矿产资源是人类社会发展的基础战略资源, 在国家经济建设中占有重要地位^[1].滑石矿是我国的优势矿产之一, 资源丰富, 品质高, 生产和出口量居世界首位.滑石矿产资源的勘探和大量开发保证了我国社会的发展需求, 但是由于受到经济、技术条件及国家政策等因素的影响, 长时间无序的粗放式开采导致了一系列的矿山地质环境及生态环境问题, 并在近年表现出日益严重的趋势^[2].

随着环境问题在采矿区的逐渐凸显, 国内外众多机构和学者对矿山开采造成的水环境问题开展了研究^[3~9].目前, 国内关于矿山开采对周边水环境影响的研究主要集中在水化指标的分析^[7~9], 然而, 理化指标对外界干扰的响应是片面的、瞬时的^[10~11], 不能反映取样前后的水体变化, 而生活在一定河段的水生生物可以反映整个生活时期的环境状况, 对水生态健康状况具有更好的指示作用.据报道, 在采矿活动影响下, 莱茵河水体的大型底栖动物群落结构发生了改变^[12]; 阿巴拉契亚山脉在长期采矿废水影响下流域内多种鱼类生长发育畸形^[13]; 酸性矿山废水的排放改变了香溪河底栖藻类的密度、叶绿素a浓度、无灰干重及自养指数等^[14].因此, 关注长期的采矿活动对水生生物造成的影响, 对于阐明矿山开采造成的水环境风险尤为重要.

着生藻作为水体的初级生产者, 在水生态系统物质循环、能量流动中有重要作用, 其分布广泛, 生命周期短, 能最直接反映水体物理和化学变化^[15], 且其固定生活于某一生境, 不能通过迁移或其他形式来躲避污染的危害, 属于水体敏感类群.许多研究表明着生藻对水体污染具有很好的指示作用^[16~18], 而关于着生藻对滑石矿开采的响应研究目前未见报道.本文以太子河流域的重要支流汤河为研究对象, 就滑石矿开采对水质和着生藻群落结构的影响进行了分析, 探讨了滑石矿开采所造成的水生态效应, 以期为太子河流域水生态保护和管理提供理论基础和数据支撑.

太子河流域(东经122°30′~124°50′; 北纬40°30′~41°40′)位于辽宁省东部, 是辽宁省较大河流之一, 流贯辽阳、本溪境内, 全长413 km, 流域面积为1.39×10⁴ km².该流域属于温带季风气候区, 年内温度相差较大, 年均气温为6.2℃; 雨量充沛, 年均降雨量为778.1 mm.汤河是太子河在辽阳地区最大的支流, 常年流水, 河长90.7 km, 流域面积1 466 km².汤河上游分为汤河二道河和汤河下达河, 两支流在汤河水库汇流后, 经安平, 耿家屯, 于小屯镇西双庙村汇入太子河.汤河二道河上游有南北两条支流, 滑石采矿场位于二道河北支附近.

本研究共布设6个监测断面(TH01~TH06), 具体布点方式为：以汤河二道河南支为参照河段, 布设参照点位TH01和TH02;以汤河二道河北支为受损河段, 在二道河北支采矿场附近, 及采矿场下游1 km处布设受损点位TH03和TH04;以汤河二道河南北支汇流河段为恢复河段, 在南北支交汇处及交汇处下游5 km处布设恢复点位TH05和TH06(图 1).点位布设前先进行栖息地环境质量调查(包括底质类型、栖境复杂性、速度和深度、堤岸稳定性、河道变化、河水水量、植被多样性、水体浊度和气味、人类活动强度和河岸带土地利用类型), 确保所选各河段生境条件相似, 除采矿活动外, 基本无其他外界干扰.

图 1

Fig. 1

图 1 太子河流域采样点位示意 Fig. 1 Location of sample sites in Taizi River Basin

分别于2015年11月(枯水期)、2016年4月(平水期)、2016年7月(丰水期)这3个时期对汤河二道河的6个监测断面(TH01~TH06) 进行采样调查.在各采样点河流上下游100 m范围内, 依据河流生境(流速、水深、透明度等)的不同, 挑选7块石头, 用硬毛刷刮取面积为17.34 cm²(用直径为4.7 cm的圆形塑料环比量)的着生藻, 用蒸馏水冲入瓷盘中, 后转移至100 mL的广口塑料瓶中, 加入体积分数为5%的甲醛固定后转移至实验室内进行分类鉴定.着生藻的鉴定依据文献[19~21].

