全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
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摇 摇 第 猿源卷 第 员园期摇 摇 圆园员源年 缘月摇 渊半月刊冤
目摇 摇 次
前沿理论与学科综述
景观可持续性与景观可持续性科学 赵文武袁房学宁 渊圆源缘猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
生态系统服务付费的诊断框架及案例剖析 朱文博袁王摇 阳袁李双成 渊圆源远园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
湿地植物根表铁膜研究进展 刘春英袁陈春丽袁弓晓峰袁等 渊圆源苑园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
水生生态环境中捕食信息素的生态学效应 覃光球袁卢豪良袁唐振柱袁等 渊圆源愿员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
脊椎动物传播植物肉质果中的次生物质及其生态作用 潘摇 扬袁罗摇 芳袁鲁长虎 渊圆源怨园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
个体与基础生态
中亚热带天然林土壤 悦匀源吸收速率对模拟 晕沉降的响应 陈朝琪袁杨智杰袁刘小飞袁等 渊圆源怨愿冤噎噎噎噎噎噎
塔里木盆地南缘旱生芦苇生态特征与水盐因子关系 贡摇 璐袁朱美玲袁塔西甫拉提窑特依拜袁等 渊圆缘园怨冤噎噎噎
黄刺玫叶片光合生理参数的土壤水分阈值响应及其生产力分级 张淑勇袁夏江宝袁张光灿袁等 渊圆缘员怨冤噎噎噎噎
亚热带杉木和米老排人工林土壤呼吸对凋落物去除和交换的响应 余再鹏袁万晓华袁胡振宏袁等 渊圆缘圆怨冤噎噎噎
施钾提高蚜害诱导的小麦茉莉酸含量和叶片相关防御酶活性 王摇 祎袁张月玲袁苏建伟袁等 渊圆缘猿怨冤噎噎噎噎噎
高浓度 韵猿及太阳辐射减弱对冬小麦 孕杂域光合活性及光能耗散的影响
孙摇 健袁郑有飞袁吴荣军袁等 渊圆缘源愿冤
噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
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蜡样芽孢杆菌 月猿鄄苑在大田小麦根部的定殖动态及其对小麦纹枯病的防治效果
黄秋斌袁张摇 颖袁刘凤英袁等 渊圆缘缘怨冤
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有限供水下冬小麦全程耗水特征定量研究 张兴娟袁薛绪掌袁郭文忠袁等 渊圆缘远苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
抗真菌转基因水稻生态适合度评价 李摇 伟袁郭建夫袁袁红旭袁等 渊圆缘愿员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
花生叶片蛋白组对 哉灾鄄月辐射增强的响应 杜照奎袁李钧敏袁钟章成袁等 渊圆缘愿怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
南海南部悬浮颗粒物脂肪酸组成 刘华雪袁柯常亮袁李纯厚袁等 渊圆缘怨怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
年龄尧集群尧生境及天气对鄱阳湖白鹤越冬期日间行为模式的影响 袁芳凯袁李言阔袁李凤山袁等 渊圆远园愿冤噎噎噎
咱树暂麻雀羽再生的能量预算和水代谢散热调节 杨志宏袁吴庆明袁杨摇 渺袁等 渊圆远员苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
低剂量杀虫剂对星豹蛛捕食效应的影响及其机理 李摇 锐袁李摇 娜袁刘摇 佳袁等 渊圆远圆怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
空心莲子草叶甲对越冬保护的响应与控害效能 刘雨芳袁王秀秀袁李摇 菲袁等 渊圆远猿愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
种群尧群落和生态系统
气候变化对鄱阳湖白鹤越冬种群数量变化的影响 李言阔袁钱法文袁单继红袁等 渊圆远源缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
不同退耕年限下菜子湖湿地土壤磷素组分特征变化 刘文静袁张平究袁董国政袁等 渊圆远缘源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
查干湖湿地浮游植物与环境因子关系的多元分析 李然然袁章光新袁张摇 蕾 渊圆远远猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
闽江河口区淡水和半咸水潮汐沼泽湿地土壤产甲烷菌多样性 曾志华袁杨民和袁佘晨兴袁等 渊圆远苑源冤噎噎噎噎噎
环境及遗传背景对延河流域植物叶片和细根功能性状变异的影响 郑摇 颖袁温仲明袁宋摇 光袁等 渊圆远愿圆冤噎噎噎
衡阳紫色土丘陵坡地植被恢复阶段土壤特性的演变 杨摇 宁袁邹冬生袁杨满元袁等 渊圆远怨猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
海平面上升影响下广西钦州湾红树林脆弱性评价 李莎莎袁孟宪伟袁葛振鸣袁等 渊圆苑园圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
中国南方 猿种主要人工林生物量和生产力的动态变化 杜摇 虎袁曾馥平袁王克林袁等 渊圆苑员圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎
杉木人工林土壤真菌遗传多样性 何苑皞袁周国英袁王圣洁袁等 渊圆苑圆缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
科尔沁固定沙地植被特征对降雨变化的响应 张腊梅袁刘新平袁赵学勇袁等 渊圆苑猿苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
黄土丘陵区退耕还林地刺槐人工林碳储量及分配规律 申家朋袁张文辉 渊圆苑源远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
景观尧区域和全球生态
南亚热带森林演替过程中小气候的改变及对气候变化的响应 刘效东袁周国逸袁陈修治袁等 渊圆苑缘缘冤噎噎噎噎噎
黄淮海平原典型站点冬小麦生育阶段的干旱特征及气候趋势的影响 徐建文袁居摇 辉袁刘摇 勤袁等 渊圆苑远缘冤噎噎
资源与产业生态
基于 郧陨杂的山西省矿产资源规划环境影响评价 刘摇 伟袁杜培军袁李永峰 渊圆苑苑缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于效益分摊的水电水足迹计算方法要要要以密云水库为例 赵丹丹袁刘俊国袁赵摇 旭 渊圆苑愿苑冤噎噎噎噎噎噎噎
学术信息与动态
全球土地计划第二次开放科学大会渊郧蕴孕 圆灶凿 韵责藻灶 杂糟蚤藻灶糟藻 酝藻藻贼蚤灶早冤会议述评 段宝玲袁卜玉山 渊圆苑怨远冤噎噎噎
期刊基本参数院悦晕 员员鄄圆园猿员 辕 匝鄢员怨愿员鄢皂鄢员远鄢猿源愿鄢扎澡鄢孕鄢 预 怨园郾 园园鄢员缘员园鄢猿远鄢圆园员源鄄园缘
室室室室室室室室室室室室室室
封面图说院 鄱阳湖越冬的白鹤群要要要白鹤为国家一级保护动物袁世界上白鹤东部种群的迁徙路线是从俄罗斯西伯利亚的雅库
