襄阳汉江国家湿地公园浮游植物群落结构特征及其影响因素

李红海,米武娟,赵重宇,毕永红,冯德金,孔红霞,宋高飞

(中国科学院 淡水生态与生物技术国家重点实验室; 水生生物研究所,武汉 430072)

浮游植物是水域生态系统中最主要的初级生产者,启动了水域生态系统的食物网,同时也是水环境变化的直接响应者,其物种组成、群落结构和丰度的变化是反映水体生态系统的重要指标［3］.研究表明,浮游植物群落结构与营养盐、温度、光照、水动力等条件密切相关,受多种因子的共同调控［4-6］.目前关于汉江襄阳河段的研究主要集中在水质、污染物方面,部分对汉江中下游水域的研究涉及汉江襄阳河段的某个点的水生生物［1-2,7-8］.本文首次详细研究了汉江襄阳城区段襄阳汉江国家湿地公园不同水文期水体浮游植物群落的时空特征,基于多元统计分析揭示不同水文时期影响襄阳汉江国家湿地公园水域浮游植物群落结构的主要环境因素,以期为襄阳汉江国家湿地公园及汉江中下游环境管理提供决策支持.

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

襄阳汉江国家湿地公园当年11月至来年4月为枯水期,5月至10月为丰水期,于2021年3月(枯水期)和6月(丰水期)分别对襄阳汉江国家湿地公园进行了采样调查.从汉江四桥至崔家营大坝共设置16个采样点(图1),采样点依次命名为S1～S16.

1.2 水样采集与分析

1.3 浮游植物样品采集与分析

定性样品通过25#浮游生物网采集,采用体积分数4%甲醛溶液固定.定量样品通过现场采集1 000 mL水样装于塑料样品瓶中,用鲁哥氏液固定保存,静置48 h,通过虹吸作用抽去多余的上清液,经沉淀后定容至30 mL.充分震荡混匀,吸取0.1 mL滴到浮游植物计数框上,随后用正置显微镜(Olympus CX21,Japan)在400倍下进行鉴定与计数,浮游植物鉴定参考文献［9-10］.

1.4 数据分析与统计

1.4.1多样性指数计算

采用物种丰富度、香农-维纳多样性指数、均匀性指数对浮游植物群落多样性进行分析评价,利用Past version 2.17［11］计算各样本物种的多样性指数［12］.

1.4.2统计分析

在进行统计学分析前,除pH外其他环境因子及物种矩阵均经过lg(x+1)转换及其标准化,在进行环境因子与物种的相关分析时,所有因子都进行了共线性检测.

欧文随后打电话报警，大约10名警察随即赶到利夫西家，试图逮捕这名退役四星上将。一个生活在社会底层的体力劳动者，敢于向警方举报一位赫赫有名的四星上将，警方会受理吗？

利用主坐标分析(PCoA)对浮游植物群落组成进行相似性分析;利用相似性分析(ANOSIM)对不同类群浮游植物群落结构进行差异显著性检验;利用Mantel test 检验对物种组成与环境因子做相关性分析.其他相关分析和作图在R环境下完成(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 结 果

2.1 环境因子的变化

2.2 浮游植物群落

2.2.1浮游植物组成及密度

襄阳汉江国家湿地公园共鉴定浮游植物8门61属75种,其中绿藻物种种类最多,有23种,硅藻次之,为16种,蓝藻9种,隐藻、裸藻、甲藻、金藻、黄藻较少(图3).浮游植物细胞密度的变化范围为1.43×105～1.44×107L-1.

其中枯水期共鉴定浮游植物49种,绿藻种类最多,有18种,硅藻16种,蓝藻5种,隐藻、裸藻、甲藻、金藻、黄藻共10种;细胞密度变化范围为3.77×105～3.24×106L-1,平均值为1.11×106L-1.丰水期共鉴定浮游植物69种,绿藻26种,硅藻19种,蓝藻9种,隐藻、裸藻、甲藻、金藻、黄藻共15种;细胞密度变化范围为1.43×105～1.44×107L-1,平均值为3.79×106L-1.枯水期相对丰水期密度较低,但无显著差异(F=3.28,P>0.05).襄阳汉江国家湿地公园浮游植物密度最小值和最大值均出现在丰水期,其中丰水期S13～S16采样点浮游植物细胞密度远高于其他位点.

