遵义市两种行道树树皮着生藻类物种多样性及其群落特征研究

潘 鸿,周家锐,田坤明,曾 嵘

(遵义医科大学 公共卫生学院,贵州 遵义 563000)

0 引言

树皮着生藻类 (corticolous algae)着生于陆生高等植物树皮表面，属陆生藻类中典型的气生藻类类群。因完全暴露于空气介质中，臭氧、PM10等大气污染物对树皮着生藻类生长发育具有一定的影响，某些特定种类对不同污染物耐受程度差异[1]使得将其作为大气污染监测的生物学指标具有一定的可行性。然而，目前国内外的树皮着生藻类研究主要集中在物种多样性编目及区系分布[2-14]等方面；对于树皮着生藻类与环境或微生境因素(如光照、温度和湿度、大气污染物，树皮粗糙程度、树干径流pH等)关系研究[1,15-17]报道极少，其研究有待深入开展。另外，地理位置和气候特征不同而导致的藻类物种地理分布区系差异[2-14]也使得Freystein等[1]提出的关于大气污染指示作用的树皮着生藻类研究结果在应用与推广方面存在较大的局限性。

行道树作为栽种于道路两侧用于分割车带、诱导交通、降噪除尘、美化环境及调节城市小气候的城市景观植物，其树皮表面着生的藻类植物可能会受汽车尾气(光化学反应后产生臭氧)、大气扬尘(不同粒径的悬浮颗粒物)等大气污染物影响而呈现出不同的耐受性[1]，从而使得树皮着生藻类群落可能形成与之响应的物种多样性特征及群落结构特征。为此，本研究以遵义市主城区城市主干道的行道树树皮着生藻类为研究对象，调查其物种多样性，并分析群落结构特征，以期为树皮着生藻类区系研究、物种多样性及群落结构研究、与环境/微生境关系研究以及大气污染生物学监测研究等积累基础数据和资料。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

遵义市主城，地理坐标：27°38′～27°44′N、106°52′～106°58′E，属中亚热带高原湿润季风区。2017年平均气温为16.3 ℃，平均最高气温为20.6 ℃，平均最低气温为11.7 ℃；总降水量为13 486.2 mm，年均相对湿度为79.7%[18]。湘江河为主城区内主要城市河流，交通干道沿湘江河两岸分布，行道树种丰富。

1.2 样品采集及保存

2017年12月，沿湘江河设置二球悬铃木(PlatanusacerifoliaWilld. )和香樟(Cinnamomumcamphora(L.) Presl.) 2种行道树分布集中区域各3处采样点，采样点间隔约1.0～1.5 km；每个采样点随机选择胸径>20 cm的同一种行道树3株，在距地1.5 m处面向(向水侧)和背离(背水侧)湘江河的树干表面分别采集树皮着生藻类样品。定性样品用小刀截取面积约2.0 cm × 2.0 cm的树皮(从韧皮部处剥离)置于盛有朱氏10号培养基的标本瓶中保存。定量样品取样处正上方5 cm范围内采集面积为1 cm2的树皮放入无菌袋中，在室内以无菌刷分离藻类并用固定液(甲醛、丙三醇和水以体积比1∶1∶8)定容至30 mL保存作为定量样品。

1.3 定性及定量分析

定性样品在室内置于无菌培养皿中常温培养7 d后，以手术刀片刮取树皮表面藻类并置于加有1滴50%丙三醇载玻片上制作临时装片(每个样品制作3～5张)；依据文献描述特征[19-23]结合显微镜(OLYMPUS，CX31)下观察结果对树皮着生藻类种类进行鉴定。

定量样品摇匀后吸取0.1 mL置于20 mm × 20 mm的计数框内，参照文献[24]方法对藻类细胞数进行计数；同一样品计数至少3次，取细胞数在±15%以内的3片计数结果计算藻类密度(新检出种类纳入定性统计结果)。

1.4 优势种及多样性指数

Mcnaughton优势度值(Yi)和Shannon-Weaver 多样性指数(H′)参照文献[24]中公式计算，式中的fi，Ni和N分别为i物种出现的频率(定量样品计数出现的装片数/总装片数)、i物种的平均密度和总密度。本研究以Yi>0.10作树皮着生藻类优势种判断标准。

