郭 坤,楊德國(guó),彭 婷,羅靜波,何勇鳳,柴 毅,**
(1:長(zhǎng)江大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院,荊州 434025)(2:中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院長(zhǎng)江水產(chǎn)研究所農(nóng)業(yè)部淡水生物多樣性保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,武漢 430223)
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湖北省長(zhǎng)湖浮游植物優(yōu)勢(shì)種生態(tài)位分析*
郭坤1,楊德國(guó)2,彭婷1,羅靜波1,何勇鳳2,柴毅1,2**
(1:長(zhǎng)江大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院,荊州 434025)(2:中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院長(zhǎng)江水產(chǎn)研究所農(nóng)業(yè)部淡水生物多樣性保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,武漢 430223)
于2012年4月至2013年1月對(duì)長(zhǎng)湖浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行調(diào)查分析,使用Levins生態(tài)位寬度公式和Levins重疊公式測(cè)定長(zhǎng)湖浮游植物優(yōu)勢(shì)種的生態(tài)位指數(shù),分析浮游植物站點(diǎn)分布和環(huán)境因子的變化與生態(tài)位間的關(guān)系.結(jié)果顯示:整個(gè)區(qū)域以藍(lán)藻門和綠藻門的種類為主,優(yōu)勢(shì)種種類和密度隨季節(jié)變化,表現(xiàn)出1~2個(gè)種類成為主要優(yōu)勢(shì)種,在豐度、優(yōu)勢(shì)度和生態(tài)位寬度上遠(yuǎn)大于其他優(yōu)勢(shì)種的特征.依據(jù)優(yōu)勢(shì)度指數(shù)和生態(tài)位寬度將優(yōu)勢(shì)種分為3類;小球藻(Chlorellavulgaris)和扭曲小環(huán)藻(Cyclotellacomta)作為4個(gè)季節(jié)優(yōu)勢(shì)種,占據(jù)更多的資源位點(diǎn),有更大的生態(tài)位寬度,在競(jìng)爭(zhēng)中處于優(yōu)勢(shì).藍(lán)藻門的兩棲顫藻(Oscillatoriaamphibia)在夏季成為主要優(yōu)勢(shì)種,其豐度遠(yuǎn)大于其他種類,但受到種間競(jìng)爭(zhēng)及高等水生植物的抑制,沒有在競(jìng)爭(zhēng)中取得絕對(duì)優(yōu)勢(shì).其他種在不同季節(jié)此消彼長(zhǎng),但僅在若干季節(jié)成為優(yōu)勢(shì)種.海子湖區(qū)周圍的進(jìn)出水口及馬洪臺(tái)區(qū)、圓心湖區(qū)的圍網(wǎng)養(yǎng)殖會(huì)直接影響水體中總氮、總磷濃度,進(jìn)而改變浮游植物優(yōu)勢(shì)種在各區(qū)域的分布,使用t檢驗(yàn)證實(shí)了這種差異.環(huán)境因子與優(yōu)勢(shì)種的相關(guān)性分析顯示,水溫、N/P比是影響浮游植物優(yōu)勢(shì)種分布的重要因素.
長(zhǎng)湖;浮游植物;群落結(jié)構(gòu);優(yōu)勢(shì)種;生態(tài)位
Grinnell于1917年首次將生態(tài)位定義為:恰好被一個(gè)種或亞種占據(jù)的最后分布單位[1],國(guó)內(nèi)外學(xué)者在之后的研究中不斷對(duì)這一理論進(jìn)行探索和補(bǔ)充,在諸多領(lǐng)域中得到應(yīng)用,并取得了許多研究成果[2-5].在生態(tài)學(xué)上,生態(tài)位理論在研究群落結(jié)構(gòu)和功能、群落內(nèi)物種間關(guān)系、生物多樣性、群落動(dòng)態(tài)演替和種群進(jìn)化等方面有著重要的作用[6].生態(tài)位測(cè)度是基于種群在不同資源狀態(tài)下的分布數(shù)據(jù)進(jìn)行生態(tài)位寬度、生態(tài)位重疊的計(jì)算.生態(tài)位寬度是指一個(gè)種群在一個(gè)群落中所利用的各種不同資源的總和,反映了該種群對(duì)資源的利用狀態(tài).當(dāng)兩個(gè)物種共同占有某一資源,如營(yíng)養(yǎng)成分、空間等,就會(huì)出現(xiàn)生態(tài)位重疊現(xiàn)象.兩個(gè)指標(biāo)共同反映了種群對(duì)資源的利用能力和對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力[7-8].
