遵義市兩種行道樹樹皮著生藻類物種多樣性及其群落特征研究

潘 鴻,周家銳,田坤明,曾 嶸

(遵義醫(yī)科大學(xué) 公共衛(wèi)生學(xué)院,貴州 遵義 563000)

0 引言

樹皮著生藻類 (corticolous algae)著生于陸生高等植物樹皮表面，屬陸生藻類中典型的氣生藻類類群。因完全暴露于空氣介質(zhì)中，臭氧、PM10等大氣污染物對樹皮著生藻類生長發(fā)育具有一定的影響，某些特定種類對不同污染物耐受程度差異[1]使得將其作為大氣污染監(jiān)測的生物學(xué)指標(biāo)具有一定的可行性。然而，目前國內(nèi)外的樹皮著生藻類研究主要集中在物種多樣性編目及區(qū)系分布[2-14]等方面；對于樹皮著生藻類與環(huán)境或微生境因素(如光照、溫度和濕度、大氣污染物，樹皮粗糙程度、樹干徑流pH等)關(guān)系研究[1,15-17]報道極少，其研究有待深入開展。另外，地理位置和氣候特征不同而導(dǎo)致的藻類物種地理分布區(qū)系差異[2-14]也使得Freystein等[1]提出的關(guān)于大氣污染指示作用的樹皮著生藻類研究結(jié)果在應(yīng)用與推廣方面存在較大的局限性。

行道樹作為栽種于道路兩側(cè)用于分割車帶、誘導(dǎo)交通、降噪除塵、美化環(huán)境及調(diào)節(jié)城市小氣候的城市景觀植物，其樹皮表面著生的藻類植物可能會受汽車尾氣(光化學(xué)反應(yīng)后產(chǎn)生臭氧)、大氣揚塵(不同粒徑的懸浮顆粒物)等大氣污染物影響而呈現(xiàn)出不同的耐受性[1]，從而使得樹皮著生藻類群落可能形成與之響應(yīng)的物種多樣性特征及群落結(jié)構(gòu)特征。為此，本研究以遵義市主城區(qū)城市主干道的行道樹樹皮著生藻類為研究對象，調(diào)查其物種多樣性，并分析群落結(jié)構(gòu)特征，以期為樹皮著生藻類區(qū)系研究、物種多樣性及群落結(jié)構(gòu)研究、與環(huán)境/微生境關(guān)系研究以及大氣污染生物學(xué)監(jiān)測研究等積累基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和資料。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

遵義市主城，地理坐標(biāo)：27°38′～27°44′N、106°52′～106°58′E，屬中亞熱帶高原濕潤季風(fēng)區(qū)。2017年平均氣溫為16.3 ℃，平均最高氣溫為20.6 ℃，平均最低氣溫為11.7 ℃；總降水量為13 486.2 mm，年均相對濕度為79.7%[18]。湘江河為主城區(qū)內(nèi)主要城市河流，交通干道沿湘江河兩岸分布，行道樹種豐富。

1.2 樣品采集及保存

2017年12月，沿湘江河設(shè)置二球懸鈴木(PlatanusacerifoliaWilld. )和香樟(Cinnamomumcamphora(L.) Presl.) 2種行道樹分布集中區(qū)域各3處采樣點，采樣點間隔約1.0～1.5 km；每個采樣點隨機選擇胸徑>20 cm的同一種行道樹3株，在距地1.5 m處面向(向水側(cè))和背離(背水側(cè))湘江河的樹干表面分別采集樹皮著生藻類樣品。定性樣品用小刀截取面積約2.0 cm × 2.0 cm的樹皮(從韌皮部處剝離)置于盛有朱氏10號培養(yǎng)基的標(biāo)本瓶中保存。定量樣品取樣處正上方5 cm范圍內(nèi)采集面積為1 cm2的樹皮放入無菌袋中，在室內(nèi)以無菌刷分離藻類并用固定液(甲醛、丙三醇和水以體積比1∶1∶8)定容至30 mL保存作為定量樣品。

1.3 定性及定量分析

定性樣品在室內(nèi)置于無菌培養(yǎng)皿中常溫培養(yǎng)7 d后，以手術(shù)刀片刮取樹皮表面藻類并置于加有1滴50%丙三醇載玻片上制作臨時裝片(每個樣品制作3～5張)；依據(jù)文獻描述特征[19-23]結(jié)合顯微鏡(OLYMPUS，CX31)下觀察結(jié)果對樹皮著生藻類種類進行鑒定。

定量樣品搖勻后吸取0.1 mL置于20 mm × 20 mm的計數(shù)框內(nèi)，參照文獻[24]方法對藻類細(xì)胞數(shù)進行計數(shù)；同一樣品計數(shù)至少3次，取細(xì)胞數(shù)在±15%以內(nèi)的3片計數(shù)結(jié)果計算藻類密度(新檢出種類納入定性統(tǒng)計結(jié)果)。

1.4 優(yōu)勢種及多樣性指數(shù)

