大型淺水湖泊太湖中微型浮游動物的攝食生態(tài)研究

段翠蘭 ，陳　靜，張永江* ，鄒　勇，張　莉，楊　振，王一鳴

(1. 江蘇省漁業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站，江蘇　南京　210036;2. 南京工程學院　環(huán)境工程學院， 江蘇　南京　211167)

?

大型淺水湖泊太湖中微型浮游動物的攝食生態(tài)研究

段翠蘭1，陳靜1，張永江1*，鄒勇1，張莉1，楊振1，王一鳴2

(1. 江蘇省漁業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站，江蘇南京210036;2. 南京工程學院環(huán)境工程學院， 江蘇南京211167)

摘要：探討大型淺水湖泊太湖中草型與藻型兩種生態(tài)系統(tǒng)中微型浮游動物的攝食差異，對東太湖與西太湖6個站位進行現場試驗和調查，運用稀釋-流式細胞儀法研究了微型浮游動物對細菌的攝食壓力。結果表明，太湖水體20 μm以下的微型浮游動物對細菌日攝食量為0.61～3.05 μg(L.d)-1，對細菌生產力的攝食壓力為79.62%～100.48%，平均90.99%。微型浮游動物對細菌的攝食率基本呈現一個由藻型湖到草型湖逐漸遞減的趨勢，細菌增長率在藻型湖焦山區(qū)域最大，進一步分析發(fā)現，細菌增長率與總N有顯著正相關(r = 0.864, P < 0.05) ，由此可見，細菌的生長繁殖和微型浮游動物對細菌的攝食與湖泊營養(yǎng)負荷有一定的相關性。

關鍵詞：太湖；微型浮游動物；攝食壓力；微食物環(huán)

微型浮游動物是湖泊生態(tài)系統(tǒng)中的重要成員，也是微食物環(huán)的重要組成部分，在湖泊生態(tài)系統(tǒng)物流和能流中起著重要作用，是連接微型食物網和較高營養(yǎng)級的中樞。微食物環(huán)是由Azam等[1]在1983年首次提出,以浮游細菌為核心，形成顆粒有機物，然后被原生動物所捕食，后者被后生動物攝食進入主食物鏈[2]。近40年來，人們對微食物環(huán)的認識從海洋[3]擴展至湖泊[4-5]、養(yǎng)殖池塘[6]等各種水生態(tài)系統(tǒng)。

湖泊生態(tài)系統(tǒng)，尤其是淺水湖泊生態(tài)系統(tǒng)往往表現出以高等水生植物(以下簡稱草型)為主要初級生產者的清水穩(wěn)定態(tài)和以浮游藻類(以下簡稱為藻型)為主要初級生產者的濁水穩(wěn)定態(tài)，而隨著湖泊營養(yǎng)負荷(水平)和湖泊環(huán)境條件的變化，這兩個不同的穩(wěn)定態(tài)之間可以發(fā)生轉換或者劇變。浮游動物的攝食受不同營養(yǎng)階層組分粒級結構的影響[7]，在以小細胞為主的生態(tài)系統(tǒng)中,則以微型浮游動物對小細胞的浮游植物和細菌攝食的微食物環(huán)為主[8]。當前世界一些重點海區(qū)和湖泊河流中微型浮游動物對細菌及微微型浮游植物的攝食率及攝食壓力已經有了大量報道[3-14]。我國現場研究主要集中在橈足類對浮游植物的攝食[9-12]，在微型浮游動物攝食研究方面起步較晚。實驗室內微型浮游動物對餌料的攝食研究也已有報道[13-14]。陳默等[4]運用稀釋法研究了太湖單一區(qū)域水體中不同粒徑的微型原生動物對細菌的捕食，探討了溫度的影響。本研究運用稀釋-流式細胞儀法對太湖不同湖區(qū)攝食壓力進行了大規(guī)模調查，重點比較東太湖與西太湖，草型與藻型兩種生態(tài)系統(tǒng)中微型浮游動物的攝食差異，探討太湖微食物環(huán)的結構和功能特征，為湖泊生態(tài)系統(tǒng)中物質和能量流動的模型構建提供支撐。