長(zhǎng)湖是湖北省第三大淡水湖泊,是長(zhǎng)江中游地區(qū)生態(tài)平衡的重要濕地生態(tài)系統(tǒng),并承擔(dān)著不可或缺的蓄洪、灌溉、養(yǎng)殖和航運(yùn)等綜合功能[9-10],農(nóng)業(yè)部已下文批準(zhǔn)在長(zhǎng)湖建立鲌類國(guó)家級(jí)水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū).浮游植物作為水體中重要的初級(jí)生產(chǎn)力,在構(gòu)建水生生物食物網(wǎng)中扮演極其重要的角色,浮游植物群落結(jié)構(gòu)的變化和演替是水質(zhì)理化因子在時(shí)間和空間上綜合作用的結(jié)果[11].目前圍繞長(zhǎng)湖浮游植物的研究多集中于浮游植物群落結(jié)構(gòu)組成及其環(huán)境因子間的關(guān)系分析[12-14],本文從優(yōu)勢(shì)種生態(tài)位的角度進(jìn)行長(zhǎng)湖浮游植物群落結(jié)構(gòu)的研究,以四季優(yōu)勢(shì)種的生態(tài)位寬度和生態(tài)位重疊指數(shù)為切入點(diǎn),對(duì)四季浮游植物優(yōu)勢(shì)種在各站點(diǎn)的分布以及環(huán)境因子的變化進(jìn)行分析,探討優(yōu)勢(shì)種在不同資源位點(diǎn)的功能地位和適應(yīng)性,以期為明確該區(qū)域浮游植物群落結(jié)構(gòu)和分布特征提供依據(jù).
1.1 區(qū)域概況
長(zhǎng)湖流域面積3240 km2,整個(gè)長(zhǎng)湖面積122~150 km2,平均水深2.1 m.整個(gè)流域處于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū),光照充足,年降雨量在1100~1300 mm之間.長(zhǎng)湖周圍為居民生活區(qū),人為因素已將長(zhǎng)湖原始的開放型生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)榘敕忾]生態(tài)系統(tǒng)[15].2006-2011年的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示,長(zhǎng)湖綜合平均水質(zhì)為V類,水體受到中度污染,整體處于輕度富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)[16-17].
1.2 采樣點(diǎn)設(shè)置與采樣時(shí)間
參照《湖泊富營(yíng)養(yǎng)化調(diào)查規(guī)范》[18]和《全國(guó)淡水生物物種資源調(diào)查技術(shù)規(guī)定》[19]進(jìn)行采樣點(diǎn)的設(shè)置.長(zhǎng)湖自西向東分為4個(gè)湖區(qū):廟湖區(qū)、海子湖區(qū)、馬洪臺(tái)區(qū)和圓心湖區(qū)(圖1).因“引江濟(jì)漢”工程,廟湖區(qū)已被2條堤壩攔截成靜水,因此未在該區(qū)域設(shè)置采樣點(diǎn).海子湖區(qū)為一狹長(zhǎng)型湖灣,在其周圍共有5個(gè)進(jìn)出水口;馬洪臺(tái)區(qū)和圓心湖區(qū)為開闊水域,都有不同范圍的圍網(wǎng)養(yǎng)殖,圓心湖區(qū)域的圍網(wǎng)養(yǎng)殖面積更大更密集.此次調(diào)查在長(zhǎng)湖共設(shè)19個(gè)采樣點(diǎn),其中海子湖區(qū)(H)設(shè)置9個(gè)采樣點(diǎn):H1~H9;馬洪臺(tái)區(qū)(M)設(shè)置4個(gè)采樣點(diǎn):M1~M4;圓心湖區(qū)(Y)設(shè)置6個(gè)采樣點(diǎn):Y1~Y6.于2012年4月至2013年1月進(jìn)行采樣,每3個(gè)月采集1次.
