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浮游动物作为淡水生态系统的重要组成部分,在水生态系统结构和水环境功能中起着重要的作用。不同的水环境具有不同的浮游动物类群,同时浮游动物群落又会对水环境产生影响。近年来,随着水环境污染的加剧,尤其是水华水体的频繁出现,浮游动物群落由于其在水生态系统中的重要地位及其响应环境的灵敏性得到了越来越多的研究。然而,由于其组成复杂及水体生态系统的多样性,浮游动物群落随水环境变化的机制还不是很清楚。本论文通过在群落水平上研究几种不同水体中浮游动物的变化趋势及其与水环境改变之间的关系,并结合遗传及分子技术探讨了浮游动物群落对水环境改变的响应机制。主要研究结果如下:
(1)物群落组成存在差异。河流中主要以小型浮游动物(原生动物、轮虫)为主,其在种类数量和物种丰度上都占据主导地位,但浮游动物的生物量主要由枝角类和桡足类决定;微咸水湖泊中的浮游动物群落具有较低的物种多态性和物种丰度(如博斯腾湖中的浮游动物平均多样性指数为1.58,平均物种丰度为388ind/L),且存在许多适宜生活在水草丰富地区的物种以及适应盐水环境的物种;严重富营养化水体中的浮游动物物种多态性较低,但特定物种(如聚钟虫Campanella、纤毛虫等)能得到大量的繁殖,而随着水体营养水平的下降,这些物种迅速减少,浮游动物群落物种多态性也随之升高。
(2)物群落对环境的短期响应体现在其对环境改变的敏感性上。在镇江保护区水体中,主航道中的浮游动物群落相比保护区更为敏感,其季节变动也更大,而受干扰较少的保护区水体中的浮游动物群落则更为稳定,其物种丰度、物种多样性及生物量都要高于其它区域;在太湖水华爆发严重的水体中,随着水体营养水平的调控,浮游动物群落变化明显,适合生活在高营养水平的浮游动物物种丰度迅速减少,而适合生活在低营养水平的物种则得到快速恢复,浮游动物群落的物种多态性和物种均匀度也得到迅速增加。
(3)物种相关性与环境压力密切相关。随着太湖水体营养水平的降低,浮游动物群落的系统发育变异程度(PSV)值明显减小,且典范对应分析(CCA)表明,PSV值与水体营养水平存在明显的正相关性,说明随着水体环境压力的减小,浮游动物物种间的相关性明显降低,造成浮游动物群落物种多态性的增加。
(4)对环境的长期响应体现在其对环境改变的适应性上。对新疆干旱地区微咸水湖泊——博斯腾湖的研究表明,由于对微咸水环境的长期适应性进化,博斯腾湖中出现了较多的盐水适应性物种,且其优势类群多为能适应微咸水或咸水的物种;冗余分析(RDA)也表明浮游动物群落对湖泊盐度并不敏感,体现在浮游动物物种丰度与湖泊矿化度和电导率不相关,说明在博斯腾湖水50年来的逐渐盐化过程中,浮游动物群落中的物种不断的得到筛选,并最终保留下来了能适应微咸水环境的类群。
(5)随着水质环境的改变呈现季节性变化。对武汉东湖轮虫亚群落的周年性研究表明,夏季轮虫物种数最多(各站点间平均值为12种),冬季物种数最少(平均为5种)。轮虫丰度最高值也出现在夏季(各站点间平均丰度为3420ind/L),最低值出现在冬季(平均为276ind/L)。各采样点物种丰度与水环境因子的主成分分析(PCA)表明,水温和总磷是影响轮虫丰度的最重要因子。随着水体温度以及水体中总磷浓度的变化,轮虫各物种丰度出现明显的季节性变化。
(6)遗传多态性也随着水质条件的改变呈现季节性变化。对不同季节样品的轮虫18SrDNA克隆文库分析发现,夏季和春季样品较为接近,且不同样品间的遗传差异较小,而冬季和秋季样品较为接近,且轮虫亚群落遗传多态性表现出较高的异质性。说明夏季和春季较高的环境压力(尤其是较高的总磷浓度)降低了轮虫种群间的异质性。