1材料與方法

1.1儀器設備及實驗材料

流式細胞儀BD FACSDIVA，便攜式水質多參數測定儀YSI6820V2,濾膜25mm*20μm等。

1.2采樣點的設置及樣品的采集

在太湖不同功能區(qū)域中共設置6個采樣位，分別為：藻型湖區(qū)：1(竹山島)、10(焦山)、12(大雷山)；草型湖區(qū)：20(螺蜆保護區(qū))、21(水草保護區(qū))、23(銀魚保護區(qū))，位置見圖 1。于 2014年9月，用5L的Niskin采水器在水面下約50cm處采集1L水樣，放入事先滅菌的玻璃瓶中即送回實驗室進行后續(xù)實驗。

圖1　太湖采樣點位

1.3樣品的分析

1.3.1環(huán)境因子測定溫度、pH、溶解氧使用YSI測定，總氮采用紫外分光光度法測定[15]。

1.3.2微型浮游動物(<20μm)對細菌的攝食壓力經20 μm濾膜過濾后的水樣與無病毒顆粒水體體積比為：1 ∶0、3 ∶1、1 ∶1、1 ∶3 混合(混合后總體積為200 mL)，取2個平行樣,1個對照樣。用流式細胞儀測定在培養(yǎng)的零時間(開始培養(yǎng)時)和培養(yǎng)24 h時，水樣中細菌的數量，分別記為P0和Pt[16-17]，進行稀釋分級培養(yǎng)實驗。樣品稀釋處理后加入SYBR Green I工作液，避光染色10 min。流式細胞儀啟動488 nm激光器；流速在0.1 ～ 1 mL/h,記錄獲取速度和獲取時間[18-20]，計算樣品豐度。

稀釋法[3]的 3 個假設是：(1)浮游細菌豐度的改變不會影響其增長率；(2)浮游動物的清濾率不會因餌料濃度的改變而改變。即浮游動物在餌料濃度高時不會因達到自身的需要而停止攝食；在餌料濃度低時不會因攝食不到餌料而減少攝食努力或停止攝食。(3) 浮游細菌的生長可以用以下公式來表示：

Pt= P0e(k-g)t

其中 Pt是時間為 t 時浮游細菌的濃度，P0是開始時浮游細菌的濃度，k 是浮游細菌的增長率，g 是浮游動物的攝食率。進行二元回歸分析求得k和g。

進一步可以求出浮游細菌的加倍時間(Td: Time of Doubling),每天的加倍數(n),微型浮游動物對浮游細菌現存量的攝食壓力(Pi: grazing Pressure on Initial stock)和浮游細菌生產力的攝食壓力(Pp：grazing Pressure on primary Production):

Td = ln2/k n = k/ln2

Pi = 1- e-gt×100%

Pp = (ekt- e(k-g)t) / (ekt-1) × 100%

1.4數據分析

數據統(tǒng)計和分析使用SPSS 16.0軟件，對細菌增長率與總N進行相關性分析。

2結果與分析

2.1環(huán)境因子

對所采水樣進行實驗室分析，采樣點的水質指標如表1所示，總氮變化范圍在0.49～1.37(mg/L)之間，最高值出現在焦山區(qū)域。水溫與pH變化范圍不大。

表1　太湖不同站位的環(huán)境參數

2.2藻型湖區(qū)微型浮游動物(<20μm)對細菌的攝食壓力

如圖2所示，去除≥20μm 的捕食種類后，通過回歸分析得到焦山區(qū)域的細菌增長率為0.275/d,微型浮游動物的攝食率為0.111/d；竹山島區(qū)域的細菌增長率為0.114/d,微型浮游動物的攝食率為0.117/d；大雷山區(qū)域的細菌增長率為0.058/d, 微型浮游動物的攝食率為0.038/d。由此可見，焦山的浮游細菌的增長率高于竹山島和大雷山的浮游細菌，竹山島的細菌增長率與微型浮游動物的攝食率相當，而焦山和竹山島的微型浮游動物的攝食率相似，均高于大雷山區(qū)域的。

