蘇州平原河網區(qū)淺水湖泊冬季浮游植物調查

蘇州平原河網區(qū)淺水湖泊冬季浮游植物調查

浮游植物是水環(huán)境的主要創(chuàng)造者，分布廣泛，在生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質循環(huán)中起著重要作用。浮游植物群落的組成、變化規(guī)律及其與水環(huán)境的關系一直是水生生態(tài)系統(tǒng)研究的熱點。其類型組成和變異規(guī)律主要受相關物理、化學和生物因素的影響。不同時期的水體中具有主導作用的環(huán)境因素的作用也不同。如何理解特定水體中浮游植物群落的組成、動態(tài)變化序列與環(huán)境因子的關系是一個相當復雜的問題。目前，還缺乏統(tǒng)一的理論來解釋它們。標準對應分析是一種非線性多元的直接梯度分析。這些相關分析和回歸自然。每個步驟的計算都可以回到環(huán)境因子，有效研究生物分布與環(huán)境的關系。cca可以同時考慮多個環(huán)境因子，在相同的順序圖中反映群落、生物物種和環(huán)境之間的關系。它所含的信息量大，結果清晰直觀。這是分析水生生物群落和環(huán)境因子之間復雜關系的有效工具。近年來,國內外學者已經開始將CCA廣泛應用于水域生態(tài)學領域,研究水生生物群落結構時空變化、空間分布與水域環(huán)境因子間的關系,取得了較好的效果.但有關研究多集中于沿海地區(qū),利用CCA對湖泊浮游植物的研究極少.蘇州平原河網區(qū)地處太湖流域東部,區(qū)域地勢平坦,水系發(fā)達,河流縱橫交錯,大小湖泊星羅棋布.河湖水系擔負著調蓄、供水、養(yǎng)殖、航運、景觀等多種功能,是蘇州城市發(fā)展的重要資源.隨著湖泊資源的開發(fā)利用,湖泊水體出現了富營養(yǎng)化加劇、生物多樣性減少等環(huán)境問題.本研究在對蘇州平原河網區(qū)淺水湖泊浮游植物群落和環(huán)境因子進行調查和測定的基礎上,運用CCA來探討浮游植物群落分布與環(huán)境因子之間的關系,揭示影響浮游植物群落分布的主要環(huán)境變量,以期為該區(qū)域淺水湖泊浮游植物群落演替規(guī)律的研究、富營養(yǎng)化湖泊生態(tài)修復的決策和實施提供一定的理論依據.1材料和方法1.1湖泊分布和采樣點布設選取蘇州平原河網區(qū)57個湖泊作為研究對象,湖泊分布示意見圖1.其中陽澄湖面積最大,為118.20km2;澄湖次之,為45.00km2;昆承湖面積為17.57km2,其余湖泊面積一般為0.50～10.00km2.湖泊平均水深普遍在2.0～3.0m左右,均為淺水湖泊.根據57個湖泊的分布位置和形態(tài)特征,共布設61個采樣點.其中,陽澄湖在陽澄東湖、中湖、西湖、中東湖交界和中西湖交界處分別布設1個采樣點,其余湖泊在湖心處布設1個采樣點.2005年12月和2006年6月各進行1次采樣,通過GPS定位,2次采樣位置保持一致.1.2浮游植物細胞計數在水體表層0.5m處采取1L水樣,加魯哥氏液固定,靜置24h以上濃縮至30mL.計數時取0.1mL放入浮游植物計數框內進行鏡檢,根據文獻進行分類鑒別,并計算出浮游植物細胞個數.1.3高錳酸鹽指數nh、總氮、總葉綠素achla及葉綠素achla的測定環(huán)境因子的取樣測定與浮游植物樣品的采集同步進行.水溫(t)現場使用水溫計測定,pH采用玻璃電極法測定,溶解氧(DO)采用碘量法測定,高錳酸鹽指數采用酸性高錳酸鉀法測定,總磷(TP)采用鉬銻抗分光光度法測定,氨氮(NH+4-N)采用納氏試劑光度法測定,亞硝酸鹽氮(NO-2-N)采用N-(1-萘基)乙二胺光度法測定,硝酸鹽氮(NO-3-N)采用酚二磺酸光度法測定,總氮(TN)采用過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法測定,總有機碳(TOC)采用燃燒氧化-非分散紅外吸收法測定,葉綠素a(Chla)采用分光光度法測定.1.4浮游植物群落數據分析環(huán)境因子間的Pearson相關性采用SPSS11.0進行分析.