汤宏波

National Science Library,Chinese Academy of Sciences

 k Sci．(湖泊科学)，2007，19(6)：632—636 htp：∥www．jlakes．org．E·mail：jlakes@niglas．ac．ca ⑥ 2007 by Journal of Lake Sciences 武汉东湖甲藻水华与环境因子的关系 汤宏波 ，胡 圣 ，胡征宇H ，况琪军 ，刘国祥 (1：中国科学院水生生物研究所，淡水生态与生物技术国家重点实验室，武汉 430072) (2：中国科学院武汉文献情报中心，武汉430071) (3：中国科学院研究生院，北京100049) 摘 要：由于水体富营养化等原因，在全球范围内，水华频繁爆发．近来，发现武汉东湖出现了一种拟多甲藻(Peridiniopsis sp．)水华，该藻是广温性种，水华持续时间较长，最高细胞密度达2541．44×10 cels／L．研究了武汉东湖拟多甲藻水华种 群动态及其与环境因子之间的关系．相关分析表明，拟多甲藻密度和表层总磷、1．2 m处的总氮以及表层硝酸盐浓度成 显著正相关，但是总磷、溶解性磷酸盐、总氮、磷酸盐以及氨氮浓度在形成明显水华前大幅度升高，水华消亡时，处于低谷． 适合的光照条件，也是拟多甲藻水华形成的刺激因子之一．另外，从一些采样点浮游植物组成及分布来看，风在一定程度 上加重了水华表观的严重程度．此外 ，还观察到了水华的消亡及其发生过程，水华消亡时，大量拟多甲藻下沉．分析认为， 水华的发生是多种环境因子综合作用的结果． 关键词：拟多甲藻；武汉东湖；水华；环境因子 Relationship between Peridiniopsis sp．and environmental factors in Lake Donghu，W uhan TANG Hongbo ，HU Sheng 一，HU Zhengyu ，KUANG Qijun ＆LIU Guoxiang (1：State Key Laboratory ofFreshwater Ecology and Biotechnology，Institute ofHydrobiology，Chinese Academy of Sciences，Wuhan 430072， 尼China) (2：Wuhan Branch ofthe National Science Library，Chinese Academy ofSciences，Wuhan 430071，P R．China) (3：Graduate School of舭 Chinese Academy ofSciences，Beqing 100049， 兄 China ) Abstract：Because a lot of nitrogen and phosphorus flow into lakes and rivers，water bloom frequently OCCUrs in world scope．Recently a sort of Peridiniopsis sp．blom WaS appeared in l ake Donghu，Wuhan．The Peridiniopsis sp．can adapt wel to a large range of temperature．The algal bloom laSted a long time and the maximum density of Peridiniopsis sp．reached as high as 2．54 X 10 cels／L．In the paper，population dynamics of Peridiniopsis sp．and its relationship with environmental factors in Lake Donghu were studied．The correlation analysis indicated Peridini— opsis sp．be remarkable po sitive correlation with the concentrations of TPsu ，TN1 2 m。 and NO3一N 。．Howev— er，the concentrations of TP，TOP，TN，TON，PO4-P and NH4-N were raised just a day before bloming and fel to lowest after bloming．Suitable strength of illumination may be a triggering factor for bloming．