圖2　藻型湖區(qū)細菌增長率與稀釋程度的回歸分析

2.3草型湖區(qū)微型浮游動物(<20μm)對細菌的攝食壓力

如圖3所示，去除≥20 μm 的捕食種類后，通過回歸分析得到螺蜆保護區(qū)的細菌增長率為0.102/d,微型浮游動物的攝食率為0.071/d；水草保護區(qū)的細菌增長率為0.095/d,微型浮游動物的攝食率為0.071/d；銀魚保護區(qū)的細菌增長率為0.054/d, 微型浮游動物的攝食率為0.046/d。由此可見，螺蜆保護區(qū)的浮游細菌的增長率高于水草和銀魚保護區(qū)的增長率，螺蜆保護區(qū)的微型浮游動物的攝食率與水草保護區(qū)的攝食率一樣，高于銀魚保護區(qū)的微型浮游動物的攝食率。

圖3　草型湖區(qū)細菌增長率與稀釋程度的回歸分析

站位細菌增長率(d-1)攝食率(d-1)10.2750.111100.1140.117120.0580.038200.1020.071210.0950.071230.0540.046

對整個湖區(qū)分析結果表明，微型浮游動物對細菌的攝食率基本呈現一個由藻型湖到草型湖逐漸遞減的趨勢。草型湖細菌增長率要低于藻型湖，在供試三個草型湖中，細菌增長率在藻型湖焦山區(qū)域最大。進一步分析發(fā)現，細菌增長率與總N有顯著正相關(r=0.864,P<0.05，n=6)。而與水溫、pH、溶解氧無相關性。

2.4整個湖區(qū)微型浮游動物對細菌的攝食壓力

從表2可以看出，去除≥20 μm 的捕食者后，浮游動物對細菌的日攝食率為0.61～3.05 μg/(L.d),占細菌現存量的66.85%～93.97%，平均79.55%，對細菌生產力的攝食壓力為79.62～100.48%，平均90.99%?？梢姡诓豢紤]微型浮游動物群落內部攝食關系的情況下，微型浮游動物對細菌生產力的攝食壓力90.99%來自<20 μm類群，只有9.01%來自20～200 μm類群。

表3　微型浮游動物對細菌的攝食率及攝食壓力

注：Td:浮游細菌的加倍時間；n:每天的加倍數；Pi:微型浮游動物對浮游細菌現存量的攝食壓力；Pp:浮游細菌生產力的攝食壓力。

3結論與討論

微型浮游動物是指體長小于200 μm的浮游動物，主要包括纖毛蟲、異養(yǎng)鞭毛蟲、甲殼類幼體等，它們在微食物環(huán)和較高營養(yǎng)級之間起中樞作用[21-22]，對初級生產的攝食壓力越來越引起人們的重視。近些年，微型浮游動物攝食的研究在世界各類湖泊廣泛展開。由于微型浮游動物個體小，生長代謝和攝食的速率都很快，因而在浮游動物對浮游植物的攝食壓力中占重要的地位。以異養(yǎng)鞭毛蟲為主的Nano級浮游動物(體長為2～20 μm)，占有很大比例而成為研究焦點，而以纖毛蟲為主的micro級小型浮游動物(體長大于20 μm)因數量和分布有限[23]，故本研究選取小于20 μm的微型浮游動物作為研究的重點。張武昌等[24]研究認為Nano級浮游動物在渤海成為微型浮游動物攝食的主要貢獻者。陳默等[4]對太湖梅梁灣區(qū)域研究也發(fā)現，16 μm以下的微型原生動物是細菌的主要捕食者，對細菌的捕食率占到90.7%。

