潘鴻, 楊揚(yáng), 唐宇宏
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惠州沙田水庫(kù)浮游植物群落特征及演替研究
潘鴻1, 2, 楊揚(yáng)2*, 唐宇宏3
1. 遵義醫(yī)學(xué)院公共衛(wèi)生學(xué)院, 遵義 563000 2. 暨南大學(xué)水生生物研究中心, 廣州 510632 3. 遵義醫(yī)學(xué)院管理學(xué)院, 遵義 563000
2009年7月(豐水期)和12月(枯水期)分別對(duì)沙田水庫(kù)4個(gè)樣點(diǎn)進(jìn)行浮游植物采集。檢測(cè)出浮游植物58種(含變種), 隸屬7門8綱18目31科46屬。豐、枯水期均出現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)種分別為史氏棒膠藻()、銅綠微囊藻()、微小多甲藻()、小球藻(); 僅在豐水期形成的優(yōu)勢(shì)種分別為簡(jiǎn)單棕鞭藻()、梅尼小環(huán)藻()、針形纖維藻()和柯氏并聯(lián)藻(); 而枯水期形成的優(yōu)勢(shì)種分別為分歧錐囊藻()、水溪綠球藻()。豐、枯水期豐度分別為(8.36±1.37)×105cell·L-1和(3.60±1.81)×105cell·L-1; 生物量分別為1.34±0.55 mm3·L-1和0.43±0.43 mm3·L-1; Shannon-Weaver多樣性指數(shù)變化范圍在1.25—2.75之間, 豐、枯水期水質(zhì)分別為中營(yíng)養(yǎng)和富營(yíng)養(yǎng)水平。與2000年結(jié)果比較, 浮游植物群落的物種組成由綠藻型更替為綠硅藻型, 豐度組成由藍(lán)-綠藻型更替為綠-藍(lán)-甲藻型; 清潔水體的優(yōu)勢(shì)種消失/減少, 耐污種類優(yōu)勢(shì)種增加, 其中綠藻優(yōu)勢(shì)種存在向小型、單細(xì)胞種類更替的趨勢(shì)。
浮游植物; 群落結(jié)構(gòu); 演替; 沙田水庫(kù)
浮游植物是水生生態(tài)系統(tǒng)中重要的生產(chǎn)者, 在水生生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)方面, 以及維持水生生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性和完整性方面均起著重要作用[1-2]。而物理、化學(xué)、生物等環(huán)境因素的改變可以導(dǎo)致浮游植物群落發(fā)生演替[1,3-5], 進(jìn)而影響水生生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng), 并改變水生生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和完整性。
沙田水庫(kù)為廣東省惠州市惠陽(yáng)區(qū)境內(nèi)的供水水庫(kù)。在2000年, 王朝暉等[6]研究結(jié)果顯示其Shannon-Weaver指數(shù)()均值為2.58(屬中營(yíng)養(yǎng)水平), 其中枯水期為1.78(屬中至富營(yíng)養(yǎng)水平); 龍思思等[7]調(diào)查結(jié)果顯示總氮濃度在0.16—0.35 mg·L-1之間, 總磷濃度>0.03 mg·L-1, 已接近或達(dá)到富營(yíng)養(yǎng)化的水平。隨著城市化、工業(yè)化進(jìn)程加快, 農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)全面發(fā)展, 大量未經(jīng)處理的工業(yè)廢水、農(nóng)林業(yè)和生活污水的直接排放可能加劇其富營(yíng)養(yǎng)化程度, 進(jìn)而改變浮游植物群落結(jié)構(gòu), 導(dǎo)致其發(fā)生演替。另外, 全球氣候變暖的大背景下, 浮游植物生長(zhǎng)加快、物質(zhì)積累增加以及暖水性物質(zhì)向兩極擴(kuò)張等[8]均有可能導(dǎo)致沙田水庫(kù)浮游植物群落發(fā)生演替。而浮游植物群落的演替結(jié)果又有可能對(duì)水庫(kù)水質(zhì)管理策略造成一定的影響。為此, 本研究于2009年豐水期(7月)和枯水期(12月)對(duì)沙田水庫(kù)的浮游植物進(jìn)行采集, 分析其群落結(jié)構(gòu)特征, 并與2000年的研究結(jié)果[7,9]比較, 探討其演替特征或趨勢(shì), 以期為沙田水庫(kù)浮游植物群落的演替研究、水庫(kù)水質(zhì)管理策略研究等方面積累相關(guān)資料。
