遼寧省典型水庫浮游植物粒徑大小的分布特征研究

方義,趙文,李文寬

(1.大連海洋大學(xué)水產(chǎn)與生命學(xué)院遼寧省水生生物學(xué)重點實驗室,遼寧大連116023;2.遼寧省淡水水產(chǎn)科學(xué)研究院,遼寧遼陽111000)

遼寧省典型水庫浮游植物粒徑大小的分布特征研究

方義1,趙文1,李文寬2

(1.大連海洋大學(xué)水產(chǎn)與生命學(xué)院遼寧省水生生物學(xué)重點實驗室,遼寧大連116023;2.遼寧省淡水水產(chǎn)科學(xué)研究院,遼寧遼陽111000)

分別于2010年的7、9月份和2011年的5、7、9月份對遼寧省大伙房水庫和湯河水庫浮游植物粒徑大小及其分布特征進行了調(diào)查分析。結(jié)果表明:大伙房水庫和湯河水庫均以硅藻門和綠藻門占優(yōu)勢,大伙房水庫硅藻生物量最大 (占總浮游植物生物量的68.82%),金藻生物量最小 (占0.05%),湯河水庫硅藻生物量最大 (占65.42%),黃藻生物量最小 (占0.16%);大伙房水庫和湯河水庫浮游植物等效球體直徑(ESD)分別為1.72～93.76、1.72～95.86 μm,其中兩座水庫藍藻的ESD為1.72～15.96 μm,硅藻的ESD為8.63～95.86 μm,綠藻的ESD為8.58～66.46 μm,金藻的ESD為18.97～26.94 μm;大伙房水庫9月份生物量粒徑譜呈 “雙峰型”,當(dāng)ESD＜15 μm時,生物量隨ESD的增大而增加,當(dāng)ESD為[10～15)μm時生物量出現(xiàn)最大峰值,當(dāng)ESD為[20～50)μm時生物量出現(xiàn)一個小峰值;湯河水庫7月份浮游植物生物量粒徑譜呈 “雙峰型”,當(dāng)ESD為[10～15)μm時生物量出現(xiàn)最大峰值,當(dāng)ESD為[20～50)μm時生物量出現(xiàn)一個小峰值;大伙房水庫和湯河水庫浮游植物標(biāo)準(zhǔn)化生物量粒徑譜回歸線的斜率分別是-0.59和-0.53。

浮游植物;粒徑譜;大伙房水庫;湯河水庫

粒徑譜首先由Sheldon﹠Parson提出,他們先將生物按照大小 (或體質(zhì)量)分為幾個粒級,然后算出每一粒級的生物量,由此得出一條反映生物量與粒徑大小關(guān)系的曲線,稱為粒徑譜 (Particlesize spectra)。即把粒級按一定的對數(shù)級數(shù)排序,這種生物量在對數(shù)級上的分布就是粒徑譜。在平衡狀態(tài)下這條譜線是一條斜率很低的直線[1]。生物量粒徑譜越來越多地被應(yīng)用到水域生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能的研究中[2-4]。國內(nèi)外學(xué)者對浮游動物和底棲群落生物量粒徑譜特征的研究發(fā)現(xiàn),譜型在不同湖泊間變化比較大,并與湖泊的形態(tài)結(jié)構(gòu)密切相關(guān)[5-7]。水庫是半人工、半自然的水體,浮游植物生物量粒徑譜的譜型有別于自然湖泊,但有關(guān)水庫浮游植物群落的生物量粒徑譜的報道很少。本研究中,作者以遼寧省大伙房水庫、湯河水庫為研究對象,構(gòu)建和分析了其浮游植物群落生物量粒徑譜。

1 材料與方法

1.1 采樣時間與地點

依據(jù)水庫水質(zhì)特點,在大伙房水庫和湯河水庫分別設(shè)置9個采樣點 (圖1),各水庫采樣點的經(jīng)緯度見表1,分別于2010年的7月、9月和2011年的5月、7月、9月在大伙房水庫和湯河水庫進行采樣。

