辽宁省典型水库浮游植物粒径大小的分布特征研究

(1.大连海洋大学水产与生命学院辽宁省水生生物学重点实验室,辽宁大连116023;2.辽宁省淡水水产科学研究院,辽宁辽阳111000)

摘要：分别于2010年的7、9月份和2011年的5、7、9月份对辽宁省大伙房水库和汤河水库浮游植物粒径大小及其分布特征进行了调查分析。结果表明:大伙房水库和汤河水库均以硅藻门和绿藻门占优势,大伙房水库硅藻生物量最大 (占总浮游植物生物量的68.82%),金藻生物量最小 (占0.05%),汤河水库硅藻生物量最大 (占65.42%),黄藻生物量最小 (占0.16%);大伙房水库和汤河水库浮游植物等效球体直径(ESD)分别为1.72～93.76、1.72～95.86 μm,其中两座水库蓝藻的ESD为1.72～15.96 μm,硅藻的ESD为8.63～95.86 μm,绿藻的ESD为8.58～66.46 μm,金藻的ESD为18.97～26.94 μm;大伙房水库9月份生物量粒径谱呈 “双峰型”,当ESD＜15 μm时,生物量随ESD的增大而增加,当ESD为[10～15)μm时生物量出现最大峰值,当ESD为[20～50)μm时生物量出现一个小峰值;汤河水库7月份浮游植物生物量粒径谱呈 “双峰型”,当ESD为[10～15)μm时生物量出现最大峰值,当ESD为[20～50)μm时生物量出现一个小峰值;大伙房水库和汤河水库浮游植物标准化生物量粒径谱回归线的斜率分别是-0.59和-0.53。

粒径谱首先由Sheldon﹠Parson提出,他们先将生物按照大小 (或体质量)分为几个粒级,然后算出每一粒级的生物量,由此得出一条反映生物量与粒径大小关系的曲线,称为粒径谱 (Particlesize spectra)。即把粒级按一定的对数级数排序,这种生物量在对数级上的分布就是粒径谱。在平衡状态下这条谱线是一条斜率很低的直线[1]。生物量粒径谱越来越多地被应用到水域生态系统的结构与功能的研究中[2-4]。国内外学者对浮游动物和底栖群落生物量粒径谱特征的研究发现,谱型在不同湖泊间变化比较大,并与湖泊的形态结构密切相关[5-7]。水库是半人工、半自然的水体,浮游植物生物量粒径谱的谱型有别于自然湖泊,但有关水库浮游植物群落的生物量粒径谱的报道很少。本研究中,作者以辽宁省大伙房水库、汤河水库为研究对象,构建和分析了其浮游植物群落生物量粒径谱。

1 材料与方法

1.1 采样时间与地点

依据水库水质特点,在大伙房水库和汤河水库分别设置9个采样点 (图1),各水库采样点的经纬度见表1,分别于2010年的7月、9月和2011年的5月、7月、9月在大伙房水库和汤河水库进行采样。

1.2.1 样品的采集与测定定量样品用水生-80型采水器采集 1 L,加入 15 mL鲁哥试液(Rugol'ssolution)摇匀,放置在实验室内置48 h,然后浓缩定量至50 mL,加体积分数为5%的甲醛固定。测定时充分摇匀,用定量吸管吸取0.10 mL至浮游植物计数框内,在Olympus CX21FS1显微镜下全片计数50个视野 (10×40倍),对浮游植物计数的同时,测量每个个体的大小。测定浮游植物的长、宽、高,采用近似几何体积公式计算浮游植物等效球体直径 (ESD)[8]。采用Sheldon型生物量粒径谱方法构建大伙房水库和汤河水库浮游植物生物量粒径谱和标准化粒径谱[2,9-10]。

1.2.2 水质指标的测定参照《水和废水监测分析方法》[11]现场测定水温、pH、电导率(EC)、溶解氧 (DO);采集水样在实验室测定总氮 (TN)、总磷(TP)、氨氮(NH+4-N)、硝酸盐(NO-3-N)、亚硝酸盐(NO-2-N)、化学需氧量(BOD)等指标。

2 结果与分析

2.1 大伙房水库和汤河水库的水质指标

从表2可见:大伙房水库和汤河水库的主要水质指标存在明显的季节差异,2010年大伙房水库7月份的pH和TP、

含量明显低于9月份;2010年汤河水库7月份的TN、TP、

、BOD含量明显低于9月份。2011年大伙房水库各水质指标5、7、9月份间具有明显差异,却没有明显的规律性,但5月份的EC明显低于7、9月份,5月份的TP明显高于7、9月份,9月的

