氨氮浓度及基质对附着藻类群落组成的影响

第３４卷第５期２０１４年５月环　境　科　学　学　报　ＡｃｔａＳｃｉｅｎｔｉａｅＣｉｒｃｕｍｓｔａｎｔｉａｅＶｏｌ．３４，Ｎｏ．５Ｍａｙ，２０１４基金项目：国家自然科学基金（Ｎｏ．４１０７１３４１）；国家科技重大专项（Ｎｏ．２０１２ＺＸ０７１０１⁃０１０）ＳｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙｔｈｅＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ（Ｎｏ．４１０７１３４１）ａｎｄｔｈｅＩｍｐｏｒｔａｎｔＮａｔｉｏｎａｌＳｃｉｅｎｃｅ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＳｐｅｃｉｆｉｃＰｒｏｊｅｃｔｓ（Ｎｏ．２０１２ＺＸ０７１０１⁃０１０）作者简介：宋玉芝（１９７０—），女，Ｅ⁃ｍａｉｌ：[e-mail]；∗通讯作者（责任作者）Ｂｉｏｇｒａｐｈｙ：ＳＯＮＧＹｕｚｈｉ（１９７０—），ｆｅｍａｌｅ，Ｅ⁃ｍａｉｌ：[e-mail]；∗ＣｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒＤＯＩ：１０．１３６７１／ｊ．ｈｊｋｘｘｂ．２０１４．０１８３宋玉芝，赵淑颖，杨美玖，等．２０１４．氨氮浓度及基质对附着藻类群落组成的影响［Ｊ］．环境科学学报，３４（５）：１１７３⁃１１７７ＳｏｎｇＹＺ，ＺｈａｏＳＹ，ＹａｎｇＭＪ，ｅｔａｌ．２０１４．Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆａｍｍｏｎｉａａｎｄｓｕｂｓｔｒａｔｅｏｎｔｈｅｃｏｍｍｕｎｉｔｙｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｅｐｉｐｈｙｔｉｃａｌｇａｅ［Ｊ］．ＡｃｔａＳｃｉｅｎｔｉａｅＣｉｒｃｕｍｓｔａｎｔｉａｅ，３４（５）：１１７３⁃１１７７氨氮浓度及基质对附着藻类群落组成的影响宋玉芝∗，赵淑颖，杨美玖，杨旻，王敏南京信息工程大学环境科学与工程学院，南京２１００４４收稿日期：２０１３⁃０８⁃０８　　　修回日期：２０１３⁃１０⁃０２　　　录用日期：２０１３⁃１０⁃２４摘要：为了了解水体富营养化过程中附着藻类群落演替规律，本文设置了０．５、１．５、２．５、５、１０ｍｇ·Ｌ－１５组氨氮浓度，利用显微计数法研究了５组氨氮浓度下菹草和载玻片上附着藻类群落组成．结果表明，将相同群落组成的附着藻类接种到不同氨氮浓度下进行培养，在低浓度氨氮条件下附着藻类群落以硅藻门的舟行藻、异极藻以及蓝藻门的色球藻为优势藻，在氨氮浓度较高时则以硅藻门的舟行藻和异极藻以及绿藻门的纤维藻为优势属；在相同氨氮浓度下，基质性质影响附着藻类优势种群个数，载玻片基质上附着藻类优势种群数量小于菹草上的种群数量，但当氨氮浓度较高时，基质不仅影响附着藻类优势种群个数而且还影响附着藻类优势种，载玻片上绿藻门的毛枝藻（６５％）的丰度远远超过附着在菹草上毛枝藻（＜＜１％）．表明氨氮浓度及基质种类影响附着藻类优势种群组成．关键词：附着藻类；菹草；载玻片；氨氮浓度文章编号：０２５３⁃２４６８（２０１４）０５⁃１１７３⁃０５　　　中图分类号：Ｘ１７　　　文献标识码：ＡＥｆｆｅｃｔｓｏｆａｍｍｏｎｉａａｎｄｓｕｂｓｔｒａｔｅｏｎｔｈｅｃｏｍｍｕｎｉｔｙｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｅｐｉｐｈｙｔｉｃａｌｇａｅ　ＳＯＮＧＹｕｚｈｉ∗，ＺＨＡＯＳｈｕｙｉｎｇ，ＹＡＮＧＭｅｉｊｉｕ，ＹＡＮＧＭｉｎ，ＷＡＮＧＭｉｎＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００４４Ｒｅｃｅｉｖｅｄ８Ａｕｇｕｓｔ２０１３；　　　