陳 樂 馮 佳 劉曉鈴 李 峰 謝樹蓮

(山西大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院, 太原 030006)

賽罕烏拉自然保護(hù)區(qū)藻類植物區(qū)系及群落結(jié)構(gòu)特征

陳 樂 馮 佳 劉曉鈴 李 峰 謝樹蓮

(山西大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院, 太原 030006)

賽罕烏拉自然保護(hù)區(qū)位于內(nèi)蒙古赤峰市巴林右旗北部, 地處大興安嶺南段山地, 阿爾山支脈, 地理坐標(biāo)為118°18′—118°55′E, 43°59′—44°27′N, 總面積為100446.1 hm2(圖1)。該自然保護(hù)區(qū)于1997年經(jīng)巴林右旗人民政府批準(zhǔn)建立, 1998年由內(nèi)蒙古自治區(qū)人民政府批準(zhǔn)為區(qū)級自然保護(hù)區(qū), 2000年經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)晉升為國家級自然保護(hù)區(qū), 2001年被聯(lián)合國教科文組織批準(zhǔn)加入世界生物圈保護(hù)區(qū), 以森林、草原、濕地生態(tài)系統(tǒng)及珍稀動植物和西遼河上游水源涵養(yǎng)林為主要保護(hù)對象。保護(hù)區(qū)平均海拔高度為1000 m, 最高峰烏蘭壩海拔1957 m, 森林覆蓋率達(dá)到55.2%, 土壤主要以山地黑土、灰色森林土、棕壤土和暗栗鈣土為主。該區(qū)氣候?qū)儆谥袦貛О霛駶櫆睾畾夂騾^(qū),冬季漫長寒冷, 夏季短促炎熱, 秋季氣溫下降快, 年平均氣溫2℃, 年有效積溫1800℃, 無霜期約100d, 年平均降水量400 mm, 多集中于夏秋季節(jié), 日照時數(shù)3000h以上。保護(hù)區(qū)內(nèi)有29個自然村, 總?cè)丝?0575人, 人口密度為10.6人/km2[1,2]。

賽罕烏拉自然保護(hù)區(qū)具有復(fù)雜多樣的生態(tài)系統(tǒng), 蘊藏著豐富的物種多樣性, 對我國大興安嶺南部山地自然地理學(xué)、生物學(xué)、地質(zhì)學(xué)、環(huán)境科學(xué)、植物的自然演替, 水土保持和生物資源的持續(xù)利用等多學(xué)科的科學(xué)研究具有很高的價值[3]。近年來, 有關(guān)學(xué)者對該自然保護(hù)區(qū)的維管植物、哺乳動物、鳥類、兩棲爬行動物等進(jìn)行了一些調(diào)查研究[4—10]。但有關(guān)該區(qū)藻類植物的研究還未見報道。賽罕烏拉自然保護(hù)區(qū)山高林密, 能夠涵養(yǎng)水源, 溝谷河流較多, 生長有豐富的藻類植物。作者于2009年7—8月對該區(qū)的藻類植物進(jìn)行了調(diào)查采集, 以期為其生物多樣性方面的科學(xué)保護(hù)和管理及水體監(jiān)測提供基本資料。

1 材料與方法

2009年7—8月, 對內(nèi)蒙古賽罕烏拉自然保護(hù)區(qū)的藻類植物進(jìn)行了野外調(diào)查采集, 采集范圍包括海青壩、比圖河、牛頭白其河、沙艾河、灰通河、床金河、紅衛(wèi)水庫、常興水庫等, 根據(jù)各水體的地理位置和環(huán)境情況設(shè)置采樣點。具體采集位點及環(huán)境因子(表1)。

采集的標(biāo)本以4%甲醛溶液固定。在Olympus BX-51顯微鏡下觀察照相。根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)資料進(jìn)行種類鑒定[11—23]。標(biāo)本保存于山西大學(xué)植物標(biāo)本館(SXU)。

采用Primer5.0軟件對藻類物種二元數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析和作圖[24]。采用MVSP3.1分析軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行PCA分析[25]。

