抚仙湖硅藻群落的时空变化特征及其与水环境的关系

抚仙湖是我国重要的深水型淡水湖泊且水体水质总体处于I类水平,近年来在流域开发、全球变暖等影响下其生态环境功能呈现退化的趋势,需要对湖泊生物的群落组成、分布模式及其驱动因子进行系统评价.本研究于2015年选取抚仙湖的南、中、北湖区共3个采样点开展了表层水体硅藻群落和水环境特征的逐月分析.样品中共发现硅藻31个属、166个种且以浮游类型为主,其中云南特有硅藻种Cyclotella rhomboideo-elliptica基本消失.硅藻群落结构的逐月变化在3个采样点中均呈现明显的季节演替特征,其中1、2月优势种主要为Fragilaria crotonensis,3月优势种为Aulacoseira granulata,4月C.ocellata与F.crotonensis同为优势种,而在其余月硅藻群落结构较为单一且优势物种皆为C.ocellata(相对丰度占~80%).而空间尺度上,硅藻优势属种分布和群落结构具有较高的一致性.主成分分析显示,不同湖区的硅藻群落结构组成和水体环境在时间尺度上存在较大差异,而在空间尺度上差异较小;冗余分析和变差分解等分析结果进一步表明,影响群落结构时空变化的主要驱动因子是气象与物理因子(包括水温、风速和透明度),共解释了硅藻群落变率的27.6%,表明了该深水湖泊水体热力分层的厚度与持续时间是影响硅藻群落构建的重要过程.同时,湖泊营养水平与水体离子浓度也对硅藻群落结构产生了明显影响,分别解释了硅藻群落变率的21.2%和9.4%.因此,持续的区域变暖和流域开发明显影响了抚仙湖的生物群落构建与生态系统健康,对抚仙湖的生态保护不仅需要控制营养盐等流域污染物的输入,同时应该积极应对气候变化的长期影响.

阳宗海砷污染背景下浮游植物的时空分布特征及其驱动因子解析

人类活动导致的重金属污染是湖泊水体面临的主要环境压力之一.云南高原湖泊阳宗海于2008年暴发了砷污染事件且水体砷浓度目前仍然超过生活饮用水卫生标准,严重影响了水安全和生态系统健康.本研究于2015年4月-2016年2月每两月对阳宗海南、中、北部湖区进行采样调查及分析,共鉴定出浮游植物7门44属68种,绿藻门种数最多.蓝藻门占绝对优势,其中伪鱼腥藻(Pseudoanabaena sp.)、浮丝藻(Planktothrix sp.)、束丝藻(Aphanizomenon sp.)为全年的优势种,这与已有调查显示的阳宗海砷污染后浮游植物群落中蓝藻占优的基本特征一致.方差分析结果表明浮游植物生物量在时间尺度上呈现显著的变化特征,最大值出现在8月(14.06 mg/L),最小值出现在12月(1.23 mg/L),而空间差异不显著. Pearson相关分析显示,浮游植物总生物量与水温、p H呈显著正相关,而与砷、透明度、锰、钠、钾和总磷浓度呈显著负相关.冗余分析结果表明,水温、砷、钙、锰、钾共同解释了阳宗海浮游植物群落结构变化的57.18%.方差分解的结果进一步表明,水温、钙离子和砷三者作用共同解释了浮游植物群落结构变化的32.05%,其中水温和钙离子分别独立解释了群落变化的12.45%和8.28%,水体砷浓度仅独立解释了2.33%,但与水温共同作用解释了9.46%.因此,我们推测水温的季节性波动导致了湖泊水体热力分层的明显变化,其中水体混合作用的增强可能会促进底泥释放过程并增加表层水体的砷浓度,进而影响了浮游植物群落的季节性变化.研究结果有利于评价重金属污染对湖泊的长期生态效应,并为砷污染湖泊的环境修复提供重要的科学依据.

阳宗海浮游植物和浮游细菌群落的空间分布特征

浮游植物和浮游细菌在水生态系统的物质循环和能量流动中起重要作用,其分布规律及其驱动机制的识别和比较是评价水生生态系统健康的重要基础。阳宗海2008年经历了大规模的砷污染,且砷浓度目前仍处于超标水平,有必要识别砷污染水体中不同浮游生物群落分布的基本特征及其异同。通过显微镜检和聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)方法,探究阳宗海浮游植物和浮游细菌的组成及其空间分布因子。结果表明,蓝藻门在浮游植物中占绝对优势(全湖平均比例为91%),其次是甲藻门、绿藻门、金藻门、硅藻门、隐藻门和裸藻门。对DGGE条带中的DNA片段进行blast比对显示,阳宗海水体中的浮游细菌(异养细菌)主要包含放线菌纲、β-变形菌纲、α-变形菌纲和拟杆菌。PCA分析显示,浮游植物和浮游细菌群落空间分布存在差异,ANOSIM结果表明,南部和中北部的浮游植物群落存在显著差异(P<0.05,R=0.48)。多变量统计分析结果显示,空间变量和水温分别单独解释了阳宗海浮游植物群落变化的5.69%和16.51%,砷主要通过与水温和空间距离的相互作用对浮游植物的空间分布产生影响,水环境指标和空间距离与浮游细菌的空间分布没有显著关系(P>0.05)。与浮游细菌相比,浮游植物群落相似性存在显著的距离衰减关系(R2=0.61,P<0.001),可能与浮游植物扩散能力小于细菌有关。

抚仙湖冬-春季浮游植物群落结构变化及其影响因子识别

抚仙湖是我国第二大深水湖泊,目前总体处于贫营养状态。本研究于2015年1月~3月对抚仙湖冬-春季转换期间浮游植物群落结构进行空间调查,探讨冬春季转换期间浮游植物变化与环境因子的关系,以期为抚仙湖生态保护提供科学依据。本次研究共鉴定出浮游植物6门39属53种,绿藻门种数最多。浮游植物优势种在时间上出现明显的变化特征。浮游植物生物量和物种丰富度随时间呈现上升趋势,香农指数和均匀度指数在早春季节最低,这与3月硅藻门的小环藻优势度大成为绝对的优势种有关。空间上南部湖区和北部湖区浮游植物群落结构在2月和3月存在显著差异,而生物量仅在3月出现显著差异且北部偏高,物种丰富度和香农指数在1月出现显著差异且南部湖区偏高。Pearson相关分析表明浮游植物生物量与总磷、水温、溶解氧、电导率以及总溶解性固体显著正相关,与透明度显著负相关(P<0.001);冗余分析(RDA)和方差分解分析的结果表明总磷、温度、pH、电导率以及总溶解性固体解释了抚仙湖冬-春季浮游植物群落时空变化的31.9%,其中总磷和温度是主要的影响因子。