In addition，it can be found from the composition and distribution of phytoplankton in some sampling stations that in certain degree wind can make Peridiniopsis sp．gather and cause bloom．The development，occurring and dying out of algal blom WaS observed．When the algal blom died out，a lot of Peridiniopsis sp．sunk down toward lower layer． By analy- zing，authors consider many environmental factors lead to water blom together． Keywords：Peridiniopsis sp．；Lake Donghu(Wahan)；algal bloom；environmental factors 在复杂的自然水体中，浮游植物的生长受到来自水域各种生物和非生物因素的影响，许多研究者都在 中国科学院知识创新工程项目(KSCX2一SW —l11)和国家 自然科学基金面上项目(30470140)联合资助．2007一 O1一O8收稿；2007一o5-25收修改稿．汤宏波，男，1980年生，助理研究员；E·mail：tanghb@mail．whlib．8C．ca． } 通讯作者；E·mail：huzy@ihb．ac．VI． 维普资讯 http://www.cqvip.com 汤宏波等：武汉东湖甲藻水华与环境因子的关系 633 尽量寻找特殊的影响因子并对其进行不懈的探讨． 武汉东湖是长江中下游的一个中型浅水湖泊，近几十年来 ，由于湖区周围人 口密度的增加 ，工农业生 产、水产养殖以及旅游业的迅速发展，大量营养物质输入东湖，改变了营养比率，也改变了浮游植物的群落 结构⋯．20世纪70年代后期至80年代中期，曾发生严重的微囊藻水华，自 1985年起，水华一度消失 ． 近两年，在东湖的郭郑湖区域又发现水面漂浮藻类水华的现象，经鉴定为拟多甲藻(Peridiniopsis sp．)水华． 2004年春季，该藻类在三峡库区童庄河也发生了水华 ，持续时间大约2个月．拟多甲藻是一种广温性种类， 近年来在我国淡水水域形成水华的现象时有发生 ． 尽管过去对各种藻类的生理生态特性及温度、盐度和营养盐对其生长、繁殖的影响有过较多的研究报 道，但至今对水华发生的原因、种间竞争以及水华藻类受控机理等方面的了解还非常有限．水华的形成涉 及复杂的生态学和水动力学过程 ，受多种因素的影响，如水温、盐度 、营养组成、生物间相互作用(包括摄 食、种间竞争、细菌等)、天气等都会影响到赤潮的形成． 长久以来 ，甲藻水华和赤潮肆虐水生态系统的现象遍布全球 。J，有关甲藻水华的研究，国内外均有较 多报道，但主要集中在对海水中赤潮的研究．本文旨在通 过对武汉东湖甲藻水华的调查及其与相关环境因子相关 性的分析 ，为揭示甲藻水华的成因及消亡提供科学依据． 1材料与方法 郭郑湖区是东湖的主体湖区，水华主要集 中在该湖 区，故在该区域设置了4个采样点(图 1)．其中，DH1采 样点水深大约 2 m，于 2005年 4月初连续采样 6 d，于表 层，0．6m，1．2m以及 1．8 m分层采样，另外在月末采样 一 次，采样时间均为中午 12：00．其他 3个采样点则根据 水华情况各取一次样．样品分析项 目包括多项理化因子、 气象因子以及藻细胞密度和叶绿素 a含量．理化因子包 括水温，透明度，pH，溶解氧，总磷，总溶解磷，总氮，总溶 解氮，磷酸盐 ，硝酸盐 ，氨氮以及高锰酸盐指数等，均按照 《水和废水监测分析方法》[8 3进行测定．气象因子包括气 温和光照强度．采样期间无雨． 2结果 图 1武汉东湖采样点的设置 Fig．1 Sampling stations in Lake Donghu，Wuhan 2．1水文及气象 DH1在采样期间的水温变化(图2a)，4月 1日，表层和 1．2 m的水温分别为 20℃和20．9℃，2日，表层 的水温上升到22．2℃，5日和6日的水温又下降到19．3℃．pH值的变化幅度较大(图2b)．透明度在4月 1 日仅仅 0．3 m，3号上升到1 m，随后的5日是一个闷热的阴天，光强仅 274 I~mol／(m ·s)，气温却上升到25．8 ℃(图2d)，透明度下降到 0．4 m(图2c)．6日为晴好天气．13日采样时，风向由北向南． 2．2拟多甲藻密度细胞密度、Ch1．a浓度以及相关的环境因子 4月 1日，在 DH1采样点，表面有严重的甲藻水华，表层 ，0．6 m，1．