太湖浮游植物密度在(2.30～13.68)×106個/升之間，生物量在2.05～14.49 mg/L之間。各站位浮游植物密度、生物量差別較大，密度和生物量較高的為焦山，密度和生物量較低的為水草保護區(qū)。浮游動物密度在(2.68～12.98)×102mgL/L之間，生物量在1.02～7.70 mgL/L之間?？臻g分布不均，焦山水域的浮游動物密度和生物量較大。在本次調查中發(fā)現，太湖微型浮游動物對細菌的攝食率基本呈現一個由藻型湖到草型湖逐漸遞減的趨勢，細菌增長率在藻型湖焦山區(qū)域最大，這可能與此處浮游植物密度和生物量較高有關；而浮游動物攝食率在藻型湖區(qū)也較高。進一步分析發(fā)現，細菌增長率與總N有顯著正相關(r=0.864,P<0.05) ，由此可見，細菌的生長繁殖和微型浮游動物對細菌的攝食與湖泊營養(yǎng)負荷有一定的相關性。

本研究表明微型浮游動物對細菌生產力的攝食壓力主要來自<20 μm類群，極少數來自20～200μm類群。這一結論與戴聰杰[3]對南極長城灣微型浮游動物的攝食壓力的研究結果相似。這主要由于細菌粒徑大部分在0.2～0.5 μm間，比較適合<20 μm浮游動物(原生動物)的攝食。其中藻型湖焦山區(qū)域攝食壓力最大，總氮含量也最高，這可能由于營養(yǎng)化程度越高，浮游動物對細菌的攝食壓力也越大。調查結果表明，微型浮游動物的攝食，在太湖生態(tài)系統(tǒng)中，特別是在微食物環(huán)中發(fā)揮重要作用。

參考文獻：

[1]AZAM F, FENCHEL T, FIELD J G, et al. THE ECOLOGICAL ROLE OF WATER-COLUMN MICROBES IN THE SEA[J]. Marine Ecology Progress Series, 1983, 10(3): 257-263.

[2]李洪波，楊青，周峰．海洋微食物環(huán)研究新進展[J]．海洋環(huán)境科學，2012，31(6)：927-932．

[3]戴聰杰．極地近海微食物環(huán)的主要類群組成及其功能[D]．廈門：廈門大學，2006：83-94．

[4]陳默，高光，朱麗萍，等．太湖水體中微型原生動物對細菌的捕食作用[J]．應用生態(tài)學報，2007，18(10)：2384-2388．

[5]宋曰欽，徐圣友，徐龍．聽松湖水體水環(huán)境質量動態(tài)變化及評價[J]．安徽科技學院學報，2014，28(1)：63-69．

[6]張立通，孫耀，趙從明，等．蝦塘養(yǎng)殖中后期微型浮游動物的攝食壓力[J]．生態(tài)學報，2011，31(7)：2046-2051．

[7]LANDRY M R, PETERSON W K, LORENZEN C J. ZOOPLANKTON GRAZING, PHYTOPLANKTON GROWTH, AND EXPORT FLUX - INFERENCES FROM CHLOROPHYLL TRACER METHODS[J]. ICES Journal of Marine Science, 1995, 52(3/4): 337-345.

[8]Landry M R, Kirshtein J, Constantinou J. A refined dilution technique for measuring the community grazing impact of microzooplankton, with experimental tests in the central equatorial Pacific[J]. Mar. Ecol. Prog. Ser., 1995, 12: 53-63

[9]楊紀明．渤海中華哲水蚤攝食的初步研究[J]．海洋與湖沼，1997，28(4)：376-382．

[10]王榮，范春雷．東海浮游橈足類的攝食活動及其對垂直碳通量的貢獻[J]．海洋與湖沼，1997，128(6)：579-587．

[11]張武昌，王榮．餌料濃度對中華哲水蚤攝食的影響[J]．海洋學報，2000，22(6)：88-94．

[12]李超倫，王克，王榮．濰河口浮游動物優(yōu)勢種的腸道色素含量分析及其對浮游植物的攝食壓力[J]．海洋水產研究，2000，21(2)：27-33．

[13]馬洪鋼，張紹麗，宋微波．扇形游仆蟲對細菌及小球藻攝食的初步探討[J]．青島海洋大學學報，2000，30(3)：423-427．

[14]許恒龍，王梅，朱明壯，等．海洋纖毛蟲實驗生態(tài)學研究Ⅲ:纖毛蟲攝食脅迫對弧菌(Vibrio sp.)種群增長的影響[J]．應用與環(huán)境生物學報，2004，10(1)：75-78．