圖1 長(zhǎng)湖采樣點(diǎn)示意Fig.1 Sketch of sampling sites in Lake Changhu
1.3 樣本采集與處理
1.3.1 浮游植物的采集與鑒定定性樣本使用25#浮游生物采集網(wǎng)收集,在表層至0.5 m深處以20~30 cm/s的速度緩慢做橫8字形拖動(dòng)采集樣本,經(jīng)4%的甲醛固定帶回實(shí)驗(yàn)室觀察.定量樣本使用1 L的采水器在上、中、下水層各取1次樣,混合均勻后取1 L,加入15 ml魯哥氏液固定濃縮至30~50 ml進(jìn)行定量計(jì)數(shù).
參考《中國(guó)淡水藻類——系統(tǒng)、分類及生態(tài)》[20],使用光學(xué)顯微鏡(XSM-20,寧波舜宇儀器有限公司,寧波,浙江)對(duì)浮游植物樣本進(jìn)行鑒定和計(jì)數(shù).
1.3.2 理化指標(biāo)的測(cè)定參考《地表水和污水檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》[21]對(duì)各項(xiàng)理化指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定.采集藻類樣本的同時(shí),使用黑白盤測(cè)定水深、透明度(SD),使用多參數(shù)水質(zhì)分析儀(HQ40D,Hach,Loveland,USA)測(cè)定溶解氧(DO)濃度、pH值、水溫.采集的水樣在實(shí)驗(yàn)室測(cè)定總磷(TP)、總氮(TN)濃度.
1.4 數(shù)據(jù)分析
優(yōu)勢(shì)種由Mcnaughton優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(Y)確定,Y>0.02則為優(yōu)勢(shì)種,不同湖區(qū)之間豐度及環(huán)境因子間的差異性檢驗(yàn)使用t檢驗(yàn).生態(tài)位寬度(Bi)采用Levins提出后經(jīng)Colewll等加權(quán)修改的生態(tài)位寬度公式計(jì)算,生態(tài)位重疊指數(shù)(Oik)選用Levins指數(shù)計(jì)算.各計(jì)算公式如下:
(1)
Pij=nij/Ni
(2)
(3)
(4)
(5)
R=Bi/ΔOik(i=k)
(6)
原始數(shù)據(jù)使用Excel 2013記錄和保存,優(yōu)勢(shì)度指數(shù)的計(jì)算也在其中完成.生態(tài)位相關(guān)的計(jì)算使用R_V3.1.2中的SPAA[22]程序包完成.
2.1 長(zhǎng)湖浮游植物優(yōu)勢(shì)種群落結(jié)構(gòu)
通過4個(gè)季節(jié)的調(diào)查,共鑒定出浮游植物132種,篩選出優(yōu)勢(shì)種5門15屬15種,優(yōu)勢(shì)種種類隨季節(jié)變化而變化,不同季節(jié)既有重疊也有交替,結(jié)果表明,長(zhǎng)湖4個(gè)季節(jié)優(yōu)勢(shì)種以藍(lán)藻門和綠藻門的種類為主,藍(lán)藻門出現(xiàn)的種類最多(6種),但只在夏、秋季為優(yōu)勢(shì)種,在夏季有大量增殖的趨勢(shì),成為主要優(yōu)勢(shì)種;綠藻門的優(yōu)勢(shì)種(4種)在4個(gè)季節(jié)均有出現(xiàn)且是主要優(yōu)勢(shì)種.小球藻、扭曲小環(huán)藻在4個(gè)季節(jié)中均為優(yōu)勢(shì)種.小球藻在春、秋和冬季的優(yōu)勢(shì)度指數(shù)為相應(yīng)季度的最大值,且遠(yuǎn)大于其他優(yōu)勢(shì)種的優(yōu)勢(shì)度指數(shù).四尾柵藻和梭形裸藻在各季度均出現(xiàn),但前者在冬季并未成為優(yōu)勢(shì)種,后者僅在夏季成為優(yōu)勢(shì)種,優(yōu)勢(shì)度指數(shù)也較小(表1).
表1 長(zhǎng)湖各季節(jié)優(yōu)勢(shì)種名錄
△○▲●依次代表春季、夏季、秋季、冬季.