水体理化指标的测定分为现场监测和实验室分析. pH、电导率(EC, μS·cm^-1)、水温(Temp, ℃)、溶解氧(DO, mg·L^-1)、碳酸氢根(HCO₃^-, mg·L^-1)和碳酸根(CO₃^2-, mg·L^-1)进行现场测定.其他理化指标(Ca、K、Mg、Na、Se、Sr、Zn、As、Ba、Fe、Li、Mo、SiO₂、Cl^-和NO₃^-)通过水样采集低温(-4℃)保存运送至实验室, 48 h内进行测定.水样实验室测定之前, 用孔径为0.45 μm的醋酸纤维微孔滤膜对水样进行过滤.以上所有样品均重复测定3次以减小误差.水质测定方法见表 1.

表 1 (Table 1)

表 1 水质参数测定方法 Table 1 Determination methods of water quality parameters 水质参数 测定方法 pH、EC、Temp和DO 采用YSI多参数水质分析仪(professional plus) HCO3-和CO32- 采用滴定方法测定 Cl-、NO3-、NO2-和PO43- 采用CIC-100型离子色谱仪测定 Ca、K、Mg、Na、Se、Sr、Zn、As、Ba、Fe、Li、Mo和SiO2 采用等离子发射光谱仪(Optima 5300 DV)测定

表 1 水质参数测定方法 Table 1 Determination methods of water quality parameters

本研究样点图的绘制使用软件ArcGIS 10.0, 着生藻群落结构图的绘制使用OriginPro 9.0, 物种丰富度、Shannon多样性指数的计算使用R3.1.2, Mann-Whitney U检验、Friedman检验和Spearman相关性分析适用SPSS 19.0, 典范对应分析(canonical correspondence analysis, CCA)和t值双标图用软件Canoca5.0.

对研究区域的金属指标进行测定分析(表 2), 结果表明, 与其他河段相比, 受损河段的Mg、Se、As、Fe、Mo质量浓度均值最高, K、Na、Sr、Ba质量浓度均值最低. Mann-Whitney U检验结果表明, Mg、Sr、As和Mo质量浓度在受损河段与参照河段间存在显著差异性(P < 0.05); Mg、Na、Sr在受损河段与恢复河段间存在显著差异显著(P < 0.05);其他金属指标在各河段均无显著差异.

表 2 (Table 2)

表 2 汤河各采样点位金属质量浓度平均值×10-3/mg·L-1 Table 2 Mean of mass concentrations of metals in water at six sites on Tanghe River×10-3/mg·L-1 样点 Ca K Mg Na Se Sr Zn As Ba Fe Li Mo TH01 12 933.33 1 191.67 2 732.67 6 024.33 9.00 142.20 2.13 10.20 21.83 1.67 0.63 0.57 TH02 33 643.33 2 618.00 9 201.67 5 512.00 23.53 150.73 1.27 7.20 26.30 2.93 0.97 0.83 TH03 34 090.00 1 772.67 53 160.00 4 540.33 25.57 52.67 1.63 15.65 14.93 1.07 0.80 0.93 TH04 23 870.00 949.20 62 206.67 32 38.33 23.17 36.87 0.90 23.05 6.80 0.77 0.87 2.07 TH05 43 773.33 3 467.00 32 753.33 7 138.67 13.27 164.77 2.97 20.90 27.33 0.83 1.03 1.47 TH06 40 350.00 2 712.33 30 116.67 5 549.33 25.80 122.27 1.63 17.70 25.80 0.90 0.67 0.73

表 2 汤河各采样点位金属质量浓度平均值×10-3/mg·L-1 Table 2 Mean of mass concentrations of metals in water at six sites on Tanghe River×10-3/mg·L-1

比较参照河段、受损河段和恢复河段的水体理化指标(表 3).结果表明, 受损河段的EC、HCO₃^-、NO₃^-和pH均值最高, SiO₂、DO质量浓度均值最低. Mann-Whitney U检验结果表明, EC、HCO₃^-和DO的值在受损河段与参照河段间存在显著差异(P < 0.05); HCO₃^-在受损河段与恢复河段间存在显著差异(P < 0.05);其他指标在各河段差异性不显著.另外, NO₂^-和PO₄^3-质量浓度均值在各河段均小于0.001 mg·L^-1.