利用CANOCO4.5分析軟件和CANODRAW4.5作圖軟件進行浮游植物群落與環(huán)境因子的典范對應分析.物種數據采用浮游植物豐度指標,浮游植物豐度值采用log10(x+1)進行處理,環(huán)境數據除pH值以外都進行l(wèi)og10(x+1)處理.2結果與分析2.1浮游植物豐度組成及分布通過鑒定,研究區(qū)域淺水湖泊冬季檢出浮游植物7門51屬59種,夏季檢出浮游植物7門56屬67種,共有浮游植物8門62屬73種.浮游植物主要是由綠藻門、硅藻門和藍藻門的藻類組成.其中,綠藻門25屬29種,占全部種類的39.7%;硅藻門19屬24種,占全部種類的32.9%;藍藻門9屬10種,占全部種類的13.7%;裸藻門3屬4種,隱藻門和甲藻門各2屬2種,金藻門和黃藻門各1屬1種.浮游植物名錄見表1.冬、夏季湖泊浮游植物平均豐度組成及平面分布如圖2、圖3.從中可知,浮游植物豐度夏季明顯高于冬季,冬季浮游植物豐度為46.60×104～1225.20×104cells·L-1,平均值為254.88×104cells·L-1,其中硅藻門的豐度最高,占總豐度的62.3%,藍藻門和綠藻門次之,分別占總豐度的23.4%和12.9%;夏季浮游植物豐度為163.50×104～10408.00×104cells·L-1,平均值為2704.28×104cells·L-1,夏季藍藻門在豐度上占絕對優(yōu)勢,所占比例達到93.5%,硅藻門和綠藻門僅占總豐度的3.9%和2.3%.在冬季,研究區(qū)域北部和中部湖泊浮游植物豐度較高,浮游植物豐度高密度區(qū)分布在陶塘面、陽澄湖、金雞湖和九里湖附近;夏季,研究區(qū)域浮游植物豐度呈較明顯的南高北低的分布趨勢,浮游植物豐度高密度區(qū)分布在獨墅湖、明鏡蕩、長白蕩和黃家湖附近.2.2冬、夏季湖泊水體chla含量比較與浮游植物同期監(jiān)測的湖泊水體環(huán)境因子值見表2.由表2分析可知:研究區(qū)域湖泊水質呈偏堿性,湖泊水溫冬、夏季差異較大,而湖泊水體DO、高錳酸鹽指數和TOC含量差別不大,均值分別為8.63、6.78和6.62mg·L-1;冬、夏季Chla的平均含量分別為20.59、31.36μg·L-1,夏季湖泊水體Chla含量比冬季湖泊水體Chla含量高;氮、磷營養(yǎng)鹽濃度整體上表現出冬季高于夏季,冬、夏季湖泊TN平均濃度分別為5.53和4.80mg·L-1,TP分別為0.25和0.17mg·L-1,NH+4-N分別為3.22和1.93mg·L-1,NO-2-N和NO-3-N的濃度相對較低.湖泊水體中Chla的現存量在一定程度上反映了湖泊中浮游植物的生長狀況.冬、夏季湖泊水體11個環(huán)境因子間的Pearson相關分析見表3.由表3分析可知,冬、夏季Chla與pH、DO和高錳酸鹽指數呈顯著正相關,夏季Chla還與水溫和NO-2-N呈顯著正相關,而與其它環(huán)境因子無顯著相關.2.3浮游植物物種與環(huán)境因子軸的關系冬季浮游植物群落與環(huán)境因子的CCA排序結果見表4、表5和圖4、圖5.表4列出了浮游植物群落CCA分析的統(tǒng)計信息.由表4可知,圖4和圖5中前2個排序軸的特征值分別為0.117和0.090,種類與環(huán)境因子排序軸的相關系數為0.873和0.805,說明排序能夠較好地反映冬季浮游植物物種與環(huán)境因子間的關系.表5給出了環(huán)境因子與CCA排序軸的相關系數.