2.2.2浮游植物优势种

襄阳汉江国家湿地公园浮游植物枯水期以硅藻、隐藻和金藻占优势,枯水期优势种为5个,分别为小环藻(Cyclotellasp.)、针杆藻(Synedrasp.)、隐藻(Cryptomonassp.)、斜结隐藻(Plagioselmissp.)、小金色藻(Chrysochromulinaparva);丰水期以硅藻、蓝藻占优势;丰水期优势种有7个,分别为小环藻(Cyclotellasp.)、针杆藻(Synedrasp.)、直链藻(Melosirasp.)、微囊藻(Microcystissp.)、微小平裂藻(Merismopediatenuissima)、浮丝藻(Planktothrixsp.)、束丝藻(Aphanizomenonsp.)(分别见附表Ⅱ加粗部分).

2.2.3浮游植物α多样性指数

浮游植物α多样性指数包括物种丰富度、Shannon-Wiener指数和均匀性指数,如图4所示.襄阳汉江国家湿地公园枯水期和丰水期物种数分别在9～28和7～38之间,丰水期高于枯水期,两者差异显著(F=4.271,P=0.046);Shannon-Wiener指数范围分别在0.65～2.22和1.36～2.60之间,丰水期高于枯水期,两者差异极显著(F=25.736,P=0.000);均匀度分别在0.17～0.51和0.24～0.65之间,丰水期高于枯水期,两者差异极显著(F=20.724,P=0.000).

2.3 浮游植物群落与环境因子的关系

基于Bray-Curtis距离的PCoA分析研究了枯水期和丰水期襄阳汉江国家湿地公园浮游植物群落的差异(图5).前两轴分别解释了浮游植物群落中37.59%和14.87%的总变异.此外,ANOSIM分析显示,不同水文期对浮游植物群落组成差异显著(R=0.322,P=0.001).

3 讨 论

3.1 襄阳汉江国家湿地公园不同水文时期浮游植物群落结构特征

在调查期间,襄阳汉江国家湿地公园在枯水期和丰水期均以硅藻为优势,原因可能是本研究中枯水期和丰水期的大部分位点的水温都低于20 ℃,温度较低时硅藻、隐藻会成为主要的优势类群,而绿藻、蓝藻较硅藻更适宜高温环境［14］.襄阳汉江国家湿地公园在崔家营航电枢纽工程正式运行后基本形成水库型河流,由于人为调蓄作用并没有丰水期水位上涨及枯水期退水现象,也没有非常明显的水质类别变动［7］.加之温度变化幅度较小,因此丰水期细胞密度高于枯水期,但无显著差异.枯水期和丰水期襄阳汉江国家湿地公园虽然没有明显的水位改变,但由于降雨、地表径流、支流汇入等作用却在一定程度上引起了营养物质交换和改变［2］,使得浮游植物群落组成差异显著,优势类群在丰水期和枯水期仅有小环藻和针杆藻这2种是共有物种,可见优势种的季节变化非常显著.

3.2 环境因子对浮游植物群落结构的影响

襄阳汉江国家湿地公园水体与入河支流形成了复杂的水库型河流生态系统,进而受各种水文与理化环境因素的影响,导致浮游植物的群落结构在丰水期和枯水期差异显著.

枯水期的主要影响因子包括高锰酸盐指数、水温、碳含量等.C和P作为浮游植物的基础元素,是植物生长所必需的.枯水期浮游植物群落组成与TC及IC具有显著相关性,这与已有报道一致［16］.较高的养分适宜小金色藻等喜高有机质含量的物种生长［15］,因此,枯水期的优势种除硅藻外主要为隐藻、小金色藻.

丰水期的氮含量、正磷酸盐、水温、透明度是驱动丰水期浮游植物群落生态分布的主要环境因素.营养物质是浮游植物生长繁殖所必需的,浮游植物通过大量吸收水体中N、P等营养物质使其迅速增殖.且不同的物种和功能群对不同营养盐的吸收率和敏感性不同,不同的营养条件下产生不同的优势种和功能群［17-18］.襄阳汉江国家湿地公园水体在与小清河、唐白河交汇后N、P含量迅速增加,导致浮游植物密度急剧上升,优势种为蓝藻,其他样点优势种为硅藻.丰水期水位波动以及低透明度等条件会影响浮游植物生长并直接增加浮游动物的摄食压力,从而直接或间接影响浮游植物的群落结构.

4 结 论

(1)襄阳汉江国家湿地公园枯水期共鉴定浮游植物49种,丰水期共鉴定浮游植物69种,在不同水文期均以硅藻门为主.(2)浮游植物群落结构在不同水文期差异显著,枯水期较丰水期密度低.(3)高锰酸盐指数、水温、总碳含量是影响枯水期浮游植物群落结构的主要环境因素,氮含量、正磷酸盐、水温、透明度是驱动丰水期浮游植物群落生态分布的主要环境因素.

附 录

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