沙田水庫(kù)始建于1959年, 1962年建成并投入使用, 水庫(kù)長(zhǎng)約2.28 km, 最寬處約1.78 km; 集水面積26.8 km2, 總庫(kù)容約2.17×107m3; 受亞熱帶海洋性氣候的影響, 全年平均氣溫約22 ℃, 庫(kù)區(qū)多年平均降雨量為1 767.4 mm, 降水集中在夏秋兩季[7,10-11]。
在沙田水庫(kù)大壩(S1)、庫(kù)心(S2)、河流入庫(kù)交匯處(S3)和河流中(S4)各設(shè)置1個(gè)采樣點(diǎn), 共4個(gè)采樣點(diǎn)(圖1)。于2009豐水期(7月)及枯水期(12月)分別對(duì)水庫(kù)的浮游植物進(jìn)行采樣。
定性樣品用25號(hào)浮游生物網(wǎng)采集于水面下0.5 m處, 并用固定液(甲醛: 丙三醇: 水為1:1:8)現(xiàn)場(chǎng)保存; 定量樣品采用改良北原氏采水器采集在相同位置取1 L水樣, 加入10 mL魯戈氏液固定, 室內(nèi)靜置沉淀48 h后采用虹吸法濃縮并定容至30 mL[12]。
定性樣品沉淀24 h后, 分別依次取底層沉積物和搖勻后的中間層水樣制作臨時(shí)封片, 在顯微鏡(Olympus CX31)下觀察浮游植物形態(tài)特征并結(jié)合文獻(xiàn)[13—15]描述對(duì)浮游植物進(jìn)行定性鑒定。
定量樣品搖勻后取0.1 mL在20 mm×20 mm的計(jì)數(shù)框內(nèi)對(duì)浮游植物細(xì)胞數(shù)計(jì)數(shù): 先在高倍鏡(×40)下采用目鏡行格法[12]計(jì)數(shù), 再在低倍鏡(×10)下對(duì)未計(jì)數(shù)的大型種類進(jìn)行全片計(jì)數(shù); 同一樣品鏡檢3-5次(新檢出種類納入定性統(tǒng)計(jì))。計(jì)數(shù)結(jié)果取均值參照文獻(xiàn)[12]的公式計(jì)算浮游植物豐度。浮游植物生物量以生物體積計(jì)(Biovolume), 即豐度與細(xì)胞體積常數(shù)乘積; 其中, 細(xì)胞體積常數(shù)依據(jù)顯微鏡下測(cè)量的每種藻類30個(gè)細(xì)胞(不足30個(gè)細(xì)胞時(shí)全部測(cè)量)數(shù)據(jù)均值參照不同形態(tài)體積公式[12,16]計(jì)算。
圖1 沙田水庫(kù)浮游植物采樣點(diǎn)分布圖
浮游植物優(yōu)勢(shì)種依據(jù)Mcnaughton優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(Y)判定[17], 富營(yíng)養(yǎng)化水平采用Shannon-Weaver指數(shù)()[18]判定, 其計(jì)算公式分別如下:
Y=F×P (1)
-?(N/)Ln(N/) (2)
式中:F和P分別為物種出現(xiàn)的頻率(出現(xiàn)樣點(diǎn)數(shù)/總采樣點(diǎn)數(shù))及其相對(duì)豐度(物種平均豐度/總的平均豐度);N和分別為屬的豐度和總豐度。優(yōu)勢(shì)種的判定標(biāo)準(zhǔn)為Y>0.02[17]; 富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為: 0—1為超/重富營(yíng)養(yǎng), 1—2為富營(yíng)養(yǎng), 2—3為中營(yíng)養(yǎng), >3為貧/弱營(yíng)養(yǎng)[18]。
室內(nèi)初步檢出浮游植物共58種(含變種), 分屬7門8綱18目31科46屬。其中, 綠藻、硅藻、藍(lán)藻和甲藻分別為25、16、6和5種, 占總種數(shù)的43.10%, 27.59%、10.34%和8.62%; 其余各門均不足5種(表1)。
