淮南礦區小型煤礦塌陷湖泊浮游植物群落結構特征

徐 鑫易齊濤, 2王曉萌章 磊謝 凱

(1. 安徽理工大學地球與環境學院, 淮南 232001; 2. 中國科學院生態環境研究中心, 北京 100085; 3. 安徽理工大學理學院,淮南 232001)

淮南礦區小型煤礦塌陷湖泊浮游植物群落結構特征

徐 鑫1易齊濤1, 2王曉萌1章 磊1謝 凱3

(1. 安徽理工大學地球與環境學院, 淮南 232001; 2. 中國科學院生態環境研究中心, 北京 100085; 3. 安徽理工大學理學院,淮南 232001)

在淮南潘謝礦區內設置3個水文生態環境條件差異較大的小型煤礦塌陷湖泊研究站點, 即潘謝潘集站(PXPJ)、潘謝顧橋站 (PXGQ)和潘謝謝橋站(PXXQ), 于2013—2014年4個季度分別對塌陷湖泊的浮游植物結構組成特征及其水生態環境因子的關系進行了分析。3個小型塌陷湖泊共鑒定出浮游植物7門9綱18目34科70屬131種, 浮游植物種類主要由藍藻、綠藻和硅藻組成。其中綠藻門種類最多, 共59種, 占浮游植物總種數45.0%; 其次是藍藻, 總共24種, 占浮游植物總種數18.3%; 硅藻22種, 占浮游植物總種數16.8%。從各門類藻細胞密度的百分比看, PXPJ站點以綠藻、硅藻和隱藻為主, 范圍77.5%—90.5%; PXGQ站點藍藻在夏秋季數量上均占據絕對優勢, 分別占藻類總細胞密度的61.5%和46.2%; PXXQ站點隱藻在春季為絕對優勢類群, 在總細胞密度中占的比率為94.6%, 夏秋以藍藻為主, 分別為74.7%和81.8%。3個湖泊由于水文生態環境條件的不同, 浮游植物豐度、多樣性和均勻度體現出了一定的差異。典范對應分析(CCA)表明, 光照、水溫和營養鹽含量與比率(TN/TP)是影響塌陷湖泊浮游植物群落結構的重要環境因子。

采煤沉陷區; 塌陷湖; 浮游植物; 典范對應分析; 水環境因子

受礦區水文地質條件和生態環境條件等因素制約, 各分礦區煤礦塌陷湖泊水文情勢、污染負荷模式存在較大不同, 加上水域利用方式等方面的影響, 不同類型塌陷湖泊水質狀態和生態系統響應程度也將出現顯著差別。從區域尺度來看, 小型塌陷湖泊與礦區水文生態環境密切相關, 各分礦區水文情勢、生態環境與人為活動等相關特征很大程度將會在區內湖泊生態系統中得以體現, 湖泊生態系統的結構與功能表征、其對水體富營養化進程響應過程和機制及相關生態環境效應, 是礦區生態環境重建、恢復及評價理論中面臨的重要科學問題。相關研究表明, 塌陷湖泊富營養化起點高, 人為活動能在較短時間尺度內加快塌陷湖泊富營養化進程[2], 不同營養狀態塌陷湖泊內浮游生物群落結構組成、季節動態及演替過程也具有顯著的區別[3—5]。淮南煤礦近二十年來大規模持續開始使得區域地形地貌和水文生態條件發生了重要改變, 作為生態系統重要的組成部分, 浮游植物是生態系統的初級生產者和食物網的起點, 也是生態系統生物與環境因子作用的第一個重要界面, 其群落結構組成和演替規律對區域生態環境特征具有重要的指示作用, 同時對生態系統營養結構和功能起著基礎性的調控作用, 因此對浮游植物群落結構與環境因子相互關系在水環境生態學研究方面具有十分重要的基礎意義[6]。本研究將對淮南礦區3種類型的塌陷湖泊浮游植物群落結構與生態環境因子相互關系進行研究, 以期為深入理解這一特殊的水生態系統結構與功能提供基礎資料, 同時為區域生態環境重建與保護對策提供相關的理論依據。