2 m以及 1．8 m的拟多甲藻密度分别 为 2．06×10 、1．62×10 、9．29×10。以及 7．22×10。cels／L，呈逐渐降低趋势；而 2日则是底层密度高，分别 为 1．52×10。、3．31×10。、5．14×10。以及5．02×10。cels／L，3日和4日拟多甲藻密度都低于7．0×10 cels／ L．5日拟多甲藻密度开始全面回升 ，到 6日，拟多甲藻密度达到一个峰值 ，表层出现明显的水华 ，表层的拟 多甲藻密度达到3．25×10。cells／L．到4月27日，拟多甲藻仅仅零星出现(图3a)． 4月 7日，在 DH4发现严重的水华，表层 的拟多甲藻密度和叶绿素 a含量分别为 2．54×10 cells／L和 975．06 mg／m ；13日DH3有明显的水华，而 DH1，DH2和 DH4未出现水华．DH3的表层拟多甲藻密度和叶绿 素 a分别为 1．19×10 cels／L和339．21 mg／m ，和 DH3临近的DH2的拟多甲藻密度和叶绿素a则仅仅为6．9 维普资讯 http://www.cqvip.com 634 24 2l 赠 l8 15 0．9 越 嚣0． O．3 雹 9．6 8．8 8．0 J．Lake Sci．(湖泊科学)，2OO7，t9(6) 一  赠 900 箭 600呈 300 图 2 DH1水温，pH，透明度，气温和光强的变化 Fig．2 Variation in water temperature，pH，transparency，air temperature and light intensity at DH1 ×10 cels／L和钾．12 mg／m ，但是 DH2和DH3的其它浮游植物密度却相差非常微小，分别为3．85×10 cels／L和3．64×10 cels／L(图3b和表1)，这个差别可能是风使拟多甲藻在DH3堆积后，占用了其他浮游植 物的生存空间．有明显水华的DH3的TON，PO4一P，NO3-N，NH3-N以及CODM 的浓度均比DH2低(表1)． 表 1 DH2，DH3和 DH4的主要环境因子 Tab．1 Values of'environmental factors at DH2，DH3 and DH4 stations 2．3相关分析 表2列出了各因子间的相关系数，在 5％的概率水平下有显著意义的只有，rP轰、TN1． 2 以及 NO3-Na，它 们的回归方程分别为： Peridiniopsis sp．密度 =0．063+5．499e‘ ×TP表 r=0．912 n：5，P=0．0311 Peridiniopsis sp．密度 =1．057+o．003×TN1．2 r=0．915，n：5，P=0．0294 Peridiniopsis sp．密度 =143．154+0．305×NO3-N表 r=0．916，n：5，P=0．0289 表2 Peridiniopsis sp．和环境因子的相关系数 Tab．2 Corelation relationship between Peridiniopsis sp．and environm ental factors 维普资讯 http://www.cqvip.com 汤宏波等：武汉东湖甲藻水华与环境因子的关系 635 另外，据测定，TP、TOP、TN、TON、PO 一P以及 NH 一N在水华的前一天，即4 Jq 5日，浓度大幅度增加，而拟多 甲藻正是 4 Jq 5日开始大量繁殖(图3a)，4 Jq 6日，TN、TON、PO 一P以及 NH 一N浓度都大幅度下降． 3讨论 4．1 4．2 4、3 4．4 4．5 4．6 4．27 f月．日) 3000 l500 0 口 Peridiniopsis sp DH2 DH3 DH4 采样点 图3藻密度和叶绿素的时空变化 Fig．3 Variation in algal density and Ch1．a b 据报道，就个体数量而言，在 1956～1957年，武汉东湖的甲藻第一，硅藻第二，这两个门组成了整个藻 类密度的60％ 一70％．20世纪 60年代后 ，蓝藻和绿藻密度增加，占到整个藻类的 50％以上 ．然而到70 年代后期至 80年代中期，每年夏天湖水表面都漂浮着极为难看且难闻的蓝藻水华．1985年起，蓝藻水华首 次没有大面积爆发(以后的2—3年问仅在局部区域还有少量水华)，至2003年，蓝藻水华再也没有出现过． 1979—2000年间，浮游植物总生物量及蓝藻生物量明显下降，而个体较小的鞭毛类的隐藻类(含少量甲藻) 有明显的上升趋势，可见，周边人为活动改变了水域的营养比例 ，也影响了浮游植物优势种类的更替 ， 导致浮游植物群落结构发生改变；由于鞭毛藻不易被浮游动物摄食，加之有毒鞭毛藻类能分泌毒素抑制其 他生物生长，因此鞭毛藻能占据优势，发生水华 ．