浮游植物優(yōu)勢(shì)種共10種, 其中史氏棒膠藻((R. et F. Choda) Komarek), 銅綠微囊藻(Kützing), 微小多甲藻((Pen.) Lemm.)和小球藻(Beijerinck)在豐、枯水期均能形成優(yōu)勢(shì); 僅在豐水期形成的優(yōu)勢(shì)種包括簡(jiǎn)單棕鞭藻(Pascher.), 梅尼小環(huán)藻(Kützing), 針形纖維藻((A. Braun) Korschikoff)和柯氏并聯(lián)藻((Tann.-Fullm.) G. M. Smith.); 僅在枯水期形成的優(yōu)勢(shì)種包括分歧錐囊藻(Imhof)和水溪綠球藻((Schrank) Meneghini)。
表1 沙田水庫(kù)浮游植物組成
沙田水庫(kù)豐水期和枯水期的浮游植物豐度分別為(8.36±1.37)×105cell·L-1和(3.60±1.81)×105cell·L-1; 豐水期以綠藻居多、其余依次為甲藻、藍(lán)藻、金藻和其他(圖2), 其均值分別占39.86%, 23.71%, 14.69%, 10.98%和10.79%; 枯水期則以藍(lán)藻居多, 其余依次為甲藻、綠藻、金藻和其他(圖2), 其均值分別占39.41%, 32.93%, 13.09%, 12.77%和1.80%。
表2 沙田水庫(kù)浮游植物優(yōu)勢(shì)種
圖2 沙田水庫(kù)浮游植物豐度(×105 cell·L-1)組成
豐水期和枯水期的浮游植物生物量分別為1.34±0.55 mm3·L-1和0.43±0.43 mm3·L-1; 豐水期以甲藻居多、其次為綠藻(圖3), 分別占52.19%和30.33%; 枯水期則以甲藻居多(圖3), 占83.65%。
入庫(kù)河流豐、枯水期的Shannon-Weaver指數(shù)分別為2.75和1.25(以S3和S4采樣點(diǎn)各屬的浮游植物豐度均值計(jì)算); 水庫(kù)豐、枯水期的Shannon-Weaver指數(shù)分別為2.08和1.56(以S1和S2采樣點(diǎn)各屬的浮游植物豐度均值計(jì)算)。在豐水期, 入庫(kù)河流及水庫(kù)的Shannon-Weaver指數(shù)均在2.00—3.00之間, 表明入庫(kù)河流及水庫(kù)均為中營(yíng)養(yǎng)水平; 而枯水期的Shannon-Weaver指數(shù)均在1.00—2.00之間, 表明入庫(kù)河流及水庫(kù)均為富營(yíng)養(yǎng)水平。
圖3 沙田水庫(kù)浮游植物生物量(mm3/L)組成
沙田水庫(kù)2009年檢出的浮游植物共58種(含變種), 比2000年檢出的物種數(shù)(不足50種[7,9])相比, 物種數(shù)有所增加(主要為硅藻)而門類有所降低(未檢出黃藻門種類)(表3)。盡管調(diào)查者的分類能力、樣品保存方法和檢測(cè)技術(shù)等不同可能造成稀有物種被檢出的可能性存在較大差異而引起浮游植物物種豐富度的改變[5], 但對(duì)于優(yōu)勢(shì)種而言, 此類影響幾乎可以忽略。2000年出現(xiàn)的某些優(yōu)勢(shì)種, 如藍(lán)藻門的粘球藻(spp.)和黃藻門的葡萄藻(Kütz)在2009年的樣品中均未檢出(表4), 似乎表明浮游植物物種組成的變化極可能是因?yàn)樯程锼畮?kù)環(huán)境中的物理、化學(xué)或生物因子[5]改變所致。
表3 2000年和2009年沙田水庫(kù)浮游植物種類組成比較
*: 龍思思等, 胡韌等均將從粒藻/布朗葡萄藻(Kütz)作為綠藻報(bào)道, 而胡鴻鈞等[6]將其修訂的為黃藻門的種類。
表4 2000年和2009年沙田水庫(kù)浮游植物優(yōu)勢(shì)種比較
*: “▲”和“☆”分別表示豐水期和枯水期
優(yōu)勢(shì)種通常是對(duì)環(huán)境條件最為適應(yīng)的物種, 能夠在一定程度上反映環(huán)境現(xiàn)狀[1,3]。沙田水庫(kù)2000年和2009年的浮游植物分別具有為9和10個(gè)優(yōu)勢(shì)種屬(表4), 其中僅棒膠藻屬()、微囊藻屬()和小環(huán)藻屬()等3個(gè)種屬相同, 而多數(shù)優(yōu)勢(shì)種屬發(fā)生了更替。盡管有研究表明, 全球變暖會(huì)導(dǎo)致喜暖水的物種分布范圍向兩級(jí)擴(kuò)展, 而喜冷水的物種則分布范圍縮小[19]; 而且1℃的變化可導(dǎo)致物種的生態(tài)區(qū)范圍增加160 km[20]; 同時(shí), 溫度的升高有利于浮游生長(zhǎng)加快[21], 可以促使得浮游植物優(yōu)勢(shì)種發(fā)生更替[22]。