘桥弯藻C.affinis羽纹藻属（Pinnularia）中型羽纹藻P.intermedia弯肋藻属（Cymbopleura）*奥地利弯肋藻C.austriaca弯楔藻属（Rhoicosphenia）弯形弯楔藻R.curvata库尔伯斯弯肋藻C.kuelbsii辐节藻属（Stauroneis）*沼泽辐节藻S.palustris矩圆弯肋藻C.oblongata十字脆杆藻属（Staurosira）凸腹十字脆杆藻 S.venter杂种弯肋藻C.hybrida针杆藻属（Synedra）肘状针杆藻S.ulna*窄弯肋藻C.angustata双头针杆藻S.amphicephala双头弯肋藻 C.amphicephala尖针杆藻S.acus*线形弯肋藻C.linearis平片针杆藻S.tabulata等片藻属（Diatoma）D.hyemalis平板藻属（Tabellaria）窗格平板藻 T.fenestrata*D.vulgaris四环藻属（Tetracyclus）湖沼四环藻T.lacustris注：*代表优势种。Note:*representsdominantspecies.第42卷第3期饶瀚云等：黄龙风景区藻席嗜冷硅藻群落结构变化及其驱动因子分析487在岩溶水、水动力条件等非生物因素和生物模板、产物诱导等生物因素共同作用下，形成了大量钙华景观28。同时，在岩溶水流经处的钙华表面会形成一层厚达 2mm 的藻席，这可能是由于钙华沉积过程中逸出的大量 CO2促进了硅藻和丝状藻等藻类生长2930。Gomez 等31在阿根廷一处高海拔高盐碱湖表 3黄龙风景区藻席硅藻优势种Table3DominantspeciesofdiatominHuanglongScenicandHistoricInterestArea属种优势度（Y）曲丝藻属（Achnanthidium）极小曲丝藻A.minutissimum0.039波缘藻属（Cymatopleura）草鞋形波缘藻C.solea0.045桥弯藻属（Cymbella）箱型桥弯藻C.cistula0.027新月形桥弯藻C.cymbiformis0.030近北极桥弯藻C.subarctica0.032纤细桥弯藻C.gracillis0.043弯肋藻属（Cymbopleura）线形弯肋藻C.linearis0.023窄弯肋藻C.angustata0.025奥地利弯肋藻C.austriaca0.028等片藻属（Diatoma）D.vulgaris0.053异极藻属（Gomphonema）窄异极藻G.productum0.035长篦藻属（Neidium）二哇长篦藻N.bisulcatum0.048辐节藻属（Stauroneis）沼泽辐节藻S.palustris0.02650454035302520151050#1#2#3#4#5#6#7#8#1#2#3#4#5#6#7#8#1#2#3#4#5#6#7#8#1#2#3#4#5#6#7#81.000.980.960.940.920.901.41.01.20.80.60.40.208硅藻绝对风度(Dabs,107 cell/g)多样性指数/DShannon Wiener 指数/HPlelon 均匀度指数度/J76543210图3各采样点藻席的硅藻绝对丰度（Dabs）、Shannon-Weiner 指数（H）、Simpson 多样性指数（D）、Pielou 指数（J）Fig.3Absoluteabundance,ShannonWeinerindex,Simpsonsdiversityindex,andPielousspeciesevennessindexofdiatoms488中国岩溶2023年中也发现了富含硅藻并同时伴有文石和方解石沉积的藻席，但不同的是，该处藻席中存在的是硅藻细菌聚集体，包括紫色硫细菌等，并使藻席呈现褐色、绿色和黑色，而黄龙藻席主要为黄色和白色，少量藻席为黑色。SEM 结果表明（图 2a，b），藻席中含有大量矿物颗粒、丝状藻和硅藻；元素分析结果（图 2c）表明，黑色藻席中碳、氢、氮元素含量明显高于黄色和白色藻席。Kuypers 等32认为氮是所有生物体的重要组成部分，也是限制地球生命的主要营养物质，因此氮元素含量可以作为藻席中生物成分的量化标准。FTIR 结果（图 2d）也表明黑色藻席中有更多的氨基酸、蛋白质和多肽的弯曲振动。因此，我们认为生物因素影响着黄龙藻席的颜色。