表 3 (Table 3)

表 3 汤河各样点理化参数的平均值 Table 3 Mean of physicochemical characteristics at six sites on Tanghe River 样点 SiO2 /mg·L-1 EC /μS·cm-1 HCO3- /mg·L-1 Cl- /mg·L-1 DO /mg·L-1 pH NO3- /mg·L-1 TH01 11.09 189.87 36.38 4.32 6.16 7.97 0.09 TH02 9.92 370.83 100.46 7.13 6.83 8.84 0.02 TH03 9.70 792.36 300.91 9.23 5.06 8.30 0.02 TH04 5.85 801.20 276.73 6.07 5.48 8.72 0.02 TH05 8.82 603.39 148.28 10.56 6.07 8.35 0.02 TH06 7.08 661.00 163.98 6.72 6.69 8.24 0.01

表 3 汤河各样点理化参数的平均值 Table 3 Mean of physicochemical characteristics at six sites on Tanghe River

本研究区域共采集着生藻249种, 隶属6门7纲8科19属.着生藻群落中硅藻占绝对优势, 平均相对丰度为74.24%, 分类单元数占总分类单元数的92.70%.分析着生藻空间分布格局(图 2), 与参照河段相比, 受损河段着生藻群落中曲壳藻属(Achnanthes sp.)相对丰度较低, 舟形藻属(Navicula sp.)相对丰度较高.恢复河段较受损河段舟形藻属(Achnanthes sp.)相对丰度有所下降, 曲壳藻属(Achnanthes sp.)相对丰度有所升高.将着生藻群落中相对丰度大于10%的藻种定为优势物种^[22], 对参照河段、受损河段和恢复河段的着生藻群落进行优势藻种分析.结果表明, 萨克森曲壳藻(Achnanthes saxonica)在参照河段、受损河段和恢复河段的着生藻群落中均为优势种; 普通等片藻(Diatoma vulgare)、普通等片藻伸(延)长变种(Diatoma vulgare var. producta)、沃切里脆杆藻(Fragilaria vaucheriae)为参照河段和受损河段的优势种; 线形曲壳藻(Achnanthes linearis)和卵圆双眉藻(Amphora ovalis)为受损河段和恢复河段的优势藻种; 偏肿桥弯藻(Cymbella ventricosa)仅在参照河段为优势种; 微型舟形藻(Navicula minima)仅在受损河段为优势种; 霍克曲壳藻(Achnanthes hauckiana)、优美曲壳藻(Achnanthes delicatula)、带状曲壳藻(Achnanthes taeniata)、简单舟型藻(Navicula simplex)和扁圆卵形藻(Cocconeis placentula)仅为恢复河段的优势藻种.

图 2

Fig. 2

图 2 汤河各采样点位的着生藻空间分布格局 Fig. 2 Periphyton community structure at six sites on Tanghe River

为进一步了解参照河段、受损河段和恢复河段的着生藻群落特征, 对各河段的着生藻密度、物种丰富度、Shannon多样性指数、可运动硅藻(舟形藻属+菱形藻属+双菱藻属)百分比和具柄硅藻(异极藻属+楔形藻属+曲壳藻属)百分比进行比较分析.与参照河段和恢复河段相比, 受损河段的着生藻密度平均值、物种丰富度平均值和具柄硅藻百分比均最小, 可运动硅藻百分比最大(图 3).对参照河段、受损河段和恢复河段两两进行Mann-Whitney U秩和检验, 结果表明受损河段的物种丰富度较参照河段显著降低(P < 0.05), 恢复河段的物种丰富度较受损河段显著升高(P < 0.05);着生藻密度、可运动硅藻百分比和具柄硅藻百分比在参照河段和受损河段间的差异性最大, 在参照河段和恢复河段间的差异性最小, 但均不显著(P > 0.05).对不同采样期的着生藻群落指标进行Friedman检验, 结果表明枯水期、平水期和丰水期的着生藻密度存在显著差异性(P < 0.05), 物种丰富度和Shannon多样性指数无显著差异性.

