新疆的微藻及其群落結(jié)構(gòu)

吳 蕾徐亮亮胡春香

(1. 中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所, 中國(guó)科學(xué)院藻類(lèi)生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 武漢430072; 2. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京100049)

新疆的微藻及其群落結(jié)構(gòu)

吳 蕾1, 2徐亮亮1胡春香1

(1. 中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所, 中國(guó)科學(xué)院藻類(lèi)生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 武漢430072; 2. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京100049)

為了解新疆的微藻資源及其群落特征, 研究于2013年5月和2014年6月對(duì)新疆包括荒漠、草甸、農(nóng)田、灘涂等土壤生境和湖泊、水庫(kù)、河流、池塘、溝渠等水體生境中的微藻進(jìn)行了采樣調(diào)查, 共采集到標(biāo)本329個(gè), 其中水樣256個(gè), 土樣73個(gè)。經(jīng)室內(nèi)鑒定發(fā)現(xiàn), 陸生藻有77種, 優(yōu)勢(shì)種呈藍(lán)藻-綠藻型, 主要是席藻屬(Phormidium)的種類(lèi)、具鞘微鞘藻(Microcoleus vaginatus)、土生綠球藻(Chlorococcum humicola); 水生藻有 272種, 優(yōu)勢(shì)種呈綠藻-硅藻-藍(lán)藻型, 主要集中在顫藻屬(Oscillatoria)、席藻屬(Phormidium)、柵藻屬(Scenedesmus)、單針藻屬(Monoraphidium)和舟形藻屬(Navicula)。整體而言, 北部中溫帶干旱區(qū)的微藻較南部暖溫帶極端干旱區(qū)更豐富, 而且主要集中在中溫帶干旱區(qū)的灘涂、湖泊和河流生境。依多維尺度分析發(fā)現(xiàn),土壤生境下同一氣候區(qū)的灘涂和草甸的微藻群落結(jié)構(gòu)較為相似, 荒漠和農(nóng)田生境的群落結(jié)構(gòu)無(wú)氣候區(qū)域差異。在水生生境下, 暖溫帶極端干旱區(qū)河流中的群落結(jié)構(gòu)與其他4種水境中差別較大; 中溫帶干旱區(qū)的湖泊和河流相似, 其他生境中的差別都較大, 這說(shuō)明氣候帶和生境類(lèi)型都對(duì)微藻群落有影響。

新疆; 微藻組成; 優(yōu)勢(shì)種; 群落結(jié)構(gòu); 多維尺度分析

目前, 已知藻類(lèi)有3萬(wàn)余種, 其中微藻有2萬(wàn)余種, 占到70%左右[1]。根據(jù)微藻所處環(huán)境的不同, 常分為陸生微藻和水生微藻。陸生微藻是土壤中具有葉綠素行放氧型光合作用的有機(jī)物生產(chǎn)者, 對(duì)土壤的形成和土壤肥力的提高有顯著作用, 已成為評(píng)定土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)之一[2]。水生微藻是水體生態(tài)系統(tǒng)中重要的初級(jí)生產(chǎn)者[3], 其組成和多樣性直接影響著生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能[4—7], 因而其群落結(jié)構(gòu)能很好地反映水生生態(tài)系統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)和水質(zhì)狀況[8]。

新疆位于中國(guó)的西北邊陲, 土地面積在 1.6× 1012m2以上, 約占全國(guó)的 1/6, 是我國(guó)最大的省區(qū),也是典型的干旱地區(qū)[9]。截止2009年底, 新疆荒漠化土地總面積為 1.1×1012m2, 占新疆總面積的64.34%[10]。由于其地處歐亞大陸的中心地帶, 高山環(huán)繞, 呈典型的大陸性干旱氣候, 全疆年降水量平均為134.0 mm[11]。轄區(qū)內(nèi)有世界第二大沙漠塔克拉瑪干沙漠, 博斯騰湖是中國(guó)最大的內(nèi)陸湖泊之一。最高的托木爾峰海拔7435.3 m, 而位于吐魯番盆地的艾丁湖是世界第二陸地最低點(diǎn), 海拔為–154 m。新疆北部為阿爾泰山, 南部為昆侖山, 天山東西橫貫中部, 將新疆隔成南北兩大盆地, 形成了“三山夾兩盆”的獨(dú)特地貌類(lèi)型。如此特殊的地理位置和特有的氣候特征, 使微藻在長(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程中形成了豐富多樣的群落結(jié)構(gòu)。

目前, 有關(guān)新疆藻類(lèi)群落結(jié)構(gòu)的研究?jī)H有零星報(bào)道, 且大多針對(duì)具體的水庫(kù)[12, 13]、河流湖泊[14—16]以及部分區(qū)域[17]的浮游植物, 或者固氮藍(lán)藻分布[18],缺乏對(duì)整個(gè)地區(qū)微藻的調(diào)查。本研究旨在調(diào)查新疆地區(qū)微藻群落結(jié)構(gòu), 了解其生境和自然群落特征,探究微藻分布規(guī)律與生境類(lèi)型、氣候區(qū)域間的關(guān)系,進(jìn)一步反應(yīng)不同生態(tài)系統(tǒng)的健康及穩(wěn)定情況[19], 為微藻資源的開(kāi)發(fā)提供基礎(chǔ)資料。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

