四豐水庫封凍前后浮游植物優(yōu)勢種生態(tài)位分析①

趙啟悅, 范博文, 張 麗, 王 毅, 程海濤

(佳木斯大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,黑龍江 佳木斯 154007)

0 引 言

水庫是一種半自然半人工的水系統(tǒng)。其主要功能是為城市居民供水，并且使其生態(tài)系統(tǒng)呈現(xiàn)出多樣性[1-4]。水庫浮游生物群落整體結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化是確定該庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)的重要基礎(chǔ)。水體中浮游生物群落結(jié)構(gòu)在不同的物理環(huán)境和營養(yǎng)狀況的水庫中存在很大差異[5-10]。作為水庫生態(tài)系統(tǒng)主要生產(chǎn)力，浮游植物是食物鏈中的基本環(huán)節(jié)，其結(jié)構(gòu)特征能反映出水庫物理環(huán)境和健康水平。在水庫浮游植物群落結(jié)構(gòu)研究領(lǐng)域，我國學(xué)者[11]研究了相應(yīng)的浮游植物群落生存機(jī)制，他們認(rèn)為浮游植物可以直接利用無機(jī)營養(yǎng)物進(jìn)行光合作用，是水域原生生物的主要組成部分。日本相關(guān)學(xué)者[12]認(rèn)為，不同的水環(huán)境對浮游植物群落有不同的影響。浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征和動態(tài)變化不同，主要受水位、水流、蓄水時間等外部環(huán)境的影響。西方學(xué)者[13-15]對溫度、濕度、光照和營養(yǎng)濃度等影響水體浮游植物群落的因素進(jìn)行了定量分析。由于我國大型水庫建造歷史較短，封凍期水庫在凍融前后浮游生物的研究鮮見報道。本課題組采用抽樣檢驗(yàn)的方法對四豐水庫進(jìn)行調(diào)查分析，開展了浮游植物種類組成及優(yōu)勢種生態(tài)位分析，以期對進(jìn)一步探究水庫浮游生物群落特征與環(huán)境之間的關(guān)系奠定理論基礎(chǔ)與數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

四豐水庫位于黑龍江省佳木斯市南，距市中心7 km，地處中溫帶大陸性季風(fēng)氣候帶，多年來溫度一直保持在3攝氏度左右。水庫的主要功能是防洪灌溉，同時兼顧了旅游和水產(chǎn)養(yǎng)殖的綜合功能。四豐水庫地形控制區(qū)面積約為88km2，對應(yīng)的主要湖泊和沼澤特征見表1。從表中可以看出湖泊和沼澤對應(yīng)的特征主要是水庫總庫容、正常庫容、死庫容、正常水位和死水位。

表1 四豐水庫主要湖泊沼澤的特征統(tǒng)計(jì)表

1.2 采樣點(diǎn)設(shè)置與采樣時間

結(jié)合四豐水庫的實(shí)質(zhì)情況和現(xiàn)場實(shí)際勘測情況，選取了具有代表性的采樣點(diǎn)，即水庫進(jìn)水口、水庫中心和水庫壩前部。樣點(diǎn)分布沿水庫岸邊隨機(jī)布點(diǎn)，共設(shè)置采樣點(diǎn) 12個采樣點(diǎn)(見圖1)。其中1～5號采樣點(diǎn)位于水庫壩前部。11號點(diǎn)和12號點(diǎn)位于水庫中心區(qū)域。水庫采樣時間分別于2019年封凍前：10月下旬、11月上旬，分兩次采集。2020年解凍后，4月下旬、5月上旬，分兩次采集。