ｒｅｃｅｉｖｅｄｉｎｒｅｖｉｓｅｄｆｏｒｍ２Ｏｃｔｏｂｅｒ２０１３；　　　ａｃｃｅｐｔｅｄ２４Ｏｃｔｏｂｅｒ２０１３Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｅｐｉｐｈｙｔｉｃａｌｇａｅｃｏｍｍｕｎｉｔｙｓｕｃｃｅｓｓｉｏｎｉｎｔｈｅｅｕｔｒｏｐｈｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅｃｏｍｍｕｎｉｔｙｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓｏｆｅｐｉｐｈｙｔｉｃａｌｇａｅｓｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｂｙｕｓｉｎｇｍａｃｒｏｓｃｏｐｉｃｃｏｕｎｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄｕｎｄｅｒｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｍｍｏｎｉａｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ（０．５，１．５，２．５，５ａｎｄ１０ｍｇ·Ｌ－１）．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｗｉｔｈｔｈｅｓａｍｅｅｐｉｐｈｙｔｉｃａｌｇａｅｓｐｅｃｉｅｓｉｎｏｃｕｌａｔｅｄ，ｔｈｅｅｐｉｐｈｙｔｉｃａｌｇａｌｃｏｍｍｕｎｉｔｙｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｖａｒｉｅｄｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｍｍｏｎｉａｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ．ＴｈｅｇｅｎｕｓｏｆＮａｖｉｃｕｌａ（Ｂａｃｉｌｌａｒｉｏｐｈｙｔａ），Ｇｏｍｐｈｏｎｅｍａ（Ｂａｃｉｌｌａｒｉｏｐｈｙｔａ）ａｎｄＣｈｒｏｏｃｏｃｃｕｓ（Ｃｙａｎｏｐｈｙｔａ）ｗｅｒｅｄｏｍｉｎａｔｅｄｉｎｔｈｅｌｏｗａｍｍｏｎｉａｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ，ｗｈｉｌｅｔｈｅｇｅｎｕｓｏｆＮａｖｉｃｕｌａ，ＧｏｍｐｈｏｎｅｍａａｎｄＡｎｋｉｓｔｒｏｄｅｓｍｕｓ（Ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｔａ）ｗｅｒｅｄｏｍｉｎａｔｅｄｉｎｔｈｅｈｉｇｈａｍｍｏｎｉａｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ．Ａｔｔｈｅｓａｍｅａｍｍｏｎｉａｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ，ｔｈｅａｂｕｎｄａｎｃｅｏｆｄｏｍｉｎａｎｔｅｐｉｐｈｙｔｉｃａｌｇａｅｇｅｎｕｓｗａｓｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｂｙｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ．Ｆｏｒｉｎｓｔａｎｃｅ，ｔｈｅａｂｕｎｄａｎｃｅｏｆｄｏｍｉｎａｎｔｇｅｎｕｓｏｎｔｈｅｇｌａｓｓｓｌｉｄｅｗａｓｌｅｓｓｔｈａｎｔｈａｔｏｎｔｈｅＰｏｔａｍｏｇｅｔｏｎｃｒｉｓｐｕｓ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｓｕｂｓｔｒａｔｅｃｏｕｌｄａｆｆｅｃｔｂｏｔｈｔｈｅａｂｕｎｄａｎｃｅａｎｄｔｈｅｓｐｅｃｉｅｓｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｄｏｍｉｎａｎｔｅｐｉｐｈｙｔｉｃａｌｇａｅｇｅｎｕｓｕｎｄｅｒｈｉｇｈａｍｍｏｎｉａｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ．Ｆｏｒｉｎｓｔａｎｃｅ，ｔｈｅｒｅｌａｔｉｖｅａｂｕｎｄａｎｃｅｏｆｔｈｅＳｔｉｇｅｏｃｌｏｎｉｕｍｏｎｔｈｅｇｌａｓｓｓｌｉｄｅ（６５％）ｗａｓｍｕｃｈｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｎｔｈｅＰｏｔａｍｏｇｅｔｏｎｃｒｉｓｐｕｓ（＜＜１％）．Ｉｔｗａｓｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｃｏｍｍｕｎｉｔｙｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｅｐｉｐｈｙｔｉｃａｌｇａｅｃｏｕｌｄｂｅｅｆｆｅｃｔｅｄｂｙｂｏｔｈｔｈｅａｍｍｏｎｉａａｎｄｔｈｅｓｕｂｓｔｒａｔｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｐｉｐｈｙｔｉｃａｌｇａｅ；Ｐｏｔａｍｏｇｅｔｏｎｃｒｉｓｐｕｓ；ｇｌａｓｓｓｌｉｄｅ；ａｍｍｏｎｉａｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ１　引言（Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ）附植藻类是湖泊重要的初级生产者之一（Ｖａｄｅｂｏｎｃｏｅｕｒｅｔａｌ．，２００１），在湖泊营养型评价时常用藻类的种群结构、污染指示种、生长潜力、种类多样性指数和综合指数等生物学指标来进行评估（况琪军等，２００５）．藻类群落结构、动态变化、数量分布、与环境理化的关系等的研究，已经普遍应用于环　　境　　科　　学　　学　　报３４卷水质监测（杨红军等，２００２；顾詠洁等，２００５；李长春等，２０００）．通过调查发现，在沉水植物叶片上的藻类群落组成和丰度要高于人造植物上的种群组成和丰度，但附植藻类群落在天然生长的植物或者人造植物上都能生长良好（ＢｕｒｋｈｏｌｄｅｒａｎｄＷｅｔｚｅｌ，１９９０；ＣａｔｔａｎｅｏａｎｄＫａｌｆｆ，１９７８）．附着藻类的生长无疑要从周围的环境中摄取大量的氮、磷，降低水体中营养盐的浓度．目前，我国水体富营养化比较严重，其主要特征是水体氮磷含量较高，因此，一些学者探索在人工基质上构建附着藻类群落，或利用自然基质（包括植物）上附着藻类群落来有效的降低水体氮磷浓度（孔进等，２０１０；张彦浩等，２００７；张强和刘正文，２０１０；刑丽贞等，２００４），以及抑制湖泊沉积物营养盐释放，来降低湖泊水体中的营养盐含量（ＣｏｌｅｍａｎａａｎｄＢｕｒｋｈｏｌｄｅｒ，１９９４）．研究结果表明，水体氮磷等营养盐的去除与附着藻类的生物量、生长速率以及种类组成密切相关．因此，不同环境因子对附着藻类的影响成为关注的焦点（庄树宏和Ｓｖｅｎ，１９９９；朱英等，２０１０；文航等，２０１１；张伟等，２００９）．目前，水体氮、磷等含量对附着藻类的影响研究较多．主要集中在总氮、总磷以及硝态氮对附着藻类群落组成等方面．有研究发现不同氮磷比影响藻类群落组成（孙凌等，２００６），添加磷对藻类生长与藻类群落结构产生影响（钟远等，２００５），还会增加附生藻类的组成和硅藻的相对丰度（Ｌｉｎｅｔａｌ．，１９９６），控制硝酸盐的供给，能够控制附植藻类的群落结构和优势藻（张强和刘正文，２０１０），而氨氮浓度对藻类群落影响的研究较少，研究氨氮对附着藻类群落结构的影响有一定的意义．