明显低于5、7月份;2011年汤河水库7月份的DO、

含量和pH、EC明显低于5、9月份,9月的TN、TP含量明显低于5、7月份。

水体浮游植物的生长主要受水体中磷的限制,浮游植物生长过程中叶绿素a含量均与TP有关, TP含量的高低会影响浮游植物的大小和湿质量,进而影响浮游植物的生物量与ESD。在不同的采样时间,测得TP的含量均有变化,这也是导致两水库的生物量与粒径谱略有差异的原因之一;浮游植物还具有较高的生长速率和光能利用能力,单位生物量下浮游植物对磷的摄入率更高,可见水质与浮游植物生长有很大的关系。

2.2 浮游植物的组成特征

大伙房水库蓝藻、硅藻、金藻、黄藻、隐藻、甲藻、裸藻、绿藻的生物量分别为3.71、54.19、0.04、0.50、4.51、2.53、4.15、9.11 mg/L。其中生物量最大的是硅藻,占总浮游植物生物量的68.82%,最小的是金藻,仅占总量的0.05%(图2)。汤河水库蓝藻、硅藻、金藻、黄藻、隐藻、甲藻、裸藻、绿藻的生物量分别为2.80、55.03、0.92、0.14、2.25、6.90、8.39、7.68 mg/L。其中生物量最大的是硅藻,占总浮游植物生物量的65.42%,最小的是黄藻,仅占总量的0.16%(图2)。两水库浮游植物生物量的季节性变化不明显。大伙房水库和汤河水库都是硅藻门和绿藻门占优势,其中大伙房水库主要优势种为颗粒直链藻Melosira granulata var、普通小球藻Chlorella vulgarisBeij、尖针杆藻 Synedra acus、披针曲壳藻 Achnanthes lanceolata、梅尼小环藻Cyclotella meneghiniana、尖尾蓝隐藻Chroomonas acuta、卷曲纤维藻Ankistrodesmus convolutus、细小曲壳藻Achnanthes gracillina、圆环舟形藻 Navicula placentula、喙头舟形藻Navicula rhynchocephhla和针状菱形藻Nitzschia acicularis。汤河水库主要优势种为尖针杆藻 Synedra acus、小席藻Phormidium tenue、梅尼小环藻Cyclotella meneghiniana、普通小球藻 Chlorella vulgaris、马氏锥囊藻 Dinobryon Marssonii、针状菱形藻Nitzschia acicularis、隐头舟形藻Navicula cryptocephala和尖尾蓝隐藻Chroomonas acuta。

2.3 浮游植物的生物量粒径谱

从图3可见:大伙房水库和汤河水库浮游植物ESD分别为1.72～93.76 μm和1.72～95.86 μm,其中两水库蓝藻的ESD为1.72～15.96 μm,硅藻的ESD为8.63～95.86 μm,绿藻的ESD为8.58～66.46 μm,金藻的ESD为18.97～26.94 μm。大伙房水库中5月和7月的浮游植物生物量均随ESD的增加呈现先增大后减小的趋势,当ESD为15～100 μm时,生物量随ESD的增大而减小,当ESD为 [10～15)μm时,生物量出现最大峰值;9月份生物量粒径谱呈 “双峰型”,当ESD为＜15 μm时,生物量随着ESD的增大而增加,当ESD为[10～15)μm时生物量出现最大峰值,当ESD为 [20～50)μm时生物量出现一个小峰值 (图3)。汤河水库中5月和9月浮游植物生物量随着ESD的增大也呈现先增大后减小的趋势,同样ESD在15～100 μm时,生物量随着ESD的增大而减小,当ESD为 [10～15)μm时也生物量出现了一个较大峰值,但不呈波峰型;7月份汤河水库的浮游植物粒径谱呈 “双峰型”,ESD为 [10～15)μm时生物量出现最大峰值,ESD为 [20～50)μm时生物量出现一个小峰值 (图3)。

从图 3可以看出,当 ESD为 [10～15)、[15～20)、[20～50)时,在3个月中生物量都占据优势,主要原因是小球藻、卷曲纤维藻、尖尾蓝隐藻、尖针杆藻、菱形藻、小环藻都有分布,且在不同月份占优势种。其中ESD为10～15 μm在各个月中都占据比较大的比例,主要原因是尖尾蓝隐藻和尖针杆藻在不同月份含量比较高。