2 結(jié)果

2.1 種類組成及優(yōu)勢類群

經(jīng)鑒定, 賽罕烏拉自然保護(hù)區(qū)藻類植物共有237種(含變種, 下同), 隸屬于7門, 34科, 60屬。其中藍(lán)藻門7科, 12屬, 23種, 占總種數(shù)的9.70%;黃藻門2科, 2屬, 2種, 占總種數(shù)的0.85%; 金藻門1科, 1屬, 1種,占總種數(shù)的0.42%; 裸藻門1科, 2屬, 12種, 占總種數(shù)的5.06%;甲藻門1科, 1屬, 1種, 占總種數(shù)的0.42%; 硅藻門10科, 18屬, 117種, 占總種數(shù)的49.37%; 綠藻門12科, 24屬, 81種, 占總種數(shù)的34.18%。

圖1 賽罕烏拉自然保護(hù)區(qū)位置及采樣點Fig.1 The position of Saihanwula Nature Reverse and sampling points

從鑒定結(jié)果看, 以硅藻門和綠藻門為優(yōu)勢門類其中優(yōu)勢類群, 分別為117種和81種, 藍(lán)藻門和裸藻門次之, 有23種和12種, 黃藻門、金藻門和甲藻門種類較少, 共有4種。優(yōu)勢類群包括綠藻門的剛毛藻(Cladophora)、水綿(Spirogyra)、絲藻(Ulothrix)、新月藻(Closterium),藍(lán)藻門的顫藻(Oscillatoria)、膠須藻(Rivularia)、念珠藻(Nostoc),黃藻門的黃絲藻屬(Tribonema)、無隔藻(Vaucheria), 硅藻門的直鏈藻(Melosira)、橋彎藻屬(Cymbella)、異極藻屬(Gomphonema)等屬的種類。

表1 賽罕烏拉自然保護(hù)區(qū)藻類植物采集地點及環(huán)境因子Tab.1 The sampling sites of algae and their environmental factors in Saihanwula Nature Reserve

續(xù)表1

在各采集點中, 以海青壩和比圖河的種類最多, 分別達(dá)100種和83種, 牛頭白其河種類最少, 為20種。各點中, 基本都以硅藻門、綠藻門和藍(lán)藻門的種類所占比例較高(圖2)。

2.2 主要群落類型及分布

賽罕烏拉自然保護(hù)區(qū)藻類植物主要群落類型有顫藻群落(Oscillatoriacommunity), 膠須藻群落(Rivulariacommunity), 黃絲藻群落(Tribonemacommunity), 無隔藻群落(Vaucheriacommunity), 水綿—雙星藻群落(Spirogyra-Zygnemacommunity)等。

顫藻群落(Oscillatoriacommunity) 保護(hù)區(qū)多處有分布, 如灰通河、紅衛(wèi)水庫、比圖河等。群落中優(yōu)勢種為弱細(xì)顫藻(O.tenuis)、蛇形顫藻(O.anguina)、巨顫藻(O.princes), 顏色多呈藍(lán)綠色, ?；焐泄柙? 如偏腫橋彎藻(Cymbella ventricosa)、箱形橋彎藻(C.cistula)、很小橋彎藻(C.perpusilla)等。

膠須藻群落(Rivulariacommunity) 主要分布于牛頭白其河和沙艾河, 生長于水體中的石壁和水底石塊上, 群落中優(yōu)勢種為貝克膠須藻(R.beccariana)和饒氏膠須藻(R.jaoi), 顏色呈藍(lán)綠色, 主要附生藻為巨顫藻(O.princes)、箱形橋彎藻 (C.cistula)。

黃絲藻群落(Tribonema

community) 主要分布于海青壩, 生長水體中的石壁上。群落中優(yōu)勢種為近緣黃絲藻(T.affine), 顏色呈黃綠色。主要附生藻為普通念珠藻(N.commune)、球狀念珠藻(N.sphaeroides)、變異直鏈藻(M.varians)、梅尼小環(huán)藻(C.meneghiniana)、桿狀舟形藻(N.bacillum)、尖細(xì)異極藻(G.acuminatum)等。

圖2 賽罕烏拉自然保護(hù)區(qū)各采集點藻類植物組成比例Fig.2 The ratio of algal constitution at each site in Saihanwula Nature Reserve

圖3 賽罕烏拉自然保護(hù)區(qū)各采樣點聚類圖Fig.3 Tree diagram for sampling sites in Saihanwula Nature Reserve