1.5 统计分析

采用SPSS 18.0软件对树皮着生藻类密度在不同朝向以及树种间的差异显著性进行单因素方差分析，检验水准为α=0.05，P<0.05为差异具有统计学意义。

2 结果与分析

2.1 种类组成及分布

由表1可见：室内初步检出树皮着生藻类18种，分属3门3纲7目11科14属；种类组成以蓝藻门最多，其次是绿藻，硅藻最少。由表2可见：二球悬铃木和香樟树皮上分别检出15种和10种树皮着生藻类，其中有7种藻类在2种树皮上均有分布。

表1 行道树树皮着生藻类种类组成Tab.1 Composition of corticolous algae on the bark of street trees

表2 2种行道树的树皮着生藻类分布Tab.2 Distribution of corticolous algae among the two species of trees

注:“+”表示该物种在二球悬铃木或/和樟树树皮上有分布。

2.2 树皮着生藻类密度及优势种

由表3可见：树皮着生藻类总密度为(1.05±0.17)×105cells·cm-2，其中蓝藻、绿藻和硅藻分别为(9.42±1.34)×104cells·cm-2，(8.10±4.90)×103cells·cm-2和(2.78±1.86)×103cells·cm-2；树皮着生藻类密度表现为香樟>二球悬铃木，但均以蓝藻占绝对优势(均>85%)；树皮着生藻类密度在2树种间的差异具有统计学意义(F=29.534,P<0.001)；不同采样朝向(向水侧和背水侧)间的差异也具有统计学意义(F=6.882,P=0.013)，且表现为向水侧>背水侧。

表3 树种及朝向的树皮着生藻类密度分布(×105 cells·cm-2)Tab.3 Density distribution of corticolous algae on tree species and orientation(×105 cells·cm-2)

由表4可见：2种行道树树皮着生藻类优势种(Yi>0.10)均为蓝藻门颗粒粘球藻(G.granosa)和点形粘球藻(G.punctata)，且不同朝向差异较小。

表4 优势种及Mcnaughton优势度值(Yi)Tab.4 Mcnaughton dominance value (Yi) of dominant species

2.3 多样性指数

由表5可见：树皮着生藻类的Shannon-Weaver多样性指数(H′)为1.14，其中，背水侧略高于向水侧；香樟略高于二球悬铃木。

表5 2种行道树树皮着生藻类群落的Shannon-Weaver指数Tab.5 Shannon-Weaver index (H’) of corticolous algae community on the 2 species of street trees

3 讨论

相对海洋及淡水而言，陆生微生境中藻类很少受到植物学家的关注，对其多样性及群落结构知之甚少[16]。对于着生于树皮这一特殊陆生微生境中的藻类多样性及其群落结构特征则所知更少。已有研究发现树皮着生藻类的种类组成以蓝、绿藻为主[2-17,25]；本研究结果显示，遵义市2种行道树的树皮着生藻类也是以蓝藻(50.00%)和绿藻(38.89%)为主。但不同树种间，种类组成特征存在差异：二球悬铃木的树皮着生藻类种类组成为蓝藻种类>绿藻种类，而樟树的树皮着生藻类种类组成为绿藻种类>蓝藻种类。有研究[2-6]显示树皮着生藻类组成特征与本研究中二球悬铃木相同；而Neustupa等[7-8,15-16]研究则显示树皮着生藻类组成特征与本研究中樟树相同。本研究结果进一步证明了树皮着生藻类的种类组成中蓝藻种类>绿藻种类或者绿藻种类>蓝藻种类都是存在的。

Neustupa等[8]研究结果显示，不同生境中的相同树种(红木荷，Schimawallichii(DC) Korth)的树皮着生藻类组成特征差异明显，似乎提示树皮藻类组成特征与样品采集地的环境条件有关。然而，Neustupa等[8]研究结果中还显示，相同环境条件中不同树种的树皮着生藻类组成特征并不完全一致；这可能与藻类着生的微生境(树皮)条件中的光照、水分及pH等影响其生长发育的重要因素差异有关，因为Everhart等[26]研究发现，不同树种的pH值、树皮厚度及其吸水率存在差异；Neustupa等[16]研究也发现不同树种的代表光照的开放天空比(Open sky proportion，OSP)也存在差异。在Neustupa等[8]研究结果中还显示，相同环境条件中同一树种(爪哇厚壳树，EhretiajavanicaBL)的树皮着生藻类种类组成却极为相似；但在Neustupa等另外的研究[16]中却显示相同环境条件中同一树种的树皮粗糙程度相似(可能表明树皮吸水率差异较小)，但采样高度不同，其开放天空比(OSP)和pH不同；似乎提示水分可能是影响树皮藻类物种组成特征的最为关键的因素，但这有待后续研究证实。另外，本研究检出的藻类物种与其他研究[2-8,15]也存在较大差异，这可能与藻类的地理区系分布差异有关。