優(yōu)勢(shì)種樣點(diǎn)豐度分布(圖2)表明,春、秋、冬季海子湖區(qū)域的平均豐度大于馬洪臺(tái)區(qū)和圓心湖區(qū),使用t檢驗(yàn)也證實(shí)了這種差異,P值分別為0.001、0.008、0.008,呈極顯著性差異.夏季則表現(xiàn)為馬洪臺(tái)區(qū)的平均豐度小于海子湖區(qū)和圓心湖區(qū).春季,優(yōu)勢(shì)種以綠藻門的種類為主;小球藻和扭曲小環(huán)藻為主要優(yōu)勢(shì)種,豐度及優(yōu)勢(shì)度指數(shù)遠(yuǎn)大于其他種類.夏季,兩棲顫藻在各個(gè)樣點(diǎn)的豐度遠(yuǎn)大于其他優(yōu)勢(shì)種,最高達(dá)5.08×107cells/L,取代小球藻以0.614的優(yōu)勢(shì)度指數(shù)成為該季度的主要優(yōu)勢(shì)種,而其他優(yōu)勢(shì)種的優(yōu)勢(shì)度指數(shù)均小于0.05.秋季,優(yōu)勢(shì)種的種類最多(10種),其中藍(lán)藻門的種類最多,各種類的豐度均小于10×106cells/L,在各樣點(diǎn)分布也較為均衡;綠藻門的小球藻和水溪綠球藻為主要優(yōu)勢(shì)種,其余種類的優(yōu)勢(shì)度指數(shù)均處于較低水平,小于0.055.冬季出現(xiàn)5個(gè)優(yōu)勢(shì)種,小球藻的優(yōu)勢(shì)度指數(shù)為0.629,是各季度所有優(yōu)勢(shì)種優(yōu)勢(shì)度指數(shù)的最大值(表2).
圖2 長(zhǎng)湖4季浮游植物優(yōu)勢(shì)種樣點(diǎn)豐度分布(圖中數(shù)字表示優(yōu)勢(shì)種編號(hào))Fig.2 Seasonal distribution of abundance of dominant species of phytoplankton in each sampling site of Lake Changhu
優(yōu)勢(shì)種編號(hào)春季夏季秋季冬季頻率Y頻率Y頻率Y頻率Y1--95%0.031----2----89%0.054--3----100%0.041--4--95%0.04489%0.030--5----89%0.039--6100%0.032100%0.614----7100%0.37684%0.025100%0.274100%0.6298100%0.081--100%0.106100%0.0349100%0.030100%0.043100%0.054--10----95%0.032--11100%0.21989%0.05095%0.048100%0.10812----89%0.022100%0.02313100%0.022----100%0.1051484%0.060------15--89%0.026----
2.2 長(zhǎng)湖水質(zhì)基本情況
長(zhǎng)湖全湖水質(zhì)呈弱堿性,水溫的季節(jié)性變化明顯,SD、DO濃度表現(xiàn)為春、冬季和夏、秋季分別處于同一水平,且前者要大于后者.夏季的TP和TN濃度均大于其他季節(jié),冬季相應(yīng)值則是全年最小值.冬季的N/P比全年最大,且各樣點(diǎn)變化明顯(表3).
表3 長(zhǎng)湖水質(zhì)理化指標(biāo)
海子湖區(qū)周圍的生活及工業(yè)廢水通過進(jìn)出水口直接排放到水體中,馬洪臺(tái)區(qū)和圓心湖區(qū)存在的圍網(wǎng)養(yǎng)殖會(huì)造成餌料殘余,這2種因素會(huì)直接引起水體理化指標(biāo)的改變,尤其是TN、TP濃度,因此將海子湖區(qū)與馬洪臺(tái)區(qū)、圓心湖區(qū)(簡(jiǎn)稱馬圓區(qū))的TN、TP濃度做t檢驗(yàn).結(jié)果表明:春季,海子湖區(qū)的TP、TN濃度大于馬圓區(qū)(P<0.01);夏季,兩者的TP濃度均增加,但前者仍然大于后者(P=0.001),海子湖TN濃度春、夏季基本相同,但馬圓區(qū)的TN濃度急劇增加;秋季TP濃度在區(qū)域之間的差異減少,但前者仍然略大于后者(P=0.002),TN濃度有一定的下降,但馬圓區(qū)的TN濃度已降至夏季的一半.冬季兩者在TN濃度上均減少,且基本持平,馬圓區(qū)的TP濃度大于海子湖區(qū)(P=0.012).