無隔藻群落(Vaucheriacommunity) 主要分布于灰通河, 生長于緩流中的泥沙上, 群落中優(yōu)勢種為對生無隔藻 (Vaucheria bilateralis), 與之混生的有水綿(Spirogyrasp.)、弧形峨眉藻(Ceratoneis arcus)、鈍脆桿藻(Fragilaria capucina)、披針形橋彎藻(C.lanceolata)、尖細(xì)異極藻(Gomphonema acuminatum)等。

水綿-雙星藻群落(Spirogyra-Zygnemacommunity)

主要分布于灰通河、紅衛(wèi)水庫、沙艾河。群落中優(yōu)勢種為水綿(Spirogyrasp.)和雙星藻(Zygnemasp.)屬的種類, ?；焐芯G色絲狀綠藻, 如絲藻(Ulothrix)和微孢藻(Microspora)屬及硅藻中的披針形橋彎藻(C.lanceolata)等。

2.3 指示藻類及水質(zhì)評價

根據(jù)藻類植物組成和優(yōu)勢種群的變化, 可將水體劃分為糞生帶、多污帶、中污帶、寡污帶和清水帶, 多污帶和中污帶下又分為α、β和γ型。在賽罕烏拉自然保護(hù)區(qū)采集到的指示藻類有98種。多污帶指示藻類11種, 占指示物種總數(shù)的11.22%, 其中3種也同時出現(xiàn)在α-中污帶。α-中污帶指示藻類43種, 占指示物種總數(shù)的43.88%。β-中污帶指示藻類有71種, 占指示物種總數(shù)的72.45%, 其中24種也出現(xiàn)在寡污帶。寡污帶指示藻類55種, 占指示物種總數(shù)的56.12%。據(jù)此可看出, 賽罕烏拉保護(hù)區(qū)大部分水體屬于β-中污帶, 另一部分屬于寡污帶。目前水體狀況良好, 尚未受到嚴(yán)重污染。

2.4 不同采樣點的聚類分析

以所有標(biāo)本號為運算單位, 根據(jù)其中不同種類的出現(xiàn)與否, 分別賦值“1”或“0”, 采用組平均法對Bray-Curtis相關(guān)系數(shù)矩陣進(jìn)行聚類分析, 結(jié)果見圖3。從圖可以看出,在23%水平, 51號標(biāo)本被分成10組。

從聚類結(jié)果可看出, 同一水體各采集樣點的種類組成大多相似性較高, 而不同水體采集點間的種類組成差別相對較大。

2.5 采樣點環(huán)境因子主成分(PCA)分析

對各采集點所記錄的6個環(huán)境因子(表1)進(jìn)行主成分(PCA)分析, 經(jīng)分析得到前3個主成分的貢獻(xiàn)率、累計貢獻(xiàn)率及原變量在各主成分中的負(fù)荷量(表2)。

PCA分析結(jié)果顯示, 第1、2、3 主成分的特征值分別為2.843、1.231、1.088, 方差貢獻(xiàn)率分別為47.386%、20.513%和18.136%。這3個主成分的累計方差貢獻(xiàn)率達(dá)到了86.035%, 說明它們基本包含了以上6個環(huán)境因子的所有信息。

從因子負(fù)荷大小看, 第一主成分中的水溫貢獻(xiàn)率最大, 與排序軸1成負(fù)相關(guān), 相關(guān)系數(shù)絕對值最高(0.485),溶氧也有較高的載荷(0.465)。從圖4可以看出, 沿主成分PC1軸, 水溫逐漸降低, 溶氧逐漸升高, 說明水體溫度降低可使水中溶解氧增高, 有利于藻類植物生長, 反映了氣候條件對水生生物的影響。在第二個主成分中, 流速(0.598)、溶氧(0.448)、電導(dǎo)率(0.412)和pH(?0.374)貢獻(xiàn)率較大。沿第二軸, 流速、溶氧、電導(dǎo)率和pH逐漸增加, 反映了河床比降及基質(zhì)對藻類植物生長的影響。

表2 主成分各因子負(fù)荷量、特征根與貢獻(xiàn)率Tab.2 Factor loading, eigenvalue and cumulative percentage of principal component analysis