圖1 四豐水庫浮游生物采樣點(diǎn)分布

1.3 樣品采集與處理

每個樣點(diǎn)分層取樣，分別位于水面下 15cm處、水面下 25cm～35cm處及底泥層。考慮到取樣時間、取樣地點(diǎn)、取樣深度和取樣質(zhì)量 4個因素，每組分別取 3份樣品，共計(jì) 9份樣品。取樣地點(diǎn)相隔 30m。使用取樣瓶按照一定形狀撈取，并用酒精溶液固定后帶回實(shí)驗(yàn)室用顯微鏡分類，浮游植物樣品用魯哥氏溶液固定后靜置一段時間，沉降濃縮。取濃縮搖勻后的樣品清液一滴，用 4倍至 40倍顯微鏡觀察，重復(fù)兩次取平均值算出水中浮游植物的個數(shù)并觀察其種類，保證鑒定出浮游植物種類的準(zhǔn)確度。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)錄入Microsoft excel 2007軟件，進(jìn)行數(shù)據(jù)整理并按以下公式進(jìn)行計(jì)算分析：

(1)采用優(yōu)勢度指數(shù)(Y)評價研究區(qū)域浮游生物多樣性：

式中，N表示各采樣點(diǎn)所有物種個體總數(shù)，ni代表第i種的個體總數(shù)，fi表示該物種在各個采樣點(diǎn)出現(xiàn)的頻率。

(2)采用Levins(1968)指數(shù)計(jì)算生態(tài)位寬度：

式中：r是資源軸的數(shù)目；Pij=nij/Ni是種i在第j資源軸的個體數(shù)與種i在r個資源軸上的總個體數(shù)之比。

2 結(jié)果與分析

2.1 浮游生物群落結(jié)構(gòu)特征

浮游生物種類組成

此次調(diào)查共采集到36個浮游植物群落，種類組成結(jié)構(gòu)如圖2所示。其中硅藻門最多約占39%，綠藻門其次約占23%，然后是隱藻門約占15%，金藻門占15%，甲藻門占8%。

圖2 四豐水庫浮游生物組成比例

圖3 四豐水庫浮游生物種類數(shù)的時空變化

由圖3可知，從時間維度上來看，四豐水庫浮游植物的豐富度與季節(jié)變化的關(guān)系并不顯著。隨著溫度的降低，結(jié)冰期的到來浮游生物種類有所減少。結(jié)冰前在3號采樣點(diǎn)浮游生物種類最多，12號采樣點(diǎn)種類最少.結(jié)冰后則6號采樣點(diǎn)最多。通過抽樣分析可以得出，四豐水庫的浮游植物種類分布主要受水位影響。

2.2 浮游生物優(yōu)勢種

對調(diào)查結(jié)果的數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)勢度分析，表明封凍前后全水庫優(yōu)勢種4門5種，分別為甲藻門的真藍(lán)裸甲藻(G. eucyaneum)，金藻門的胞鞭藻，綠藻門的四尾珊藻(Scenedesmusquadricauda)，隱藻門的卵形隱藻(Cryptomons ovata) ，硅藻門的變異直鏈藻(Melosira varians)和梅尼小環(huán)藻(Cyclotella meneghiniana)

圖4 四豐水庫浮游生物群落多樣性分析

從圖4可以看出，不同月份的優(yōu)勢種既有相同的又有不同的演替，不同時期優(yōu)勢種的優(yōu)勢度和密度均有所不同。其中真藍(lán)裸甲藻，胞鞭藻，四尾柵藻，卵形隱藻，變異直鏈藻，梅尼小環(huán)藻在整個凍融過程中均為優(yōu)勢種。硅藻門的變異直鏈藻和隱藻門的卵形隱藻在整個凍融期間數(shù)量都較多，在結(jié)冰初期和融冰期的優(yōu)勢度指數(shù)為相應(yīng)時期的最大值，且遠(yuǎn)大于其他優(yōu)勢種的優(yōu)勢度指數(shù)，是全水庫優(yōu)勢度較高的主要優(yōu)勢種。封凍期浮游植物優(yōu)勢種以綠藻種類居多，融冰后的優(yōu)勢種種類組成與結(jié)冰期較為相似，在此期間硅藻門的梅尼小環(huán)藻優(yōu)勢度和密度都有顯著上升。