2.3 優(yōu)勢(shì)種生態(tài)位寬度
使用經(jīng)過加權(quán)修改的Levins公式計(jì)算4個(gè)季節(jié)的優(yōu)勢(shì)種生態(tài)位寬度(表4).一個(gè)種的生態(tài)位越寬,說明該種更傾向于泛化種,具有更強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力;反之,生態(tài)位窄的更傾向于特化種,在競(jìng)爭(zhēng)中處于劣勢(shì)[23-26].根據(jù)各優(yōu)勢(shì)種在不同季節(jié)優(yōu)勢(shì)度和生態(tài)位寬度將優(yōu)勢(shì)種分為3類:
表4 優(yōu)勢(shì)種生態(tài)位寬度
第1類包括小球藻、扭曲小環(huán)藻,在各季節(jié)、各樣點(diǎn)都出現(xiàn)且是優(yōu)勢(shì)種.這一類表現(xiàn)出較強(qiáng)的適應(yīng)能力,利用資源的能力較高.同時(shí),相較于小球藻,春、秋、冬季扭曲小環(huán)藻在豐度、優(yōu)勢(shì)度指數(shù)和生態(tài)位寬度均低于小球藻,僅在夏季豐度和優(yōu)勢(shì)度指數(shù)約為小球藻的2倍,而生態(tài)位寬度之差小于0.015,處于同一水平.
第2類包括針狀藍(lán)纖維藻、中華尖頭藻、兩棲顫藻、四尾柵藻、鐮形纖維藻和梭形裸藻.這一類在各季節(jié)都有出現(xiàn),但除四尾柵藻在春、夏、秋季均成為優(yōu)勢(shì)種外,其他種類僅在某一季節(jié)成為優(yōu)勢(shì)種,多數(shù)種類生態(tài)位寬度小于第1類.這一類對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力和資源利用能力弱于第1類.兩棲顫藻則較為特殊,在夏季其豐度、優(yōu)勢(shì)度指數(shù)都遠(yuǎn)超過其他種類,生態(tài)位寬度則是該季度的最大值.
第3類包括微小平裂藻、湖泊色球藻、尖頭席藻、水溪綠球藻、顆粒直鏈藻、肘狀針桿藻和卵形隱藻.這一類只在2~3個(gè)季節(jié)出現(xiàn),優(yōu)勢(shì)度指數(shù)小于0.1,生態(tài)位寬度處于較低的水平.但也有個(gè)別種類例外,水溪綠球藻在秋季的優(yōu)勢(shì)度指數(shù)為該季節(jié)的第二大值,肘狀針桿藻在冬季的優(yōu)勢(shì)度指數(shù)大于0.1,但生態(tài)位寬度是該季度的最小值.這一類對(duì)環(huán)境因子有一定的依賴性,只在環(huán)境較為適合的季節(jié)出現(xiàn),適應(yīng)性較弱.
2.4 優(yōu)勢(shì)種生態(tài)位重疊
生態(tài)位重疊指數(shù)Oik代表種i的資源利用曲線與種k的資源利用曲線的重疊指數(shù),當(dāng)種i和種k生態(tài)位完全重疊時(shí),Oik=1,反之,Oik=0.當(dāng)i=k的情況下,比較ΔOik的大小可以說明不同種的生態(tài)習(xí)性變化:差值為正,說明該種處于發(fā)展期;差值為負(fù),說明該種處于衰退期;差值為0,說明該種是中性的[27-28].為了更準(zhǔn)確地確定優(yōu)勢(shì)種的生態(tài)響應(yīng)速率,結(jié)合生態(tài)位寬度計(jì)算生態(tài)響應(yīng)速率R(表5).