根據(jù)新疆氣候區(qū)域劃分[20]和采樣位點(diǎn)(圖 1)的結(jié)合, 將研究區(qū)域分為了北部中溫帶干旱區(qū)(MTA)和南部暖溫帶極端干旱區(qū)(WTA)。其中, 中溫帶干旱區(qū)年平均降雨量為 221.5 mm, 年蒸發(fā)量在1600—2200 mm; 暖溫帶極端干旱區(qū)年平均降雨量為47.3 mm, 年蒸發(fā)量在2000—3000 mm[11]。

根據(jù)不同土質(zhì)特點(diǎn)及其植被覆蓋類(lèi)型, 將新疆土壤大致分為 4類(lèi): 草甸土壤、荒漠土壤、鹽堿土壤和風(fēng)沙土壤, 其中新疆的鹽堿土不論是面積還是種類(lèi), 在全國(guó)都是最多的。新疆地區(qū)河流眾多, 除額爾齊斯河注入北冰洋外, 其他均為內(nèi)陸河。河流水源的補(bǔ)給主要靠山地降水和高山冰雪融水。境內(nèi)湖泊大多為河流的終點(diǎn)湖, 面積變化大, 由于降水少蒸發(fā)大, 湖泊水量常補(bǔ)給不足, 而導(dǎo)致湖水日益濃縮, 鹽度逐漸增大。沙漠、戈壁、荒漠、高原、河流、湖泊、鹽湖、沼澤等構(gòu)成了新疆多種多樣的地質(zhì)地貌類(lèi)型。

1.2 標(biāo)本采集

2013年5月和2014年6月, 共采集329個(gè)樣品 (圖1), 其中水體樣品256個(gè), 涵蓋了湖泊、水庫(kù)、河流、池塘、溝渠5種生境。土壤樣品73個(gè), 涵蓋了荒漠、草甸、農(nóng)田、灘涂4種生境 (表1)。根據(jù)所處的氣候帶不同, 將土壤環(huán)境分成 8類(lèi)生境, 用MD、MM、MF、MS 分別表示中溫帶干旱區(qū)的荒漠、草甸、農(nóng)田、灘涂生境; WD、WM、WF、WS分別表示暖溫帶極端干旱區(qū)的荒漠、草甸、農(nóng)田、灘涂生境。將水體環(huán)境分成10類(lèi), 用ML、MRe、MRi、MP、MDi分別表示中溫帶干旱區(qū)的湖泊、水庫(kù)、河流、池塘、溝渠生境; WL、WRe、WRi、WP、WDi分別表示暖溫帶極端干旱區(qū)的湖泊、水庫(kù)、河流、池塘、溝渠生境。相同生境的標(biāo)本間隔至少有15 km, 記錄各樣點(diǎn)的具體位置、pH、溫度、土質(zhì)、氣壓、植被等狀況。

圖1 新疆地區(qū)采樣點(diǎn)分布圖Fig. 1 Sampling locations in Xinjiang region

表1 新疆地區(qū)不同生境下采樣點(diǎn)數(shù)目Tab. 1 The number of sampling points in different habitats of Xinjiang region

5種水體生境界定標(biāo)準(zhǔn)如下: 水庫(kù)是人為建造的, 是介于湖泊和河流之間的一類(lèi)生態(tài)系統(tǒng); 湖泊是四周陸地所圍之洼地, 不與海洋直接聯(lián)系的水體;河流指由一定區(qū)域內(nèi)地表水和地下水補(bǔ)給, 經(jīng)?；蜷g歇地沿著狹長(zhǎng)凹地流動(dòng)的水流; 溝渠指為灌溉或排水而人工修建的水道的統(tǒng)稱(chēng), 多數(shù)用石頭, 沙子砌成的; 池塘是指比湖泊小的水體, 是依靠天然的地下水源和雨水或以人工的方法引水進(jìn)池, 屬于封閉的生態(tài)系統(tǒng)。

土壤標(biāo)本的采集 采樣時(shí)選取不同生境下的土壤, 用鐵鏟除去覆于土壤表面的雜質(zhì), 取其深度0—10 cm的土壤。將樣品裝進(jìn)無(wú)菌干燥的牛皮紙袋中帶回實(shí)驗(yàn)室, 放入干燥器中存放。

水生微藻的采集 使用 25#浮游生物網(wǎng)在水面表層呈 “∞” 字形緩慢撈取浮游植物樣品, 并將網(wǎng)內(nèi)濃縮液置于30 mL塑料水樣瓶中保存。

1.3 微藻鑒定

陸生微藻采用顯微鏡直接觀(guān)察和室內(nèi)培養(yǎng)箱培養(yǎng)觀(guān)察相結(jié)合的方法。稱(chēng)取2 g土壤樣品, 放入干凈的研缽中進(jìn)行研磨, 加入20 mL的無(wú)菌水搖勻, 取1滴制成臨時(shí)裝片, 在顯微鏡下觀(guān)察并拍照。另一部分研磨后的樣品加水靜置24h, 取液體涂布在BG11 或 F/2的固體培養(yǎng)基中, 放入培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng) 4—7d,在顯微鏡下觀(guān)察拍照, 二者結(jié)果相結(jié)合得出最終鏡檢結(jié)果。