由表5、圖4和圖5可以看出,冬季11個環(huán)境因子中,Chla與第1排序軸相關系數為0.0057,無明顯相關,Chla與第2排序軸幾乎重合,主要是因為水體中Chla的水平在一定程度上反映了浮游植物的生長狀況.水溫與第1排序軸呈最大負相關,相關系數為-0.6678,其次為pH和NH+4-N,呈較顯著的相關,相關系數為0.4497和-0.3644;高錳酸鹽指數、TP、NO-3-N和TN與第2排序軸呈較顯著的負相關,相關系數分別為-0.4865、-0.4087、-0.3773和-0.3710;其它環(huán)境因子與第1、第2排序軸呈不顯著的相關關系.從第1、第2排序軸的相關性分析可以看出,冬季湖泊水溫對浮游植物的分布具有較大的影響,pH、高錳酸鹽指數、TP、NH+4-N、NO-3-N和TN對其也有一定的影響.冬季浮游植物物種與環(huán)境因子的排序圖見圖4(物種序號見表1).由圖4可知,冬季綠藻和硅藻種類在CCA第1、第2排序軸上得到了較好的分化.綠藻門的種類主要集中在第3象限,第3象限與高錳酸鹽指數、氮磷營養(yǎng)鹽和TOC濃度表現出正相關,說明冬季綠藻能適應較高的高錳酸鹽指數、氮磷營養(yǎng)鹽和TOC濃度.硅藻門的物種主要分布在第1、第2象限,第1象限與高錳酸鹽指數、氮磷營養(yǎng)鹽和TOC濃度表現出負相關,第2象限與水溫表現出正相關,與pH和DO表現出負相關,說明冬季湖泊水溫、pH、DO、高錳酸鹽指數、氮磷營養(yǎng)鹽和TOC濃度對硅藻門藻類豐度都有一定的影響,且硅藻門物種大多位于兩排序軸中心點位置,說明硅藻門物種對冬季環(huán)境的適應性較強.冬季浮游植物樣點與環(huán)境因子的排序圖見圖5(樣點序號同圖1湖泊序號),根據各樣點和環(huán)境因子軸的分布,可以大致將所有樣點歸納為3組.由圖5可知,高錳酸鹽指數、氮磷營養(yǎng)鹽和TOC軸分布在第3象限,且相對集中,由此產生樣點組Ⅰ和樣點組Ⅲ.樣點組Ⅰ位于第1象限,與高錳酸鹽指數、氮磷營養(yǎng)鹽和TOC呈負相關;樣點組Ⅲ位于高錳酸鹽指數、氮磷營養(yǎng)鹽和TOC軸附近,與高錳酸鹽指數、氮磷營養(yǎng)鹽和TOC呈正相關;說明樣點組Ⅲ比樣點組Ⅰ湖泊受有機污染和氮、磷污染比較重.樣點組Ⅱ集中在水溫軸附近,與水溫呈正相關,而與pH、DO呈負相關,說明樣點組Ⅱ的水溫較高,而pH值和DO濃度較低.2.4浮游植物物種與環(huán)境因子軸的關系夏季浮游植物群落與環(huán)境因子的CCA排序結果見表4、表5、圖6和圖7.由表4可知,圖6和圖7中前2個排序軸的特征值分別為0.100和0.074,種類與環(huán)境因子排序軸的相關系數為0.889和0.816,說明排序也能夠較好地反映夏季浮游植物物種與環(huán)境因子間的關系.由表5、圖6和圖7可知,夏季Chla與第1排序軸幾乎重合,與第2排序軸相關系數為-0.0246,無明顯相關,原因與冬季相同.夏季環(huán)境因子除DO和Chla外,其余9個環(huán)境因子與第1、第2排序軸的正負相關關系均與冬季相反.水溫、高錳酸鹽指數和TN與第1排序軸呈較顯著的正相關,相關系數分別為0.3958、0.3514和0.3678;NO-3-N和TN與第2排序軸呈較顯著的正相關,相關系數為0.5643和0.3741;其它環(huán)境因子與第1、第2排序軸呈不顯著的相關關系.從第1、第2排序軸的相關性分析可以看出,夏季湖泊水溫、高錳酸鹽指數、NO-3-N和TN濃度對浮游植物的分布具有一定的影響.夏季浮游植物物種與環(huán)境因子的排序圖見圖6(物種序號見表1).由圖6可知,夏季綠藻和硅藻種類在CCA第1、第2排序軸上也得到了較好的分化.綠藻門的種類平均分布在第1、第3和第4象限,硅藻門的物種主要分布在第2象限,且較多位于兩排序軸中心點位置.