春季,小球藻有最大的正ΔOik,表明該種有最大的發(fā)展空間,水溪綠球藻、肘狀針桿藻同屬于發(fā)展型,但發(fā)展空間較??;其余優(yōu)勢(shì)種均處于衰退型,其中四尾柵藻有最大的負(fù)ΔOik.夏季,扭曲小環(huán)藻、小球藻和梭形裸藻屬于衰退型,其余各優(yōu)勢(shì)種處于發(fā)展型,兩棲顫藻有最大的發(fā)展空間,針狀藍(lán)纖維、湖泊色球藻和四尾柵藻發(fā)展空間較?。锛?,中華小尖頭藻、小球藻、四尾柵藻的發(fā)展空間同屬于發(fā)展型且處于同一水平,發(fā)展空間大于微小平裂藻和水溪綠球藻,中華小尖頭藻有最大的發(fā)展空間;湖泊色球藻、尖頭席藻、鐮形纖維藻和扭曲小環(huán)藻屬于衰退型,ΔOik均大于1.冬季,水溪綠球藻、顆粒直鏈藻屬于衰退型,其他種類均屬于發(fā)展型,且發(fā)展空間均大于其他季節(jié)的優(yōu)勢(shì)種,小球藻有最大的發(fā)展空間,ΔOik是4個(gè)季節(jié)的最大值(表5).
3.1 優(yōu)勢(shì)種群落特征及其生態(tài)位
物種在環(huán)境中的分布和占有空間資源的多少可以用生態(tài)位寬度表示,其反映物種的分布和數(shù)量,數(shù)量多、占據(jù)更多資源位點(diǎn)且分布更均勻的優(yōu)勢(shì)種有更大的生態(tài)位寬度[29].小球藻、扭曲小環(huán)藻在長(zhǎng)湖4個(gè)季節(jié)各個(gè)樣點(diǎn)都有出現(xiàn),其在春、秋、冬季豐度均是相應(yīng)季節(jié)的最大值,優(yōu)勢(shì)度指數(shù)遠(yuǎn)大于其他種類,生態(tài)位寬度基本處于同一水平.夏季的兩棲顫藻對(duì)總豐度的貢獻(xiàn)最大,在各個(gè)樣點(diǎn)的豐度遠(yuǎn)大于其他優(yōu)勢(shì)種,優(yōu)勢(shì)度指數(shù)是其他種類的10倍以上,其生態(tài)位寬度雖然是該季度的最大值,但生態(tài)位寬度之間的差值并沒有類似優(yōu)勢(shì)度指數(shù)之間的巨大差距,結(jié)合其樣點(diǎn)分布可以看出:其樣點(diǎn)分布有很大的波動(dòng)性,最大豐度與最小豐度有近8倍的差距.秋季優(yōu)勢(shì)種種類最多,小球藻和水溪綠球藻的優(yōu)勢(shì)度指數(shù)是其他種類的4~10倍,但生態(tài)位寬度變化范圍較小,各優(yōu)勢(shì)種的樣點(diǎn)豐度分布都較為均勻(圖2).冬季小球藻占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì),扭曲小環(huán)藻、肘狀針桿藻優(yōu)勢(shì)度指數(shù)基本相同,但肘狀針桿藻的生態(tài)位寬度是該季度的最低值,其他種類的生態(tài)位寬度基本處于同一水平.
表5 長(zhǎng)湖各季節(jié)優(yōu)勢(shì)種ΔOik和生態(tài)響應(yīng)速率
物種對(duì)資源的利用狀況和物種分布地段的交錯(cuò)程度、物種之間利用資源或?qū)Νh(huán)境適應(yīng)能力的相似程度可以由生態(tài)位重疊這一指數(shù)反映[30],優(yōu)勢(shì)種的分布狀態(tài)與其密切相關(guān).小球藻在春、秋、冬季都具有較高的正ΔOik,說明與其他優(yōu)勢(shì)種在資源利用上競(jìng)爭(zhēng)激烈,且占據(jù)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì);夏季的ΔOik為負(fù),分析原因可能是同時(shí)期的兩棲顫藻以絕對(duì)優(yōu)勢(shì)對(duì)小球藻的生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制作用.夏季藍(lán)藻門的3種優(yōu)勢(shì)種都處于發(fā)展期,作為主要優(yōu)勢(shì)種的兩棲顫藻的ΔOik與其他種類相比并沒有類似豐度和優(yōu)勢(shì)度指數(shù)的絕對(duì)優(yōu)勢(shì),這一方面可能是同屬藍(lán)藻門的優(yōu)勢(shì)種對(duì)某些資源存在共同的需求,種間競(jìng)爭(zhēng)較為激烈;同時(shí),夏季湖內(nèi)高等水生植物有更多的生物量和分布,通過對(duì)光、營(yíng)養(yǎng)鹽等資源的競(jìng)爭(zhēng)抑制了藻類的生長(zhǎng)和增殖.扭曲小環(huán)藻在4季都作為優(yōu)勢(shì)種,但4季的ΔOik均為負(fù)值,顆粒直鏈藻只在秋、冬季出現(xiàn),優(yōu)勢(shì)度指數(shù)處于較低的同一水平,其在冬季有最小的負(fù)ΔOik,表明這2種優(yōu)勢(shì)種在競(jìng)爭(zhēng)中一直處于劣勢(shì).