水生微藻在水樣搖勻后, 制臨時(shí)裝片在顯微鏡下直接觀(guān)察并拍照。

因樣品數(shù)量較多, 藻種類(lèi)型均采用直接觀(guān)察法進(jìn)行鑒定。

種類(lèi)鑒定參照 《中國(guó)淡水藻類(lèi)——系統(tǒng)、分類(lèi)及生態(tài)》、《中國(guó)淡水藻志》、《淡水微型生物圖譜》[21—23]等文獻(xiàn)。

1.4 微藻群落優(yōu)勢(shì)種的確定

優(yōu)勢(shì)種是根據(jù)物種的出現(xiàn)頻率及個(gè)體數(shù)量來(lái)確定, 用優(yōu)勢(shì)度表示。優(yōu)勢(shì)度計(jì)算公式

式中: Y 是優(yōu)勢(shì)度, fi是第 i 物種的出現(xiàn)頻率, Pi是第 i 物種個(gè)體數(shù)占總個(gè)體數(shù)量的比例, 當(dāng) Y ≥0. 02時(shí), 確定為優(yōu)勢(shì)種。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

采用多維尺度分析法(Multidimentional scaling, MDS) 進(jìn)行群落結(jié)構(gòu)分析, 數(shù)據(jù)處理采用SPSS 19.0軟件。

2 結(jié)果

2.1 微藻種類(lèi)組成

陸生微藻 73個(gè)土壤樣品中共發(fā)現(xiàn)微藻 77 種(僅鑒定到屬的按 1種計(jì), 下同), 隸屬于 3門(mén) 39屬。其中, 藍(lán)藻門(mén)種類(lèi)最多, 18屬44種, 占總種類(lèi)數(shù)的57.14%; 綠藻門(mén)次之, 19屬31種, 占40.26%;硅藻門(mén)最少, 僅2屬2種, 占2.60%, 分別為舟形藻Navicular sp.和等片藻Diatoma sp.。

在同一生境下, 中溫帶干旱區(qū)(MTA)的陸生藻種類(lèi)數(shù)均高于暖溫帶極端干旱區(qū)(WTA)(表2)。硅藻僅在MTA地區(qū)出現(xiàn), 而在WTA地區(qū)未出現(xiàn), 這可能與 WTA地區(qū)的高光強(qiáng)、高溫以及較高的鹽度等因素有關(guān)。在MTA的草甸、農(nóng)田和灘涂生境下, 藍(lán)藻與綠藻多樣性較高, 其中灘涂生境的藻種多樣性最為豐富, 荒漠生境下微藻種類(lèi)數(shù)最少。

為了揭示不同采樣點(diǎn)陸生微藻組成的差異, 本研究對(duì)8種土壤生境的微藻種類(lèi)數(shù)進(jìn)行了MDS分析(圖2), 脅強(qiáng)系數(shù)為0.002(小于0.05), 說(shuō)明尺度分析得到的結(jié)果與實(shí)際情況能夠很好吻合, 可以正確解釋樣點(diǎn)間的相似關(guān)系。根據(jù)MDS分析結(jié)果, 8種樣點(diǎn)大致可以分為3個(gè)類(lèi)群, 類(lèi)群1為MS、MM, 類(lèi)群2為WS、MD、WD、WM, 類(lèi)群3為MF、WF。

水生微藻 256個(gè)水體樣品中共發(fā)現(xiàn)微藻272種, 隸屬于8門(mén)100屬。其中, 綠藻種類(lèi)最多, 46 屬136種, 占總種類(lèi)數(shù)的50.00%; 藍(lán)藻次之, 20屬60種, 占22.06%; 硅藻23屬58種, 占21.32%; 裸藻有3屬6種, 占2.21%; 金藻4屬6種, 占2.21%;甲藻2屬3種, 占1.10%; 黃藻1屬2種, 占0.74%;隱藻1屬1種, 占0.37%。

表2 不同生境中的陸生微藻門(mén)類(lèi)組成Tab. 2 The composition of terrestrial microalgae in different habitats

圖2 新疆地區(qū)8個(gè)樣點(diǎn)類(lèi)型下陸生微藻群落的多維尺度分析Fig. 2 Multidimensional Scaling Analysis of terrestrial microalgae communities at 8 sites in Xinjiang region

河流生境下的微藻種類(lèi)數(shù)最為豐富, 水庫(kù)和湖泊次之, 溝渠最少。水生微藻種類(lèi)數(shù)在中溫帶干旱區(qū)(MTA)均高于暖溫帶極端干旱區(qū)(WTA)(表 3), 與陸生藻分布規(guī)律一致。隱藻、甲藻和黃藻僅出現(xiàn)在MTA地區(qū)。