图 3

Fig. 3

图 3 汤河各采样点位的着生藻密度、物种丰富度、Shannon多样性指数、硅藻百分比的分析 Fig. 3 Periphyton density, species richness, Shannon diversity, and diatom percentage analysis at six sites on Tanghe River

为了解水环境因子与着生藻群落结构的相互关系, 将受损河段与其他河段存在显著差异的水环境因子(Mg、Mo、Na、Sr、As、EC、HCO₃^-和DO)与着生藻群落特征指标(着生藻密度、Shannon多样性指数、物种丰富度和硅藻百分比)进行Spearman相关性分析(表 4).结果表明, 着生藻密度与Na、Sr显著正相关(P < 0.05), 与其他指标相关性不显著; 物种丰富度与Sr显著正相关(P < 0.05), 与Mg、HCO₃^-显著负相关(P < 0.05), 与EC极显著负相关(P < 0.01), 与其他指标相关性不显著; 可运动硅藻百分比与Na显著负相关(P < 0.05), 与Sr极显著负相关(P < 0.01), 与其他环境因子相关性不显著; 具柄硅藻百分比与As、EC、HCO₃^-和DO显著负相关(P < 0.05), 与Mg极显著负相关(P < 0.01), 与其他环境指标相关性不显著; Shannon多样性指数与各环境因子间相关性均不显著.

表 4 (Table 4)

表 4 着生藻特征参数与环境因子相关性分析 Table 4 Spearman correlation tests between periphyton metrics and environmental characteristics 着生藻密度 Shannon多样性指数 物种丰富度 可运动硅藻百分比 具柄硅藻百分比 Mg -0.54 -0.14 -0.89* 0.60 -0.94** Na 0.83* 0.09 0.60 -0.83* 0.49 Sr 0.89* 0.43 0.83* -0.94** 0.66 As -0.37 -0.26 -0.77 0.37 -0.83* Mo -0.26 -0.03 -0.60 0.26 -0.77 EC -0.77 -0.09 -0.94** 0.77 -0.89* HCO3- -0.66 -0.03 -0.89* 0.71 -0.83* DO 0.20 0.60 0.77 -0.54 0.89* 1)*表示P < 0.05; **表示P < 0.01

表 4 着生藻特征参数与环境因子相关性分析 Table 4 Spearman correlation tests between periphyton metrics and environmental characteristics

将水环境因子(Mg、Mo、Na、Sr、As、EC、HCO₃^-和DO)和着生藻密度数据进行典范对应分析(canonical correspondence analysis, CCA), 进一步分析水环境因子对着生藻群落组成的影响(图 4). CCA分析之前, 环境数据进行对数化处理, 藻密度数据先进行相对丰度转化再对数化处理, 出现频次小于3次的物种被剔除.将转化后的着生藻数据先进行除趋势对应分析(detrended correspondence analysis, DCA), 结果表明最长轴梯度长度为3.30, 因此确定使用CCA分析水环境因子对着生藻群落的影响.将Mg、Mo、Na、Sr、As、EC、HCO₃^-、DO和着生藻进行第一次CCA分析, 膨胀因子较大的环境因子为Mg(F=50.72)、HCO₃^-(F=60.58)、EC(F=14.02).为避免多重共线性对模型估计的干扰, 将Mg、HCO₃^-和EC分别与其他环境因子组合同着生藻数据再次进行CCA分析.经过9999次蒙特卡洛循环检验(monte carlo test, MCT), 结果表明, 在Mo、Na、Sr、As、EC和DO中, EC对着生藻群落组成有显著影响(MCT, P < 0.05);受损河段采样点位的着生藻群落对EC的适宜浓度普遍较高, 参照河段采样点位的着生藻群落对EC的适宜浓度普遍较低[图 4(a)].在Mo、Na、Sr、As、HCO₃^-和DO中, HCO₃^-对着生藻群落组成有显著影响(MCT, P < 0.05);受损河段采样点位中着生藻群落对HCO₃^-的适宜浓度普遍较高, 参照河段采样点位中着生藻群落对HCO₃^-的适宜浓度普遍较低[图 4(b)].在Mo、Na、Sr、As、Mg和DO中, Mg对着生藻群落组成有显著影响(MCT, P < 0.05);受损河段着生藻群落对EC的适宜浓度普遍较高, 参照河段着生藻群落对EC的适宜浓度普遍较低[图 4(c)].对EC和HCO₃^-+Mg进行Spearman相关性分析, 结果表明二者极显著相关(r=0.80, P < 0.01).