特袁向南迁飞 缘员园园噪皂到中国长江下游的鄱阳湖越冬袁其中途经俄罗斯的雅纳河尧印迪吉尔卡河和科雷马河流域袁进
入中国后主要停歇地有扎龙尧林甸尧莫莫格以及双台河口尧滦河口尧黄河三角洲和升金湖等地遥 多年的监测表明袁世
界 怨园豫以上的白鹤种群都在鄱阳湖越冬遥 越冬初期和末期是白鹤补充能量的关键阶段袁因此袁研究鄱阳湖国家级自
然保护区越冬白鹤种群数量和当地气候变化的相关性具有重要意义遥
彩图及图说提供院 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 耘鄄皂葬蚤造院 糟蚤贼藻泽援糟澡藻灶躁憎岳 员远猿援糟燥皂
第 34 卷第 10 期
2014年 5月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.34,No.10
May,2014
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:水利部公益性行业科研专项经费项目(201401014);吉林省重点科技攻关项目(20130206012SF);中国科学院知识创新工程项目
(KZCX2鄄YW鄄Q06鄄2)
收稿日期:2013鄄06鄄09; 摇 摇 修订日期:2014鄄04鄄17
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: zhgx@ neigae.ac.cn
DOI: 10.5846 / stxb201306091545
李然然,章光新,张蕾.查干湖湿地浮游植物与环境因子关系的多元分析.生态学报,2014,34(10):2663鄄2673.
Li R R, Zhang G X, Zhang L.Multivariate analysis of the relations between phytoplankton assemblages and environmental factors in Chagan Lake Wetland.
Acta Ecologica Sinica,2014,34(10):2663鄄2673.
查干湖湿地浮游植物与环境因子关系的多元分析
李然然1, 2,章光新1,*,张摇 蕾1
(1. 中国科学院湿地生态与环境重点实验室,中国科学院东北地理与农业生态研究所, 长春摇 130102;
2. 中国科学院大学,北京摇 100049)
摘要:采用野外采样调查的方法,结合聚类(Cluster)、多维排序尺度(MDS)、冗余度分析(RDA)以及 Shannon多样性指数、Pielou
均匀度指数、Margalef丰度指数等手段,研究了查干湖湿地 2012年平水期(5月)和丰水期(9月)浮游植物的种群结构特征、多
样性及其与环境因子的相关性。 调查期间共发现浮游植物 127种,隶属于 5门 53属,其中硅藻门 52 种,占 40.94%,绿藻门 46
种,占 36.22%;蓝藻门 25 种,占 19. 69%。 从浮游植物丰度看,平水期蓝藻最为丰富(占丰度的 39. 85%),其次为硅藻(占
36郾 19%)和绿藻(占 21.33%),而丰水期绿藻(占 70.84%)占绝对优势。 查干湖湿地研究区可划分为主湖区和新庙泡两个区域,
浮游植物丰度时空差异显著:其平均值为平水期(658.0伊104个 / L) >丰水期(459.3伊104个 / L),主湖区丰度是新庙泡的 8—10
倍。 相关分析表明:平水期和丰水期浮游植物丰度均与盐度呈显著正相关;平水期浮游植物丰度与 pH 值、磷酸盐(PO3-4 )显著
负相关,说明平水期浮游植物丰度空间差异主要受盐度和营养盐的影响,主湖区盐度(52.0 mg / L)是新庙泡(16.0 mg / L)的 3郾 3
倍,同时主湖区的磷酸盐(PO3-4 )(0.045 mg / L)是新庙泡(0.012 mg / L)的 3.8倍;而丰水期由于营养盐没有显著差异,浮游植物
丰度空间差异主要受盐度影响。 除野外调查结果外,基于 Bray鄄Curtis相似性计算的聚类和多维排序尺度分析也表明据研究区
可划分为主湖区和新庙泡两个区域。 RDA显示:影响查干湖湿地浮游植物分布的关键环境因子,平水期是 pH值、TN和 BOD5,
丰水期是盐度、PO3-4 和 BOD5。 平水期优势属喜低碱、低磷素、高氮素的生境,而丰水期优势属则喜欢微碱性、高盐度、高磷素、
高 BOD5的生境。 调查期浮游植物优势种群为温带小型藻类,能迅速吸收营养盐并进行繁殖生长,在较高营养盐条件下可以形
成较高的相对丰度。 根据浮游植物生态指标对查干湖湿地水质污染程度进行现状评价表明查干湖湿地处于 茁鄄中度污染水平。
关键词:环境因子;浮游植物;冗余分析;查干湖湿地
Multivariate analysis of the relations between phytoplankton assemblages and
environmental factors in Chagan Lake Wetland
LI Ranran1, 2, ZHANG Guangxin1,*, ZHANG Lei1
1 Key Laboratory of Wetland Ecology and Environment, Northeast Institute of Geography and Agroecology, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130102,
China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
Abstract: This study investigated the biodiversity and community structures of phytoplankton and their relations with
environmental factors in Chagan Lake during the intermediate (May) and rainy season (September) in 2012. Combining
field investigations with cluster analysis, multi鄄dimensional scaling (MDS) analysis and redundancy analysis (RDA), and
applying Shannon, Pielou and Margalef indices, the study identified a total of 127 phytoplankton species (belonging to 53
genera and 5 phyla) . Among these species, 52 were members of Bacillariophyta, 46 Chlorophyta, and 25 Cyanophyta,
accounting for 40.94%, 36.22%, and 19.69% of the total phytoplankton species, respectively. In terms of algal population
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distribution, in the intermediate season Cyanophyta was the most abundant phylum of planktonic algae (accounting for 39.