通過(guò)MDS分析發(fā)現(xiàn)(圖3), 10種水生生境樣點(diǎn)間脅強(qiáng)系數(shù)為 0.010(小于 0.05), 說(shuō)明吻合很好, 可以正確解釋樣點(diǎn)間的相似關(guān)系。將10種采樣點(diǎn)分為5個(gè)類(lèi)群, 類(lèi)群1為MRi、ML; 類(lèi)群2為WRi、MDi;類(lèi)群3為WL、WP、WDi、WRe; 類(lèi)群4為MP; 類(lèi)群5為MRe。

2.2 微藻優(yōu)勢(shì)種統(tǒng)計(jì)

陸生微藻 調(diào)查區(qū)土壤中的優(yōu)勢(shì)種共有9種,集中在綠藻門(mén)和藍(lán)藻門(mén)(表4)。

比較不同氣候區(qū)的優(yōu)勢(shì)種發(fā)現(xiàn), MTA的優(yōu)勢(shì)種類(lèi)(7種)稍高于WTA (4種)。在MTA地區(qū)的生境中,小球藻(Chlorella vulgaris)、土生綠球藻(Chlorococcum humicola)和纖細(xì)席藻(Phormidium tenue)

是常見(jiàn)的優(yōu)勢(shì)種類(lèi), 而在 WTA地區(qū), 窩形席藻(Phormidium faveolarum)作為優(yōu)勢(shì)種出現(xiàn)在所有采樣生境中。

表3 不同生境中的水生微藻門(mén)類(lèi)組成Tab. 3 The composition of aquatic microalgae in different habitats

圖3 新疆地區(qū)10個(gè)樣點(diǎn)類(lèi)型下水生微藻群落的多維尺度分析Fig. 3 Multidimensional Scaling Analysis of aquatic microalgae communities at 10 sites in Xinjiang region

表4 新疆地區(qū)8種土壤生境下微藻優(yōu)勢(shì)種Tab. 4 The dominant microalgal species of 8 soil habitats in Xinjiang region

對(duì)比不同生境下優(yōu)勢(shì)種組成發(fā)現(xiàn), 荒漠生境下優(yōu)勢(shì)種較單一, 一般為藍(lán)藻門(mén)的具鞘微鞘藻和窩形席藻, 而其他生境優(yōu)勢(shì)種相對(duì)較為豐富。

水生微藻 水環(huán)境下微藻優(yōu)勢(shì)種出現(xiàn)較陸生生境下更為廣泛(表5), 共出現(xiàn)42種, 其中綠藻門(mén)最多, 有9屬21種, 占總數(shù)的50.00%; 硅藻門(mén)次之, 有7屬11 種, 占26.19%; 藍(lán)藻門(mén)最少, 6屬10種, 占23.81%。

表5 新疆地區(qū)10種水體生境下微藻優(yōu)勢(shì)種Tab. 5 The dominant microalgal species of 10 water habitats in Xinjiang region

比較不同氣候區(qū)優(yōu)勢(shì)種組成發(fā)現(xiàn)(表5), MTA地區(qū)的優(yōu)勢(shì)種種數(shù)(40種)遠(yuǎn)高于WTA地區(qū)的 (15種)。盡管在MTA和WTA地區(qū)有一些共同優(yōu)勢(shì)種類(lèi)的出現(xiàn), 但在兩個(gè)氣候區(qū)相同的生境條件下, 優(yōu)勢(shì)種組成仍存在一定差異。例如在湖泊生境下(表6), MTA地區(qū)優(yōu)勢(shì)種共出現(xiàn)了14種, 而在WTA地區(qū)湖泊生境中優(yōu)勢(shì)種僅有纖細(xì)席藻一種。

不同生境間比較發(fā)現(xiàn)(表7), 溝渠生境中所含優(yōu)勢(shì)種種類(lèi)最多, 其次是河流、水庫(kù)和湖泊, 池塘中所含優(yōu)勢(shì)種種類(lèi)最少。

表6 不同氣候區(qū)5種水體生境下微藻優(yōu)勢(shì)種門(mén)類(lèi)組成Tab. 6 The composition of dominant microalgal species in 5 water habitats of different climatic region

表7 5種水體生境下微藻優(yōu)勢(shì)種門(mén)類(lèi)組成Tab. 7 The composition of dominant microalgal species in 5 water habitats

通過(guò)MDS分析發(fā)現(xiàn) (圖4), 脅強(qiáng)系數(shù)為0.169(大于0.05), 說(shuō)明吻合性一般。大致看出, 2個(gè)氣候區(qū)的湖泊 (WL、ML)、池塘 (WP、MP) 生境較為相近, MRi和WRe較為相近, WDi和WRi較為相近, MDi和MRe均相對(duì)獨(dú)立。

3 討論

3.1 不同生態(tài)系統(tǒng)對(duì)微藻的影響

藻類(lèi)能夠適應(yīng)各種生活條件, 豐富多樣的生態(tài)環(huán)境是藻類(lèi)多樣性的一個(gè)重要基礎(chǔ), 因此在研究藻類(lèi)群落結(jié)構(gòu)時(shí)不可忽視對(duì)其生態(tài)環(huán)境的研究[24]。

圖4 新疆地區(qū)10個(gè)樣點(diǎn)類(lèi)型下水生微藻優(yōu)勢(shì)種組成的多維尺度分析Fig. 4 Multidimensional Scaling Analysis of dominant species of aquatic microalgae at 10 sites in Xinjiang region