2.3 浮游生物優(yōu)勢種生態(tài)位寬度

生態(tài)位寬度是指生物所能利用的各種資源的總和，生態(tài)位寬度的大小能夠反映出生物利用資源多樣性的一個指標(biāo)，如果生態(tài)位寬度越寬，則該物種的特化程度也就越小，所占據(jù)的生存空間越大，所能利用生態(tài)系統(tǒng)的資源越多。使用Levins(1968)公式計(jì)算四豐水庫封凍期前后優(yōu)勢種的生態(tài)位寬度如表2所示。

表2 四豐水庫浮游植物優(yōu)勢種密度(D)，優(yōu)勢度(Y)及生態(tài)位寬度(Bi)

冰封前浮游植物的優(yōu)勢種生態(tài)位寬度為0.3550-0.4102，水庫中優(yōu)勢種寬度彼此較相近，表明大多數(shù)藻類在冰封前對水庫的水體條件較適應(yīng)，生態(tài)位寬度幅度較小，說明優(yōu)勢種藻類對環(huán)境因子有較大依賴性，對于環(huán)境因子較特化。其中卵形隱藻和變異直鏈藻相對其他優(yōu)勢種密度較大。

融冰后浮游生物優(yōu)勢種生態(tài)位寬度為0.2864-0.5843，與封凍前相比多數(shù)藻類生態(tài)位寬度呈下降狀態(tài)，其中只有真藍(lán)裸甲藻寬度上升，表明大多數(shù)優(yōu)勢種藻類對水庫內(nèi)水體環(huán)境適應(yīng)較弱，生態(tài)適應(yīng)幅度較小，而解凍后真藍(lán)裸甲藻相比較其他優(yōu)勢種具有較強(qiáng)的競爭能力。由于封凍前后水庫水體環(huán)境發(fā)生改變，從而影響水體中優(yōu)勢種藻類在不同時期呈現(xiàn)出不同的生態(tài)位寬度但相對改變幅度較小。

3 結(jié) 論

此次調(diào)查共采集并鑒定出浮游生物13種，其中硅藻門最多約占39%，綠藻門其次約占23%，然后是隱藻門約占15%，金藻門占15%，甲藻門占8%。優(yōu)勢度分析結(jié)果顯示，優(yōu)勢種占4門5種，其中綠藻種類較多約占40%，其次是硅藻和藍(lán)藻均占30%，四豐水庫凍融前后浮游生物群落結(jié)構(gòu)為綠藻-硅藻-藍(lán)藻型。

浮游生物群落的豐富度隨季節(jié)變化并不顯著，浮游生物群落結(jié)構(gòu)結(jié)冰前藍(lán)藻占優(yōu)勢，隨著冰封期到來硅藻占比較多，藍(lán)藻相對比較少。結(jié)冰前和融冰后卵形隱藻和變異直鏈藻相對其他優(yōu)勢種密度較大，則優(yōu)勢度也較大。其中四尾柵藻在結(jié)冰期與融冰期水庫水體內(nèi)生態(tài)位寬度都相對較大，說明其在融冰后適應(yīng)環(huán)境能力較強(qiáng)，因此在各個監(jiān)測點(diǎn)間分布廣、占據(jù)資源點(diǎn)位多，適應(yīng)多樣化生境的資源的能力強(qiáng)，因?yàn)槲锓N的生態(tài)位越寬，其利用資源的能力和多樣化程度也就越高。其中四尾珊藻和變異直鏈藻生態(tài)寬度冰封前和融冰后沒有改變，說明融冰前后對其分布沒有影響。但是作為主要優(yōu)勢種的梅尼小環(huán)藻，生態(tài)位寬度明顯低于其他優(yōu)勢種，但是真藍(lán)裸甲藻融冰后較融冰前生態(tài)寬度增加較大，這可能是隨著融冰期的到來溫度升高，這可能是因?yàn)樗c其他優(yōu)勢種的競爭變強(qiáng)，增強(qiáng)了其本身的繁殖生長，藻類的同化物有所增加，進(jìn)而致使生態(tài)位寬度變寬。但是整體優(yōu)勢種的生態(tài)位寬度都相對較小表明大多數(shù)優(yōu)勢種藻類對水庫內(nèi)水體環(huán)境適應(yīng)還是較弱的。