大伙房水库和汤河水库浮游植物标准化生物量粒径谱回归线的斜率分别是-0.59和-0.53(图3-B)。一般认为,在自然陆地生态系统中,发育良好的动物群落的标准化谱是一个线性谱[10,13],并且线性回归的斜率都接近-0.75[12,14]。Zuo等[15]调查过春季长江口邻近海域外海浮游生物的生物量谱,斜率为-0.635,都高于理想值。Cyr等[6]调查了北美28个湖泊的浮游动物生物量谱,其标准化谱型呈 “双峰型”。在大伙房水库和汤河水库,硅藻门舟形藻、曲壳藻、针杆藻、菱形藻、小环藻全年均有分布,大伙房和汤河水库中硅藻的ESD分别为8.63～93.76、8.63～95.86 μm,大伙房水库的9月份和汤河水库的7月份生物量粒径谱呈 “双峰型”,这与Cyr等对北美28个湖泊浮游动物的生物量粒径谱的研究结果相似,由此表明,粒径谱斜率较准确地反映了水域生态系统营养循环的特征。

3 讨论

标准化粒径谱的参数可用于进行不同生态系统之间的比较,斜率代表生态系统的营养输入状况和营养循环效率[16],可以指示环境因子对水生生物群落生产力的影响[17]。斜率越小,不同营养级间的能流效率就越低。Saiz-Salinas等对南极Livingston岛的沿岸底栖群落进行了分析[1],粒径谱斜率在浅水区 (＜100 m)、次浅水区 (100～200 m)和深水区 (＞200 m)分别为-0.76、-1.25和-1.31,说明随水深的增加,大粒径的生物相对减少。主要原因在于,深水区从水层向底部沉降腐质较少,大量的颗粒有机物在沉降过程中被分解,大型底栖生物得不到较好的食物补充而使数量下降[1]。以往的研究很少涉及粒径谱变化,但是水域生态系统浮游植物大小与鱼类、浮游动物、底栖动物的种类组成和密度以及富营养状况等密切相关[18-21]。

标准化生物量粒径谱的斜率为-0.75,大伙房水库和汤河水库的生物量粒径谱斜率为-0.59和-0.53,都明显高于理想值。这可能与调查水域的季节性浮游生物功能群数量变动有关。5、6月份为浮游动物数量高峰期,尤以植食性桡足类的数量最多[22],因此必然会对浮游植物产生较强的摄食压力,可以认为这与5月份水库正处于初级生产的被消耗期有关。此外,受陆地雨水冲刷以及各种水团分布的影响,水库的营养收入和生产力总体水平会偏高。水库浮游植物生物量随着ESD的增大而增加,这很可能是由于浮游植物中优势种占优势,从而造成水库标准化生物量粒径谱斜率 (-0.59和-0.53)明显大于-0.75。

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The particle size profiles of phytoplankton in general reservoirs in Liaoling Province

FANG Yi1,ZHAO Wen1,LI Wen-kuan2
(1.Key Laboratory of Hydrobiology in Liaoning Province,College of Fisheries and Life Science,Dalian Ocean University,Dalian 116023,China; 2.Freshwater Fisheries Research Institute of Liaoning Province,Liaoyang 111000,China)

Abstract：The particle size profiles of phytoplankton was studied in typical reservoirs,Liaoning province,China, in May,July and September from 2010 to 2011.Cyanophyta,Chlorophyta,and Bacillariophyta were found to be the predominant during the survey,the maximal Bacillariophyta biomass representing 68.82%of the total phytoplankton biomass.There was the minimal biomass of Chrysophyta,only accounting for 0.05%of the total biomass. Cyanophyta particles were varied from 1.72 to 15.96 μm in size in ESD,Bacillariophyta particle sizes were ranged from 8.63 to 95.86 μm,Chlorophyta particle sizes from 8.58 to 66.46 μm,and Chrysophyta particle size from 18.97-26.94 μm.The biomass size spectra were found to be the“bimodal”in Dahuofang Reservoir at September, the biomass decrease as the equivalent diameter of a sphere increase,with the peak at[10-15)μm and the minimum at[20-50)μm.The“bimodal”biomass size spectra were observed in Tanghe Reservoir in July,with the maximum at[10-15)μm and the minimum at[20-50)μm.Phytoplankton normalized biomass size spectra slope of the regression line was all-0.59 in Dahuofang Reservoir and-0.53 in Tanghe Reservoir.

Key words：phytoplankton;particle-size spectrum;Dahuofang Reservoir;Tanghe Reservoir

作者简介：方义 (1986-),男,硕士研究生。E-mail:lovefy70@sina.com

通信作者：赵文 (1963-),男,博士,教授。E-mail:zhaowen@dlou.edu.cn