本研究通過(guò)比較新疆地區(qū)土壤微藻和水體微藻種類(lèi)組成及其優(yōu)勢(shì)種發(fā)現(xiàn), 土壤環(huán)境中藍(lán)藻種類(lèi)較為豐富; 而水體環(huán)境中綠藻種類(lèi)占據(jù)優(yōu)勢(shì)。在這 2種大環(huán)境下發(fā)現(xiàn)有共同優(yōu)勢(shì)種, 即綠藻門(mén)的小球藻,以及藍(lán)藻門(mén)中絲狀的漸細(xì)席藻、窩形席藻、纖細(xì)席藻, 說(shuō)明這幾種藻對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng), 分布廣泛。

3.2 不同生境類(lèi)型對(duì)陸生微藻的影響

相較于胡春香等[25]對(duì)蘭州陸生藻的報(bào)道, 藍(lán)藻和綠藻的優(yōu)勢(shì)種大體一致, 然而新疆地區(qū)陸生藻中硅藻數(shù)量較少。灘涂生境的微藻種類(lèi)最為豐富, 這可能是因?yàn)闉┩课挥诔苯^(guò)渡地帶, 易受河流和泥沙的沖刷, 地下水位高, 水質(zhì)一般為淡水或弱礦化水, 營(yíng)養(yǎng)豐富, 適于更多的微藻生存。在荒漠生境下微藻種類(lèi)數(shù)最少, 可能與荒漠土本身的特性有關(guān),地表多石礫, 有機(jī)質(zhì)含量低, CaCO3含量高, 鹽化和堿化現(xiàn)象明顯, 不利于微藻生長(zhǎng)。

3.3 不同氣候區(qū)、生境類(lèi)型對(duì)水生微藻的影響

隱藻、甲藻和黃藻僅出現(xiàn)在 MTA地區(qū), 說(shuō)明MTA的水質(zhì)類(lèi)型多樣, 營(yíng)養(yǎng)程度差別較大。水體環(huán)境中黃藻是喜清水的藻種, 說(shuō)明MTA部分水質(zhì)屬于寡營(yíng)養(yǎng)型(os)[19]。而嚙蝕隱藻(Cryptomonas erosa)和飛燕角甲藻(Ceratium hirundinella)是富營(yíng)養(yǎng)型(α-ms)水體的指示種, 表明MTA部分水體也存在富營(yíng)養(yǎng)化隱患[19]。

河流生境下的微藻種類(lèi)數(shù)最為豐富, 大體是綠藻-硅藻-藍(lán)藻型, 其他門(mén)類(lèi)所占比例很小, 這與洪松等[26]有關(guān)中國(guó)河流水生生物群落的報(bào)道相一致,可能由于河流分支多, 尤其大型河流流域面積廣闊,流經(jīng)區(qū)域易受到自然環(huán)境和社會(huì)條件的影響[27], 環(huán)境復(fù)雜多變, 水體流動(dòng), 營(yíng)養(yǎng)充足, 適于不同微藻種類(lèi)生存, 因而多樣性最為豐富。湖泊生境微藻種類(lèi)組成也呈綠藻-硅藻-藍(lán)藻型, 與東湖[28]、太湖[29]、巢湖[30]、烏倫古湖[15]的浮游植物種類(lèi)組成比例大體一致, 與博斯騰湖[16]的不太相似, 它是以硅藻為主要類(lèi)群。水庫(kù)生境與三峽水庫(kù)[31]類(lèi)型一致, 都以綠藻門(mén)、硅藻門(mén)種類(lèi)數(shù)居多。溝渠的微藻種類(lèi)數(shù)最少,但其優(yōu)勢(shì)種最多, 這可能與其相對(duì)單一的環(huán)境條件有關(guān)。池塘的微藻種類(lèi)數(shù)相對(duì)較少, 優(yōu)勢(shì)種也不明顯, 這說(shuō)明池塘水質(zhì)較差, 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)供應(yīng)不足, 環(huán)境惡劣, 有利于復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)的形成。

湖泊生境優(yōu)勢(shì)種呈綠藻-硅藻型, 藍(lán)藻門(mén)優(yōu)勢(shì)種僅為漸細(xì)席藻和纖細(xì)席藻, 與報(bào)道的富營(yíng)養(yǎng)化湖泊太湖、巢湖、東湖均以藍(lán)藻為絕對(duì)優(yōu)勢(shì)種, 尤其是微囊藻 Microcystis sp.這一特性不相一致[29—31], 但是針桿藻 Synedra sp.、直鏈藻 Melosira sp.、柵藻Scenedesmus sp. 也是營(yíng)養(yǎng)水平較高的湖泊中的常見(jiàn)指示種。水庫(kù)生境優(yōu)勢(shì)種呈綠藻-藍(lán)藻型, 也出現(xiàn)了富營(yíng)養(yǎng)化指示種群-柵藻和顫藻Oscillatoria sp.[31],說(shuō)明部分水體同樣存在富營(yíng)養(yǎng)化隱患。