图 4

Fig. 4

图 4 着生藻与环境因子的典范对应分析 Fig. 4 Canonical correspondence analysis of environmental variables and species composition

利用t值双标图(t value bioplot)分析着生藻群落种级水平对EC、HCO₃^-、Mg的响应(图 5).在t值双标图中, 若环境变量到物种箭头的投影到原点的距离大于物种箭头长度, 则|t| > 2, 即该物种对环境变量存在显著响应.当投影方向与物种箭头方向相同时(t > 2), 表明物种与环境具有显著正响应; 当投影方向与物种箭头方向相反时(t < -2), 则表明物种与环境具有显著负响应.该分析结果表明, 极细微曲壳藻隐头变种(sp67, Achnanthes minutissima)对EC、HCO₃^-、Mg均具有显著正响应(t > 2);短小舟形藻(sp18, Navicula exigua)、双头舟形藻(sp19, Navicula dicephala var. elginensis)对EC、HCO₃^-、Mg均具有显著负响应(t < -2).另外, 弯月形舟形藻(sp30, Nacicula menisculus)对EC、HCO₃^-具有显著正响应(t >2), 线形曲壳藻(sp63, Achnanthes linearis)对Mg具有显著正响应(t > 2);峭壁舟形藻(sp13, Navicula muralis)、优美舟形藻(sp20, Navicula delicatula)、披针形舟形藻(sp29, Navicula lanceolata)、偏肿舟形藻(sp37, Cymbella ventricosa)、很小双眉藻(sp48, Amphora perpusilla)、缩小卵形藻(sp71, Cocconeis diminuta)对HCO₃^-和Mg具有显著负响应(t < -2);其他藻种对EC、HCO₃^-和Mg的浓度变化没有显著响应(着生藻物种及其相应代码见表 5).

图 5

Fig. 5

图 5 着生藻与水环境因子的t值双标图 Fig. 5 The t-value biplot of environmental variables and species composition

表 5 (Table 5)

表 5 t值双标图中的着生藻类代码 Table 5 Codes of periphyton species in t-value biplot 代码 着生藻名称 拉丁名 代码 着生藻名称 拉丁名 sp1 普通等片藻 Diatoma vulgare sp37 偏肿桥湾藻 Cymbella ventricosa sp2 普通等片藻伸(延)长变种 Diatoma vulgare var.producta sp38 偏肿桥弯藻半环变种 Cymbella ventricosa simicircularis sp3 双(两)头针杆藻 synedra amphicephala sp39 具球桥弯藻 Cymbella sphaerophora sp4 肘状针杆藻 Synedra ulna sp40 胡斯特桥弯藻 Cymbella hustedtii sp5 平片针杆藻簇生变种 Synedra tabulata var.fasciculata sp41 近缘桥弯藻 Cymbella affinis sp6 钝脆杆藻 Fragilaria capucina sp42 箱形桥弯藻 Cymbella cistula sp7 沃切里脆杆藻 Fragilaria vaucheriae sp43 箱形桥弯藻具点变种 Cymbella cistula var.maculata sp8 中型脆杆藻 Fragilaria intermedia sp44 膨大桥弯藻 Cymbella turgida sp9 连接脆杆藻近盐生变种 Fragilaria constriens var.subsalina sp45 膨胀桥弯藻 Cymbella tumida sp10 拉普兰脆杆藻 Fragilaria lapponica sp46 切断桥湾藻 Cymbella excisa sp11 短线脆杆藻 Fragilaria brevistriata sp47 埃伦拜格桥湾藻 Cymbella ehrenbergii sp12 短线脆杆藻椭圆变种 Fragilaria brevistriata var.elliptica sp48 很小双眉藻 Amphora perpusilla sp13 峭壁舟型藻 Navicula muralis sp49 卵圆双眉藻 Amphora ovalis sp14 伪峭壁舟形藻 Navicula pseudomuralis sp50 卵圆双眉藻细长变种 Amphora ovalis var.gracilia sp15 高舟形藻 Navicula excelsa sp51 窄异极藻 Gomphonema angustatum sp16 简单舟形藻 Navicula simplex sp52 缠结(中间)异极藻 Gomphonema intricatum sp17 不连舟形藻 Navicula disjuncta sp53 缢缩异极藻头端变种 Gomphonema olivaceum var.capitatum sp18 短小舟形藻 Navicula exigua sp54 具球异极藻 Gomphonema sphaerophorum sp19 双(二)头舟形藻 Navicula dicephala sp55 小形异极藻 Gomphonema parvulum sp20 优美舟形藻 Navicula delicatula sp56 小形异极藻近椭圆变种 Gomphonema parvulum var.subellipticum sp21 微型舟形藻 Navicula minima sp57 橄榄绿色异极藻 Gomphonema olivaceum sp22 小型舟形藻 Navicula minuscula sp58 格里门曲壳藻 Achnanthes grimmei sp23 细长舟形藻 Navicula gracilis sp59 近缘曲壳藻 Achnanthes affinis sp24 隐头舟形藻 Navicula cryptocephala sp60 霍克曲壳藻 Achnanthes hauckiana sp25 隐头舟形藻威蓝变种 Navicula cryptocephalavar. veneta sp61 萨克森曲壳藻 Achnanthes saxonica sp26 喙头舟形藻 Navicula rhynchocephala sp62 优美曲壳藻 Achnanthes delicatula sp27 显喙舟形藻 Navicula perrostrata sp63 线形曲壳藻 Achnanthes linearis sp28 淡绿舟形藻 Navicula viridula sp64 线形曲壳藻小变种 Achnanthes linearis var.pusilla sp29 披针形舟形藻 Navicula lanceolata sp65 带状曲壳 Achnanthes taeniata sp30 弯月形舟形藻 Nacicula menisculus sp66 极细微曲壳藻 Achnanthes minutissima sp31 瞳孔舟形藻 Navicula pupula sp67 极细微曲壳藻隐头变种 Achnanthes minutissima sp32 半裸舟形藻 Navicula seminulum sp68 粗曲壳藻 Achnanthes crassa sp33 小皮舟形藻 Navicula pelliculosa sp69 扁圆卵形藻 Cocconeis placentula sp34 放射舟形藻 Navicula radiosa sp70 虱形卵形藻 Cocconeis pediculus sp35 系带舟形藻 Navicula cincta sp71 缩小卵形藻 Cocconeis diminuta sp36 北方羽纹藻 Pinnularia borealis