第1、第3象限與高錳酸鹽指數、氮磷營養(yǎng)鹽和TOC濃度分別表現出正、負相關,第4象限與pH值表現出負相關,而與水溫和DO濃度表現出正相關,第2象限與第4象限完全相反.這說明夏季湖泊高錳酸鹽指數、氮磷營養(yǎng)鹽和TOC濃度仍是影響綠藻的主要環(huán)境因子,小部分綠藻還受到水溫、pH和DO的影響;夏季硅藻門物種對環(huán)境也具有較強的適應性,能適應較高的pH值、較低的水溫和DO濃度,同時對高錳酸鹽指數、氮磷營養(yǎng)鹽和TOC濃度的耐受程度也較低.夏季浮游植物樣點與環(huán)境因子的排序見圖7(樣點序號同圖1湖泊序號).由圖7可知,與冬季環(huán)境因子軸的分布相比,夏季環(huán)境因子軸除DO和Chla軸仍位于原象限內,其余9個環(huán)境因子軸均位于相反方向的象限內,這對應于夏季環(huán)境因子與第1、第2排序軸的相關關系.根據各樣點和環(huán)境因子軸的分布,可以大致將所有樣點歸納為4組.樣點組Ⅰ位于高錳酸鹽指數、氮磷營養(yǎng)鹽和TOC軸附近,與高錳酸鹽指數、氮磷營養(yǎng)鹽和TOC呈正相關;樣點組Ⅲ位于第3象限,與高錳酸鹽指數、氮磷營養(yǎng)鹽和TOC呈負相關;說明樣點組Ⅰ比樣點組Ⅲ湖泊受有機污染和氮、磷污染比較重.樣點組Ⅱ集中在pH軸附近,與pH呈正相關,而與水溫和DO呈負相關,說明樣點組Ⅱ的pH值較高,而水溫和DO濃度較低.樣點組Ⅳ與樣點組Ⅱ完全相反,其水溫和DO濃度較高,而pH值較低.2.5浮游植物群落在水文、高錳酸鹽、硅、浮游動物的水蘇州平原河網區(qū)淺水湖泊浮游植物群落的種類組成相對穩(wěn)定,主要由綠藻門、硅藻門和藍藻門的藻類組成.從種屬分析,綠藻>硅藻>藍藻;從豐度看,冬季硅藻>藍藻>綠藻,夏季藍藻>硅藻>綠藻.研究區(qū)域冬、夏季浮游植物豐度分布具有一定的差異,說明蘇州平原河網區(qū)淺水湖泊中影響浮游植物群落的環(huán)境因子在空間和時間上均有一定的變化.浮游植物的群落結構及其動態(tài)演替規(guī)律是多個環(huán)境因子在時間和空間序列上作用的結果,不同的湖泊具有不同的主要影響因子.一般而言,水溫和營養(yǎng)鹽是影響浮游植物生長的關鍵因子,但其它物理、化學和生物因子也能夠通過一定方式和過程影響水溫和營養(yǎng)鹽在水體中的分布.Naselli-Flores等研究Arancio湖表明,水溫、電導率、湖泊容積對浮游植物的影響最大,而Rosamarina湖中NO-2-N、NO-3-N、混合水深及可溶性硅對浮游植物群落影響最重要;Lau等闡明氮磷營養(yǎng)鹽、硅和浮游動物是影響B(tài)arton湖浮游植物群落的主要環(huán)境因子;Habib等研究表明,Lomond湖浮游植物群落主要受水溫、DO、透明度和高錳酸鹽指數的影響;Magdalena等闡明浮游植物硅藻能夠適應多變的環(huán)境條件.蘇州平原河網區(qū)處于亞熱帶季風氣候區(qū),四季分明,湖泊冬、夏季水溫差異較大,浮游植物群落的種類組成相對穩(wěn)定,而細胞豐度變化比較明顯.浮游植物物種的CCA排序表明,水溫和高錳酸鹽指數對浮游植物的分布具有一定的影響,其次,冬季浮游植物分布受到pH、氮磷營養(yǎng)鹽的影響,夏季受到氮營養(yǎng)鹽的影響,這與Chla和其它環(huán)境因子的Pearson相關分析結果較一致;浮游植物中綠藻的豐度主要由湖泊高錳酸鹽指數、氮磷營養(yǎng)鹽和TOC濃度的變化所決定,而硅藻比其它藻類更適應變化的環(huán)境.結合浮游植物樣點與環(huán)境因子的CCA分析可知,冬、夏季樣點23、25、28、31、34、35、38、45、48、50均與高錳酸鹽指數、氮磷營養(yǎng)鹽和TOC呈正相關,這些湖泊受到比較嚴重的有機污染和氮、磷污染;樣點41、53、54、56均與高錳酸鹽指數、氮磷營養(yǎng)鹽和TOC呈