高原水庫(kù)浮游植物群落構(gòu)成及其與環(huán)境因子的關(guān)系

李君

高原水庫(kù)浮游植物群落構(gòu)成及其與環(huán)境因子的關(guān)系

李君

長(zhǎng)治職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 山西 長(zhǎng)治 046000

為對(duì)貴州省百花湖水庫(kù)和紅楓湖水庫(kù)采樣研究，本文通過目鏡行格法觀察和公式計(jì)算，并分析其水生態(tài)環(huán)境中浮游植物的種群類別、種群構(gòu)成、功能群分布情況以及與環(huán)境因子的關(guān)系，結(jié)果表明，兩個(gè)相鄰水庫(kù)中浮游植物的種群構(gòu)成類別相似。紅楓湖水庫(kù)的浮游植物種類明顯多于百花庫(kù)水庫(kù)。百花湖水庫(kù)小環(huán)藻和擬多甲藻是明顯的優(yōu)勢(shì)種群，紅楓湖水庫(kù)中小環(huán)藻是明顯的優(yōu)勢(shì)種群。浮游植物的群落構(gòu)成受季節(jié)性變化影響明顯，受環(huán)境因子水溫（WT）和透明度（SD）的影響顯著。

水庫(kù); 浮游植物; 群落; 環(huán)境因素

浮游植物對(duì)于水生態(tài)環(huán)境具有重要的服務(wù)作用。作為淡水生態(tài)系統(tǒng)最基本的組成者，浮游植物對(duì)整個(gè)生態(tài)環(huán)境的物質(zhì)流動(dòng)和能量轉(zhuǎn)換具有直接的影響。馬騰飛等提出，由于浮游植物對(duì)于外界環(huán)境變化較為敏感，可以對(duì)水質(zhì)的變化起到重要的標(biāo)志作用[1]。比如，水華現(xiàn)象就是由于浮游植物群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變化而導(dǎo)致水體產(chǎn)生變化的特殊現(xiàn)象。浮游生物群落結(jié)構(gòu)的構(gòu)成、分布情況以及功能性的研究能夠反映出水生態(tài)環(huán)境的變化情況，為研究人員提供重要的參考資料。學(xué)術(shù)界對(duì)于浮游植物具有科學(xué)的的分類方法和鑒定方法，其中包括林氏分類法和分子鑒定法。隨著研究的不斷深入和發(fā)展，部分生態(tài)學(xué)家認(rèn)為以上方法無法對(duì)浮游植物的生態(tài)學(xué)性質(zhì)以及對(duì)不同水生態(tài)環(huán)境的反應(yīng)進(jìn)行有效的判斷分析。浮游植物功能群是一種根據(jù)形態(tài)和生理特征的浮游植物分類鑒定方法。針對(duì)浮游植物具有生態(tài)位重疊的特殊現(xiàn)象，可以使用浮游植物功能群這一理論對(duì)具有相同生態(tài)位的浮游植物進(jìn)行分析和研究。浮游植物功能群的主要分類為FG功能群、MFG功能群和MBFG功能群。FG功能群是由Reynolds提出的浮游植物功能群理論，通過C-R-S分類方法將具有類似環(huán)境適應(yīng)性，能夠在同一生態(tài)環(huán)境共同存活的具有相同功能性的浮游植物進(jìn)行歸類[2]。之后，Salmaso和Padisák提出了MFG功能群理論，主要依據(jù)浮游生物的形態(tài)學(xué)特征和生態(tài)學(xué)特征進(jìn)行分類，比如植物的大小、營(yíng)養(yǎng)需求和分解能力等等[3]。基于FG功能群理論，Kruk等進(jìn)一步簡(jiǎn)化了對(duì)浮游植物的分類標(biāo)準(zhǔn)，提出了MBFG功能群。該理論僅僅依靠浮游植物的形態(tài)特征進(jìn)行分類，如大小、面積、鞭毛情況等等[4]。