1 材料與方法

1.1 研究區域概況與湖泊站點設置

選取潘謝礦區內塌陷湖泊為研究對象, 潘謝礦

區也是淮南煤礦基地中沉陷面積積水最為集中的區域, 其位于安徽省淮河北岸的沖擊平原, 地理坐標為東經 116°18′32″—?116°57′05″, 北緯 32°42′23″—32°55′38″, 礦區東西長近58 km, 南北寬6—?25 km,面積約865 km2。礦區內地表水系較為發達, 天然河道有西淝河、港河、黑河、濟河、泥河和架河, 人工河道有永辛河, 均由西北向東南流入淮河。分別在礦區潘謝東部的潘集(PJ)礦區、中部的顧橋(GQ)礦區和西部的謝橋(XQ)內各選1個小型塌陷湖泊為研究對象進行相關研究(圖1)。

圖1 淮南潘謝礦區沉陷積水區及研究湖泊站點分布Fig. 1 The distributions of the subsidence areas and studied sites around Panxie coal mine areas

3個小型塌陷湖泊沉陷積水歷史及水文條件存在較大差異, 其中潘謝潘集(PXPJ)湖泊位于潘集礦區西北側, 水域面積約3.5 km2, 平均水深4.4 m, 形成時間超過20年, 與流經礦區的河流泥河常年相通;潘謝顧橋(PXGQ)站點位于顧橋礦西北側, 其水域面積約 4.0 km2, 平均水深超過 4.0 m, 形成時間5—6年, 水體較為封閉(無入湖河流); 潘謝謝橋(PXXQ)站點位于謝橋礦西北側沉陷區內, 水域面積約 3.0 km2, 平均水深 4.5 m, 湖泊年齡約 15年,其通過節制閘與其南邊的濟河聯通, 在汛期接納濟河季節性引水。3個塌陷湖泊均為失地農民所利用進行漁業活動, 主要投放易于捕獲的鰱及少量鳙,但是沒有行餌料和肥料的施加, 屬于粗放式管理,根據漁民走訪調查及初級生產力估算, 年均漁產量約為(1.5—3)×104kg/km2。

1.2 水質、浮游植物采樣與分析

于2013—2014年分別對PXPJ、PXGQ和PXXQ 3個湖泊進行了春、夏、秋、冬 4個季度進行采樣和分析, 在每個塌陷湖泊設置 7—9個水質采樣點,用有機玻璃采水器采取表層水樣。水質調查及分析的指標包括: 水溫(T)、透明度(SD)、電導率(EC)、pH、溶解氧(DO)、堿度(ALK)、總懸浮顆粒物(TSS)、化學需氧量(CODcr)、總氮(TN)、總磷(TP)、葉綠素a(Chl.a)。水溫、pH、DO用pH計(YIS pH100)和熔氧儀(DO200)現場測定, 透明度用賽氏盤測定。水質分析方法主要參照相關國家標準進行[7], ALK用酸堿指示劑滴定法測定, EC用電導率儀測定, TN用堿性過硫酸鉀消解-紫外分光光度法測定, TP用過硫酸鉀消解-鉬酸銨分光光度法測定, COD采用重鉻酸鉀法, Chl.a用分子熒光法分析測定。

在每個湖的湖心周圍設置3個浮游植物采樣點,并分別鑒定樣品, 浮游植物定性樣品采集用25# (網孔直徑 64 μm)浮游生物網在水體表層中以“∞”字型來回撈取, 加魯哥氏液固定, 部分樣品作活體觀察,用于鑒定種類[8]。對于定量樣品, 用5.0 L采水器根據水深在上、中、下層采取進行混合, 然后裝入1000 mL的采集瓶, 現場加入15 mL魯哥氏液固定,帶入實驗室沉淀48h并濃縮至50 mL。計數前搖勻后取0.1 mL在20 mm×20 mm的計數框內鑒定和計數, 計數方法采用視野法, 一般至少100個視野, 如果數量太少, 則需要增加視野到 200個以上, 對于群體性藻類如銅綠微囊藻(Microcystis aeruginosa Kützing)等, 以個體數計數, 具體參照章宗涉和黃祥飛[9]相關研究方法。

1.3 數據分析方法

運用浮游植物優勢種的優勢度(Y)和 Jaccard相似性指數(X)[10]、Shannon-Wiener多樣性指數(D)、Pielou均勻度指數(J)對塌陷湖泊浮游植物群落結構進行分析評價, 各項指數計算公式如下:

式中, X為相似性指數、D為多樣性指數、J為均勻度指數、Y為優勢度指數; ni為各站點i物種的個數、N為各站點浮游植物總個數、fi為i物種在各站位中出現的頻率、S為站位中浮游植物總種數; a為站位A中出現的浮游植物種類數、b為站位 B中出現的浮游植物種類數, c為站位A和站位B中都出現的浮游植物種類數。

采用Canoco 4.5軟件對對浮游植物的物種先進行去趨勢對應分析(Detrended Correspondence Analysis, DCA)以檢驗其第一軸的梯度長, 其結果為3.013, 進行典范對應分析(Canonical Correspondence Analysis, CCA), 通過蒙特卡羅置換檢驗(Monte Carlo Permutation test)對環境變量進行自動篩選。篩選出相對豐度至少在一個站點＞2%且各站點出現的頻度＞50%的種類進行排序, 將浮游植物豐度值和理化數據進行lg(x+1)轉換, 使數據趨于正態分布, 作出物種與環境因子的雙序圖[11—13]。此外,采用SPSS 16.0軟件對不同湖泊站點及不同季節內營養鹽濃度及浮游植物密度等數據進行均值比較從而分析差異的顯著性。

2 結果

2.1 三個塌陷湖泊水質特征分析

3個湖泊水體 4個季度調查期間溫度范圍在5.7—32.0 , pH℃ 在7.68—9.18, 為弱堿性水體(表1)。各水體 Chl.a濃度較高, 體現了富營養湖泊的典型特征。PXPJ站點 TP濃度季節變化范圍為 0.085—0.120 mg/L, TN濃度季節范圍為 0.79—2.08 mg/L, 而Chl.a濃度范圍則為8.5—40.8 mg/m3; PXGQ站點TP、TN和Chl.a濃度季節變化范圍分別為0.038—0.14 mg/L、0.63—1.44 mg/L和12.2—38.7 mg/m3; PXGQ TP濃度季節變化范圍為0.010—0.076 mg/L, 而 TN 濃度相對較高, 季節變化范圍為 1.73—5.37 mg/L, 特別是在春季夏季從濟河引水帶來了豐富的營養元素, 使得Chl.a濃度高達60 mg/m3以上。從4個季度濃度均值來看, PXPJ的TP濃度顯著高于PXGQ和PXXQ站點, 而TN濃度大小則是PXXQ 和PXPJ顯著高于PXGQ。

2.2 浮游植物種類組成

3個塌陷湖泊 4個季度調查期間總共觀察到浮游植物共計7門9綱18目34科70屬131種, 其中綠藻門種類最多, 共 59種, 占浮游植物總種數45.0%; 其次是藍藻, 總共 24種, 占浮游植物總種數18.3%; 硅藻22種, 占浮游植物總種數16.8%; 裸藻14種, 占浮游植物總種數10.7%; 甲藻7種, 占浮游植物總種數5.3%, 隱藻3種, 占浮游植物總種數2.3%, 金藻2種, 占浮游植物總種數1.5%(圖2)。其中PXPJ和PXGQ這2個湖泊水體4個季度浮游植物種類數變化一致, 即夏季＞秋季＞春季＞冬季, PXXQ站點春季調查期間可能由于高營養鹽濃度河水(濟河)的引入, 使得湖泊內浮游植物種數減少,遠低于其他季節或站點。從浮游植物門類上看, 3個湖泊 4個季度都是綠藻門種類最多, 尤其是夏季和秋季, 3個站點綠藻門、藍藻門和硅藻門類物種占到觀察到物種總數的80%以上。

3個研究湖泊內4個季節浮游植物優勢種如表2所示, 其中PXPJ站點4個季度的第1優勢種分別為春季具尾藍隱藻(Chroomonas caudata Geitler), 優勢度Y=0.15, 夏秋冬為鏈形小環藻(Cyclotella catenata (Brun) Bach.), 優勢度分別為 0.19、0.19和 0.22;

表1 淮南潘謝采煤沉陷區內3個小型塌陷湖泊水質指標Tab. 1 Water quality of the three subside small lakes around Huainan Panxie coal mine areas

圖2 研究區內3個小型塌陷湖泊不同季節浮游植物的種類分布Fig. 2 Seasonal distributions of phytoplankton taxa in the three subsided lakes