85% of algal population), followed by Bacillariophyta ( 36. 193%) and Chlorophyta (21. 33%), whereas in the rainy
season Chlorophyta ( 70. 84%) was the dominant phylum. Consisting of two connected parts ( the main lake body and
Xinmiao wetland), Chagan lake was found to sustain significant temporal鄄spatial variations of phytoplankton populations.
The abundance of phytoplankton in the intermediate season ( averaging 658.0伊104 cells / L) was considerably higher than
that in the rainy season ( averaging 459. 3 伊 104 cells / L) . In both seasons, phytoplankton abundance was found to be
positively correlated with water salinity ( i. e. greater salinity coinciding with higher phytoplankton populations), and
negatively affected by pH and phosphate (PO3-4 ) concentration in the intermediate season. In either season, the abundance
of phytoplankton in the main lake was 8-10 times of that in Xinmiao wetland. In the intermediate season, such discrepancy
was caused by different salinity and nutrients in these two water bodies; salinity in the main lake (52.0 mg / L) was 3.3
times of that in Xinmiao wetland ( 16. 0 mg / L), whilst PO3-4 in the main lake ( 0. 045 mg / L) was 3. 8 times of its
concentration in Xinmiao wetland. In the rainy season, there was no significant difference in nutrient levels in the whole
lake, so water salinity was the main factors affecting the distribution of phytoplankton. In addition to field investigation
results, cluster and MDS analyses based on Bray鄄Curtis measures of similarity also illustrated significant discrepancy
between the main lake and Xinmiao wetland in terms of phytoplankton abundance. RDA results indicated that in the
intermediate season the key environmental factors influencing the phytoplankton assemblages were pH, total nitrogen (TN)
and phosphate (PO3-4 ), whereas salinity, phosphate (PO
3-
4 ) and 5鄄day biological oxygen demand (BOD5) were the key
factors in the rainy season. In the intermediate season, dominant phytoplankton genera were those favoring low alkalinity,
low phosphorus and high nitrogen levels. Rainy season benefitted genera that were more tolerant alkalinity, salinity,
phosphorus and BOD5 . Most dominant genera indentified in this study were micro鄄phytoplankton, common in temperate
climate and capable of rapid multiplying and fast growing through nutrient assimilation, could form a higher abundance in
rich nutrients. When phytoplankton was used as a bio鄄indicator in water quality evaluation, the results revealed that water
quality in Chagan Lake was in 茁鄄moderately鄄polluted category.