貴州省坐落于我國(guó)云貴高原，具有獨(dú)特的喀斯特地貌。受營(yíng)養(yǎng)成分、光照、地理位置的影響，貴州省水生態(tài)環(huán)境與其他省份相比具有較大的差異性。分析浮游植物群落功能群對(duì)水庫(kù)水環(huán)境的影響能夠幫助了解貴州水生態(tài)環(huán)境中浮游植物群落結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化，盡量減小由于水華等自然現(xiàn)象對(duì)于貴州生態(tài)環(huán)境的負(fù)面影響。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

貴州地形較為復(fù)雜，水生態(tài)環(huán)境變化較多。根據(jù)地形地勢(shì)分類，貴州的水庫(kù)可以分為支流寬谷型水庫(kù)和干流峽谷型水庫(kù)。本研究選擇的百花湖水庫(kù)和紅楓湖水庫(kù)和均屬于支流寬谷型水庫(kù)，水流緩慢且水位相對(duì)較淺。

1.2 采樣時(shí)間和地點(diǎn)

自2018年3月至2019年12月，對(duì)研究對(duì)象百花湖水庫(kù)和紅楓湖水庫(kù)在每個(gè)月13日至15日間定點(diǎn)取樣。根據(jù)兩個(gè)水庫(kù)的水生態(tài)環(huán)境、水域走向和環(huán)境特點(diǎn)，在百花湖水庫(kù)共設(shè)置了巖腳寨等4個(gè)采樣點(diǎn)，在紅楓湖水庫(kù)共設(shè)置了三岔河等5個(gè)采樣點(diǎn)。具體采樣位置如下圖1所示。

圖1百花湖水庫(kù)和紅楓湖水庫(kù)的水樣采集位置示意圖

1.3 樣品采集和測(cè)定

使用25號(hào)浮游生物網(wǎng)（規(guī)格型號(hào)：HD-3760）進(jìn)行樣本采集。每份采集樣本為1500 mL，并加入福爾馬林進(jìn)行固定，在實(shí)驗(yàn)室將樣本濃縮至30 mL。在顯微鏡下觀察時(shí)，需要吸入0.1 mL液體至計(jì)數(shù)框中，使用目鏡行格法對(duì)樣本進(jìn)行觀察和公式計(jì)算。

2 結(jié)果與分析

2.1 浮游植物群落構(gòu)成

2.1.1 浮游植物種群類別百花湖水庫(kù)和紅楓湖水庫(kù)檢出的種群類別結(jié)果見下表1。其中，在百花湖水庫(kù)樣本中，發(fā)現(xiàn)該水生態(tài)環(huán)境中共計(jì)存有6門64種浮游植物。其中綠藻門為32種（占比50%），硅藻門為16種（占比50%），藍(lán)藻門為7種（占比10.94%），甲藻門為4種（占比6.25%），裸藻門為3種（占比4.69%），隱藻門為2種（占比3.13%）。在紅楓湖水庫(kù)樣本中，發(fā)現(xiàn)該水生態(tài)環(huán)境中共計(jì)存有6門80種浮游植物。其中綠藻門為41種（占比51.25%），硅藻門為20種（占比25%），藍(lán)藻門為11種（占比13.75%），甲藻門為4種（占比5%），裸藻門為2種（占比2.5%），隱藻門為2種（占比2.5%）。可以發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)水庫(kù)中浮游植物的種群構(gòu)成類別相似，而紅楓湖水庫(kù)的種類明顯多于百花庫(kù)水庫(kù)，其種類類別的豐富度相對(duì)較高。