3.4 新疆微藻群落結(jié)構(gòu)

多維尺度分析能在低維空間較好的反映相似矩陣的信息[32], 結(jié)果的脅強(qiáng)系數(shù) (Stress) 值可作為MDS 空間構(gòu)形圖擬合度的指標(biāo), 當(dāng)脅強(qiáng)系數(shù)值0.20以上為不好、0.10為一般、0.05為好、0.00完全配合[32]。通過(guò) MDS分析了不同氣候區(qū)不同生境下的微藻種類(lèi)組成都取得了較理想的結(jié)果。整體而言, MTA的微藻種類(lèi)及優(yōu)勢(shì)種數(shù)目普遍高于 WTA,土壤環(huán)境中MTA的灘涂、草甸和農(nóng)田藻種資源較為豐富; 水體環(huán)境中MTA的湖泊、河流藻種資源較為豐富。這說(shuō)明南北氣候的差異、不同生境類(lèi)型都會(huì)對(duì)微藻群落結(jié)構(gòu)有很大影響, 當(dāng)然與人為干擾、生物因素等也有一定關(guān)聯(lián), 還需進(jìn)一步探究。

致謝:

感謝蘭書(shū)斌博士、張青一博士、歐陽(yáng)海龍博士在野外采樣工作中給予的支持。

[1] Xing D F, Zhang Z, Zhang F Q, et al. Progress in the study of bio- oil fuel production by algae pyrolysis [J]. Chemical Industry, 2008, 26(3): 38—42 [邢定峰, 張哲, 張福琴, 等.藻類(lèi)熱解生產(chǎn)生物質(zhì)燃料研究進(jìn)展. 化學(xué)工業(yè), 2008, 26(3): 38—42]

[2] Han C C, Yang Y, Liu B R, et al. Influencing factors of soil microbial diversity in grassland [J]. Pratacultural Science, 2014, 31(12): 2242—2250 [韓叢叢, 楊陽(yáng), 劉秉儒, 等. 草地土壤微生物多樣性影響因子. 草業(yè)科學(xué), 2014, 31(12): 2242—2250]

[3] Lundy M. E, Spencer D F, Van Kessel C, et al. Managing phosphorus fertilizer to reduce algae, maintain water quality, and sustain yields in water-seeded rice [J]. Field Crops Research, 2012, 131: 81—87

[4] Ca?avate J P, Pérez-Gavilan C, Mazuelos N, et al. Flushing-related changes of phytoplankton seasonal assemblages in marsh ponds of the warm temperate Guadalquivir river estuary (SW Spain) [J]. Hydrobiologia, 2014, 744(1): 15—33

[5] Quintana X D, Arim M, Badosa A, et al. Predation and competition effects on the size diversity of aquatic communities [J]. Aquatic Sciences, 2014, 77(1): 45—57

[6] Hansen G J, Carey C C. Fish and phytoplankton exhibit contrasting temporal species abundance patterns in a dynamic north temperate lake [J]. Plos One, 2015, 10(2): e0115414

[7] Li W. Macroecological patterns of phytoplankton in the northwestern North Atlantic Ocean [J]. Nature, 2002, 419: 154—157

[8] Domingues R B, Barbosa A B, Sommer U, et al. Phytoplankton composition, growth and production in the Guadiana estuary (SW Iberia): unraveling changes induced after dam construction [J]. Science of the Total Environment,2012, 416: 300—313

[9] Dai X G, Wang P, Zhang K J. A study on precipitation trend and fluctuation mechanism in northwestern China over the past 60 years [J]. Acta Physica Sinica, 2013, 62(12): 1—11[戴新剛, 汪萍, 張凱靜. 近 60 年新疆降水趨勢(shì)與波動(dòng)機(jī)制分析. 物理學(xué)報(bào), 2013, 62(12): 1—11]

[10] Sand prevention and control leading group in the Xinjiang Uygur Autonomous Region. Desertification and desertification bulletin in Xinjiang [J]. Xinjiang Forestry, 2011, 12: 6—7 [新疆維吾爾自治區(qū)防沙治沙領(lǐng)導(dǎo)小組. 新疆荒漠化和沙化狀況公報(bào). 新疆林業(yè), 2011, 12: 6—7]

[11] Erkejan, Apar, Yin J X, et al. Characteristic analysis the precipitation in Xinjiang in the past 50 years [J]. Journal of Shihezi University (Natural Science), 2011, 29(6): 737—741[葉爾克江, 阿帕爾, 尹建新, 等. 新疆近50年自然降水量氣候變化特征分析. 石河子大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2011, 29(6): 737—741]

[12] Xue J Z, Cai Z, Wang Q, et al. Phytoplankton ecology of Fuhai reservoir in Xinjiang province [J]. Freshwater Fisheries, 2011, 41(2): 78—87 [薛俊增, 蔡楨, 王瓊, 等.新疆福海水庫(kù)浮游植物生態(tài)初步研究. 淡水漁業(yè), 2011, 41(2): 78—87]