1.2 方法

1.2.1 樣品的采集與測定 定量樣品用水生-80型采水器采集 1 L,加入 15 mL魯哥試液(Rugol'ssolution)搖勻,放置在實驗室內(nèi)置48 h,然后濃縮定量至50 mL,加體積分?jǐn)?shù)為5%的甲醛固定。測定時充分搖勻,用定量吸管吸取0.10 mL至浮游植物計數(shù)框內(nèi),在Olympus CX21FS1顯微鏡下全片計數(shù)50個視野 (10×40倍),對浮游植物計數(shù)的同時,測量每個個體的大小。測定浮游植物的長、寬、高,采用近似幾何體積公式計算浮游植物等效球體直徑 (ESD)[8]。采用Sheldon型生物量粒徑譜方法構(gòu)建大伙房水庫和湯河水庫浮游植物生物量粒徑譜和標(biāo)準(zhǔn)化粒徑譜[2,9-10]。

1.2.2 水質(zhì)指標(biāo)的測定 參照 《水和廢水監(jiān)測分析方法》[11]現(xiàn)場測定水溫、pH、電導(dǎo)率(EC)、溶解氧 (DO);采集水樣在實驗室測定總氮 (TN)、總磷(TP)、氨氮(NH+4-N)、硝酸鹽(NO-3-N)、亞硝酸鹽(NO-2-N)、化學(xué)需氧量(BOD)等指標(biāo)。

表1 各水庫采樣點地理坐標(biāo)Tab.1 Satellite or orientation of sampling position in each reservior

圖1 大伙房水庫和湯河水庫采樣點分布圖Fig.1 Distribution of sampling sites in Dahuofang Reservoir and Tanghe Reservoir

2 結(jié)果與分析

2.1 大伙房水庫和湯河水庫的水質(zhì)指標(biāo)

從表2可見:大伙房水庫和湯河水庫的主要水質(zhì)指標(biāo)存在明顯的季節(jié)差異,2010年大伙房水庫7月份的pH和TP、含量明顯低于9月份;2010年湯河水庫7月份的TN、TP、、BOD含量明顯低于9月份。2011年大伙房水庫各水質(zhì)指標(biāo)5、7、9月份間具有明顯差異,卻沒有明顯的規(guī)律性,但5月份的EC明顯低于7、9月份,5月份的TP明顯高于7、9月份,9月的明顯低于5、7月份;2011年湯河水庫7月份的DO、含量和pH、EC明顯低于5、9月份,9月的TN、TP含量明顯低于5、7月份。

水體浮游植物的生長主要受水體中磷的限制,浮游植物生長過程中葉綠素a含量均與TP有關(guān), TP含量的高低會影響浮游植物的大小和濕質(zhì)量,進而影響浮游植物的生物量與ESD。在不同的采樣時間,測得TP的含量均有變化,這也是導(dǎo)致兩水庫的生物量與粒徑譜略有差異的原因之一;浮游植物還具有較高的生長速率和光能利用能力,單位生物量下浮游植物對磷的攝入率更高,可見水質(zhì)與浮游植物生長有很大的關(guān)系。

2.2 浮游植物的組成特征

大伙房水庫藍藻、硅藻、金藻、黃藻、隱藻、甲藻、裸藻、綠藻的生物量分別為3.71、54.19、0.04、0.50、4.51、2.53、4.15、9.11 mg/L。其中生物量最大的是硅藻,占總浮游植物生物量的68.82%,最小的是金藻,僅占總量的0.05%(圖2)。湯河水庫藍藻、硅藻、金藻、黃藻、隱藻、甲藻、裸藻、綠藻的生物量分別為2.80、55.03、0.92、0.14、2.25、6.90、8.39、7.68 mg/L。其中生物量最大的是硅藻,占總浮游植物生物量的65.42%,最小的是黃藻,僅占總量的0.16%(圖2)。兩水庫浮游植物生物量的季節(jié)性變化不明顯。大伙房水庫和湯河水庫都是硅藻門和綠藻門占優(yōu)勢,其中大伙房水庫主要優(yōu)勢種為顆粒直鏈藻Melosira granulata var、普通小球藻Chlorella vulgarisBeij、尖針桿藻 Synedra acus、披針曲殼藻 Achnanthes lanceolata、梅尼小環(huán)藻Cyclotella meneghiniana、尖尾藍隱藻Chroomonas acuta、卷曲纖維藻Ankistrodesmus convolutus、細(xì)小曲殼藻Achnanthes gracillina、圓環(huán)舟形藻 Navicula placentula、喙頭舟形藻Navicula rhynchocephhla和針狀菱形藻Nitzschia acicularis。湯河水庫主要優(yōu)勢種為尖針桿藻 Synedra acus、小席藻Phormidium tenue、梅尼小環(huán)藻Cyclotella meneghiniana、普通小球藻 Chlorella vulgaris、馬氏錐囊藻 Dinobryon Marssonii、針狀菱形藻Nitzschia acicularis、隱頭舟形藻Navicula cryptocephala和尖尾藍隱藻Chroomonas acuta。