表1 百花湖水庫(kù)和紅楓湖水庫(kù)種群類別

2.1.2 浮游植物種群變化浮游植物的種群并不是一成不變的，其優(yōu)勢(shì)種群以及比例也會(huì)隨著季節(jié)交替產(chǎn)生變化，具體變化見下表2。可以發(fā)現(xiàn)，在研究時(shí)間內(nèi)，百花湖水庫(kù)和紅楓湖水庫(kù)的優(yōu)勢(shì)種群以及構(gòu)成比例均產(chǎn)生了變化。兩個(gè)水庫(kù)的浮游植物優(yōu)勢(shì)種類均以小環(huán)藻（硅藻門）和薄甲藻（甲藻門）為主。小環(huán)藻和針桿藻在四季出現(xiàn)頻繁。在百花湖水庫(kù)，小環(huán)藻和擬多甲藻比例超過0.9的頻率較高，是明顯的優(yōu)勢(shì)種群。在紅楓湖水庫(kù)，小環(huán)藻比例超過0.9的頻率較高，是明顯的優(yōu)勢(shì)種群。

表2 百花湖水庫(kù)和紅楓湖水庫(kù)種群變化

2.2 浮游植物功能群分布情況

表3 百花湖水庫(kù)FG功能群分布情況

FG功能群是發(fā)展較為成熟的浮游植物功能群理論。根據(jù)該理論將百花湖水庫(kù)和紅楓湖水庫(kù)功能類群進(jìn)行提取，并選擇生物量大于10%的浮游植物作為篩選標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)百花湖水庫(kù)共存在16個(gè)功能類群，紅楓湖水庫(kù)共存在20個(gè)功能類群。表3和表4中展示了百花湖水庫(kù)和紅楓湖水庫(kù)中的功能類群中的優(yōu)勢(shì)群，兩個(gè)水庫(kù)中優(yōu)勢(shì)群大抵相似，但略有不同。百花湖水庫(kù)和紅楓湖水庫(kù)功能類群中的優(yōu)勢(shì)群存在明顯的季節(jié)性變化。同時(shí)，百花湖水庫(kù)中功能群Lo在每年的2月、3月和4月占據(jù)主導(dǎo)優(yōu)勢(shì)，在其他月份則是功能群B則占據(jù)主導(dǎo)優(yōu)勢(shì)。從總體來看，其浮游生物主要功能群B、D和Lo，其浮游生物群落結(jié)構(gòu)相對(duì)不穩(wěn)定。紅楓湖水庫(kù)中功能群B為長(zhǎng)期優(yōu)勢(shì)群。從總體來看，其浮游生物主要功能群B、D、P和Lo，其浮游生物群落結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定。

表4 紅楓湖水庫(kù)FG功能群分布情況

2.3 浮游植物功能群與環(huán)境因子分析

針對(duì)百花湖水庫(kù)和紅楓湖水庫(kù)的浮游植物功能群結(jié)果，使用冗余分析法（RDA分析）與兩個(gè)水庫(kù)的環(huán)境因子展開分析，結(jié)果見下圖2。分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，百花湖水庫(kù)環(huán)境因子TN、WT以及DO與軸一呈現(xiàn)出正相關(guān)的狀態(tài)，而環(huán)境因子pH、EC和SD呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)的狀態(tài)。其中，WT、SD和EC呈現(xiàn)出極為顯著的狀態(tài)。WT對(duì)浮游植物功能群Lo、J和P影響較為顯著。SD對(duì)浮游植物功能群MP影響較為顯著。EC對(duì)浮游植物功能群具有顯著的負(fù)相關(guān)聯(lián)系。而紅楓湖水庫(kù)環(huán)境因子WT、pH和DO與軸一呈現(xiàn)出正相關(guān)的狀態(tài)，而環(huán)境因子TN、TP以及SD與軸一呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)的狀態(tài)。其中，WT、SD和pH呈現(xiàn)出極為顯著的狀態(tài)。WT對(duì)浮游植物功能群B、D和J影響較為顯著。SD對(duì)浮游植物功能群C影響較為顯著。