PXGQ站春夏秋季第 1優勢種分別為偽魚腥藻(Pseudanabaena sp.), 優勢度分別為 0.31、0.38和0.23, 冬季為鏈形小環藻, 優勢度 0.16; PXXQ第 1優勢種在春季為具尾藍隱藻, 優勢度 Y=0.71, 夏秋季為偽魚腥藻, 優勢度為 0.57和 0.44, 冬季為鏈形小環藻, 優勢度0.23; 在藍藻門中, 3個湖泊站點偽魚腥藻和銅綠微囊藻(Microcystis aeruginosa Kützing)作為優勢種在不同季節出現頻率較高, 綠藻門中 小 球 藻 屬 (Chlorella Beijierinck)和 衣 藻 屬(Chlamydomonas Ehrenberg)、硅藻門中的鏈形小環藻、尖針桿藻(Synedra acus Kützing)和顆粒直鏈藻(Melosira granulate (Ehr.) Ralfs)以及隱藻門中的具尾藍隱藻、卵形隱藻(Cryptomonas ovata Ehr.)和嚙蝕隱藻(Cryptomonas erosa Ehr.)出現頻率較高。

2.3 浮游植物豐度

PXPJ站點浮游植物細胞密度范圍為(443—984)× 104cells/L, 秋季浮游植物數量最多, 冬季最少, 其中綠藻、硅藻和隱藻數量在4個季度數量都占的比例較大, 達到 77.5%—90.5%; 4個季度監測期間PXGQ浮游植物細胞密度在(190—1267)×104cells/L變化, 藍藻在夏季和秋季在數量上均占據絕對優勢,分別占藻類細胞總數的 61.5%和 46.2%, 而冬春季浮游植物數量最少; PXXQ站浮游植物細胞密度范圍則為(557—3192)×104cells/L, 從春季到冬季逐漸減小, 特別是春季隱藻在數量上占絕對的優勢, 占總數量的 94.6%; 夏秋季藍藻在數量上占絕對優勢,分別占總數量的 74.7%和 81.8%, 而冬季硅藻數量最多, 占總數的 51.5%。浮游植物總體細胞密度是PXXQ＞PXPJ＞PXGQ (圖3)。

2.4 浮游植物多樣性、均勻度與相似性

PXPJ站4個季度 Shannon-Wiener多樣性指數范圍在3.46—4.25, 均值為3.95(表3), PXGQ多多樣性指數范圍為3.70—4.15(均值3.97), 而PXXQ多樣性指數從春季到冬季逐步增大, 其范圍在 1.27—3.86, 均值則為2.79。其中PXPJ和PXGQ這2個站點 4個季度浮游植物群落結構多樣性明顯高于PXXQ站點, 且后者浮游植物多樣性在不同季節具有較為明顯的波動。

表2 研究區內3個小型塌陷湖泊浮游植物優勢種名錄Tab. 2 Dominant species of phytoplankton in 3 small subsided lakes

圖3 研究區內3個小型塌陷湖泊不同季節浮游植物細胞密度分布Fig. 3 Seasonal phytoplankton cell concentrations in the three subsided lakes

表3 研究區內3個小型塌陷湖泊不同季節浮游植物多樣性與均勻度Tab. 3 Shannon-Wiener diversity cellsex and Pielou uniformity cellsex in the three small subsided lakes

從Pielou均勻度指數來看, PXPJ站點浮游植物均勻度指數范圍在 0.72—0.79, 各季節差異較小; PXGQ站點均勻度指數范圍為 0.66—0.82, 冬季最高要略高于其他季節; PXXQ均勻度指數在 0.29—0.73, 各季節之間差異加大。同 Shannon-Wiener多樣性指數相似, PXXQ站點均勻度要低于 PXPJ和PXXQ站點, 且季節變動較大。

3個塌陷湖泊站點 4個季度調查期間浮游植物相似性指數(X)變化在0.07—0.46 (表4)。從各站點季節變化來看, PXPJ、PXGQ和PXXQ各季節相似性指數變化范圍分別為 0.31—0.44、0.16—0.23和0.16—0.45, 相似性一般或較差, 表明塌陷湖泊內浮游植物群落結構具有明顯的季節變化; 總體來看, 3個塌陷湖泊浮游植物群結構在不同季節具有一定的相似性, 春季PXPJ站和PXXQ站浮游植物群落結構具有相對較高的相似性(J=0.46), 夏季PXPGQ站和PXXQ站夏季相似性最高, 為0.46, 秋季3個站點相似性指數范圍為 0.41—0.46, 冬季 PXPJ站 PXGQ站相似性最高(J=0.41)。

