不同水文條件下光養生物膜藻類對氮、磷營養鹽的響應

摘要：揭示生物膜藻類對河流水體流態與營養鹽的響應，為河流生物膜藻類研究及生物多樣性保護提供依據。在微型跑道池模擬流水（0.5 m/s）和靜水（0 m/s）條件的基礎上，通過設置不同濃度氮（1.51、2.51 和5.51 mg/L）、磷（0.1、0.2 和0.4 mg/L）及氮磷比（8、16 和32）環境培養野外采集的原位生物膜并鋪設人工基質，探究流速差異和營養濃度對河流光養生物膜藻類物種組成及密度的影響。非度量多維排序（NMDS）分析結果表明，無論流速還是非流速環境下，原位和建群生物膜藻類群落在不同氮、磷和氮磷比環境中均呈現明顯分離（Plt;0.001），且建群生物膜中各分組藻類群落具有更明顯的差異。雙因素方差分析結果表明，磷與流速單一及交互效應顯著影響藻類的生長及建群（Plt;0.001）；而氮處理中，氮與流速的交互效應僅對建群生物膜藻類影響顯著（Plt;0.001）。同時，還發現生物膜中硅藻、藍藻和綠藻的生長對營養鹽與流速變化的響應并不一致，其中非流速-高氮、磷營養鹽更適宜于藍藻和綠藻的生長。總之，差異流速和氮、磷濃度變化影響了光養生物膜藻類的響應模式，且建群初期的生物膜藻類對外界環境變化敏感。

關鍵詞：流速差異；氮磷濃度；氮磷比；光養生物膜；藻類

中圖分類號：Q948 文獻標志碼：A 文章編號：1674-3075（2024）03-0094-09

光養生物膜（phototrophic biofilms）是指生物膜中能夠進行光合作用的部分，由真核藻類和藍藻主導（Lock et al，1984），廣泛存在于任何有光照的水生態系統中并形成幾微米到幾厘米厚的藻墊。它們是重要的初級生產者，吸收水體無機營養鹽并通過光合作用積累有機物，為消費者提供了優質的食物來源進而參與生物地球化學循環（Battin et al，2016；Palmer et al，2019）。

研究表明，光養生物膜中藻類多樣性高（吳乃成等，2009），而且部分類群（如硅藻）對環境變化非常敏感，因而被廣泛用于河流、湖泊水環境監測及生態健康評價（Leland et al，2000；Wu et al，2017）。尤其在河流生態系統中，光養生物膜易受水流間斷、河流改道和筑壩蓄水的干擾，致使其中藻類的物種組成、豐度及多樣性發生顯著變化（Palmer et al，2019）。一項對地中海間歇性河網中光養生物膜藻類的調查發現水流中斷加劇了藻類異質性，其中流水生境藍藻占據優勢，靜水中綠藻為主（Witteveen et al，2020）；賈興煥等（2009）對古夫河為期3 年的監測發現，被大壩改變的水文流態是導致河流底棲藻類群落差異的根本因素。除此之外，氮（N）、磷（P）作為藻類生長的主要限制性營養元素（Dodds et al，2002），其可用性影響生物膜的初級生產（Lyon et al，2009），同時也被認為是驅動河流生物膜藻類群落構建和生物量積累的必要條件（ 張莉等，2017；李雙雙等，2020）。通常，河流水文狀態的改變不同程度地造成水體營養鹽淤積或沉降，如低流速條件有利于氮、磷營養鹽的截留（陳月等，2008）。而在我國北方間歇性河流水流狀態的差異導致水體氮、磷呈明顯的空間分布特征，進而導致河流棲息環境的異質性增加（金鑫等，2016）。近期，Neif 等（2017）發現水文狀態與氮、磷的富集及懸沙沉降對生物膜藻類及特性具有疊加效應，但該研究并未明確具體類群如藍藻、綠藻和硅藻的響應模式。因此，本研究模擬流速分異條件與N、P 營養鹽的耦合作用對光養生物膜藻類物種組成及密度積累的影響，旨在揭示生物膜藻類對河流水體流態與營養鹽的響應，進而為河流生物膜藻類研究及生物多樣性保護提供現實依據。