襄陽漢江國家濕地公園浮游植物群落結構特征及其影響因素

李紅海,米武娟,趙重宇,畢永紅,馮德金,孔紅霞,宋高飛

(中國科學院 淡水生態與生物技術國家重點實驗室; 水生生物研究所,武漢 430072)

浮游植物是水域生態系統中最主要的初級生產者,啟動了水域生態系統的食物網,同時也是水環境變化的直接響應者,其物種組成、群落結構和豐度的變化是反映水體生態系統的重要指標［3］.研究表明,浮游植物群落結構與營養鹽、溫度、光照、水動力等條件密切相關,受多種因子的共同調控［4-6］.目前關于漢江襄陽河段的研究主要集中在水質、污染物方面,部分對漢江中下游水域的研究涉及漢江襄陽河段的某個點的水生生物［1-2,7-8］.本文首次詳細研究了漢江襄陽城區段襄陽漢江國家濕地公園不同水文期水體浮游植物群落的時空特征,基于多元統計分析揭示不同水文時期影響襄陽漢江國家濕地公園水域浮游植物群落結構的主要環境因素,以期為襄陽漢江國家濕地公園及漢江中下游環境管理提供決策支持.

1 材料與方法

1.1 研究區域概況

襄陽漢江國家濕地公園當年11月至來年4月為枯水期,5月至10月為豐水期,于2021年3月(枯水期)和6月(豐水期)分別對襄陽漢江國家濕地公園進行了采樣調查.從漢江四橋至崔家營大壩共設置16個采樣點(圖1),采樣點依次命名為S1～S16.

1.2 水樣采集與分析

1.3 浮游植物樣品采集與分析

定性樣品通過25#浮游生物網采集,采用體積分數4%甲醛溶液固定.定量樣品通過現場采集1 000 mL水樣裝于塑料樣品瓶中,用魯哥氏液固定保存,靜置48 h,通過虹吸作用抽去多余的上清液,經沉淀后定容至30 mL.充分震蕩混勻,吸取0.1 mL滴到浮游植物計數框上,隨后用正置顯微鏡(Olympus CX21,Japan)在400倍下進行鑒定與計數,浮游植物鑒定參考文獻［9-10］.

1.4 數據分析與統計

1.4.1多樣性指數計算

采用物種豐富度、香農-維納多樣性指數、均勻性指數對浮游植物群落多樣性進行分析評價,利用Past version 2.17［11］計算各樣本物種的多樣性指數［12］.

1.4.2統計分析

在進行統計學分析前,除pH外其他環境因子及物種矩陣均經過lg(x+1)轉換及其標準化,在進行環境因子與物種的相關分析時,所有因子都進行了共線性檢測.

歐文隨后打電話報警，大約10名警察隨即趕到利夫西家，試圖逮捕這名退役四星上將。一個生活在社會底層的體力勞動者，敢于向警方舉報一位赫赫有名的四星上將，警方會受理嗎？

利用主坐標分析(PCoA)對浮游植物群落組成進行相似性分析;利用相似性分析(ANOSIM)對不同類群浮游植物群落結構進行差異顯著性檢驗;利用Mantel test 檢驗對物種組成與環境因子做相關性分析.其他相關分析和作圖在R環境下完成(version 3.6.2,https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/CRAN/),用到的程序包有vegan、reshape2、ggplot2、tidyverse、corrplot、readxl.

2 結 果

2.1 環境因子的變化

2.2 浮游植物群落

2.2.1浮游植物組成及密度

襄陽漢江國家濕地公園共鑒定浮游植物8門61屬75種,其中綠藻物種種類最多,有23種,硅藻次之,為16種,藍藻9種,隱藻、裸藻、甲藻、金藻、黃藻較少(圖3).浮游植物細胞密度的變化范圍為1.43×105～1.44×107L-1.

其中枯水期共鑒定浮游植物49種,綠藻種類最多,有18種,硅藻16種,藍藻5種,隱藻、裸藻、甲藻、金藻、黃藻共10種;細胞密度變化范圍為3.77×105～3.24×106L-1,平均值為1.11×106L-1.豐水期共鑒定浮游植物69種,綠藻26種,硅藻19種,藍藻9種,隱藻、裸藻、甲藻、金藻、黃藻共15種;細胞密度變化范圍為1.43×105～1.44×107L-1,平均值為3.79×106L-1.枯水期相對豐水期密度較低,但無顯著差異(F=3.28,P>0.05).襄陽漢江國家濕地公園浮游植物密度最小值和最大值均出現在豐水期,其中豐水期S13～S16采樣點浮游植物細胞密度遠高于其他位點.

