陈 乐 冯 佳 刘晓铃 李 峰 谢树莲

(山西大学生命科学学院, 太原 030006)

赛罕乌拉自然保护区藻类植物区系及群落结构特征

陈 乐 冯 佳 刘晓铃 李 峰 谢树莲

(山西大学生命科学学院, 太原 030006)

赛罕乌拉自然保护区位于内蒙古赤峰市巴林右旗北部, 地处大兴安岭南段山地, 阿尔山支脉, 地理坐标为118°18′—118°55′E, 43°59′—44°27′N, 总面积为100446.1 hm2(图1)。该自然保护区于1997年经巴林右旗人民政府批准建立, 1998年由内蒙古自治区人民政府批准为区级自然保护区, 2000年经国务院批准晋升为国家级自然保护区, 2001年被联合国教科文组织批准加入世界生物圈保护区, 以森林、草原、湿地生态系统及珍稀动植物和西辽河上游水源涵养林为主要保护对象。保护区平均海拔高度为1000 m, 最高峰乌兰坝海拔1957 m, 森林覆盖率达到55.2%, 土壤主要以山地黑土、灰色森林土、棕壤土和暗栗钙土为主。该区气候属于中温带半湿润温寒气候区,冬季漫长寒冷, 夏季短促炎热, 秋季气温下降快, 年平均气温2℃, 年有效积温1800℃, 无霜期约100d, 年平均降水量400 mm, 多集中于夏秋季节, 日照时数3000h以上。保护区内有29个自然村, 总人口10575人, 人口密度为10.6人/km2[1,2]。

赛罕乌拉自然保护区具有复杂多样的生态系统, 蕴藏着丰富的物种多样性, 对我国大兴安岭南部山地自然地理学、生物学、地质学、环境科学、植物的自然演替, 水土保持和生物资源的持续利用等多学科的科学研究具有很高的价值[3]。近年来, 有关学者对该自然保护区的维管植物、哺乳动物、鸟类、两栖爬行动物等进行了一些调查研究[4—10]。但有关该区藻类植物的研究还未见报道。赛罕乌拉自然保护区山高林密, 能够涵养水源, 沟谷河流较多, 生长有丰富的藻类植物。作者于2009年7—8月对该区的藻类植物进行了调查采集, 以期为其生物多样性方面的科学保护和管理及水体监测提供基本资料。

1 材料与方法

2009年7—8月, 对内蒙古赛罕乌拉自然保护区的藻类植物进行了野外调查采集, 采集范围包括海青坝、比图河、牛头白其河、沙艾河、灰通河、床金河、红卫水库、常兴水库等, 根据各水体的地理位置和环境情况设置采样点。具体采集位点及环境因子(表1)。

采集的标本以4%甲醛溶液固定。在Olympus BX-51显微镜下观察照相。根据有关文献资料进行种类鉴定[11—23]。标本保存于山西大学植物标本馆(SXU)。

采用Primer5.0软件对藻类物种二元数据进行聚类分析和作图[24]。采用MVSP3.1分析软件对数据进行PCA分析[25]。

2 结果

2.1 种类组成及优势类群

经鉴定, 赛罕乌拉自然保护区藻类植物共有237种(含变种, 下同), 隶属于7门, 34科, 60属。其中蓝藻门7科, 12属, 23种, 占总种数的9.70%;黄藻门2科, 2属, 2种, 占总种数的0.85%; 金藻门1科, 1属, 1种,占总种数的0.42%; 裸藻门1科, 2属, 12种, 占总种数的5.06%;甲藻门1科, 1属, 1种, 占总种数的0.42%; 硅藻门10科, 18属, 117种, 占总种数的49.37%; 绿藻门12科, 24属, 81种, 占总种数的34.18%。

图1 赛罕乌拉自然保护区位置及采样点Fig.1 The position of Saihanwula Nature Reverse and sampling points

从鉴定结果看, 以硅藻门和绿藻门为优势门类其中优势类群, 分别为117种和81种, 蓝藻门和裸藻门次之, 有23种和12种, 黄藻门、金藻门和甲藻门种类较少, 共有4种。优势类群包括绿藻门的刚毛藻(Cladophora)、水绵(Spirogyra)、丝藻(Ulothrix)、新月藻(Closterium),蓝藻门的颤藻(Oscillatoria)、胶须藻(Rivularia)、念珠藻(Nostoc),黄藻门的黄丝藻属(Tribonema)、无隔藻(Vaucheria), 硅藻门的直链藻(Melosira)、桥弯藻属(Cymbella)、异极藻属(Gomphonema)等属的种类。