拟多甲藻也是一种鞭毛藻且体形相对较大． 水华的发生除需要营养物质作为物质基础外，还与温度，光照强度，盐度等有关 ．据作者研究，该拟 多甲藻是广温性浮游植物，可在 10—28'E大量繁殖，形成水华．据报道，由于甲藻一般具有鞭毛，能在水体 中上下移动，选择最佳的生长条件 ，在条件不适时，下沉到底部，形成孢囊” ，当条件再次合适时，孢 囊迅速萌发 ，进入水体，引发水华 ．在本研究中，观测到明显的拟多甲藻水华消亡及发生过程以及相关 环境因子的变化．在 DH1站，4月 1日发生了严重的拟多甲藻水华，表层拟多甲藻密度高达 2．06×10 cels／L，4月 2日，由于条件(水文及营养等)的不适，拟多甲藻下沉，表层的拟多甲藻密度下降到 1．52×10。 cels／L，而 1．2 nl和 1．8 nl的拟多甲藻密度却仍然很高，分别为5．14×10 cels／L和5．02×10。cels／L，到 4 月3日表层的拟多甲藻密度仅仅为2．18×10 cels／L，而 1．2 1I'1和 1．8 nl则分别为5．19×10 cells／L和7．03 ×10 cels／L，为此认为，4月 2日和 3日为水华消亡期．4月5日，表层，0．6 nl、1．2 nl以及 1．8 nl的拟多甲 藻分别回升至 1．1l×10。、1．1l×10 、8．37×10。以及 1．47×10。cels／L，则认为是拟多甲藻进入了下一轮水 华的潜伏期．4月6日，表层、0．6 nl、1．2 il以及 1．8 nl的拟多甲藻分别达到 3．25×10。、2．24×10。、1．84× l0。以及 1．7×l0。cells／L，则认为是水华发展期． 通过相关分析表明，拟多甲藻密度和TP 、TNⅥ 以及 NO，一N 浓度呈显著正相关性．但是水华的前一 天，TP、TOP、TN、TON、PO 一P以及NH 一N浓度大幅度升高，天气闷热，光照强度不高，也许这些都是拟多甲 藻水华的刺激因子．另外，从 DH2，DH3和DH4站浮游植物的组成及分布来看，风在一定程度上对拟多甲 藻的聚集并形成水华起到了促进作用． 营养盐是浮游植物生长的物质基础，在水华形成与维持中具有一定的决定性作用，浮游植物的氮磷吸 收比例基本上是遵循 Riedfield比值 16：l，因此常用此 比值来判断浮游植物受营养盐 的相对限制情 况 。．当氮磷比偏离 16时，藻类的生长会受到相对低含量营养要素的限制[20 3．在武汉东湖这样的富营 一_I／∞Il u苦 ×】 暂 do苫 鲁叠。 ∞，靖 一×10 ̂ ls／i．一 ∞ ∞ ∞ 维普资讯 http://www.cqvip.com 636 Lake Sci．(湖泊科学)，2007，19(6) 养湖泊中，不存在营养限制问题，但是存在种问竞争，调查表明，此时硅藻生物量占据东湖浮游植物第二位， 是拟多甲藻生存空间的有力竞争者．就目前的研究报道来看，有硅藻水华后是甲藻水华的研究报道，也有 先硅藻水华，然后才后硅藻水华的报道．并且，还有学者认为从微观分子水平研究硅藻与甲藻的相互作用 物质及其机理是进一步研究水华种间关系的必要途径 ．正如 Anderson指出的：相同的营养负荷在不同 的环境条件下，或是在相同的环境条件而时间不同，对于水华的影响都是不同的 ．因此，不能简单的认 为水体富营养化就一定发生水华，只能说是多种环境因素综合作用导致了水华爆发． 4参考文献 [1] 况琪军，夏宜 ．武汉东湖主要湖区的藻类与营养型评价．湖泊科学 ，1995，7(4)：345—347． [2] 谢 平．鲢、鳙与藻类水华控制．北京：科学出版社，2003：54—63． [3] 汤宏波，刘国祥，胡征宇．三峡高岚河甲藻水华的研究．水生生物学报，2006，30(1)：47—51． [4] Gisselson L，Carlsson P，Granrli E et a1．Dinophysis blooms in the deep euphotic zone of the Baltic Sea：do they grow in the dark?Har lAlgae，2002，(1)：401—418． [5] Fauchot J，Levasseur M，Roy S et a1．Environmental factors controlling Alexandrium tamarense(dinophyce— ae)growth rate during a red tide event in the St．Lawrence Estuary(Canada)．J 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武汉东湖甲藻水华与环境因子的关系

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