四丰水库封冻前后浮游植物优势种生态位分析①

赵启悦, 范博文, 张 丽, 王 毅, 程海涛

(佳木斯大学生命科学学院,黑龙江 佳木斯 154007)

0 引 言

水库是一种半自然半人工的水系统。其主要功能是为城市居民供水，并且使其生态系统呈现出多样性[1-4]。水库浮游生物群落整体结构的动态变化是确定该库区生态系统整体结构的重要基础。水体中浮游生物群落结构在不同的物理环境和营养状况的水库中存在很大差异[5-10]。作为水库生态系统主要生产力，浮游植物是食物链中的基本环节，其结构特征能反映出水库物理环境和健康水平。在水库浮游植物群落结构研究领域，我国学者[11]研究了相应的浮游植物群落生存机制，他们认为浮游植物可以直接利用无机营养物进行光合作用，是水域原生生物的主要组成部分。日本相关学者[12]认为，不同的水环境对浮游植物群落有不同的影响。浮游植物群落结构特征和动态变化不同，主要受水位、水流、蓄水时间等外部环境的影响。西方学者[13-15]对温度、湿度、光照和营养浓度等影响水体浮游植物群落的因素进行了定量分析。由于我国大型水库建造历史较短，封冻期水库在冻融前后浮游生物的研究鲜见报道。本课题组采用抽样检验的方法对四丰水库进行调查分析，开展了浮游植物种类组成及优势种生态位分析，以期对进一步探究水库浮游生物群落特征与环境之间的关系奠定理论基础与数据支撑。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

四丰水库位于黑龙江省佳木斯市南，距市中心7 km，地处中温带大陆性季风气候带，多年来温度一直保持在3摄氏度左右。水库的主要功能是防洪灌溉，同时兼顾了旅游和水产养殖的综合功能。四丰水库地形控制区面积约为88km2，对应的主要湖泊和沼泽特征见表1。从表中可以看出湖泊和沼泽对应的特征主要是水库总库容、正常库容、死库容、正常水位和死水位。

表1 四丰水库主要湖泊沼泽的特征统计表

1.2 采样点设置与采样时间

结合四丰水库的实质情况和现场实际勘测情况，选取了具有代表性的采样点，即水库进水口、水库中心和水库坝前部。样点分布沿水库岸边随机布点，共设置采样点 12个采样点(见图1)。其中1～5号采样点位于水库坝前部。11号点和12号点位于水库中心区域。水库采样时间分别于2019年封冻前：10月下旬、11月上旬，分两次采集。2020年解冻后，4月下旬、5月上旬，分两次采集。

图1 四丰水库浮游生物采样点分布

1.3 样品采集与处理

每个样点分层取样，分别位于水面下 15cm处、水面下 25cm～35cm处及底泥层。考虑到取样时间、取样地点、取样深度和取样质量 4个因素，每组分别取 3份样品，共计 9份样品。取样地点相隔 30m。使用取样瓶按照一定形状捞取，并用酒精溶液固定后带回实验室用显微镜分类，浮游植物样品用鲁哥氏溶液固定后静置一段时间，沉降浓缩。取浓缩摇匀后的样品清液一滴，用 4倍至 40倍显微镜观察，重复两次取平均值算出水中浮游植物的个数并观察其种类，保证鉴定出浮游植物种类的准确度。

1.4 数据分析

试验数据录入Microsoft excel 2007软件，进行数据整理并按以下公式进行计算分析：

(1)采用优势度指数(Y)评价研究区域浮游生物多样性：

式中，N表示各采样点所有物种个体总数，ni代表第i种的个体总数，fi表示该物种在各个采样点出现的频率。

(2)采用Levins(1968)指数计算生态位宽度：

式中：r是资源轴的数目；Pij=nij/Ni是种i在第j资源轴的个体数与种i在r个资源轴上的总个体数之比。

2 结果与分析

2.1 浮游生物群落结构特征

浮游生物种类组成

此次调查共采集到36个浮游植物群落，种类组成结构如图2所示。其中硅藻门最多约占39%，绿藻门其次约占23%，然后是隐藻门约占15%，金藻门占15%，甲藻门占8%。

图2 四丰水库浮游生物组成比例

图3 四丰水库浮游生物种类数的时空变化

由图3可知，从时间维度上来看，四丰水库浮游植物的丰富度与季节变化的关系并不显著。随着温度的降低，结冰期的到来浮游生物种类有所减少。结冰前在3号采样点浮游生物种类最多，12号采样点种类最少.结冰后则6号采样点最多。通过抽样分析可以得出，四丰水库的浮游植物种类分布主要受水位影响。