Key Words: environmental factors; phytoplankton; redundancy analysis; Chagan Lake wetland
摇 摇 查干湖国家级自然保护区是由湖泊、沼泽、沼泽
化草甸等不同生态系统复合而成的、以浅水型湖泊
为核心的典型草原湖泊湿地生态系统,是吉林省西
部重要的生态屏障,也是吉林省重要的渔业基地和
旅游区,发挥着调节气候、保护区域生物多样性、发
展生态产业、维护区域生态平衡的重要功能。 在全
球气候变化和人类活动影响下查干湖湿地水环境发
生了深刻变化,已面临农业面源污染、盐碱化、有机
污染等严峻的生态环境问题[1鄄2]。 目前,吉林省承担
着增产百亿斤粮食的重任,主要途径之一开发盐碱
荒地发展灌区,农田退水中的盐碱、N、P 污染物势必
会对查干湖湿地水环境安全带来潜在风险。
浮游植物是水域生态系统的初级生产者,其种
类组成和分布对环境变化具有指示作用,其生物量
及群落结构的动态变化能很好地反映水环境现状及
变化,浮游植物因为其多样性的时间和空间分布特
征而被视为水环境的重要指示生物之一,反过来环
境条件也能直接影响浮游植物的群落结构[3鄄5]。 浮
游植物作为水环境特征的重要指示剂,已引起了世
界范围内的研究和关注[6鄄7],但查干湖湿地浮游植物
与环境因子之间关系的研究还鲜有报道。 本文首次
较系统地调查分析了查干湖湿地浮游植物群落组
成、丰度及其空间分布特征,应用冗余分析(RDA)探
讨查干湖湿地浮游植物群落与环境因子间的关系,
利用浮游植物生态指标评价其水质营养状态,为查
干湖湿地水资源开发与水环境保护提供生物学
依据。
1摇 实验设计及研究方法
1.1摇 研究区概况
摇 摇 查干湖湿地位于吉林省西部松原市内 (124毅
03忆—24毅34忆E,45毅05忆—45毅30忆N),属半干旱温带大
陆性季风气候,多年年均温 4.5 益,多年年均降雨量
为 415.4 mm,其中 6—9 月降雨量占全年的 80%左
右,多年年均蒸发量为 1400—2100 mm,平均水位
1郾 5 m。 自然状态下,7—9月为丰水期,10 月—次年
4662 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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4月为枯水期, 5—6 月为平水期,生长季为 5—
10月。
1.2摇 样品采集
于 2012 年平水期 5 月和丰水期 9 月对查干湖
湿地设置了 13个采样点 (图 1),由于新庙泡为芦苇
沼泽,船无法驶入,故在引松灌渠进入新庙泡处-高
家桥即点 3和新庙泡与查干湖相连处鄄川头闸即点 1
设置取样点,另在庙东核心区即点 2 布设样点。 在
查干湖主湖区,沿新庙泡—查干湖—辛甸泡方向设
定 3条平行样带,间隔 5 km,在每条样带每隔 5 km
设置一个样点。 浮游植物定性样品以 25 号浮游生
物网(孔径 64 滋m)在水面下 0.3—0.5 m处缓慢地做
“肄 冶状拖取 3min 后将生物网中的水浓缩至 100 ml
保存,用 1—2 mL鲁哥试液固定;定量样品使用采水
器在表层采取 1 L加 10—15 mL鲁哥试剂固定,于实
验室中经 48 h沉淀后浓缩至 30 mL,加 4%甲醛溶液
保存以备镜检。
图 1摇 查干湖湿地采样点分布图
Fig.1摇 Sampling sites in Chagan Lake wetland
浮游植物种类鉴定依据联合国教科文组织推荐
的《浮游植物手册》 [8]和《中国淡水藻类———系统、
分类及生态》 [9],硅藻种类的鉴定主要是以硅藻壳的
形态及壳表面上的花纹为依据,需加酸煮沸去除其
内含物后用蒸馏水洗净烤干,用安息香酸钠封片制
成永久玻片观察;藻类计数采用 0.1 mL 计数框,在
显微镜(Olympus CX21,400x)下进行,每个样本重复
计数 2次,每次观察 100 个视野,取其平均值;藻类
生物量采用细胞体积法推算,单细胞藻类的生物量
主要根据藻类个体形状测量而得[10]。
在各采样点使用多参数水质分析测定仪
(HI9828)现场测定溶解氧(DO)、pH 值、水温(T)、
总溶解性固体(TDS),并用采水器采集表层水样 1
L,带回实验室后依据 《地表水环境质量标准》
(GB3838—2002) [11],总氮 (TN)采用碱性过硫酸钾
消解紫外分光光度法、磷酸盐(PO3-4 )采用磷钼蓝法、
高锰酸钾指数 (CODMn)采用高锰酸钾法)、五日生
化需氧量(BOD5)采用稀释与接种法测定。
1.3摇 数据处理和统计分析
浮游植物群落多样性指数采用 Shannon 多样性
指数(H忆)、Margalef 丰富度指数(D)、Pielou 均匀度
指数(J)和多样性阈值(Dv) (公式 1—4) [12鄄13]描述,
通过优势度(公式 5)确定样本的优势种群(Y)。
H忆 = - 移
S
i = 1
Ni
N
log2
Ni
N
(1)
D = S
- 1
lnN
(2)
J = H忆
lnS
(3)
Dv = H忆 伊 J (4)
Y = (Ni / N) 伊 fi (5)
式中,Ni为第 i 个种群的个数,N 为同一样品中所有
种群的总个数,fi为第 i种群的出现频率,S 为样品中
浮游植物种群类别总数。 Y逸0.02为优势种群[14]。
利用 SPSS16.0 软件进行 Bray鄄Curtis 相似性聚
类分析,并采用多维排序尺度(MDS)分析相结合分
析浮游植物群落的空间分布。 用 CANOCO4.5 软件
分析浮游植物分布与环境因子的关系:对平水期和
丰水期种群信息进行去趋势对应分析(DCA),排序
轴梯度长度(LGA)分别为 0.867 和 1.651,均小于 3,
适合用基于线性的冗余分析(RDA),相关显著性用
Monte Carlo法进行检验。 为使浮游植物的个体数和
环境因子的数据获得正态分布,除 pH 值外均进行
lg(x+1)转换。 由于环境因子之间可能存在较高的