但是2000年至2009年期間, 全球溫度升高僅約0.05 ℃[23], 遠(yuǎn)低于沙田水庫(kù)豐、枯水期之間的溫度變化幅度; 而2009年有4種藻類作為優(yōu)勢(shì)種同時(shí)出現(xiàn)在豐、枯水期的浮游植物群落中, 因此認(rèn)為, 全球氣候變暖并非導(dǎo)致沙田水庫(kù)浮游植物優(yōu)勢(shì)種更替的主要因素。黃藻門中喜清潔水體的葡萄藻()[7]在水庫(kù)中消失, 而金藻門中適應(yīng)富營(yíng)養(yǎng)化程度較高環(huán)境的簡(jiǎn)單棕鞭藻()和分歧錐囊藻()在水庫(kù)中形成優(yōu)勢(shì), 似乎表明沙田水庫(kù)浮游植物群落的演替是由于水體富營(yíng)養(yǎng)化程度增加所致(Shannon-Weaver指數(shù)評(píng)價(jià)的富營(yíng)養(yǎng)水平高于2000年[6-7])。另外, 綠藻門的優(yōu)勢(shì)種由較為大型的多細(xì)胞種類向小型的單細(xì)胞種類更替, 似乎也佐證了水體富營(yíng)養(yǎng)化程度的增加是導(dǎo)致沙田水庫(kù)浮游植物群落演替的主要原因, 因?yàn)樾⌒蛦渭?xì)胞種類比大型多細(xì)胞種類具有更大的體積/表面積比, 更有利于在營(yíng)養(yǎng)鹽利用的競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)優(yōu)勢(shì)[1]。
沙田水庫(kù)在2000年豐、枯水期浮游植物豐度組成差異極為明顯: 2000年豐水期以藍(lán)藻和綠藻為主, 枯水期以藍(lán)藻占絕對(duì)優(yōu)勢(shì); 而2009年豐水期以綠藻和甲藻為主, 枯水期以藍(lán)藻和甲藻占優(yōu)勢(shì)(圖2)。適應(yīng)富營(yíng)養(yǎng)程度較高環(huán)境中生長(zhǎng)的甲藻門種類的豐度增加, 且在豐、枯水期均能形成優(yōu)勢(shì)種, 也從另一個(gè)側(cè)面說明沙田水庫(kù)浮游植物群落演替與水體的富營(yíng)養(yǎng)化程度加劇有關(guān)。沙田水庫(kù)2000年豐、枯水期的浮游植物豐度分別為7.84×105cell·L-1和1.31×106cell·L-1[6](與龍思思等[7], 胡韌等[9]研究結(jié)果圖中的數(shù)值相似), 與 2009年相比, 豐水期差異較小(2009年均值為8.36×105cell·L-1), 而枯水期差異相對(duì)較大(2009年均值為3.60×105cell·L-1), 推測(cè)可能是因?yàn)楦邷貤l件下(豐水期)的全球氣候變暖產(chǎn)生的升溫幅度相對(duì)較低, 從而使得攝食者對(duì)浮游植物的下行控制(top-down control)效應(yīng)[24]增強(qiáng)程度弱于較低溫度下(枯水期)的升溫影響所致, 這尚待進(jìn)一步的研究證實(shí)。
綜上所述, 2000年和2009年沙田水庫(kù)浮游植物群落無論在物種豐富度、優(yōu)勢(shì)種及其構(gòu)成、豐度及其構(gòu)成等方面均存在明顯的差異, 表明近10年時(shí)間內(nèi)沙田水庫(kù)的浮游植物群落產(chǎn)生了演替: 種類組成由綠藻型更替為綠-硅藻型; 豐度組成由藍(lán)-綠藻型更替為藍(lán)-綠-甲藻型; 清潔水體的優(yōu)勢(shì)種消失/減少, 而耐污種類的優(yōu)勢(shì)種增加, 其中綠藻優(yōu)勢(shì)種存在向小型、單細(xì)胞種類更替的趨勢(shì)。
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Characteristics and succession of phytoplankton community in Shatian Reservoir, Huizhou
PAN Hong1,2, YANG Yang2*, TANG Yuhong3
1. School of Public Health, Zunyi Medical College, Zunyi 563000, China 2. Institute of Hydrobiology, Jinan University, Guangzhou 510632, China 3. School of Management, Zunyi Medical College, Zunyi 563000, China
