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生态因子对浮游植物群落动态的影响

(2015-04-09 17:12:13)
标签:

营养盐

动态因素

分类: 湖泊水库富营养化

      国内外对于影响浮游植物群落动态的因素已有很多的研宄,现在已讨论了理化因子、生物因子和水文因子等,如光、营养盐、动物的牧食作用、外界的扰动等对浮游植物群落结构和演替的影响,将影响浮游植物群落动态的决定因素从营养盐扩展到了更多的因素。

1.光照

      光是光合作用的能量来源,是决定初级生产力最重要的环境因子。在一定光强范围内,光合作用率随光强增加而增加,在达到饱和光强后,光合作用率保持平稳而不再随光强的增加而增加。如果光强再提高,则反而产生抑制作用,光合作用率下降。

      不同藻类的光合器官用以捕获光能的色素蛋白复台体的不同可以影响其在水体中的分布。光合色素一般分为3类:叶绿素(Chlorophylis)类胡萝卜素 (Carotenoids)和藻胆蛋白。所有藻类均含有叶绿素和类胡萝卜素,只有蓝藻、红藻,隐藻和某些原绿球藻含有藻胆蛋白。硅藻、蓝藻和绿藻在相同光强和光变化条件下表现出不同的生物量变化规律,硅藻在变化的光照条件下生物量较高,而在光强变化频率较小时达到最大生物量。蓝藻具有较宽的光捕获特性及较好的低光利用效率。蓝藻细胞不仅含有叶绿素α、β-胡萝卜素,还含有多种辅助捕光色素,如藻蓝素(C-phycocyanin)、藻红素 (C-phycoerythrin)和别藻蓝素(allophycocyanin)等,使蓝藻能高技率地捕获光能.在光密度较低的条件下能利用一些特殊波长的光能,在不同深度的水柱中都能生存。

      水体中入射光随水体深度的增加,光合有效辐射逐渐递减。水体垂直光系统中,当浮游植物的光合作用正好与呼吸消耗平衡时,对应的深度为补偿深度 (compensation depth),在此深度以上浮游植物的净光合作用为正值,是浮游植物生物量积累的主要场所。临界深度(critical depth)则是指水柱的日净初级生产刚好真光层是浮游植物现存量增长的主要区域。水体中导致光衰减的物质分为4大类:水,浮游植物、有色可溶性有机物(又称黄色物质,yellow substance)以及无机悬浮物(tnpton)。这4类物质对可见光谱中不同波长光的吸收和散射能量有明显差异。水流和风场的扰动,导致较高的悬浮物浓度和水体混合,引起水体透明度降低和光学衰减系数增大,致使营养浓度较高的河流中浮游植物生物量反而低于湖泊中的。

2.营养盐

      任何浮游植物生长所必须的营养元素都有可能成为其限制因子,在自然水体中浮游植物的生长往往受许多种元素的限制,但一般认为淡水中磷是主要的限制性营养元素(Hecky and Kjlham.1988)。Redfield定律认为,藻类生长最适营养元素原子比例C:N:Si:P-106:16:16:1 。如果氯磷原子比大于16:1(重量比大于7:1)时,磷被认为是限制性营养元素:反之,当氮磷比小于lO:I时,氮通常被考虑为限制性营养元素;而当氮磷比在10-20之间时,限制性元素则变得不确定。根据Smith等的理论,虽然不同的物种适宜生长的TN:TP不完全一致,但适宜蓝藻生长的TN:TP低,为10-16.而适宜真核藻类生长的比率为16-23。这一理论在国内外支持的学者较多。王海军等对长江中下游45个浅水湖泊的浮游植物生物量进行调查,以验证氟磷比限制藻类生长的假说。发现在任何氮磷比的情况下,总磷对浮游植物的限制作用要大于总氯,不同的浮游植物种类具有不同的氮磷比,因而很难确定具有多个浮游植物种群的氮磷比临界点。

      通过调控围隔水体硅酸盐古量,研究了硅对富营养化水体浮游藻类群落生长及演替的影响。结果表明,随着硅酸盐浓度的增加,硅藻的生物量提高,其种类所占比例明显增加,蓝藻和绿藻的种类比例则下降。加硅处理中,硅藻虽然没有完全取代蓝、绿藻的绝对优势地位,但是出现了尺骨针杆藻(Synedra ulna)、细齿菱形藻(Nitzschia denticula)等在对照处理中并未检出的藻种。中硅(原子比N:Si:P-16:S:I)和高硅(N:Si:P-16:161)处理中,Shannon多样性指数较对照组增加试验末期,对照围隔的水体表面出现铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)水华,而硅酸盐含量高的围隔中,同期没有水华出现。硅酸盐的增加能够促进硅藻及其它藻类生长,改变少数几种蓝、绿藻占据优势的状态,提升水生生态系统的多样性水平,井对淡水蓝藻水华的产生起到一定削弱作用。  铁限制同样会影响浮游植物的群落结构。在浮游植物的生长过程中,电子传递、氧的新陈代谢、氨的吸收利用、叶绿素的光合作用、呼吸作用等都需要铁. Martin提出铁限制假说(Iron Hypothesisy生物可利用铁的缺乏限制了大洋高营养盐低叶绿素(HNLC)区域的浮游植物的生长。铁作为浮游植物生长的限制因子,不仅表现在开放式大洋中,在湖泊中也存在。研究表明,淡水湖泊中的总Fe含量相对较高,但当水体中有机物含量较高时,有机物可与铁形成稳定的配合物,使铁的生物有效浓度降低,从而也可能限制藻类生长。

3.温度

      浮游植物的光台作用和酶系统活性直接与温度相关,因此,温度对藻类的光合作用能力、呼吸速率和生长率等都有重要影响。浮游植物类群或个体的生命活动具有不同的最适温度,大部分蓝藻的最适生长温度为25-35℃,高于绿藻和硅藻的.Robarts等研究总结认为蓝藻水华的发生主要是由于水温升高引起的。室内的竞争实验研究也表明,当温度较低(10℃)时,硅藻占绝对优势,而当温度升高到24℃时,硅藻的优势被蓝藻取代。当然高温并不是蓝藻水华发生的充分必要条件,而且温度对藻类优势种里替的影响也与其他因素(如N/P比)交织在一起。

4.pH值

      水体中pH值是一个重要的生态因子,与藻类生长关系密切。不同藻类有一定的pH适应范围,即使同一属的两种藻,在不同pH下,其生长也可能有很大差别。因此pH对于浮游植物的种类组成以及分布有着重要的影响。一般认为,蓝藻偏好较高的pH,然而,在很多酸性湖泊中,蓝藻也能成为优势种,pH的影响并不明显。藻类对水体pH有较强的缓冲能力,可以通过自身增殖活动改变水体的pH,因而不同初始pH对藻类生长的影响不明显,但加了pH缓冲剂固定初始pH后。藻类的生长反应很明显,适宜的州范围各不相同,蓝藻适宜的pH并不都比绿藻的高。

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