相关性,偏相关系数大于 0.8 和膨胀因子(VIF)大于
20的环境因子都不进入 RDA分析[15]。
按照优势度,本文用于排序的种群满足以下要
求:Y逸0.02,且该种群不同时期出现的频率>2.5%,
该种群至少在一个样点的相对丰度>1%[16鄄17]。
2摇 结果与分析
2.1摇 查干湖湿地水环境
2012年查干湖湿地平水期和丰水期环境因子见
表 1,平水期水温极显著低于丰水期,分别在 15.8—
18郾 6 益、19.8—22.4 益之间变化;pH 值平水期显著
5662摇 10期 摇 摇 摇 李然然摇 等:查干湖湿地浮游植物与环境因子关系的多元分析 摇
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高于丰水期,分别在 7.8—8.8,7.1—8.0 之间波动;平
水期 DO、BOD5含量极显著高于丰水期,而 CODMn含
量显著低于丰水期。 营养盐中 SiO3鄄Si 含量丰水期
显著高于平水期,TN、NO3鄄N、TP、PO4鄄P 没有显著性
差异。
表 1摇 查干湖湿地平水期和丰水期的环境因子
Table 1摇 Environmental parameters in the intermediate and rainy season in Chagan Lake wetland
参数
Parameters
平水期 Intermediate season
平均
Mean
最小
Min
最大
Max
丰水期 Rainy season
平均
Mean
最小
Min
最大
Max
t检验 t鄄test
P值 P value
水温 Temperature / 益 17.34 15.77 18.63 21.07 19.8 22.42 -12.060**
盐度 Salinity / (mg / L) 442 140 600 396 190 490 0.807
pH 8.2 7.8 8.8 7.6 7.1 8.0 6.336**
溶解氧 Dissolved oxygen / (mg / L) 10.5 6.4 12.5 6.6 4.6 7.9 7.836**
高锰酸钾指数 / (mg / L)
Chemical oxygen demand 9.7 3.3 14.6 12.5 6.9 16.1 -2.204
*
生化需氧量 / (mg / L)
5鄄day biochemical oxygen demand 3.64 1.80 4.65 1.95 0.69 2.65 5.362
**
总氮 Total nitrogen / (mg / L) 1.74 1.02 3.61 1.94 1.36 3.21 -0.849
NO-3 鄄N / (mg / L) 0.05 0.02 0.15 0.05 0.01 0.18 -0.148
总磷 Total phosphorus / (mg / L) 0.11 0.07 0.15 0.11 0.05 0.19 0.287
PO3-4 鄄P / (mg / L) 0.02 0.01 0.05 0.01 0.01 0.02 0.878
SiO2-3 鄄Si / (mg / L) 7.01 4.79 16.92 9.61 8.36 12.07 -2.617*
摇 摇 **表示环境因子在 0.01水平上存在极显著差异,*表示环境因子在 0.05水平上存在显著差异
2.2摇 查干湖湿地浮游植物种类组成及优势种群
本次调查共鉴定出浮游藻类 5 门 53 属 127 种,
其中硅藻门 18属 52种,占 40.94%;绿藻门 20 属 46
种,占 36.22%;蓝藻门 13 属 25 种,占 19.69%;裸藻
门 1属 3种,甲藻门 1 属 1 种。 平水期物种较多,4
门 48属 95种,丰水期略少,5门 43属 85 种,藻类组
成均以硅藻门和绿藻门为主(图 2)。 根据优势度计
算共发现浮游植物优势种群 15 个,其中平水期 12
个,丰水期 11个,共有属 8个(表 2)。
图 2摇 查干湖湿地浮游植物种类组成
Fig.2摇 Phytoplankton composition in Chagan Lake wetland
2.3摇 浮游植物的丰度特征和生物量特征
调查区平水期和丰水期浮游植物丰度分别介于
34.27—1143.1伊104个 / L、5.016—972伊104个 / L,平均
值分别为 658.0伊104个 / L、459.3伊104个 / L。 平水期
蓝藻在丰度上占绝对优势,占浮游植物丰度的
39郾 85%,丰度为 0.92—494.1伊104个 / L,平均为 262.2
伊104个 / L,其次为硅藻,占 36.19%,丰度为 23.46—
475.2伊 104个 / L,平均为 238. 2 伊 104个 / L,再次为绿
藻,占 21.33%,丰度为 6.5—287.7伊104个 / L,平均为
140.4伊104个 / L;丰水期绿藻在丰度上占绝对优势,
占浮游植物丰度的 70.84%,丰度为 0.132—811.3伊
104个 / L,平均为 325. 4 伊 104个 / L,其次为蓝藻,占
17郾 51%,丰度为 0. 083—215郾 0 伊 104个 / L,平均为
80郾 5伊 104个 / L,再次为硅藻,占 6. 547%,丰度为
2郾 55—85.5伊104个 / L,平均为 27.3伊104个 / L (图 3)。
平水期和丰水期浮游植物生物量分别介于 0.43—
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22郾 61 mg / L、 0. 20—20郾 69 mg / L,平均值分别为:
11郾 86、8.24 mg / L。
由查干湖湿地各站点浮游植物丰度和生物量分
布图可以看出(图 4):新庙泡三点的浮游植物丰度
和生物量明显低于主湖区,主湖区各点差异不显著,
丰水期低于平水期。
表 2摇 查干湖湿地浮游植物优势属名录