圖2 百花湖水庫(kù)和紅楓湖水庫(kù)浮游植物功能群與環(huán)境因子分析

3 討論

對(duì)百花湖水庫(kù)和紅楓湖水庫(kù)浮游植物功能群分析結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，季節(jié)性的變化會(huì)對(duì)浮游植物優(yōu)勢(shì)群產(chǎn)生直接的影響。由于兩個(gè)水庫(kù)地理位置臨近，相同的藻種使水環(huán)境中存在類似的群落結(jié)構(gòu)狀態(tài)。這與部分學(xué)者研究結(jié)果類似。陳思,陳海剛,田斐等對(duì)于深圳灣附近水庫(kù)浮游植物群落結(jié)構(gòu)開展了實(shí)地研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在臨近水庫(kù)中浮游植物群落結(jié)構(gòu)保持相似的狀態(tài)，僅在細(xì)微處略有差異[5]。在百花湖水庫(kù)層發(fā)生過水華現(xiàn)象，該現(xiàn)象表明百花湖水庫(kù)的群落結(jié)構(gòu)較為不穩(wěn)定。宋勇軍等研究了程海湖的群落結(jié)構(gòu)情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在發(fā)生水華現(xiàn)象后，程海湖的水質(zhì)同樣呈現(xiàn)出不穩(wěn)定情況[6]。此研究結(jié)果與金香琴和胡國(guó)宏對(duì)吉林省興隆水庫(kù)的研究結(jié)果基本一致[7]。在水生態(tài)系統(tǒng)中，環(huán)境因子的變化會(huì)對(duì)浮游生物的群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生直接的影響。百花湖水庫(kù)環(huán)境因子WT對(duì)浮游植物功能群Lo、J和P影響較為顯著，紅楓湖水庫(kù)環(huán)境因子WT對(duì)浮游植物功能群B、D和J影響較為顯著。這說明，水溫的變化對(duì)于以上植物功能群具有直接且限制的影響。類似的結(jié)果也出現(xiàn)在侯偉,陳燕,孫韶華對(duì)黃河下游水庫(kù)浮游植物群落結(jié)構(gòu)的研究中[8]。由于百花湖水庫(kù)和紅楓湖水庫(kù)坐落于我國(guó)貴州省，其高原水質(zhì)環(huán)境以及喀斯特地貌也會(huì)對(duì)浮游植物功能群產(chǎn)生直接影響。葛秋詩(shī),張萍,倪茂飛等對(duì)呈現(xiàn)出典型喀斯特地貌的高原水庫(kù)開展調(diào)研，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，環(huán)境因子SD對(duì)浮游植物功能群MP影響較為顯著[9]。該結(jié)論與百花湖水庫(kù)RDA分析結(jié)果高度一致。

4 結(jié)論

通過分析和研究貴州省百花湖水庫(kù)和紅楓湖水庫(kù)浮游植物群落構(gòu)成，功能群分布情況以及與環(huán)境因子的分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)受地理位置影響，兩個(gè)相鄰水庫(kù)中浮游植物的種群構(gòu)成類別相似。而紅楓湖水庫(kù)的種類明顯多于百花庫(kù)水庫(kù)，其種類類別的豐富度相對(duì)較高。百花湖水庫(kù)小環(huán)藻和擬多甲藻是明顯的優(yōu)勢(shì)種群。在紅楓湖水庫(kù)小環(huán)藻是明顯的優(yōu)勢(shì)種群。百花湖水庫(kù)功能群分布受季節(jié)性變化影響明顯，功能群Lo和功能群B為長(zhǎng)期優(yōu)勢(shì)群，群落結(jié)構(gòu)相對(duì)不穩(wěn)定。而紅楓湖水庫(kù)功能群B為長(zhǎng)期優(yōu)勢(shì)群，其浮游生物群落結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定。可以發(fā)現(xiàn)，高原水庫(kù)浮游植物群落功能群受水生態(tài)環(huán)境的影響較為顯著。從浮游植物功能群與環(huán)境因子分析結(jié)果來看，兩個(gè)水庫(kù)的浮游植物功能群受環(huán)境因子水溫（WT）和透明度（SD）的影響顯著。在百花湖水庫(kù)，水溫的變化會(huì)促進(jìn)功能群Lo、J和P的快速生長(zhǎng)，透明度SD的變化會(huì)對(duì)浮游植物功能群MP的生長(zhǎng)情況產(chǎn)生顯著影響。在紅楓湖水庫(kù)水溫的變化會(huì)促進(jìn)功能群B、D和J的快速生長(zhǎng)，透明度SD對(duì)浮游植物功能群C的生長(zhǎng)情況產(chǎn)生顯著影響。