表2 2010、2011年大伙房水庫和湯河水庫的水質(zhì)指標(biāo)Tab.2 Water quality in Dahuofang Reservoir and Tanghe Reservoir in 2010 and 2011 mg/L

圖2 大伙房水庫和湯河浮游植物生物量的季節(jié)性變化Fig.2 Seasonal variations in phytoplankton biomass in Dahuofang Reservoir and Tanghe Reservoir

2.3 浮游植物的生物量粒徑譜

從圖3可見:大伙房水庫和湯河水庫浮游植物ESD分別為1.72～93.76 μm和1.72～95.86 μm,其中兩水庫藍藻的ESD為1.72～15.96 μm,硅藻的ESD為8.63～95.86 μm,綠藻的ESD為8.58～66.46 μm,金藻的ESD為18.97～26.94 μm。大伙房水庫中5月和7月的浮游植物生物量均隨ESD的增加呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢,當(dāng)ESD為15～100 μm時,生物量隨ESD的增大而減小,當(dāng)ESD為 [10～15)μm時,生物量出現(xiàn)最大峰值;9月份生物量粒徑譜呈 “雙峰型”,當(dāng)ESD為＜15 μm時,生物量隨著ESD的增大而增加,當(dāng)ESD為[10～15)μm時生物量出現(xiàn)最大峰值,當(dāng)ESD為 [20～50)μm時生物量出現(xiàn)一個小峰值 (圖3)。湯河水庫中5月和9月浮游植物生物量隨著ESD的增大也呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢,同樣ESD在15～100 μm時,生物量隨著ESD的增大而減小,當(dāng)ESD為 [10～15)μm時也生物量出現(xiàn)了一個較大峰值,但不呈波峰型;7月份湯河水庫的浮游植物粒徑譜呈 “雙峰型”,ESD為 [10～15)μm時生物量出現(xiàn)最大峰值,ESD為 [20～50)μm時生物量出現(xiàn)一個小峰值 (圖3)。

從圖 3可以看出,當(dāng) ESD為 [10～15)、[15～20)、[20～50)時,在3個月中生物量都占據(jù)優(yōu)勢,主要原因是小球藻、卷曲纖維藻、尖尾藍隱藻、尖針桿藻、菱形藻、小環(huán)藻都有分布,且在不同月份占優(yōu)勢種。其中ESD為10～15 μm在各個月中都占據(jù)比較大的比例,主要原因是尖尾藍隱藻和尖針桿藻在不同月份含量比較高。

大伙房水庫和湯河水庫浮游植物標(biāo)準(zhǔn)化生物量粒徑譜回歸線的斜率分別是-0.59和-0.53(圖3-B)。一般認(rèn)為,在自然陸地生態(tài)系統(tǒng)中,發(fā)育良好的動物群落的標(biāo)準(zhǔn)化譜是一個線性譜[10,13],并且線性回歸的斜率都接近-0.75[12,14]。Zuo等[15]調(diào)查過春季長江口鄰近海域外海浮游生物的生物量譜,斜率為-0.635,都高于理想值。Cyr等[6]調(diào)查了北美28個湖泊的浮游動物生物量譜,其標(biāo)準(zhǔn)化譜型呈 “雙峰型”。在大伙房水庫和湯河水庫,硅藻門舟形藻、曲殼藻、針桿藻、菱形藻、小環(huán)藻全年均有分布,大伙房和湯河水庫中硅藻的ESD分別為8.63～93.76、8.63～95.86 μm,大伙房水庫的9月份和湯河水庫的7月份生物量粒徑譜呈 “雙峰型”,這與Cyr等對北美28個湖泊浮游動物的生物量粒徑譜的研究結(jié)果相似,由此表明,粒徑譜斜率較準(zhǔn)確地反映了水域生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)循環(huán)的特征。

圖3 大伙房水庫和湯河水庫Sheldon型生物量 (A)和標(biāo)準(zhǔn)化生物量粒徑譜 (B)Fig.3 Sheldon-type particle-seze spectra(A)and the normalized biomass particle-seze spectra(B)in Dahuofang Reservoir and Tanghe Reservoir