The samples of phytoplankton from 4 sites of Shatian Reservoir, Huizhou were collected in wet (July) and dry (December) periods of 2009. A total of 58 species and subspecies of phytoplankton were identified, belonging to 7 Phyla, 8 Classes, 18 Orders, 31 Families and 46 Genera. The,,andwere appeared in wet and dry periods as the dominant species. The,,andwere appeared in wet period as the dominant species. Theandwere appeared in dry period as the dominant species. The abundances in the wet and dry periods were (8.36±1.37)×105cell·L-1and(3.60±1.81)×105cell·L-1, respectively. The biovolume in the wet and dry periods was 1.34±0.55 mm3·L-1and 0.43±0.43 mm3·L-1, respectively. The range of Shannon-Weaver index was from 1.25 to 2.75. The water quality was moderate eutrophic and eutrophic level in wet and dry periods of Shatian Reservoir, respectively. Compared with the data of 2000, the species composition of Chlorophyta type was replaced by Chloro-Bacilariophyta type, and the abundance composition of Cyano-Chlorophyta type was replaced by Chloro-Cyano-Dinophyta type. The dominant species of clean water were disappeared or decreased, while the pollution tolerant species as dominant species. The dominant species of Chlorophyta had replaced tendency by smaller and unicellular species.
phytoplankton; community structure; succession; Shatian reservoir
10.14108/j.cnki.1008-8873.2018.04.019
Q145
A
1008-8873(2018)04-154-06
2017-08-24;
2017-10-01
廣東省聯(lián)合基金(U1501235)資助
潘鴻(1975—), 男, 貴州遵義人, 博士, 副教授, 主要從事藻類學(xué)、生態(tài)學(xué)、環(huán)境衛(wèi)生學(xué)研究, E-mail: ph-tian999@163.com
楊揚(yáng), 女, 博士, 教授, 主要從事環(huán)境工程, 環(huán)境生態(tài)修復(fù)研究, Email: yangyang@scies.org
潘鴻, 楊揚(yáng), 唐宇宏, 等. 惠州沙田水庫(kù)浮游植物群落特征及演替研究[J]. 生態(tài)科學(xué), 2018, 37(4): 154-159.
PAN Hong, YANG Yang, TANG Yuhong, et al. Characteristics and succession of phytoplankton community in Shatian Reservoir, Huizhou[J]. Ecological Science, 2018, 37(4): 154-159.