3.2 環(huán)境因子與優(yōu)勢(shì)種生態(tài)位
物種對(duì)環(huán)境的利用和適應(yīng)能力決定生態(tài)位寬度,生態(tài)條件的改變使得物種對(duì)資源的利用分化,也使得物種間的生態(tài)位重疊發(fā)生改變[31].光、水溫、pH值、營(yíng)養(yǎng)鹽等理化因子對(duì)浮游植物生長(zhǎng)的生理特征和群落結(jié)構(gòu)有著極其重要的影響[32],前期調(diào)查[33-34]表明,營(yíng)養(yǎng)鹽、水溫、水流是影響長(zhǎng)湖藻類分布特征的重要因素.環(huán)境因子與優(yōu)勢(shì)種豐度的相關(guān)性分析顯示此次調(diào)查中水溫、N/P比是影響浮游植物優(yōu)勢(shì)種分布的重要因子.
春季,水溫上升,綠藻、硅藻大量出現(xiàn),小球藻和扭曲小環(huán)藻成為主要優(yōu)勢(shì)種,有較高的生態(tài)位寬度,小球藻與其他種類的競(jìng)爭(zhēng)更加激烈,并處于優(yōu)勢(shì)地位.夏季,水溫升高,藍(lán)藻門的種數(shù)增多,兩棲顫藻成為主要優(yōu)勢(shì)種.研究表明,相較于其他優(yōu)勢(shì)種,藍(lán)藻門的種類最適溫度為25~35℃,15℃以下其生長(zhǎng)會(huì)受到限制,難以成為優(yōu)勢(shì)種[35].春、秋季平均水溫為19℃,此時(shí)藍(lán)藻門的種類都有出現(xiàn),但沒有成為優(yōu)勢(shì)種,冬季平均水溫為6℃,此時(shí)浮游植物以綠藻門和硅藻門的種類為主,藍(lán)藻門的種類沒有出現(xiàn).夏季各個(gè)樣點(diǎn)的水溫均超過30℃,一定程度上抑制藍(lán)藻的生長(zhǎng),相關(guān)性分析也顯示水溫與作為主要優(yōu)勢(shì)種的兩棲顫藻的豐度呈顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.306,P=0.042).長(zhǎng)湖屬于淺水湖,夏季較多的雨水以及進(jìn)出水口對(duì)流域的沖刷使水體較好的混合,也抑制了藍(lán)藻的增殖[36-37].秋季水流變緩,優(yōu)勢(shì)種種類有所變化,藍(lán)藻門的種類再次增多,主要優(yōu)勢(shì)種的生態(tài)位寬度分布較為均衡,各種類間的競(jìng)爭(zhēng)也較為平緩.冬季,小球藻、扭曲小環(huán)藻和肘狀針桿藻作為主要優(yōu)勢(shì)種,整個(gè)時(shí)期的種類和豐度處于較低水平,小球藻處于發(fā)展期,表明小球藻對(duì)低溫的適應(yīng)性強(qiáng)于其他種類,這與薛淩展等[38]的研究相吻合.