[13] Wu H X, Wang Q, Cai Z, et al. Studying the phytoplankton of Hongshan Reservoir in Jimunai [J]. Journal of Hydroecology, 2010, 3(4): 50—54 [吳惠仙, 王瓊, 蔡楨, 等. 新疆吉木乃紅山水庫(kù)浮游植物研究. 水生態(tài)學(xué)雜志, 2010, 3(4): 50—54]

[14] Li J, Zhou Q, Xie C X, et al. Studies on the community structure of periphyton in the Irtysh River of Xinjiang Uygur autonomous region [J]. Acta Hydrobiologica Sinica, 2014, 38(6): 1033—1039 [李君, 周瓊, 謝從新, 等. 新疆額爾齊斯河周叢藻類(lèi)群落結(jié)構(gòu)特征研究. 水生生物學(xué)報(bào), 2014, 38(6): 1033—1039]

[15] Liu Y, Chen J Z, Li H, et al. Phytoplankton community structure in Lake Ulungur in Xinjiang Uygur Autonomous Region [J]. Journal of Lake Sciences, 2009, 21(6): 855—864[劉宇, 沈建忠, 李鴻, 等. 新疆烏倫古湖浮游植物群落結(jié)構(gòu). 湖泊科學(xué), 2009, 21(6): 855—864]

[16] Li H, Ma Y W, Qi F, et al. Phytoplankton in Bosten lake: community characteristics and driving factors [J]. Acta Hydrobiologica Sinica, 2014, 38(5): 921—928 [李紅, 馬燕武, 祁峰, 等. 博斯騰湖浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征及其影響因子分析. 水生生物學(xué)報(bào), 2014, 38(5): 921—928]

[17] Jiang Z F, Ren M R, Ren B, et al. Study on population characteristics of plankton in various waters of Xinjiang Aletai area [J]. Chinese Journal Fisheries, 1994, 7(1): 30—39 [姜作發(fā), 任慕蓮, 任波, 等. 新疆阿勒泰地區(qū)不同水體浮游生物種群特點(diǎn)的初步研究. 水產(chǎn)學(xué)雜志, 1994, 7(1): 30—39]

[18] Zhang B, Zhang Y, Downing A, et al. Distribution and composition of cyanobacteria and microalgae associated with biological soil crusts in the Gurbantunggut Desert, China [J]. Arid Land Research and Management, 2011, 25(3), 275—293 [19] Kuang Q J, Ma P M, Hu Z Y, et al. Study on the evaluation and treatment of lakeeutrophication by means of algae biology [J]. Journal of Safety and Environment, 2005, 5(2): 87—91 [況琪軍, 馬沛明, 胡征宇, 等. 湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的藻類(lèi)生物學(xué)評(píng)價(jià)與治理研究進(jìn)展. 安全與環(huán)境學(xué)報(bào), 2005, 5(2): 87—91]

[20] Zheng J Y, Yin Y T, Li B Y. A new scheme for climate regionalization in China [J]. Acta Geographica Sinica, 2010, 65(1): 3—12 [鄭景云, 尹云鶴, 李炳元. 中國(guó)氣候區(qū)劃新方案. 地理學(xué)報(bào), 2010, 65(1): 3—12]

[21] Hu H J, Wei Y X. The Freshwater Algae of China—Systematics, Taxonomy and Ecology [M]. Beijing: Science Press. 2006, 1023 [胡鴻鈞, 魏印心. 中國(guó)淡水藻類(lèi)—系統(tǒng)、分類(lèi)及生態(tài). 北京: 科學(xué)出版社, 2006, 1023]

[22] Bi L J, Hu Z Y. Flora Algarum Sinicarum Aquae Dulcis [M]. Beijing: Science Press. 2004, 198 [畢列爵, 胡征宇. 中國(guó)淡水藻志 (5—8、13、15卷). 北京: 科學(xué)出版社. 2004, 198]

[23] Zhou F X, Chen J H. Freshwater Microbiological Map [M]. Beijing: Chemical Industry Press. 2010, 367 [周鳳霞, 陳劍洪. 淡水微型生物圖譜. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社. 2010, 367]

[24] Qiu X Z, Zhao H X. Community structure and biodiversity of phytoplankton in Shahu Lake, N ingxia [J]. Journal of Hydroecology, 2011, 32(1): 20—26 [邱小琮, 趙紅雪. 寧夏沙湖浮游植物群落結(jié)構(gòu)及多樣性研究. 水生態(tài)學(xué)雜志, 2011, 32(1): 20—26]

[25] Hu C X, Zhang B C, Ma H Y, et al. Species composition and community structure of terrestrial algae in the biological crusts of Lanzhou Northern Hill [J]. Journal of Northwest Normal University (Natural Science), 2003, 39(1): 59—63[胡春香, 張斌才, 馬紅櫻, 等. 蘭州北山生物結(jié)皮中陸生藻種類(lèi)組成與群落結(jié)構(gòu). 西北師范大學(xué)學(xué)報(bào), 2003, 39(1): 59—63]

[26] Hong S, Chen J S. Structure characteristics of aquatic community from the main rivers in China [J]. Acta Hydrobiologica Sinica, 2002, 26(3): 295—305 [洪松, 陳靜生. 中國(guó)河流水生生物群落結(jié)構(gòu)特征探討. 水生生物學(xué)報(bào), 2002, 26(3): 295—305]