2.2 浮游生物优势种

对调查结果的数据进行优势度分析，表明封冻前后全水库优势种4门5种，分别为甲藻门的真蓝裸甲藻(G. eucyaneum)，金藻门的胞鞭藻，绿藻门的四尾珊藻(Scenedesmusquadricauda)，隐藻门的卵形隐藻(Cryptomons ovata) ，硅藻门的变异直链藻(Melosira varians)和梅尼小环藻(Cyclotella meneghiniana)

图4 四丰水库浮游生物群落多样性分析

从图4可以看出，不同月份的优势种既有相同的又有不同的演替，不同时期优势种的优势度和密度均有所不同。其中真蓝裸甲藻，胞鞭藻，四尾栅藻，卵形隐藻，变异直链藻，梅尼小环藻在整个冻融过程中均为优势种。硅藻门的变异直链藻和隐藻门的卵形隐藻在整个冻融期间数量都较多，在结冰初期和融冰期的优势度指数为相应时期的最大值，且远大于其他优势种的优势度指数，是全水库优势度较高的主要优势种。封冻期浮游植物优势种以绿藻种类居多，融冰后的优势种种类组成与结冰期较为相似，在此期间硅藻门的梅尼小环藻优势度和密度都有显著上升。

2.3 浮游生物优势种生态位宽度

生态位宽度是指生物所能利用的各种资源的总和，生态位宽度的大小能够反映出生物利用资源多样性的一个指标，如果生态位宽度越宽，则该物种的特化程度也就越小，所占据的生存空间越大，所能利用生态系统的资源越多。使用Levins(1968)公式计算四丰水库封冻期前后优势种的生态位宽度如表2所示。

表2 四丰水库浮游植物优势种密度(D)，优势度(Y)及生态位宽度(Bi)

冰封前浮游植物的优势种生态位宽度为0.3550-0.4102，水库中优势种宽度彼此较相近，表明大多数藻类在冰封前对水库的水体条件较适应，生态位宽度幅度较小，说明优势种藻类对环境因子有较大依赖性，对于环境因子较特化。其中卵形隐藻和变异直链藻相对其他优势种密度较大。

融冰后浮游生物优势种生态位宽度为0.2864-0.5843，与封冻前相比多数藻类生态位宽度呈下降状态，其中只有真蓝裸甲藻宽度上升，表明大多数优势种藻类对水库内水体环境适应较弱，生态适应幅度较小，而解冻后真蓝裸甲藻相比较其他优势种具有较强的竞争能力。由于封冻前后水库水体环境发生改变，从而影响水体中优势种藻类在不同时期呈现出不同的生态位宽度但相对改变幅度较小。

3 结 论

此次调查共采集并鉴定出浮游生物13种，其中硅藻门最多约占39%，绿藻门其次约占23%，然后是隐藻门约占15%，金藻门占15%，甲藻门占8%。优势度分析结果显示，优势种占4门5种，其中绿藻种类较多约占40%，其次是硅藻和蓝藻均占30%，四丰水库冻融前后浮游生物群落结构为绿藻-硅藻-蓝藻型。

浮游生物群落的丰富度随季节变化并不显著，浮游生物群落结构结冰前蓝藻占优势，随着冰封期到来硅藻占比较多，蓝藻相对比较少。结冰前和融冰后卵形隐藻和变异直链藻相对其他优势种密度较大，则优势度也较大。其中四尾栅藻在结冰期与融冰期水库水体内生态位宽度都相对较大，说明其在融冰后适应环境能力较强，因此在各个监测点间分布广、占据资源点位多，适应多样化生境的资源的能力强，因为物种的生态位越宽，其利用资源的能力和多样化程度也就越高。其中四尾珊藻和变异直链藻生态宽度冰封前和融冰后没有改变，说明融冰前后对其分布没有影响。但是作为主要优势种的梅尼小环藻，生态位宽度明显低于其他优势种，但是真蓝裸甲藻融冰后较融冰前生态宽度增加较大，这可能是随着融冰期的到来温度升高，这可能是因为它与其他优势种的竞争变强，增强了其本身的繁殖生长，藻类的同化物有所增加，进而致使生态位宽度变宽。但是整体优势种的生态位宽度都相对较小表明大多数优势种藻类对水库内水体环境适应还是较弱的。