Table 2摇 Appendix list of dominant genus of phytoplankton in Chagan Lake wetland
编号 Code 门 Phylum 属 Genus 拉丁学名Latin names
优势度 Dominance
平水期 Intermediate season 丰水期 Rainy season
n1 硅藻门 针杆藻 Synedra 0.140 -
n2 硅藻门 舟形藻 Navicula 0.109 -
n3 硅藻门 脆杆藻 Fragilaria 0.048 -
n4 硅藻门 直链藻 Melosira 0.022 0.025
n5 蓝藻门 束丝藻 Aphanizomenon 0.216 0.074
n6 蓝藻门 席藻 Phormidium 0.132 -
n7 蓝藻门 颤藻 Oscillatoria 0.023 0.045
n8 蓝藻门 拟鱼腥藻 Anabaenopsis - 0.020
n9 绿藻门 栅列藻 Scenedesmus 0.140 0.354
n10 绿藻门 十字藻 Crucigenia 0.020 0.050
n11 绿藻门 纤维藻 Ankistrodesmus 0.021 0.020
n12 绿藻门 盘星藻 Pediastrum 0.020 0.071
n13 绿藻门 实球藻 Pandorina - 0.050
n14 绿藻门 空球藻 Coelastum - 0.036
n15 裸藻门 裸藻 Euglena 0.022 0.051
图 3摇 查干湖湿地平水期和丰水期浮游植物相对丰度
Fig.3摇 Relative abundance of phytoplankton in the intermediate and rainy season
图 4摇 查干湖湿地各站点浮游植物丰度和生物量分布图
Fig.4摇 Density and biomass of phytoplankton in each site, Chagan Lake wetland
2.4摇 浮游植物的群落多样性分析
查干湖湿地平水期和丰水期的表层水域浮游植
物群落 Shannon 多样性指数 (H忆)、 Margalef 指数
(D)、Pielou 均匀度指数( J)以及物种多样性阈值
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(DV)的平面分布如图 5所示。
平水期和丰水期浮游植物群落 H忆分别介于
0郾 14—3.48、1.93—3.49,均值分别为 2.91、2.83,D 分
别介于 0. 88—1. 23、0. 58—1. 06,均值分别为 1. 02、
0郾 80,J 分别介于 0.05—1.20、0.60—1.32,均值分别
为 1郾 04、1.1,DV分别介于 0.01—4.10、0.74—4.39,均
值分别为 3.27、3.21。 H忆和 J表现出一致的时空变化
趋势。 对比浮游植物丰度的平面分布(图 4),多样
性指数的平面分布与浮游植物丰度呈镶嵌分布,表
明:在丰度的高值区,浮游植物基本上是由高丰度的
单一优势种群组成。
图 5摇 查干湖湿地浮游植物多样性指数分布
Fig.5摇 Distribution of diversity index of phytoplankton in Chagan Lake wetland
2.5摇 浮游植物优势种群空间分布特征
在 Bray鄄Curtis相似性测量基础上,采用组间平
均聚类分析方法画出聚类树枝图(图 6)。 可知,查
干湖湿地平水期和丰水期浮游植物组成在 10%处均
可划分为两个聚类类型。 各群聚类型包含站点和所
处位置不同,类型玉(含调查点位 1、2、3)分布于新
庙泡,类型域(含调查点位 4—13)位于查干湖主湖
区,与浮游植物群落多维排序尺度分析(图 7)一致。
图 6摇 查干湖湿地浮游植物群落聚类分析
Fig.6摇 Cluster analysis of phytoplankton community in Chagan Lake wetland
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2.6摇 浮游植物群落与环境因子的相关分析
相关分析表明(图 8):平水期,查干湖湿地浮游
植物丰度与盐度呈显著正相关,与 pH 值、PO3-4 呈显
著负相关;丰水期,浮游植物丰度与盐度呈显著正相
关,与 pH 值、PO3-4 、TN 不存在统计学意义上的相
关性。
图 7摇 查干湖湿地浮游植物群落多维排序尺度分析
Fig.7摇 MDS of phytoplankton community in Chagan Lake wetland
图 8摇 查干湖湿地浮游植物丰度与环境因子的关系
Fig.8摇 Correlation between phytoplankton abundance and environmental variables in Chagan Lake wetland
2.7摇 浮游植物群落与环境因子关系的 RDA分析
查干湖湿地平水期和丰水期浮游植物群落与环
境因子的 RDA分析结果见表 3和图 9。 由表 3知:在
排序图中,平水期轴玉和轴域的特征值分别为 0郾 7、
0郾 038,丰水期的分别为 0.613和 0.059;所选的环境因
子共解释了平水期 77.1%、丰水期 71.1%的物种变化
信息,前两轴累计解释了平水期 73.8%、丰水期 67.1%
的物种变化信息和平水期 95.7%、丰水期 94郾 4%的物
种-环境关系信息;两水文期的两个物种排序轴近似
垂直,相关系数分别为-0.0524、0.0251,环境因子轴与
物种排序轴之间的相关系数平水期为 0郾 9714、0.8146,
丰水期为 0.9559、0.8442,两水文期两个环境排序轴的
相关系数均为 0(两水文期 Monte Carlo置换检验所有
排序轴均达到显著水平(P<0郾 05))说明排序结果可
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表 3摇 浮游植物群落 RDA统计结果