[27] Jiang Y, Peng Q Z, Liao J Y, et al. Advances and prospects for research into phytoplankton and river habitats [J]. Resources Science, 2013, 35(3): 461—472 [江源, 彭秋志,廖劍宇, 等. 浮游藻類(lèi)與河流生境關(guān)系研究進(jìn)展與展望.資源科學(xué), 2013, 35(3): 464—472]

[28] Ye Y T, Hu S H,Wang Y Y, et al. Phytoplankton community structure from the main district in Dong Lake and its relationship to environmental factors [J]. Journal of Anhui Agricultural Sciences, 2011, 39(23): 14213—14216 [葉艷婷,胡勝華, 王燕燕, 等. 東湖主要湖區(qū)浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征及其與環(huán)境因子的關(guān)系. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 2011, 39(23): 14213—14216]

[29] Qian K M, Chen Y W, Song X L. Long-term developmentof phytoplankton dominant species related to eutrophication in Lake Taihu [J]. Ecological Science, 2008, 27(2): 65—70 [錢(qián)奎梅, 陳宇煒, 宋曉蘭. 太湖浮游植物優(yōu)勢(shì)種長(zhǎng)期演化與富營(yíng)養(yǎng)化進(jìn)程的關(guān)系. 生態(tài)科學(xué), 2008, 27(2): 65—70]

[30] Li J, Cui K, Lu W X, et al. Community dynamics of spring-summer plankton in Lake Chaohu [J]. Acta Hydrobiologica Sinica, 2015, 39(1):185—192 [李靜, 崔凱,盧文軒, 等. 春季和夏季巢湖浮游生物群落組成及其動(dòng)態(tài)分析. 水生生物學(xué)報(bào), 2015, 39(1): 185—192]

[31] Shen H L, Cai Q H, Shao M L, et al. Community structure characteristics of phytoplankton along a cascade Xiangxi River Basin, Three Gorges Reservior [J]. Journal of Lake Sciences, 2012, 24(2): 197—205 [申恒倫, 蔡慶華, 邵美玲, 等. 三峽水庫(kù)香溪河流域梯級(jí)水庫(kù)浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征. 湖泊科學(xué), 2012, 24(2): 197—205]

[32] Wu R J, Li R X, Zhu M Y, et al. Multivariate analysis with primer on marine phytoplankton community structure in mesocosm system [J]. Oceanologia et Limnologia Sinica, 2006, 37(4): 316—321 [吳榮軍, 李瑞香, 朱明遠(yuǎn), 等. 應(yīng)用 PRMER 軟件進(jìn)行浮游植物群落結(jié)構(gòu)的多元統(tǒng)計(jì)分析.海洋與湖沼, 2006, 37(4): 316—321]

THE MICROALGAE AND THEIR COMMUNITY STRUCTURE IN XINJIANG AREA

WU Lei1, 2, XU Liang-Liang1and HU Chun-Xiang1
(1. Key Laboratory of Algal Biology, Institute of Hydrobiology, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430072, China; 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)

We conducted studies in May 2013 and June 2014 in Xinjiang to better understand the community structure of microalgae in this area and the impacts of habitational environments on their distribution. The sampling sites were located in different aquatic (lakes, rivers, ditches, ponds, reservoirs) and terrestrial (deserts, meadows, farmlands, shallows) habitats in Xinjiang. Two hundred and twenty microalgae samples were collected including 185 water samples and 35 soil samples. Seventy-seven species of terrestrial microalgae were identified, and 9 of them (mainly Cyanophyta and Chlorophyta) were dominant, such as Phormidium, Microcoleus vaginatus, and Chlorococcum humicola. There were 272 of aquatic species, 42 of which were dominant, and the dominant species were a complex of Chlorophyta, Bacillariophyta and Cyanophyta, including Oscillatoria, Phormidium, Scenedesmus, Monoraphidium, Navicula and so on. Compared to the southern warm-temperate extreme arid zone, microalgae species were more abundant in the northern mid-temperate arid zone, especially enriched in shallows, rivers and lakes. According to the multidimensional scaling analysis, terrestrial habitats such as beaches and meadows had similar community structures of microalgae in the same climate zone, while deserts and farmlands had the same community structure in spite of the climate difference. As for the aquatic habitats, there were remarkable differences in the community structure between rivers and other 4 aquatic habitats in the warm-temperate extreme arid zone; in the mid-temperate arid zone, the community structures in the lakes and rivers were similar, but there was a great difference among other aquatic habitats. Our study indicated that different climates and habitational environments may have impacts on microalgae species.

Xinjiang; Microalgal species; Dominant species; Community structure; Multidimensional Scaling

S932.8

A

1000-3207(2015)06-1207-10

10.7541/2015.157

2014-11-05;

2015-04-11

科技部科技基礎(chǔ)性工作專(zhuān)項(xiàng)(2012Y112900)資助

吳蕾(1989—), 女, 河南開(kāi)封市人; 工程碩士; 主要從事微藻生物質(zhì)研究工作。E-mail: wulei545545@163.com

胡春香, 女, 研究員; E-mail: cxhu@ihb.ac.cn