Mcnaughton優(yōu)勢度值(Yi)和Shannon-Weaver 多樣性指數(shù)(H′)參照文獻[24]中公式計算，式中的fi，Ni和N分別為i物種出現(xiàn)的頻率(定量樣品計數(shù)出現(xiàn)的裝片數(shù)/總裝片數(shù))、i物種的平均密度和總密度。本研究以Yi>0.10作樹皮著生藻類優(yōu)勢種判斷標(biāo)準(zhǔn)。

1.5 統(tǒng)計分析

采用SPSS 18.0軟件對樹皮著生藻類密度在不同朝向以及樹種間的差異顯著性進行單因素方差分析，檢驗水準(zhǔn)為α=0.05，P<0.05為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果與分析

2.1 種類組成及分布

由表1可見：室內(nèi)初步檢出樹皮著生藻類18種，分屬3門3綱7目11科14屬；種類組成以藍藻門最多，其次是綠藻，硅藻最少。由表2可見：二球懸鈴木和香樟樹皮上分別檢出15種和10種樹皮著生藻類，其中有7種藻類在2種樹皮上均有分布。

表1 行道樹樹皮著生藻類種類組成Tab.1 Composition of corticolous algae on the bark of street trees

表2 2種行道樹的樹皮著生藻類分布Tab.2 Distribution of corticolous algae among the two species of trees

注:“+”表示該物種在二球懸鈴木或/和樟樹樹皮上有分布。

2.2 樹皮著生藻類密度及優(yōu)勢種

由表3可見：樹皮著生藻類總密度為(1.05±0.17)×105cells·cm-2，其中藍藻、綠藻和硅藻分別為(9.42±1.34)×104cells·cm-2，(8.10±4.90)×103cells·cm-2和(2.78±1.86)×103cells·cm-2；樹皮著生藻類密度表現(xiàn)為香樟>二球懸鈴木，但均以藍藻占絕對優(yōu)勢(均>85%)；樹皮著生藻類密度在2樹種間的差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(F=29.534,P<0.001)；不同采樣朝向(向水側(cè)和背水側(cè))間的差異也具有統(tǒng)計學(xué)意義(F=6.882,P=0.013)，且表現(xiàn)為向水側(cè)>背水側(cè)。

表3 樹種及朝向的樹皮著生藻類密度分布(×105 cells·cm-2)Tab.3 Density distribution of corticolous algae on tree species and orientation(×105 cells·cm-2)

由表4可見：2種行道樹樹皮著生藻類優(yōu)勢種(Yi>0.10)均為藍藻門顆粒粘球藻(G.granosa)和點形粘球藻(G.punctata)，且不同朝向差異較小。

表4 優(yōu)勢種及Mcnaughton優(yōu)勢度值(Yi)Tab.4 Mcnaughton dominance value (Yi) of dominant species

2.3 多樣性指數(shù)

由表5可見：樹皮著生藻類的Shannon-Weaver多樣性指數(shù)(H′)為1.14，其中，背水側(cè)略高于向水側(cè)；香樟略高于二球懸鈴木。

表5 2種行道樹樹皮著生藻類群落的Shannon-Weaver指數(shù)Tab.5 Shannon-Weaver index (H’) of corticolous algae community on the 2 species of street trees

3 討論

相對海洋及淡水而言，陸生微生境中藻類很少受到植物學(xué)家的關(guān)注，對其多樣性及群落結(jié)構(gòu)知之甚少[16]。對于著生于樹皮這一特殊陸生微生境中的藻類多樣性及其群落結(jié)構(gòu)特征則所知更少。已有研究發(fā)現(xiàn)樹皮著生藻類的種類組成以藍、綠藻為主[2-17,25]；本研究結(jié)果顯示，遵義市2種行道樹的樹皮著生藻類也是以藍藻(50.00%)和綠藻(38.89%)為主。但不同樹種間，種類組成特征存在差異：二球懸鈴木的樹皮著生藻類種類組成為藍藻種類>綠藻種類，而樟樹的樹皮著生藻類種類組成為綠藻種類>藍藻種類。有研究[2-6]顯示樹皮著生藻類組成特征與本研究中二球懸鈴木相同；而Neustupa等[7-8,15-16]研究則顯示樹皮著生藻類組成特征與本研究中樟樹相同。本研究結(jié)果進一步證明了樹皮著生藻類的種類組成中藍藻種類>綠藻種類或者綠藻種類>藍藻種類都是存在的。