XRD 结果（图 2e）表明，藻席中的矿物成分主要是方解石型碳酸钙，即钙沼泽辐节藻(Stauroneis palustris)二哇长篦藻(Neidium bisulcatum)窄异极藻(Gomphonema productumDiatoma vulgaris)奥地利弯肋藻(Cymbopleura austricaca)窄弯肋藻(Cymbopleura angustata)线形弯肋藻(Cymbopleura linearis)纤细桥弯藻(Cymbella gracillis)近北极桥弯藻(Cymbella subarctica)新月形桥弯藻(Cymbella cymbiformis)箱型桥弯藻(Cymbella cistula)草鞋形波缘藻(Cymatopleura solea)极小曲丝藻(Achnanthidium minutissimum)其他100%80%60%40%相对丰度20%0%#1#2#3#4#5#6#7#8图4各样点硅藻优势种组成占比Fig.4ProportionofdominantspeciesofdiatomineachsiteinHuanglongScenicandHistoricInterestArea4abTT1.00.500.51.0pHpHEcEcpCO2pCO2CO3HCO3HCO3TNTNTPTPCa2+Al3+K+Mg2+DSiClSO42NO3Ca2+Al3+K+Mg2+DSiClSO42NO3TpHEcpCO2CO3HCO3TNTPCa2+Al3+K+Mg2+DSiClSO42NO32024642PC1(63.47%)PC2(13.69%)024#1#2#3#4#5#6#7#8图5采样点水环境因子的主成分分析与 Spearman相关系数Fig.5PCAandSpearmancorrelationcoefficientofwaterenvironmentalfactorsatsamplingpoints1.01.01.001.00RDA2(24.01%)RDA1(43.66%)图6环境因子与藻席硅藻的冗余分析Fig.6RDAbetweenenvironmentalfactorsandalgalmatdiatoms第42卷第3期饶瀚云等：黄龙风景区藻席嗜冷硅藻群落结构变化及其驱动因子分析489华，同时部分样品中还检测出了石英。石英可能来源于钙华沉积速率缓慢地段，藻席中混有的泥沙33。因此，黄龙藻席构成了黄龙风景区所特有的钙华生物高寒岩溶微生态系统（图 2a）：以钙华作为基底，丝状藻作为骨架，栖息着大量硅藻。位于高寒岩溶区的黄龙风景区，各样点硅藻物种丰富度较高，但硅藻群落结构受环境影响存在较大差异。总体而言，黄龙风景区各样点平均硅藻种类数为 48 种，贡献物种数最多的是桥弯藻属（14 种），这是因为黄龙风景区海拔高常年温度较低，桥弯藻属是低温指示种，且适应在高溶解氧、高 pH 值水体中生存3435。在其他低海拔常温区，硅藻优势种以曲丝藻属、舟形藻属和异极藻属等为主3638。Diatomavulgaris 等 13 个物种为黄龙风景区藻席硅藻优势种，其中优势种极小曲丝藻作为低营养浓度的指示物种39，大量聚集在游客无法直接到达且水质几乎无污染的#1 转花泉中。从藻席中的硅藻绝对丰度而言，硅藻数量与钙华颗粒有关。#1 转花泉的硅藻最多，#3 争艳彩池的硅藻最少，因为#1 转花泉水质呈弱酸性，不易形成钙华，因而相同重量的藻席中硅藻较多；#3 争艳彩池钙华沉积速率快，因而藻席中含有大量钙 华。从 多 样 性 指 数 而 言，各 样 点的 Shannon-Weiner 指数、Simpson 多样性指数和 Pielou 指数存在一定差异，沿着海拔降低，#1-#8 的多样性指数呈波动状，即不断地上升后下降。这可能与黄龙水循环系统有关，泉眼中涌出的地下水汇入地表水系后导致水环境发生变化，从而对生物多样性产生一定影响4041。PCA 结果表明，#1 转花泉和#2 五彩池与其他样点差异很大，这是因为#1 转花泉为泉眼处，该泉眼会不断逸出 CO2导致水体呈弱酸性，并且此地人为影响较少且几乎无污染；#2 五彩池的 K+浓度较高可能与附近土壤与植被较多有关，土壤 K+随水淋溶而损失进入水体中42。RDA 结果表明，T 和 DSi 显著影响黄龙风景区藻席硅藻群落结构，TN 对硅藻群落结构也有一定影响。