2.5 浮游植物群落與環境因子關系的CCA分析

對浮游植物種類數經過相對豐度＞2%以及出現頻率＞50%進行篩選, 選取 27種浮游植物和 9個環境因子進行CCA分析, 其中藍藻門8種、綠藻門7種、硅藻門6種、隱藻門3種, 裸藻門、甲藻門和金藻門各1種, 浮游植物種類代碼見表5。

2個物種排序軸和2個環境排序軸的相關系數都為0, 說明排序結果可信度高[14, 15]。Tem、SD、ALK 和TN對塌陷湖泊浮游植物群落結構影響較大, 其中SD和ALK與軸1呈正相關, 相關系數分別為0.5530 和0.5729, Tem與軸1呈負相關, 相關系數為–0.4993; Tem和TN與軸2呈正相關, 相關系數分別為0.5762 和0.6671, SD與軸2呈負相關, 相關系數為–0.795。

3個塌陷湖泊浮游植物在CCA排序軸中的得到較好的分化[16], 藍藻種類主要集中在第2和第4象限, Tem、pH、SD、TN和ALK對其具有影響, 綠藻種類主要集中在第4象限, 與ALK、SD和TN呈正相關, 硅藻和隱藻主要集中在第 1和第 4象限, 與ALK、SD、TP和TN呈正相關; 具尾藍隱藻受TN 和 ALK影響較大, 偽魚腥藻和彎形小尖頭藻與Tem、pH和CODcr呈正相關, 受其影響較大。

表4 研究區內3個小型塌陷湖泊不同季節浮游植物相似性Tab. 4 Jaccard similarity cell sex in the three small subsided lakes

表5 CAA分析中的浮游植物種類代碼Tab. 5 Codes of phytoplankton species for CCA

CCA排序可以將研究站點分為4個類(圖5), 類Ⅰ只包含PXXQ春季, 與TN呈現較強正相關, 受TN影響較大, 隱藻為主; 類Ⅱ包含 PXPJ春夏秋冬四個季度, 與ALK和TN/TP呈現正相關, 硅-隱為主; 類Ⅲ包含PXXQ冬季和PXGQ冬季, 與SD和TN/TP呈正相關, 綠-硅為主; 類Ⅳ包含PXXQ夏秋季、PXGQ春夏季和秋季, 與 Tem、pH和 CODcr呈正相關, 藍藻為主。

3 討論

一般用 PEG(Plankton ecology group)模式來描述富營養化湖泊浮游植物的季節演替規律[16, ?17], 該模式大致過程為: 浮游植物從冬春的隱藻-硅藻轉變為夏季的綠藻, 到夏末秋初則以藍藻占優勢, 而秋季硅藻重要性再次上升。PXPJ站冬季和春季都以隱藻-硅藻占優勢, 跟 PEG模式基本相似; PXGQ和PXXQ站點除了夏季, 其他三個季節浮游植物種類交替都是以冬春季節以隱藻-硅藻占優勢, 到夏末秋初以藍藻占優勢, 與PEG模式保持一致, 因此PEG模式也很大程度上適用于富營養化的小型煤礦塌陷型湖泊, 淮北塌陷湖泊相關研究結果也表明了同樣的規律[4]。CCA分析亦證實了由于季節變化導致環境因子如溫度、透明度等對塌陷湖泊浮游植物群落結構組成的影響[18], 夏秋季主要受Tem和pH影響較大, 以藍藻類群為主, 冬季水體透明度較高, 以綠-硅為主。3個站點中PXPJ以鏈形小環藻為主要優勢種, 其主要生活在碳比較缺乏、富營養型的小型湖泊中[19]; PXGQ站點則以偽魚腥藻為主, 生長于富營養化水體, 對光照較為敏感, 在夏秋季透明度較低的水體中占據優勢地位; PXXQ站點最為明顯的是春季的具尾藍隱藻, 其主要收到 TN濃度的影響。

圖4 浮游植物與環境因子CCA排序圖Fig. 4 CCA diagram of phytoplankton dominant species and environment factors

圖5 研究站點與環境因子CCA排序圖Fig. 5 CCA diagram of the studied sites and environmental factors

