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沉积物再悬浮是浅水湖泊的重要特征之一。作为浅水湖泊敞水区几乎唯一的初级生产者,浮游植物能够在短时间和长时间尺度对沉积物再悬浮响应。首先,再悬浮通过促进光照衰减或降低强光抑制、加强沉积物营养盐释放或促进营养盐吸附沉降、促进底栖性藻类悬浮进入水体或吸附藻类使其沉降,从而直接得增加或减少浮游植物初级生产量和现存量、以及影响其群落构成。另一方面,再悬浮影响浮游动物的生长和繁殖,通过牧食作用间接作用于浮游植物。太湖是典型的富营养化浅水湖泊,沉积物再悬浮频繁。而目前太湖沉积物再悬浮过程中浮游植物的研究相对较少。本研究通过野外调查和模拟实验,初步揭示了太湖再悬浮程度不同湖区和时段之间浮游植物群落结构的差异,探讨了再悬浮影响浮游植物的主导作用因子和机制,以及在再悬浮频繁的环境中浮游植物对富营养化的响应趋势。
2004年4月至9月对太湖再悬浮程度显著差异的富营养化、无水草分布的敞水区(梅梁湾湾口)和封闭湖区(五里湖)进行逐月监测。对浮游植物群落和相关环境因子的典型相关分析CCA表明,无机悬浮质浓度是影响两湖区浮游植物差异的主要环境因子。封闭湖区优势类群主要为个体较小、沉降速率较慢的绿藻绿球藻目、鞭毛类的隐藻、甲藻和裸藻、以及具有伪空胞的群体蓝藻,生态策略为竞争型C和耐胁迫型S;敞水区为沉降速率较快、耐受波动光照环境的丝状体硅藻、绿藻和群体蓝藻,生态策略为杂草型R和耐胁迫型S。
2008年9月9日至11日白天每4小时在太湖梅梁湾湾口定点分3层观测理化环境因子与浮游植物现存量和群落结构。根据水温、溶解氧和悬浮质浓度的垂直差异,将采样时段划分为分层期和混合期。营养盐浓度在混合期没有显著高于分层期,这与分层期蓝藻“水华”大量消耗营养盐有关。冗余分析RDA表明,有机悬浮质浓度是影响两个时期浮游植物差异的主要环境因子。混合期浮游植物现存量显著小于分层期,但是整个调查期间浮游植物优势类群一直为浮动型的耐胁迫型S策略群,包括群体蓝藻(铜绿微囊藻Microcystis aeruginosa Kutz.、惠氏微囊藻M. weserbergii Lomarek和水华项圈藻Anabaena flos-aquae(Lyngb.)Breb)、鞭毛类的隐藻(啮蚀隐藻Cryptomonas erosa Ehr.)和绿藻(普通衣藻Chlamydomonas simplex Pasch.和空球藻.Eudorina elegans Ehr.)。分层时期总现存量和优势类群由表层至底层显著递减,混合时期不呈垂直差异。
2008年5~6月在太湖梅梁湾湖岸平台进行不同沉积物再悬浮程度(用潜水泵模拟产生再悬浮)模拟实验。在持续的外源营养盐输入前提下,实验设三个处理:沉积物无再悬浮处理,即对照处理(control treatment,C);沉积物再悬浮程度较弱处理(weak resuspension,WR),潜水泵运行5小时(7:00—12:00);(3)沉积物再悬浮程度较强处理(strong resuspension,SR),潜水泵运行11小时(7:00—18:00)。结果显示:随着再悬浮程度的加强,浮游植物初级生产力显著降低,但是现存量呈增加趋势。再悬浮处理中隐藻Cryptomonas spp.一直为优势类群,对照桶中则演替为个体微小的类群(蓝隐藻Chroomonas acuta和纤维藻Ankistrodesmus sp.)。再悬浮也显著影响了浮游动物的群落结构,对照桶中大型枝角类溞属Daphnia spp.丰度显著高于再悬浮处理中,个体较小的类群如枝角类象鼻潘Bosmina spp.、网纹溞Ceriodaphnia sp.和轮虫则呈相反趋势。一系列的附加培养实验表明在再悬浮环境中,水下光强的衰减将抑制浮游植物初级生产力,而优势种群隐藻的兼性营养方式、浮游动物牧食压力的下降和沉降通量的减少则是现存量增加的主要因素。
在去除浮游动物牧食和底栖/附着藻类影响的前提下,于2008年7~9月在太湖梅梁湾湖岸平台进行模拟实验,比较不同再悬浮(无再悬浮即对照和24h持续性再悬浮)和外源营养负荷(3个水平:无外源营养盐负荷N1、太湖平均外源营养盐负荷N2(5μg P/(Ld),130μg N/(Ld))和3倍于太湖平均外源营养盐负荷N3(15μg P/(L d),390μg N/(L d))处理中浮游植物的响应特征。持续的再悬浮处理中浮游植物优势种群为沉降速率较快、适应搅动混浊水体的杂草型R(如硅藻和丝状体绿藻)和耐胁迫型S(如隐藻),外源营养盐负荷处理对再悬浮处理中的浮游植物影响很小。另一方面,无悬浮处理中浮游植物对外源负荷的响应显著,随着负荷的增加,生物量呈显著增加趋势,群落优势种群则由个体较小、沉降速度较低、对资源利用率较快的竞争型C(如绿藻门鼓藻目、绿球藻目)和对光照要求较高、能够进行异养、通过鞭毛运动的种类(如甲藻和隐藻)演替为个体较大、对营养盐要求较高、通过伪空胞垂直迁移的耐胁迫型S(如蓝藻)。
本论文研究结果表明,浅水湖泊中沉积物再悬浮是影响浮游植物时空分布和群落结构的重要环境因子,营养盐、光照、浮游动物牧食和浮游植物沉降通量是主要的影响机制,再悬浮能够缓冲营养盐负荷对浮游植物群落演替的作用,杂草型R(如硅藻)和耐胁迫型S类群(如蓝藻和隐藻)在再悬浮系统中更占优势。