表1 赛罕乌拉自然保护区藻类植物采集地点及环境因子Tab.1 The sampling sites of algae and their environmental factors in Saihanwula Nature Reserve

续表1

在各采集点中, 以海青坝和比图河的种类最多, 分别达100种和83种, 牛头白其河种类最少, 为20种。各点中, 基本都以硅藻门、绿藻门和蓝藻门的种类所占比例较高(图2)。

2.2 主要群落类型及分布

赛罕乌拉自然保护区藻类植物主要群落类型有颤藻群落(Oscillatoriacommunity), 胶须藻群落(Rivulariacommunity), 黄丝藻群落(Tribonemacommunity), 无隔藻群落(Vaucheriacommunity), 水绵—双星藻群落(Spirogyra-Zygnemacommunity)等。

颤藻群落(Oscillatoriacommunity) 保护区多处有分布, 如灰通河、红卫水库、比图河等。群落中优势种为弱细颤藻(O.tenuis)、蛇形颤藻(O.anguina)、巨颤藻(O.princes), 颜色多呈蓝绿色, 常混生有硅藻, 如偏肿桥弯藻(Cymbella ventricosa)、箱形桥弯藻(C.cistula)、很小桥弯藻(C.perpusilla)等。

胶须藻群落(Rivulariacommunity) 主要分布于牛头白其河和沙艾河, 生长于水体中的石壁和水底石块上, 群落中优势种为贝克胶须藻(R.beccariana)和饶氏胶须藻(R.jaoi), 颜色呈蓝绿色, 主要附生藻为巨颤藻(O.princes)、箱形桥弯藻 (C.cistula)。

黄丝藻群落(Tribonema

community) 主要分布于海青坝, 生长水体中的石壁上。群落中优势种为近缘黄丝藻(T.affine), 颜色呈黄绿色。主要附生藻为普通念珠藻(N.commune)、球状念珠藻(N.sphaeroides)、变异直链藻(M.varians)、梅尼小环藻(C.meneghiniana)、杆状舟形藻(N.bacillum)、尖细异极藻(G.acuminatum)等。

图2 赛罕乌拉自然保护区各采集点藻类植物组成比例Fig.2 The ratio of algal constitution at each site in Saihanwula Nature Reserve

图3 赛罕乌拉自然保护区各采样点聚类图Fig.3 Tree diagram for sampling sites in Saihanwula Nature Reserve

无隔藻群落(Vaucheriacommunity) 主要分布于灰通河, 生长于缓流中的泥沙上, 群落中优势种为对生无隔藻 (Vaucheria bilateralis), 与之混生的有水绵(Spirogyrasp.)、弧形峨眉藻(Ceratoneis arcus)、钝脆杆藻(Fragilaria capucina)、披针形桥弯藻(C.lanceolata)、尖细异极藻(Gomphonema acuminatum)等。

水绵-双星藻群落(Spirogyra-Zygnemacommunity)

主要分布于灰通河、红卫水库、沙艾河。群落中优势种为水绵(Spirogyrasp.)和双星藻(Zygnemasp.)属的种类, 常混生有绿色丝状绿藻, 如丝藻(Ulothrix)和微孢藻(Microspora)属及硅藻中的披针形桥弯藻(C.lanceolata)等。

2.3 指示藻类及水质评价

根据藻类植物组成和优势种群的变化, 可将水体划分为粪生带、多污带、中污带、寡污带和清水带, 多污带和中污带下又分为α、β和γ型。在赛罕乌拉自然保护区采集到的指示藻类有98种。多污带指示藻类11种, 占指示物种总数的11.22%, 其中3种也同时出现在α-中污带。α-中污带指示藻类43种, 占指示物种总数的43.88%。β-中污带指示藻类有71种, 占指示物种总数的72.45%, 其中24种也出现在寡污带。寡污带指示藻类55种, 占指示物种总数的56.12%。据此可看出, 赛罕乌拉保护区大部分水体属于β-中污带, 另一部分属于寡污带。目前水体状况良好, 尚未受到严重污染。

2.4 不同采样点的聚类分析

以所有标本号为运算单位, 根据其中不同种类的出现与否, 分别赋值“1”或“0”, 采用组平均法对Bray-Curtis相关系数矩阵进行聚类分析, 结果见图3。从图可以看出,在23%水平, 51号标本被分成10组。

从聚类结果可看出, 同一水体各采集样点的种类组成大多相似性较高, 而不同水体采集点间的种类组成差别相对较大。

2.5 采样点环境因子主成分(PCA)分析

对各采集点所记录的6个环境因子(表1)进行主成分(PCA)分析, 经分析得到前3个主成分的贡献率、累计贡献率及原变量在各主成分中的负荷量(表2)。

PCA分析结果显示, 第1、2、3 主成分的特征值分别为2.843、1.231、1.088, 方差贡献率分别为47.386%、20.513%和18.136%。这3个主成分的累计方差贡献率达到了86.035%, 说明它们基本包含了以上6个环境因子的所有信息。