[1] 馬騰飛,羅漢金,李志敏,等.水源水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化趨勢(shì)分析及預(yù)警模型構(gòu)建[J].環(huán)境科學(xué)與術(shù),2020,43(5):145-153

[2] ReynoldsCS. The ecology of freshwater phytoplankton[M]. Cambridge:Cambridge University Press,2006

[3] Salmaso N, Padisak J. Morpho-functional groups and phytoplankton development in two deep lakes[J]. Hydrobiologia, 2007,578(5):97-112

[4] Kruk C,Huszar VLM, Peeters ETHM,. A morphological classification capturing functional variation in phytoplankton[J]. Freshwater Biology,2010,55(3):614-627

[5] 陳思,陳海剛,田斐,等.深圳灣浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征及其與環(huán)境因子的關(guān)系[J].生態(tài)科學(xué),2021,40(1):9-16

[6] 宋勇軍,戚菁,劉立恒,等.程海湖夏冬季浮游植物群落結(jié)構(gòu)與富營(yíng)養(yǎng)化狀況研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2019,39(12):4106-4113

[7] 金香琴,胡國(guó)宏.吉林省興隆水庫(kù)浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征及其與環(huán)境因子的關(guān)系[J].東北師大學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2018,50(3):141-146

[8] 侯偉,陳燕,孫韶華,等.黃河下游典型水庫(kù)浮游植物群落結(jié)構(gòu)及其與環(huán)境因子的關(guān)系[J].水資源與水工程學(xué)報(bào), 2018,29(2):62-68

[9] 葛秋詩(shī),張萍,倪茂飛,等.典型喀斯特高原水庫(kù)浮游植物與環(huán)境因子的關(guān)系[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào),2021,30(1):156-164

The Constitution of the Phytoplankton Communities and Thier Relationship with Environmental Factors in Plateau Reservoirs

LI Jun

046000,

To study on samples in Baihua Lake Reservoir and Hongfeng Lake Reservoir in Guizhou Province, this paper used the eyepiece grid method to observe and calculate the samples and analyze the population types, population composition, functional group distribution of phytoplankton in its water ecological environment and the relationship with environmental factors, it was found that the population composition types of phytoplankton in two adjacent reservoirs were similar. There are obviously more phytoplankton plant species in Hongfeng Lake Reservoir than Baihuaku Reservoir. Cyclotella and pseudopolydinium in Baihua Lake Reservoir are the obvious dominant populations, and Cyclotella in Hongfeng Lake Reservoir is the dominant population. The composition of the phytoplankton community is significantly affected by seasonal changes, and is also significantly affected by environmental factors, water temperature (WT) and secchi depth (SD).

Reservoir; phytoplankton; community; environmental factors

S682.32

A

1000-2324(2021)05-0819-05

2020-01-05

2020-05-06

山西省應(yīng)用基礎(chǔ)研究面上自然基金項(xiàng)目:晉西北丘陵風(fēng)沙區(qū)油松人工林枯落物-土壤聯(lián)合恢復(fù)效應(yīng)研究(201901D111040)

李君(1977-),女,本科,講師,研究方向:植物學(xué)、園林園藝. E-mail:837999262@qq.com