2.2.2浮游植物優勢種

襄陽漢江國家濕地公園浮游植物枯水期以硅藻、隱藻和金藻占優勢,枯水期優勢種為5個,分別為小環藻(Cyclotellasp.)、針桿藻(Synedrasp.)、隱藻(Cryptomonassp.)、斜結隱藻(Plagioselmissp.)、小金色藻(Chrysochromulinaparva);豐水期以硅藻、藍藻占優勢;豐水期優勢種有7個,分別為小環藻(Cyclotellasp.)、針桿藻(Synedrasp.)、直鏈藻(Melosirasp.)、微囊藻(Microcystissp.)、微小平裂藻(Merismopediatenuissima)、浮絲藻(Planktothrixsp.)、束絲藻(Aphanizomenonsp.)(分別見附表Ⅱ加粗部分).

2.2.3浮游植物α多樣性指數

浮游植物α多樣性指數包括物種豐富度、Shannon-Wiener指數和均勻性指數,如圖4所示.襄陽漢江國家濕地公園枯水期和豐水期物種數分別在9～28和7～38之間,豐水期高于枯水期,兩者差異顯著(F=4.271,P=0.046);Shannon-Wiener指數范圍分別在0.65～2.22和1.36～2.60之間,豐水期高于枯水期,兩者差異極顯著(F=25.736,P=0.000);均勻度分別在0.17～0.51和0.24～0.65之間,豐水期高于枯水期,兩者差異極顯著(F=20.724,P=0.000).

2.3 浮游植物群落與環境因子的關系

基于Bray-Curtis距離的PCoA分析研究了枯水期和豐水期襄陽漢江國家濕地公園浮游植物群落的差異(圖5).前兩軸分別解釋了浮游植物群落中37.59%和14.87%的總變異.此外,ANOSIM分析顯示,不同水文期對浮游植物群落組成差異顯著(R=0.322,P=0.001).

3 討 論

3.1 襄陽漢江國家濕地公園不同水文時期浮游植物群落結構特征

在調查期間,襄陽漢江國家濕地公園在枯水期和豐水期均以硅藻為優勢,原因可能是本研究中枯水期和豐水期的大部分位點的水溫都低于20 ℃,溫度較低時硅藻、隱藻會成為主要的優勢類群,而綠藻、藍藻較硅藻更適宜高溫環境［14］.襄陽漢江國家濕地公園在崔家營航電樞紐工程正式運行后基本形成水庫型河流,由于人為調蓄作用并沒有豐水期水位上漲及枯水期退水現象,也沒有非常明顯的水質類別變動［7］.加之溫度變化幅度較小,因此豐水期細胞密度高于枯水期,但無顯著差異.枯水期和豐水期襄陽漢江國家濕地公園雖然沒有明顯的水位改變,但由于降雨、地表徑流、支流匯入等作用卻在一定程度上引起了營養物質交換和改變［2］,使得浮游植物群落組成差異顯著,優勢類群在豐水期和枯水期僅有小環藻和針桿藻這2種是共有物種,可見優勢種的季節變化非常顯著.

3.2 環境因子對浮游植物群落結構的影響

襄陽漢江國家濕地公園水體與入河支流形成了復雜的水庫型河流生態系統,進而受各種水文與理化環境因素的影響,導致浮游植物的群落結構在豐水期和枯水期差異顯著.

枯水期的主要影響因子包括高錳酸鹽指數、水溫、碳含量等.C和P作為浮游植物的基礎元素,是植物生長所必需的.枯水期浮游植物群落組成與TC及IC具有顯著相關性,這與已有報道一致［16］.較高的養分適宜小金色藻等喜高有機質含量的物種生長［15］,因此,枯水期的優勢種除硅藻外主要為隱藻、小金色藻.

豐水期的氮含量、正磷酸鹽、水溫、透明度是驅動豐水期浮游植物群落生態分布的主要環境因素.營養物質是浮游植物生長繁殖所必需的,浮游植物通過大量吸收水體中N、P等營養物質使其迅速增殖.且不同的物種和功能群對不同營養鹽的吸收率和敏感性不同,不同的營養條件下產生不同的優勢種和功能群［17-18］.襄陽漢江國家濕地公園水體在與小清河、唐白河交匯后N、P含量迅速增加,導致浮游植物密度急劇上升,優勢種為藍藻,其他樣點優勢種為硅藻.豐水期水位波動以及低透明度等條件會影響浮游植物生長并直接增加浮游動物的攝食壓力,從而直接或間接影響浮游植物的群落結構.

4 結 論

(1)襄陽漢江國家濕地公園枯水期共鑒定浮游植物49種,豐水期共鑒定浮游植物69種,在不同水文期均以硅藻門為主.(2)浮游植物群落結構在不同水文期差異顯著,枯水期較豐水期密度低.(3)高錳酸鹽指數、水溫、總碳含量是影響枯水期浮游植物群落結構的主要環境因素,氮含量、正磷酸鹽、水溫、透明度是驅動豐水期浮游植物群落生態分布的主要環境因素.

附 錄

附表Ⅰ、Ⅱ見電子版(DOI:10.16366/j.cnki.1000-2367.2023.05.014).