Table 3摇 Summary of redundancy analysis (RDA) of phytoplankton community for the first two axes
时间 Time 轴 Axis 玉 域 芋 郁
平水期 特征值 0.7 0.038 0.017 0.011
Intermediate season 浮游植物种属与环境因子相关关系 0.971 0.815 0.659 0.652
浮游植物种属的累积百分数 / % 70 73.8 75.5 76.6
浮游植物与环境因子相关性的累积百分数 / % 90.8 95.7 97.9 99.3
典型特征值总和 0.771
丰水期 特征值 0.613 0.059 0.021 0.015
Rainy season 浮游植物种属与环境因子相关关系 0.956 0.844 0.626 0.676
浮游植物种属的累积百分数 / % 61.3 67.1 69.3 70.8
浮游植物与环境因子相关性的累积百分数 / % 86.2 94.4 97.4 99.5
典型特征值总和 0.711
靠[15],排序轴与环境因子间线性结合的程度较好地
反映了物种与环境之间的关系。
利用向前引入法对环境因子进行逐步筛选,
Monte Carlo置换检验结果见图 9:平水期 TN、BOD5、
PO3-4 、pH值主要在第玉轴影响浮游植物的分布,水
温(T)主要在第域轴影响浮游植物分布。 平水期优
势属与 PO3-4 、pH 值呈反向相关,这与 2.6 分析结果
一致;位于左下方的直链藻 Melosira ( n4)、纤维藻
Ankistrodesmus (n11)与水温有正向相关;位于左上
方的针杆藻 Synedra (n1)、舟形藻 Navicula (n2)、脆
杆藻 Fragilaria ( n3)、颤藻 Oscillatoria ( n7)、裸藻
Euglena(n15)与水温有反向关联;位于玉轴两侧的
针杆藻 Synedra (n1)、脆杆藻 Fragilaria (n3)、束丝
藻 Aphanizomenon (n5)、席藻 Phormidium (n6)、栅列
藻 Scenedesmus (n9)、十字藻 Crucigenia (n10)、盘星
藻 Pediastrum ( n12)、裸藻 Euglena ( n15) 与 TN、
BOD5有正向关联,与 pH、PO3
-
4 负相关。 而丰水期,
盐度(sal.)、pH 值、和 BOD5主要在第一轴影响浮游
植物分布,水温(T)和 PO3-4 主要在第域轴影响浮游
植物分布:丰水期优势属与盐度、pH 值、PO3-4 、BOD5
有正向关联,位于左下方的拟鱼腥藻 Anabaenopsis
(n8)、纤维藻 Ankistrodesmus (n11)与水温呈正向相
关。 由 RDA分析知:影响平水期浮游植物优势属分
布的最主要环境因子是 pH值、TN和 BOD5,而盐度、
PO3-4 和 BOD5则是影响丰水期浮游植物分布的最主
要因子。
图 9摇 浮游植物与环境因子 RDA排序图
Fig.9摇 Correlation plots of the redundancy analysis (RDA) on the relationship between the environment variables and phytoplankton taxa
n*为浮游植物代码,见表 2
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3摇 讨论
3.1摇 浮游植物群落结构特征
调查期间,查干湖湿地浮游植物群落由平水期
的硅藻型发展为丰水期的绿藻型,这与温度变化及
水质状况密切相关。 平水期,水温较低,适合硅藻生
长,丰水期,随着温度升高,绿藻开始大量繁殖。 这
与杨富亿 1994 年 9 月对查干湖浮游植物的调查结
果一致[18]。 同南方浅水性湖泊相比,查干湖共检出
浮游植物 5门 53属 127 种,在种类和数量上少于鄱
阳湖(鄱阳湖 1987—1993年浮游植物种类数为 8 门
153属 319种[19]),多于太湖(太湖 1991—2002 年检
出浮游植物 4门 74种[20] )。 与中国东北镜泊湖(镜
泊湖 2007年浮游植物种数为 8门 103种[21])和小兴
凯湖相近(小兴凯湖 2011 年浮游植物种数为 7 门
121种[22])。
3.2摇 浮游植物群落结构与环境因子的关系
水温是浮游植物水平分布的主要影响因素之
一,浮游植物丰度、生物量均随水温的升高而增
加[23]。 但在查干湖湿地,虽然丰水期水温高于平水
期,但其浮游植物物种数、丰度及生物量均低于平水
期。 原因在于:一方面,丰水期时降水量增加,来自
前郭灌区的农田退水也汇入查干湖,致使水位升高
了 40 cm,对浮游植物丰度和生物量具稀释作用,且
导致水力滞留时间减少,水流速度增加,而浮游植物
的水平分布受水流的影响很大[24],较快的水流不利
于浮游植物生物量的积累;另一方面,查干湖湿地浮
游植物丰度与盐度呈显著正相关关系,而丰水期盐
度低于平水期;第三,查干湖湿地作为吉林省重要的
渔业基地,每年春秋两季都会投放鱼苗几十万斤,随
着鱼类生长,其摄食量的增加也加剧了两水文期浮
游植物丰度和生物量的时间差异。
浮游植物丰度和生物量的空间分布显示:新庙
泡浮游植物的丰度、生物量均显著低于查干湖主湖
区。 同一水文期内,主湖区的丰度、生物量是新庙泡
的 8—10 倍。 这是由于:平水期浮游植物丰度与盐
度呈正相关,与 pH值及 PO3-4 呈显著负相关,而平水
期查干湖主湖区的盐度(52.7 mg / L)是新庙泡(16.0
mg / L)的 3.3倍,且新庙泡 pH值(平均为 8.6)、PO3-4
含量(平均为 0.045 mg / L)高于查干湖主湖区( pH
值、PO3-4 平均值分别为 8.1、0.012 mg / L);而丰水期
主湖区的盐度(45.6 mg / L)是新庙泡(20 mg / L)的 2.