3個塌陷湖泊水文特征及營養鹽等物理化學性質的差異可能導致浮游植物群落結構組成差別的重要原因。從相似性指數上來看, 其反應了浮游植物生境相似的程度, 而和物種多樣性無關[10]。相似性一般劃分6級, 相似性指數(X)在0—1[20]。3個塌陷湖泊相似度在 0.07—0.46, 處于極不相似和輕度相似之間, 表明各個站點浮游植物在各自站點內存在顯著的季節變化, 同時由于各站點之間生境變化也較大, 水體之間差別明顯, 從而導致塌陷湖泊浮游植物群落結構在空間上分布的差異性。從體現物種豐富與組成復雜程度的多樣性和均勻度[21]指數看, PXPJ站和PXGQ站多樣性指數年均值分別為3.95 和 3.97, 均勻度指數范圍分別為 0.72—0.79和0.66—0.82 (表2), 表明這2個塌陷湖泊浮游植物多樣性豐富, 而且均勻度很好, 群落結構復雜且較為穩定。而對于PXXQ站點, 由于季節性從南邊的河流季節性引水容導致水體環境因子出現顯著的波動,浮游植物多樣性和均勻度均明顯低于 PXGQ站點,春季隱藻和夏秋季藍藻在浮游植物群落結構中占據主要地位, 群落結構相對較為單一, 體現了小型塌陷湖泊內浮游植物群落結構對水文波動特征具有較為快速和明顯的響應情況。

此外, 營養鹽含量和比率對浮游植物種類和豐度有顯著影響[22], 在區域水溫和光照差異環境因子較小的情況下, 其也是營養塌陷湖泊浮游植物群落結構的重要因素, 3個塌陷湖泊水體已經進入富營養化狀態, 同其他富營養湖泊一樣, 藍綠藻在浮游植物群落結構中占據較大的比率, PXPJ站點藍綠藻占整個物種比率均值為59.0%, 而PXGQ和PXXQ則高達 70.0%和 70.6%, 主要出現的是富營養化的指示物種為偽魚腥藻, 其生長于富營養化水體中, 對光照較為敏感。CCA分析表明, 塌陷湖泊浮游植物群落結構中綠藻、硅藻和隱藻受TN和TN/TP影響較大, 特別是隱藻, 適合于有機物和氮含量豐富的生境中, PXPJ和PXXQ由于周圍河流輸入帶來了較為豐富的N元素, TN含量和TN/TP比率均比PXGQ 高, 隱藻細胞密度在浮游植物總細胞密度中占據的比率也較高, 尤其是具尾藍隱藻作為第 1優勢種,對塌陷湖泊的高氮環境具有重要的指示作用。

從生態系統營養結構組成看, 浮游植物則受到浮游動物或魚類(濾食性生物)等捕食者的影響, 消費者通過直接捕食或間接的營養鹽循環而影響浮游植物的生長和群落結構。從生態系統營養結構調控的角度來看, 塌陷湖泊浮游植物群落結構可能受到水域利用方式(漁業活動)的重要影響。礦區內農田生態系統向水生態系統轉變后, 物質生產方式、生態系統結構和功能也發生徹底變化, 形成了以浮游植物初級生產為基礎的食物網, 生態系統結構及生態環境功能均趨向復雜化和多樣化。塌陷湖泊周圍農業徑流輸入為塌陷湖泊帶來了豐富的營養元素,支撐了浮游植物相當大的初級生產[23], 如 3個站點浮游植物細胞密度最高可達(1—3)×107cells/L, 作為生態系統食物鏈的起點, 是浮游動物和濾食性魚類良好的天然的餌料, 每年為當地失地農民帶來了較為可觀的經濟收入。與此同時, 年初大規模魚苗(主要為鰱鳙)的投放可能給浮游植物帶來了相當大的捕食壓力, 在降低浮游植物細胞密度的同時控制藻類水華的暴發。值得指出的是, PXPJ站點盡管營養鹽含量遠高于 PXGQ, 但浮游植物細胞密度卻較低, 可能也與魚類的過量放養有關。因此未來以浮游植物群落結構組成為基礎, 對生態系統營養結構的“上行”或“下行”調控機制與效應展開相關研究將對保持塌陷湖泊水生態環境健康與漁民的經濟效益的平衡至關重要[9]。