3 討論

標(biāo)準(zhǔn)化粒徑譜的參數(shù)可用于進行不同生態(tài)系統(tǒng)之間的比較,斜率代表生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)輸入狀況和營養(yǎng)循環(huán)效率[16],可以指示環(huán)境因子對水生生物群落生產(chǎn)力的影響[17]。斜率越小,不同營養(yǎng)級間的能流效率就越低。Saiz-Salinas等對南極Livingston島的沿岸底棲群落進行了分析[1],粒徑譜斜率在淺水區(qū) (＜100 m)、次淺水區(qū) (100～200 m)和深水區(qū) (＞200 m)分別為-0.76、-1.25和-1.31,說明隨水深的增加,大粒徑的生物相對減少。主要原因在于,深水區(qū)從水層向底部沉降腐質(zhì)較少,大量的顆粒有機物在沉降過程中被分解,大型底棲生物得不到較好的食物補充而使數(shù)量下降[1]。以往的研究很少涉及粒徑譜變化,但是水域生態(tài)系統(tǒng)浮游植物大小與魚類、浮游動物、底棲動物的種類組成和密度以及富營養(yǎng)狀況等密切相關(guān)[18-21]。

標(biāo)準(zhǔn)化生物量粒徑譜的斜率為-0.75,大伙房水庫和湯河水庫的生物量粒徑譜斜率為-0.59和-0.53,都明顯高于理想值。這可能與調(diào)查水域的季節(jié)性浮游生物功能群數(shù)量變動有關(guān)。5、6月份為浮游動物數(shù)量高峰期,尤以植食性橈足類的數(shù)量最多[22],因此必然會對浮游植物產(chǎn)生較強的攝食壓力,可以認(rèn)為這與5月份水庫正處于初級生產(chǎn)的被消耗期有關(guān)。此外,受陸地雨水沖刷以及各種水團分布的影響,水庫的營養(yǎng)收入和生產(chǎn)力總體水平會偏高。水庫浮游植物生物量隨著ESD的增大而增加,這很可能是由于浮游植物中優(yōu)勢種占優(yōu)勢,從而造成水庫標(biāo)準(zhǔn)化生物量粒徑譜斜率 (-0.59和-0.53)明顯大于-0.75。

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The particle size profiles of phytoplankton in general reservoirs in Liaoling Province

FANG Yi1,ZHAO Wen1,LI Wen-kuan2
(1.Key Laboratory of Hydrobiology in Liaoning Province,College of Fisheries and Life Science,Dalian Ocean University,Dalian 116023,China; 2.Freshwater Fisheries Research Institute of Liaoning Province,Liaoyang 111000,China)

The particle size profiles of phytoplankton was studied in typical reservoirs,Liaoning province,China, in May,July and September from 2010 to 2011.Cyanophyta,Chlorophyta,and Bacillariophyta were found to be the predominant during the survey,the maximal Bacillariophyta biomass representing 68.82%of the total phytoplankton biomass.There was the minimal biomass of Chrysophyta,only accounting for 0.05%of the total biomass. Cyanophyta particles were varied from 1.72 to 15.96 μm in size in ESD,Bacillariophyta particle sizes were ranged from 8.63 to 95.86 μm,Chlorophyta particle sizes from 8.58 to 66.46 μm,and Chrysophyta particle size from 18.97-26.94 μm.The biomass size spectra were found to be the“bimodal”in Dahuofang Reservoir at September, the biomass decrease as the equivalent diameter of a sphere increase,with the peak at[10-15)μm and the minimum at[20-50)μm.The“bimodal”biomass size spectra were observed in Tanghe Reservoir in July,with the maximum at[10-15)μm and the minimum at[20-50)μm.Phytoplankton normalized biomass size spectra slope of the regression line was all-0.59 in Dahuofang Reservoir and-0.53 in Tanghe Reservoir.

phytoplankton;particle-size spectrum;Dahuofang Reservoir;Tanghe Reservoir

S932.8

:A

2095-1388(2013)04-0390-05

2012-12-17

遼寧省海洋與漁業(yè)廳項目 (200920)

方義 (1986-),男,碩士研究生。E-mail:lovefy70@sina.com

趙文 (1963-),男,博士,教授。E-mail:zhaowen@dlou.edu.cn