表 5 t值双标图中的着生藻类代码 Table 5 Codes of periphyton species in t-value biplot

Mann-Whitney U检验结果表明, 受损河段的Mg、Mo、As、EC和HCO₃^-的值显著高于参照河段(P < 0.05).本研究中受损河段与参照河段均位于太子河支流汤河二道河的上游, 属于丘陵森林水生态亚区, 植被覆盖率较高, 具有相似的地理结构和水文特征.参照河段周边无采矿活动, 受损河段上游距河流约1 km处有一滑石采矿场.在滑石矿中滑石与菱镁矿紧密共生, 滑石的主要成分为Mg₃[Si₄O₁₀](OH)₂, 菱镁矿的主要成分为MgCO₃^[23].有研究表明水力侵蚀、风蚀作用和淋滤作用等会造成废石和尾矿中的金属和非金属进入水环境^{[24, 25]}.滑石淋滤液的pH偏碱性^[26].李娟英等^[27]研究表明在碱性条件下As有较高的浸出率.姚晓飞^[28]的研究表明碱性条件能有效促进尾矿中Mo的释放迁移. EC是表征水体中总溶解性无机盐离子浓度的综合指标^[29], 溶解性无机盐离子浓度越高, EC越大. CCA分析表明EC与HCO₃^-、Mg具有强烈共线性.对EC和HCO₃^-+Mg进行Spearman相关性分析, 结果显示二者极显著正相关(r=0.80, P < 0.01).该结果表明, 本研究区域EC值主要受水体中HCO₃^-和Mg的影响.由此可得, 受损河段Mg、Mo、As、EC和HCO₃^-值的升高与滑石矿开采紧密相关.