在本研究中，水温是影响黄龙风景区藻席硅藻群落结构的最显著因素，这可能是由于黄龙硅藻属于嗜冷型硅藻，其群落结构对水温变化十分敏感。Ouyang 等43对与黄龙风景区相距不远的九寨沟高寒岩溶湖泊硅藻群落结构进行了研究，同样发现水温是其主要影响因素。溶解硅会显著影响硅藻群落结构，主要因为硅是硅藻生长的必需元素，用于形成硅质壳以及色素合成、细胞分裂等多种生长代谢过程，而不同硅藻所需的最适硅浓度也不同44。Sun 等45也发现硅浓度对硅藻群落变化有显著影响。TN 作为典型人为影响因子，水体富营养化指标之一，是影响硅藻群落结构的重要驱动因子，这与前人研究一致46。Lin 等47认为水体中 TN0.2mgL1，TP0.02mgL1时处于富营养化状态。黄龙水体为连续水系，#1 转花泉为泉眼处，位于黄龙水体上游，离景区观光栈道较远，游客无法直接到达，因此污染较少；其余采样点均为景点，人为污染较大，样点水体存在富营养化趋势。各样点间距离较近，但 TN 和 TP 差异较大，因此我们认为这些差异是人为而非自然导致。目前，TN 虽不是影响黄龙风景区藻席硅藻的最显著的驱动因子，但是景区的水质存在富营养化趋势，而水体富营养化会影响藻类群落结构48。因此，TN 可能是潜在驱动因子。黄龙风景区作为世界自然遗产地，每天都会接待大量的游客，景区管理方应当对人为污染加以管控，防范水体污染。4结论(1)黄龙风景区藻席是以钙华作为基底，丝状藻作为骨架，栖息着大量硅藻的高寒岩溶微生态系统；(2)硅藻的绝对丰度变化范围为（2.5037.10）107cell/g，共鉴定出 25 属 72 种硅藻，其中优势种13 种，以桥弯藻属（Cymbella）为主；(3)通过冗余分析发现，水温和溶解硅是黄龙风景区藻席硅藻群落结构变化的重要驱动因子，人为影响因子 TN 是潜在驱动因子。参考文献傅华龙,韩福山,周绪纶,刘子福.四川黄龙钙华景观中的藻类植物J.资源开发与保护,1989（3）：40-41,44.FUHualong,HANFushan,ZHOUXulun,LIUZifu.Algaeinthe travertine landscape of Huanglong,SichuanJ.ResourceDevelopmentandProtection,1989（3）：40-41,44.1汪智军,殷建军,郝秀东,王培,张强,蓝高勇,张清明.基于微岩相分析的藻类在钙华沉积中的作用研究:以四川黄龙为例J.中国岩溶,2021,40（1）：44-54.WANG Zhijun,YIN Jianjun,HAO Xiudong,WANG Pei,ZHANG Qiang,LAN Gaoyong,ZHANG Qingming.Role ofalgae in travertine deposition revealed by microscale observa-tions:AcasestudyofHuanglong,Sichuan,ChinaJ.Carsolog-2490中国岩溶2023年icaSinica,2021,40（1）：44-54.LavoieI,CampeauS,Zugic-DrakulicN,WinterJG,FortinC.UsingdiatomstomonitorstreambiologicalintegrityinEasternCanada:An overview of 10years of index development andongoingchallengesJ.ScienceoftheTotalEnvironment,2014,475：187-200.3Ramkumar M,Kumaraswamy K,Mohanraj R.Environmentalmanagement of river basin ecosystemsM.Berlin:Sprin-ger,2015.4WangHJ,YanH,LiuZH.ContrastsinvariationsofthecarbonandoxygenisotopiccompositionoftravertinesformedinpoolsandarampstreamatHuanglongRavine,China:Implicationsforpaleoclimatic interpretationsJ.Geochimica et CosmochimicaActa,2014,125：3