Simth通過對(duì)世界范圍內(nèi)17個(gè)湖泊資料的研究[39]表明:藍(lán)藻更適合低N/P比(質(zhì)量比),綠藻更適合高N/P比,當(dāng)N/P比<29時(shí)藍(lán)藻傾向于占優(yōu).調(diào)查期間,除冬季海子湖區(qū)和夏季馬圓區(qū)個(gè)別樣點(diǎn)N/P比超過10,其他季節(jié)全湖的N/P比都小于10.相關(guān)性分析顯示:夏季占優(yōu)勢(shì)的兩棲顫藻、細(xì)小平裂藻、湖泊色球藻與N/P比都呈顯著負(fù)相關(guān),r、P值依次為r=-0.428,P=0.034;r=-0.581,P=0.04;r=-0.451,P=0.026.綠藻門的小球藻則與N/P比呈顯著正相關(guān)(r=0.213,P=0.032).冬季海子湖區(qū)的TP濃度急劇減少,導(dǎo)致該區(qū)域N/P 比異常高,相關(guān)性分析表明浮游植物豐度與N/P比的相關(guān)性不顯著.此時(shí)小球藻與TP濃度呈極顯著正相關(guān)(r=0.897,P=0.001),其豐度、優(yōu)勢(shì)度指數(shù)、生態(tài)位寬度及生態(tài)位重疊指數(shù)亦是相應(yīng)的最大值,表明小球藻在低磷的環(huán)境下的適應(yīng)性比其他優(yōu)勢(shì)種要強(qiáng),這與張桂艷等[40]的研究結(jié)果相吻合.
本研究的監(jiān)測(cè)和分析只能初步反映長(zhǎng)湖浮游植物群落的分布與演替,僅從優(yōu)勢(shì)種在各個(gè)季度樣點(diǎn)的分布、生態(tài)位寬度和生態(tài)位重疊及其與環(huán)境因子的變化探討優(yōu)勢(shì)種群落的時(shí)空變化,要詳細(xì)了解該區(qū)域浮游植物的演替,包括進(jìn)出水口的排水、圍網(wǎng)養(yǎng)殖對(duì)長(zhǎng)湖理化因子及浮游植物群落時(shí)空變化的影響,尚需進(jìn)一步展開調(diào)查與分析,同時(shí)種間競(jìng)爭(zhēng)和水體中其他高等生物如高等水生植物、濾食性魚類對(duì)浮游植物生長(zhǎng)的影響還需深入研究探討.
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Ecological niche analysis of dominant species of phytoplankton in Lake Changhu, Hubei Province
GUO Kun1, YANG Deguo2, PENG Ting1, LUO Jingbo1, HE Yongfeng2& CHAI Yi1,2**
(1:CollegeofAnimalScience,YangtzeUniversity,Jingzhou434025,P.R.China)(2:YangtzeRiverFisheriesResearchInstitute,ChineseAcademyofFisheryScience,KeyLaboratoryofFreshwaterBiodiversityConservation,MinistryofAgriculture,Wuhan430223,P.R.China)
In order to examine the characteristics of community structure of phytoplankton in Lake Changhu, a survey started in April, 2012 and ended in January, 2013. Using Niche Breadth Index modified by Levins and Colewll and Levins Niche Overlap Index, ecological niche of dominant species of phytoplankton was determined. Relationship between the distribution of dominant species in sampling sites and associated environmental parameters and ecological niche was analyzed. Results showed that: dominant species varied with the seasons, and species belonging to Cyanophyta and Chlorophyta was the most abundant with broader niche breadth and larger biomass and dominant index than other species. Based on dominant index and niche breadth, the dominant species in the investigation could be divided into 3 classes,ChlorellavulgarisandCyclotellacomtawere dominant species in all the four seasons and possessed broader distribution and wider niche breadth, and had a better usage on environmental resource.Oscillatoriaamphibian, belonging to Cyanophyta, as the main dominant specie in summer, had the largest biomass in all the sampling sites. Since being restricted by interspecific competition and higher hydrophyte, it didn’t get absolute advantage in completion. Other species became dominant species in seasons now and then. T-test analysis results showed that wastewater discharge from intake and outlet around Lake Haizihu and high density enclosure culture in Mahongtai area and Lake Yuanxinhu led to difference in concentrations of total nitrogen and total phosphorus among the three areas. Correlation analysis between environmental parameters and abundance of dominant species indicated that temperature and N/P were main factors influencing the distribution of phytoplankton.
Lake Changhu; phytoplankton; community structure; dominant species; ecological niche
*國(guó)家科技支撐計(jì)劃“十二五”項(xiàng)目(2012BAD25B08-03)資助. 2015-06-26收稿;2015-12-01收修改稿. 郭坤(1992~),男,碩士研究生;E-mail:18040630060@163.com.
**通信作者;E-mail:chaiyi123456@126.com.