为了解滑石矿开采对着生藻群落的影响, 本研究对参照河段、受损河段和恢复河段的着生藻群落特征进行了比较分析.着生藻群落物种组成的不同主要依赖于不同藻种对环境变化的敏感性差异^[11].有研究表明与曲壳藻属(Achnanthes sp.)相比, 舟形藻属(Navicula sp.)、双菱藻属(Surirella sp.)对不良环境干扰有较好的耐受性^[30].而在本研究中与参照河段和恢复河段相比, 受损河段着生藻群落组成中舟形藻属(Navicula)、双菱藻属(Surirella)相对丰度较高, 曲壳藻属(Achnanthes)相对丰度较低(图 2).该结果表明, 受损河段的着生藻群落受到了不良的环境干扰.优势种分析中, 偏肿桥弯藻(Cymbella ventricosa)是参照河段的特有优势藻种, 该藻种为清洁水体硅藻种类代表, 其相对丰度会随着水体污染程度的加剧而下降^[30]; 卵圆双眉藻(Amphora ovalis)为受损河段的优势藻种, 该藻种是高电导率的耐受种, 常出现在电导率较高的水体^[31].扁圆卵形藻(Cocconeis placentula)为恢复河段的优势藻种, 该藻种喜弱碱, 寡盐, 是清洁水体中的常见种^[32].比较各河段着生藻参数指标, 受损河段的着生藻密度、物种丰富度、具柄硅藻百分比均最小, 可运动硅藻百分比最大.着生藻密度和物种丰富度分别表示单位面积基质上生长的着生藻生物量和物种数, 二者均对环境干扰呈负响应^[30].具柄硅藻和可运动硅藻百分比可指示河流生境的稳定性, 当河流生境被破坏、泥沙量增大, 可运动硅藻可主动寻找佳境、避免被掩埋^[33], 而具柄硅藻会受到较大危害而大量减少.通过对各河段的着生藻群落特征的比较分析, 可以推测滑石矿的开采使受损河段的着生藻群落发生改变, 群落组成更具有环境耐受性.另外, 恢复河段位于受损河段的下游, 由于支流的汇入稀释、河沙的过滤、沉降等作用^[34]导致滑石矿开采对恢复河段的着生藻群落影响较小.

研究表明水环境因子对水生生物群落有直接影响^{[15, 35, 36]}.探究导致受损河段与其他河段着生藻群落结构差异性的直接原因, 对研究区域的着生藻群落和水环境因子的相互关系进行了分析.结果表明, EC、HCO₃^-和Mg对着生藻群落组成有显著影响, 并且均与物种丰富度、具柄硅藻百分比显著相关.受损河段的着生藻群落对EC、HCO₃^-和Mg的适宜数值要普遍高于参照河段(图 4), 表明受损河段的着生藻群落组成对EC、HCO₃^-和Mg有更高的耐受性.因此, 滑石矿开采区的EC、HCO₃^-和Mg污染应引起关注.为了解不同采样时期的着生藻群落结构特征, 对各时期的着生藻特征参数进行了Friedman检验, 结果表明着生藻密度在各时期存在显著差异性(P < 0.05), 总体呈现枯水期>平水期>丰水期; 物种丰富度和Shannon多样性指数无显著差异性.赵振华等^[37]研究表明冬季底栖藻类的生物量最高, 春、夏、秋季相对较低, 与本研究具有一致性. Tilman等^[38]研究表明硅藻适宜在较低的温度下生长.本研究区域的着生藻群落中硅藻占绝对优势(平均丰度74.24%), 且枯水期的水体温度最低, 丰水期的水体温度最高.王翠红等^[39]研究认为水体流速较高时部分藻细胞易被水流冲走, 导致着生藻生物量下降.汤河丰水期降水丰沛, 水体同样具有流量大、流速快等特点, 水流对着生藻存在较大的冲刷力.而平水期和枯水期降水相对较少, 水体流量小、流速慢, 有利于着生藻的稳定附着生长.因此, 温度和水流状况对本研究区域不同采样期着生藻密度的显著差异性有重要影响.另外, 从t值双标图中可以看出(图 5), 同一藻属的不同种对环境因子的响应具有差异性.例如, 舟形藻属中的弯月形舟形藻(sp30, Nacicula menisculus)对HCO₃^-具有显著正响应(t >2), 披针形舟形藻(sp29, Navicula lanceolata)对HCO₃^-具有显著负响应(t < -2), 瞳孔舟形藻(sp31, Navicula pupula)受HCO₃^-影响不显著.由此推测, 着生藻群落中同一藻属物种组成的差异会影响该属级水平对水环境的指示作用.

(1) 滑石矿开采导致水体EC值和Mg、Mo、As、HCO₃^-质量浓度显著升高.

(2) 与参照河段和恢复河段相比, 滑石矿开采区河段的着生藻密度、物种丰富度、具柄硅藻百分比、曲壳藻属(Achnanthes sp.)相对丰度均最小; 可运动硅藻百分比、双菱藻属(Surirella sp.)相对丰度、舟形藻属(Navicula sp.)相对丰度均最大, 其中物种丰富度与其他河段存在显著差异.

(3) EC、HCO₃^-和Mg是影响滑石矿开采区着生藻群落结构的重要水环境因子.