念宇等认为各种基质上着生藻类在种类组成上基本一致（念宇等，２００９），由文辉发现不同生物基质和人工基质上的藻类群落组成和优势种类存在差异（由文辉，１９９９）．基质对附着藻类群落组成到底存在什么样的影响值得探讨．因此本文通过室内模拟实验来研究氨氮浓度、不同基质对附着藻类群落组成造成的影响．２　材料与方法（Ｍａｔｅｒｉａｌｓａｎｄｍｅｔｈｏｄｓ）２．１　实验设计及样品处理实验在４月中旬展开，选取长势基本一致，株长为１０ｃｍ的菹草，将其表面的附植藻类轻轻刷去，种植于装有５ｃｍ厚干净沙子、底部有孔的塑料杯中，再把塑料杯放置于玻璃缸中（２１ｃｍ×３１ｃｍ×４１ｃｍ），每缸２０杯，每杯４株；每缸注入用自来水配置而成的１／４０的霍格兰氏营养液１４Ｌ（自来水总氮及总磷含量分别为２．１ｍｇ·Ｌ－１、０．０８ｍｇ·Ｌ－１，氨氮浓度可以忽略不计，ｐＨ为６．８～７．２）．菹草在光线良好的室内驯化培养１０ｄ后，更换培养液并进行氨氮处理，放入惰性基质，并添加附着藻类．根据太湖水体氨氮水平，水体氨氮浓度用氯化氨设置０．５、１．５、２􀆰５、５、１０ｍｇ·Ｌ－１５个水平，每个处理水平设３个重复．用载玻片做惰性基质，每缸悬挂２４片载玻片；每缸添加８７ｇ附着藻类洗刷液于玻璃缸中，添加的附植藻类来源于太湖梅梁湾沉水植物狐尾藻、马来眼子菜等多种植物上的附着藻类（将采集的沉水植物用软毛刷刷洗植株叶片表面，刷洗液定容，一部分用于属种鉴定，一部分用于添加的藻类）．附着藻类经鉴定共有５门２０属，优势藻丰度组成见图１．氨氮处理后第４天开始采集附植藻类，每次每缸取一杯菹草和２片载玻片，分别刷洗并定容备用．以后每４ｄ采１次样并更换１次对应氨氮处理浓度的培养液，直至每个处理的附着藻类群落组成没有显著变化时结束．图１　样品藻类组成比例Ｆｉｇ．１　Ｔｈｅｃｏｍｍｕｎｉｔｙｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓａｍｐｌｅ２．２　附植藻类的鉴定和计数取适量的用软毛刷所刷洗基质上附着藻类备用液，加入鲁哥试剂，静置４８ｈ浓缩后计数并计算相对丰度．藻类属种的鉴定依据《中国淡水藻类》，鉴定到属．优势种的选择既要考虑到藻类体积也考虑藻类密度并转换为相对丰度，相对丰度指藻类密度，并以相对丰度大于１％为优势种．３　结果与分析（Ｒｅｓｕｌｔｓａｎｄｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ）３．１　基质对附着藻类群落组成的影响各实验组Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ随着实验天数的增加，呈现出一定的附着藻类群落结构特征，待菹草和载４７１１５期宋玉芝等：氨氮浓度及基质对附着藻类群落组成的影响玻片上附着藻类群落组成稳定时，分别对其进行鉴定，丰度大于１％的为优势藻．Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１、Ｅ１和Ａ２、Ｂ２、Ｃ２、Ｄ２、Ｅ２分别表示菹草和载玻片上附植藻类所处的５个氨氮浓度，具体组成见图２．图２　菹草和载玻片上附着藻类在五种氨氮浓度下的群落组成Ｆｉｇ．２　ＴｈｅｃｏｍｍｕｎｉｔｙｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｅｐｉｐｈｙｔｉｃａｌｇａｅｏｎＰｏｔａｍｏｇｅｔｏｎｃｒｉｓｐｕｓａｎｄｇｌａｓｓｓｌｉｄｅｓｉｎｆｉｖｅｇｒｏｕｐｓｏｆｔｈｅａｍｍｏｎｉａｎｉｔｒｏｇｅｎ分别对比在Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ５种氨氮浓度下，不同基质（菹草和载玻片）上的附着藻类群落组