Neustupa等[8]研究結(jié)果顯示，不同生境中的相同樹種(紅木荷，Schimawallichii(DC) Korth)的樹皮著生藻類組成特征差異明顯，似乎提示樹皮藻類組成特征與樣品采集地的環(huán)境條件有關(guān)。然而，Neustupa等[8]研究結(jié)果中還顯示，相同環(huán)境條件中不同樹種的樹皮著生藻類組成特征并不完全一致；這可能與藻類著生的微生境(樹皮)條件中的光照、水分及pH等影響其生長發(fā)育的重要因素差異有關(guān)，因為Everhart等[26]研究發(fā)現(xiàn)，不同樹種的pH值、樹皮厚度及其吸水率存在差異；Neustupa等[16]研究也發(fā)現(xiàn)不同樹種的代表光照的開放天空比(Open sky proportion，OSP)也存在差異。在Neustupa等[8]研究結(jié)果中還顯示，相同環(huán)境條件中同一樹種(爪哇厚殼樹，EhretiajavanicaBL)的樹皮著生藻類種類組成卻極為相似；但在Neustupa等另外的研究[16]中卻顯示相同環(huán)境條件中同一樹種的樹皮粗糙程度相似(可能表明樹皮吸水率差異較小)，但采樣高度不同，其開放天空比(OSP)和pH不同；似乎提示水分可能是影響樹皮藻類物種組成特征的最為關(guān)鍵的因素，但這有待后續(xù)研究證實。另外，本研究檢出的藻類物種與其他研究[2-8,15]也存在較大差異，這可能與藻類的地理區(qū)系分布差異有關(guān)。

硅藻在樹皮著生藻類研究文獻中報道極少，可能因樹皮生境難以為硅藻生長提供所必須的硅元素所致。而遵義市主城區(qū)2種行道樹的樹皮上均檢出硅藻分布，可能是由于采樣點位于道路兩側(cè)，頻繁交通產(chǎn)生的大氣揚塵中含有少量的硅[27-30]，附著于樹干表面為硅藻生長提供條件，然而揚塵中的硅溶于水而被硅藻所吸收利用極少，因此，本研究檢出的硅藻細(xì)胞較小。Neustupa等[16]研究顯示：硅藻主要分布在采樣高度1.0～1.6 m之間的樹皮上，與此次研究采樣高度(1.5 m)相近，似乎表明樹皮硅藻的空間分布位置可能集中在這個范圍內(nèi)，但本研究未對樹干不同高度的樣品采集分析，而且采集的樹種相對較少，因此不確定硅藻在樹干上的這一空間分布特征是否具有普遍性，這有待后續(xù)研究的開展。

在Frestein等[1]研究中，細(xì)克里藻(K.subtile)和小球藻(C.vulgaris)對臭氧和顆粒物(PM10)耐受性較低。而本研究中，這2種藻類在二球懸鈴木和樟樹的樹皮上均檢出，似乎表明采樣區(qū)域大氣中臭氧和顆粒物較低。這與采樣區(qū)域交通繁忙，汽車行駛形成的大氣揚塵以及排放的尾氣較多的實際情況并不吻合，其原因有待進一步研究。

本研究中，樹皮著生藻類的藍藻密度[(9.42±1.34)×104cells·cm-2]遠高于綠藻[(8.10±4.90)×103cells·cm-2]，可能是由于藍藻中某些種類(如顆粒粘球藻和點形粘球藻)具有較強水分涵蓄能力的膠被，可為其細(xì)胞生長提供較長時間水分供給所致，故而此類藍藻在群落中常形成優(yōu)勢種。

盡管對采集時間相同，采樣高度及朝向、環(huán)境條件幾乎一致，但單因素方差分析結(jié)果卻顯示二球懸鈴木和樟樹的樹皮著生藻類密度差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。本研究中，二球懸鈴木為落葉喬木，樹皮較光滑且?。欢翗涑＞G喬木，樹皮粗糙且厚；其樹皮保水能力、開放天空比及樹干徑流的pH等可能存在差異[16,26]，進而影響樹皮著生藻類生長發(fā)育導(dǎo)致其密度差異顯著。但本研究未對2種行道樹樹皮吸水率、光照及樹干徑流pH等進行測量，這有待后續(xù)研究給予完善和補充。相同樹種不同朝向的樹皮著生藻類樹皮著生藻類密度差異也具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，表現(xiàn)為向水側(cè)高于背水側(cè)，則可能是因為樹干向水側(cè)對河水蒸發(fā)形成的水蒸氣攔截致使樹皮濕度高于背水側(cè)，為藻類提供了更好的生長條件所致；然而本研究并未對兩側(cè)的空氣濕度進行測量，這也有待后續(xù)研究給予完善和補充。藻類植物對環(huán)境變化響應(yīng)迅速，因此，描述其群落結(jié)構(gòu)特征的多樣性指數(shù)常作為環(huán)境質(zhì)量評價的生物學(xué)指標(biāo)。其中，Shannon-Weaver指數(shù)[30]也常寫為Shannon-Wiener指數(shù)[31-34]，是最為常用的水質(zhì)評價指標(biāo)[31-35]?；跇淦ぶ孱悢?shù)據(jù)計算的Shannon-Weaver多樣性指數(shù)(H′)在不同樹種和整體之間的差異較小，在1.10～1.40之間，似乎表明該指數(shù)可作為空氣質(zhì)量評價指標(biāo)。然而，本研究缺少與空氣質(zhì)量較好區(qū)域的樹皮著生藻類數(shù)據(jù)進行對比分析、調(diào)查的行道樹樹種也較少；相同樹種不同采樣朝向間有一定的差異(見表5)。因此，基于樹皮著生藻類的空氣質(zhì)量評價指標(biāo)體系構(gòu)建在方法學(xué)方面的研究尚待進一步開展。