硅藻在树皮着生藻类研究文献中报道极少，可能因树皮生境难以为硅藻生长提供所必须的硅元素所致。而遵义市主城区2种行道树的树皮上均检出硅藻分布，可能是由于采样点位于道路两侧，频繁交通产生的大气扬尘中含有少量的硅[27-30]，附着于树干表面为硅藻生长提供条件，然而扬尘中的硅溶于水而被硅藻所吸收利用极少，因此，本研究检出的硅藻细胞较小。Neustupa等[16]研究显示：硅藻主要分布在采样高度1.0～1.6 m之间的树皮上，与此次研究采样高度(1.5 m)相近，似乎表明树皮硅藻的空间分布位置可能集中在这个范围内，但本研究未对树干不同高度的样品采集分析，而且采集的树种相对较少，因此不确定硅藻在树干上的这一空间分布特征是否具有普遍性，这有待后续研究的开展。

在Frestein等[1]研究中，细克里藻(K.subtile)和小球藻(C.vulgaris)对臭氧和颗粒物(PM10)耐受性较低。而本研究中，这2种藻类在二球悬铃木和樟树的树皮上均检出，似乎表明采样区域大气中臭氧和颗粒物较低。这与采样区域交通繁忙，汽车行驶形成的大气扬尘以及排放的尾气较多的实际情况并不吻合，其原因有待进一步研究。

本研究中，树皮着生藻类的蓝藻密度[(9.42±1.34)×104cells·cm-2]远高于绿藻[(8.10±4.90)×103cells·cm-2]，可能是由于蓝藻中某些种类(如颗粒粘球藻和点形粘球藻)具有较强水分涵蓄能力的胶被，可为其细胞生长提供较长时间水分供给所致，故而此类蓝藻在群落中常形成优势种。

尽管对采集时间相同，采样高度及朝向、环境条件几乎一致，但单因素方差分析结果却显示二球悬铃木和樟树的树皮着生藻类密度差异具有统计学意义(P<0.05)。本研究中，二球悬铃木为落叶乔木，树皮较光滑且薄；而樟树常绿乔木，树皮粗糙且厚；其树皮保水能力、开放天空比及树干径流的pH等可能存在差异[16,26]，进而影响树皮着生藻类生长发育导致其密度差异显著。但本研究未对2种行道树树皮吸水率、光照及树干径流pH等进行测量，这有待后续研究给予完善和补充。相同树种不同朝向的树皮着生藻类树皮着生藻类密度差异也具有统计学意义(P<0.05)，表现为向水侧高于背水侧，则可能是因为树干向水侧对河水蒸发形成的水蒸气拦截致使树皮湿度高于背水侧，为藻类提供了更好的生长条件所致；然而本研究并未对两侧的空气湿度进行测量，这也有待后续研究给予完善和补充。藻类植物对环境变化响应迅速，因此，描述其群落结构特征的多样性指数常作为环境质量评价的生物学指标。其中，Shannon-Weaver指数[30]也常写为Shannon-Wiener指数[31-34]，是最为常用的水质评价指标[31-35]。基于树皮着生藻类数据计算的Shannon-Weaver多样性指数(H′)在不同树种和整体之间的差异较小，在1.10～1.40之间，似乎表明该指数可作为空气质量评价指标。然而，本研究缺少与空气质量较好区域的树皮着生藻类数据进行对比分析、调查的行道树树种也较少；相同树种不同采样朝向间有一定的差异(见表5)。因此，基于树皮着生藻类的空气质量评价指标体系构建在方法学方面的研究尚待进一步开展。