3倍,浮游植物丰度空间分布主要受盐度影响。 此
外,新庙泡内 3 号点高家桥和 1 号川头闸位于农田
退水进出新庙泡处,较大的流速不利于浮游植物的
富集,致使两处浮游植物丰度较低。
浮游植物群落的时间差异显示:平水期优势属
纤维藻 Ankistrodesmus (n11)喜欢水温高的生境,在
丰水期仍为优势属;而硅藻门的针杆藻 Synedra
( n1 )、舟形藻 Navicula ( n2 )、脆杆藻 Fragilaria
(n3),蓝藻门的颤藻 Oscillatoria (n7),裸藻门的裸
藻 Euglena(n15)等喜低温生境的优势属则为喜高温
的绿藻取代,这也使得浮游植物群落结构由平水期
的硅藻型演变为丰水期的绿藻型。 平水期优势属喜
低碱、低磷素、高氮素的生境,而丰水期优势属则喜
微碱性、高盐度、高磷素、高 BOD5的生境。 本次调查
发现的物种均为温带常见小型藻类,新陈代谢速度
较快,属于能迅速吸收营养盐并进行繁殖生长的种
类[25],因此,它们在较高营养盐条件下可以形成较
高的相对丰度。
不同湖泊由于其自然条件和人类干扰不同,影
响其浮游植物群落和分布的环境因子各不相同。
Naselli鄄Flores等[26]研究 Arancio 湖表明:水体温度、
电导率、库容对浮游植物的影响最大,而 Arhonditisis
等[27]研究了华盛顿湖发现透明度、总磷和捕食压力
对浮游植物的影响最大;张怡等[28]应用冗余度分析
研究南屏水库发现水力滞留时间、降雨量和正磷是
影响南屏水库浮游植物功能类群演替的重要因子;
吴卫菊等[29]通过冗余度分析渔洞水库浮游植物群
落结构发现水温是影响渔洞水库浮游植物结构季节
性变化的主要因素,而水文动力学对水库浮游植物
多样性及优势种的形成有较大影响。 查干湖湿地作
为前郭灌区农田退水的承泄区,营养盐对浮游植物
的分布有重要作用。
3.3摇 基于生物多样性的查干湖湿地水质生态学评价
环境条件可以直接影响浮游植物的群落结构,
浮游植物的优势种群及群落结构特征指数的变化也
可以在一定程度上反映水环境现状及变化。 物种多
样性就是衡量群落中物种组成的稳定程度及其数量
分布的均匀程度和群落结构特征的重要营养指标。
在生物水质监测中 H忆>3 为轻或无污染,3—2 为 茁鄄
中度污染(轻中污染),2—1为 琢鄄中度污染(重中污
1762摇 10期 摇 摇 摇 李然然摇 等:查干湖湿地浮游植物与环境因子关系的多元分析 摇
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染),0—1 为重度污染。 本次研究 H忆结果表明查干
湖湿地水体处于 茁鄄中度污染(轻中污染),平水期略
严重。
4摇 结论
(1)调查期间共鉴定出浮游植物 5 门 53 属 127
种,主要由硅藻和绿藻组成,浮游植物丰度变化明
显,为平水期>丰水期,浮游植物群落结构的时间差
异较大,平水期优势种群以硅藻为主,丰水期以绿藻
为主。 据浮游植物多样性结果判断查干湖湿地处于
茁鄄中度污染水平。
(2)根据 Bray鄄Curtis 相似性系数聚类和多维排
序尺度分析查干湖湿地浮游植物群落结构,可以把
查干湖湿地划为新庙泡和主湖区两个区域,受盐度、
营养盐、流速影响,新庙泡丰度、生物量低于主湖区。
影响浮游植物群落优势属分布的环境因子,平水期
为 pH 值、 TN 和 BOD5,丰水期为盐度、 PO3
-
4 和
BOD5。 平水期优势属喜低碱、低磷素、高氮素的生
境,而丰水期优势属则喜欢微碱性、高盐度、高磷素、
高 BOD5的生境。 两个水文期浮游植物优势种群多
为温带小型藻类能迅速吸收营养盐并进行繁殖生
长,在较高营养盐条件下可以形成较高的相对丰度。
(3)由于查干湖湿地在吉林西部特殊的生态地
位及经济价值,应研究其浮游植物群落特征在不同
季节、不同年份之间的长期变化特征,因此需要更多
资料的积累,同时对于浮游植物各物种与环境之间
关系的认识,还有待进一步的现场实验去验证和
完善。
致谢: 本研究在浮游植物样品的采集、鉴定过程中
得到东北师范大学环境学院宋传涛老师及其团队的
大力协助,英文摘要得到了澳大利亚詹姆斯库克大
学工程学院孙广智老师的修改润色,特此致谢。
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3762摇 10期 摇 摇 摇 李然然摇 等:查干湖湿地浮游植物与环境因子关系的多元分析 摇
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园园愿圆 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 猿源卷摇
叶生态学报曳圆园员源年征订启事
叶生态学报曳是由中国科学技术协会主管袁中国生态学学会尧中国科学院生态环境研究中心主办的生态学
高级专业学术期刊袁创刊于 员怨愿员年袁报道生态学领域前沿理论和原始创新性研究成果遥 坚持野百花齐放袁百家
争鸣冶的方针袁依靠和团结广大生态学科研工作者袁探索生态学奥秘袁为生态学基础理论研究搭建交流平台袁
促进生态学研究深入发展袁为我国培养和造就生态学科研人才和知识创新服务尧为国民经济建设和发展服务遥
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叶生态学报曳为半月刊袁大 员远开本袁圆愿园页袁国内定价 怨园元 辕册袁全年定价 圆员远园元遥
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耘鄄皂葬蚤造院 泽澡藻灶早贼葬蚤曾怎藻遭葬燥岳 则糟藻藻泽援葬糟援糟灶摇 网摇 摇 址院 憎憎憎援藻糟燥造燥早蚤糟葬援糟灶
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第 猿源卷摇 第 员园期摇 渊圆园员源年 缘月冤
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