[15]魏復盛，齊文啟，王心芳，等．水和廢水監(jiān)測分析方法第4版[M]．北京：中國環(huán)境科學出版社，2002：88-257．

[16]GIFFORD D J. IMPACT OF GRAZING BY MICROZOOPLANKTON IN THE NORTHWEST ARM OF HALIFAX HARBOR, NOVA-SCOTIA[J]. Marine Ecology Progress Series, 1988, 47(3): 249-258.

[17]Burkill P H, Head E, Fransz G, et al.Grazing by microzooplankton.In:SCOR/ JOFS Report No.6;core measurement protocols[J]. Reports of the core measurement working groups，1990,31-37.

[18]潘洛安，張利華，張經．應用流式細胞術測定水體異養(yǎng)細菌[J]．海洋環(huán)境科學，2005，24(1)：54-58．

[19]楊文,覃山羽,姜海行，等.應用SYBR熒光實時定量RT-PCR法檢測BMSCs誘導大鼠肝星狀細胞中DR5mRNA表達[J].蛇志,2012,24(1):1-4

[20]DUHAMEL S, JACQUET S. Flow cytometric analysis of bacteria- and virus-like particles in lake sediments[J]. Journal of Microbiological Methods, 2006, 64(3): 316-332.

[21]張文靜，林秋琳，林元燒，等．東山灣微型浮游動物攝食壓力分析[J]．安全與環(huán)境工程，2014，21(5)：26-32．

[22]鄧麗君．巢湖濕地資源現狀與保護利用對策分析[J]．安徽科技學院學報，2015，29(5)：117-120．

[23]蔣燮治．江蘇安徽淡水沙殼纖毛蟲的調查報告[J]．水生生物學集刊，1956(1)：61-87．

[24]張武昌，王榮．渤海微型浮游動物及其對浮游植物的攝食壓力[J]．海洋與湖沼，2000，31(3)：252-258．

(責任編輯：馬世堂)

收稿日期：2016-01-15

基金項目：江蘇省農業(yè)科技自主創(chuàng)新項目(cx(13)3049)。

作者簡介：段翠蘭(1977-)，女，江蘇省泰興市人士，碩士，高級工程師，主要從事漁業(yè)生態(tài)環(huán)境評價與修復研究。*通訊作者：張永江，研究員，E-mail: wxsnjr@163.com。

中圖分類號：X174

文獻標識碼：A

文章編號：1673-8772(2016)03-0044-06

Grazing Ecology of Microzooplankton in the Large-scale Shallow Lake of Taihu

DUAN Cui-Lan1, CHEN Jing1, ZHANG Yong-jiang1*, ZOU Yong1, ZHANG Li1, YANG Zhen1, WANG Yi-ming2

(1. Monitoring Center for Fishery Ecologic Environment of Jiangsu Province, Nanjing 210036, China;2. School of Environmental Engineering, Nanjing Institute of Technology, Nanjing 211167, China)

Abstract：Ship-board dilution incubation experiments were carried out at 6 stations in surface waters of Taihu Lake, to investigate the impact of microzooplankton grazing upon heterotrophic bacteria production. The results showed that microzooplankton grazing rate upon heterotrophic bacteria with its size less than 20μm was 0.61～3.05μg(L.d)-1, and the microzooplankton grazing pressure on bacterial productivity was 79.62% ～ 100.48%. Microplankton feeding rate on heterotrophic bacteria has a trend descending gradually from the algae-type zone to the grass-type zone. Bacterial growth rate reached the maximum in the algae-type zone of Jiaoshan. Further analysis demonstrated that bacterial growth rate was positively correlated with the total N (r=0.864, P < 0.05). These results indicated that small-celled microzooplankton was ubiquitous and played more important role in energy transmission and nutrients regeneration in Taihu Lake.

Key words:Taihu Lake; Microzooplankton; Grazing pressure; Microbial food loop