4 結論

(1) 在3個塌陷湖泊中共觀察到浮游植物共計7 門9綱18目34科70屬131種, 其中綠藻門種類最多, 共 59種, 占浮游植物總種數 45.0%; 其次是藍藻, 總共24種, 占浮游植物總種數18.3%; 硅藻22 種, 占浮游植物總種數 16.8%; 裸藻 14種, 占浮游植物總種數 10.7%。從各門類藻種細胞密度的百分比看, PXPJ站點以綠藻、硅藻和隱藻數量為主, 范圍為77.5%—90.5%; PXGQ站點藍藻在夏秋季數量上均占據絕對優勢, 分別占藻類細胞總數的 61.5% 和 46.2%; PXXQ站點隱藻在春季為絕對優勢類群,占總數量的94.6%, 夏秋以藍藻為主, 分別為74.7% 和81.8%。

(2) 3個小型塌陷湖泊由于水文生態環境因子的不同, 浮游植物豐度、多樣性和均勻度均體現出了一定的差異, 總體上3個塌陷湖泊生物多樣性豐富、結構都較為復雜, 浮游植物分配均勻度好, 處于較完整和穩定的狀態。而PXXQ湖泊由于水文條件和營養狀況存在較大的波動, 浮游植物多樣性和均勻度受到了一定的影響。CCA分析表明, 光照、溫度和營養鹽含量與比率(TN/TP)是影響塌陷湖泊浮游植物群落結構的重要環境因子。從空間上看, 氮濃度較高的水體中(PXPJ和PXXQ)隱藻為重要的類群,以具尾藍隱藻為指示物種, 和氮濃度較低的 PXGQ具有明顯的差異。從季節變化的環境因子來看, 3個湖泊具有一定的共性, 冬春季主要類群為硅藻-隱藻,以鏈形小環藻和具尾藍隱藻為代表, 適應于富營養化的水體環境中。

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PHYTOPLANKTON COMMUNITY IN THE SMALL SUBSIDED LAKES AROUND HUAINAN COAL MINE SUBSIDENCE AREAS

XU Xin1, YI Qi-Tao1, 2, WANG Xiao-Meng1, ZHANG Lei1and XIE Kai3
(1. School of Earth and Environment, Anhui University of Science and Technology, Huainan 232001, China; 2. Research Center for Eco-environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100085, China;
3. School of Sciences, Anhui University of Science and Technology, Huainan 232001, China)

To investigate phytoplankton community and aquatic environmental factors, three small lakes at PXPJ site, PXGQ site and PXXQ site in Huainan Panxie coal mine subsidence area were chosen over the four seasons from 2013 to 2014. A total of 131 species of phytoplankton were identified, which belong to 7 phyla, 9 classes, 25 orders, 34 families and 70 genera. The primary phytoplankton species were Cyanophyta, Chlorophyta, and Bacillariophyta. Chlorophyta, Cyanophyta, and Bacillariophyta had 59, 24 and 22 species, respectively accounting for 45.0%, 18.3% and 16.8% of the total specie, respectively. The predominant species at PXPJ site are Chlorophyta, Bacillariophyta and Cryptophyta, ranging from 77.5% to 90.5% to the total algal cells. The predominant species at PXGQ in summer and autumn is Cyanophyta accounting for 61.5% and 46.2%, respectively. Cyanophyta is the major one at PXXQ site but distributes differently over season - 94.6% ratio in spring, 74.7% in summer, and 81.8% in autumn, respectively. The abundance, diversity and uniformity of the three small subsided lakes could be influenced by the the difference of eco-hydrological environment conditions. Canonical correlation analysis (CCA) showed that light, temperature, nutrient content and ratios (TN/TP) were the key factors affecting the different characteristics of phytoplankton community in subsided lakes.

Coal mine subsidence areas; Subsidence lakes; Phytoplankton; Canonical correlation analysis; Aquatic environmental factors

Q145+.2

A

1000-3207(2015)04-0740-11

10.7541/2015.97

2014-07-21;

2014-11-25

國家自然科學基金項目(41202242); 中國博士后科學基金面上項目(2014M560127); 安徽理工大學青年教師科學研究自然類重點項目(QN201426)資助

徐鑫(1991—), 男, 陜西渭南人; 碩士研究生; 主要研究方向為富營養化湖泊水環境生態學。E-mail: xuxin121210 @sina.com

易齊濤, E-mail: yiqitao@163.com