圖4 賽罕烏拉自然保護(hù)區(qū)各采樣點環(huán)境指標(biāo)因子載荷圖(CON, DO, WT, pH, FV, AL)Fig.4 PCA variable loadings plot of the environmental factors in Saihanwula Nature Reserve

從方差貢獻(xiàn)率可以看出第一主成分為47.386%, 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于第二、三主成分的貢獻(xiàn)率20.513%和18.136%。所以各采樣點藻類植物分布主要是由第一主成分即水溫和溶解氧控制, 其次受控于水體的流速、電導(dǎo)率和pH。

3 討論

從研究結(jié)果可知, 內(nèi)蒙古賽罕烏拉自然保護(hù)區(qū)藻類植物以硅藻門種類最多, 其次是綠藻門和藍(lán)藻門植物。這種分布格局實際上是它們對微環(huán)境的適應(yīng)結(jié)果。在水體中,種類間復(fù)雜的競爭性抑制可使最具競爭力的種類和類群在當(dāng)時當(dāng)?shù)卣純?yōu)勢。一般在貧營養(yǎng)和中營養(yǎng)程度的水體中,便于運動、體積較小的硅藻較具優(yōu)勢[26]。聚類分析結(jié)果也顯示, 同一水體各采集樣點的種類組成大多相似性較高, 而不同水體采集點間的種類組成差別相對較大。進(jìn)一步說明水體中藻類植物分布格局與微環(huán)境的關(guān)系密切。

不同環(huán)境因子對藻類的生長有著直接或間接的影響。根據(jù)PCA分析結(jié)果, 在調(diào)查采集區(qū)域水體的環(huán)境因素中, 水溫是影響藻類植物分布最關(guān)鍵的因素, 流速、溶解氧、電導(dǎo)率和pH也在一定程度上影響藻類分布。各個環(huán)境因子對顫藻群落的生長未表現(xiàn)出較明顯的影響, 使得該群落能夠分布在多種不同環(huán)境。膠須藻群落多生長在水流較急, 溶解氧高的石壁和石塊上。黃絲藻群落分布于低電導(dǎo)的水體。無隔藻群落生長于流速緩慢的泥沙上。水綿-雙星藻群落則生長在靜水或緩流中。許多學(xué)者的研究表明, 不同地區(qū)的藻類區(qū)系組成及分布, 會受到不同的環(huán)境因子影響, 這種影響是各種環(huán)境因素共同作用的結(jié)果, 而不是某一因素的單獨作用[27—29]。

生物監(jiān)測是對水生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境評價的重要手段。藻類植物作為水生態(tài)系統(tǒng)中的重要組成部分, 可以監(jiān)測和指示其所處環(huán)境的污染程度。根據(jù)研究結(jié)果, 賽罕烏拉保護(hù)區(qū)大部分水體目前狀況良好, 尚未受到嚴(yán)重污染。但隨著人為活動的頻繁和旅游業(yè)的發(fā)展, 該保護(hù)區(qū)藻類植物的多樣性也可能會受到一定程度的影響[30—32]。因此, 必須加強(qiáng)對該地區(qū)水體的保護(hù), 才能使藻類植物多樣性得到保護(hù)和發(fā)展。

致謝：

野外調(diào)查采集得到內(nèi)蒙古賽罕烏拉國家級自然保護(hù)區(qū)管理局李桂林局長和鮑清泉、孟達(dá)萊同志的大力幫助,特此致謝。

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CHARACTERISTICS OF ALGAE FLORA AND COMMUNITY IN SAIHANWULA NATURE RESERVE, INNER MONGOLIA

CHEN Le, FENG Jia, LIU Xiao-Ling, LI Feng and XIE Shu-Lian
(School of Life Science, Shanxi University, Taiyuan 030006, China)

藻類植物; 群落; 聚類分析; 主成分分析; 賽罕烏拉自然保護(hù)區(qū)

Algae; Community; Cluster analysis; Principal component analysis; Saihanwula Nature Reserve in Inner Mongolia

Q948

A

1000-3207(2013)02-0376-07

10.7541/2013.30

2011-12-16;

2012-09-17

國家自然科學(xué)基金項目(30970187, 30770162)資助

陳樂(1985—), 男, 山西洪洞人; 博士研究生; 主要從事淡水藻類的研究。E-mail: Alexander0351@hotmail.com

謝樹蓮, E-mail: xiesl@sxu.edu.cn