从因子负荷大小看, 第一主成分中的水温贡献率最大, 与排序轴1成负相关, 相关系数绝对值最高(0.485),溶氧也有较高的载荷(0.465)。从图4可以看出, 沿主成分PC1轴, 水温逐渐降低, 溶氧逐渐升高, 说明水体温度降低可使水中溶解氧增高, 有利于藻类植物生长, 反映了气候条件对水生生物的影响。在第二个主成分中, 流速(0.598)、溶氧(0.448)、电导率(0.412)和pH(−0.374)贡献率较大。沿第二轴, 流速、溶氧、电导率和pH逐渐增加, 反映了河床比降及基质对藻类植物生长的影响。

表2 主成分各因子负荷量、特征根与贡献率Tab.2 Factor loading, eigenvalue and cumulative percentage of principal component analysis

图4 赛罕乌拉自然保护区各采样点环境指标因子载荷图(CON, DO, WT, pH, FV, AL)Fig.4 PCA variable loadings plot of the environmental factors in Saihanwula Nature Reserve

从方差贡献率可以看出第一主成分为47.386%, 远远大于第二、三主成分的贡献率20.513%和18.136%。所以各采样点藻类植物分布主要是由第一主成分即水温和溶解氧控制, 其次受控于水体的流速、电导率和pH。

3 讨论

从研究结果可知, 内蒙古赛罕乌拉自然保护区藻类植物以硅藻门种类最多, 其次是绿藻门和蓝藻门植物。这种分布格局实际上是它们对微环境的适应结果。在水体中,种类间复杂的竞争性抑制可使最具竞争力的种类和类群在当时当地占优势。一般在贫营养和中营养程度的水体中,便于运动、体积较小的硅藻较具优势[26]。聚类分析结果也显示, 同一水体各采集样点的种类组成大多相似性较高, 而不同水体采集点间的种类组成差别相对较大。进一步说明水体中藻类植物分布格局与微环境的关系密切。

不同环境因子对藻类的生长有着直接或间接的影响。根据PCA分析结果, 在调查采集区域水体的环境因素中, 水温是影响藻类植物分布最关键的因素, 流速、溶解氧、电导率和pH也在一定程度上影响藻类分布。各个环境因子对颤藻群落的生长未表现出较明显的影响, 使得该群落能够分布在多种不同环境。胶须藻群落多生长在水流较急, 溶解氧高的石壁和石块上。黄丝藻群落分布于低电导的水体。无隔藻群落生长于流速缓慢的泥沙上。水绵-双星藻群落则生长在静水或缓流中。许多学者的研究表明, 不同地区的藻类区系组成及分布, 会受到不同的环境因子影响, 这种影响是各种环境因素共同作用的结果, 而不是某一因素的单独作用[27—29]。

生物监测是对水生态系统环境评价的重要手段。藻类植物作为水生态系统中的重要组成部分, 可以监测和指示其所处环境的污染程度。根据研究结果, 赛罕乌拉保护区大部分水体目前状况良好, 尚未受到严重污染。但随着人为活动的频繁和旅游业的发展, 该保护区藻类植物的多样性也可能会受到一定程度的影响[30—32]。因此, 必须加强对该地区水体的保护, 才能使藻类植物多样性得到保护和发展。

致谢：

野外调查采集得到内蒙古赛罕乌拉国家级自然保护区管理局李桂林局长和鲍清泉、孟达莱同志的大力帮助,特此致谢。

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CHARACTERISTICS OF ALGAE FLORA AND COMMUNITY IN SAIHANWULA NATURE RESERVE, INNER MONGOLIA

CHEN Le, FENG Jia, LIU Xiao-Ling, LI Feng and XIE Shu-Lian
(School of Life Science, Shanxi University, Taiyuan 030006, China)

藻类植物; 群落; 聚类分析; 主成分分析; 赛罕乌拉自然保护区

Algae; Community; Cluster analysis; Principal component analysis; Saihanwula Nature Reserve in Inner Mongolia

Q948

A

1000-3207(2013)02-0376-07

10.7541/2013.30

2011-12-16;

2012-09-17

国家自然科学基金项目(30970187, 30770162)资助

陈乐(1985—), 男, 山西洪洞人; 博士研究生; 主要从事淡水藻类的研究。E-mail: Alexander0351@hotmail.com

谢树莲, E-mail: xiesl@sxu.edu.cn