可变性浮游植物结构的组合与人为干扰在突尼斯南部海岸

文摘

我们调查了工业废水对浮游植物的影响组合在突尼斯南部(Skhira)。我们专门处理微藻成分变化引起的人为干扰。分层抽样设计用于比较浮游微藻一个干扰站和一个控制站之间的结构。样本收集的2012年8月在5米深度潜水。总共有76微藻类分类单元中被确认。腰鞭毛虫丰度很低的干扰,尤其是Gonyaulacales和原甲藻目由于P-limitation,而硅藻和蓝藻细菌丰度较低的控制站的特点是Si-limitation。

1。介绍

海洋生态系统是特别容易受到环境变化和许多人,目前,严重退化(1]。优质水的可用性是一个必不可少的功能,保护生物多样性。近年来,人口的增加和工业活动导致更快的许多沿海生态系统的退化。城市的排放,工业和农业废物增加了水体的各种有害化学物质的量子大大改变他们固有的物理化学特征(2]。

浮游植物构成的基本组件水生食物链。他们作为初级生产者和代表自己是直接为其他水生动物的食物来源(3]。量化的浮游植物群落组成是必不可少的理解海洋生态系统的结构和动力学(4]。同样重要的是评估的作用的物理和化学过程的生物生态系统的响应。相互作用的物理、化学和生物学性质的水最常导致浮游植物的生产,而他们的组合(组成、分布、多样性和丰富)由这些因素也是结构化。

因此,重要性进行研究的城市和工业压力对浮游植物动力学的影响人类活动的影响和控制条件。在突尼斯南部,我们分析了浮游植物多样性和丰富,问如果人为扰动,如工业废水导致的变化。

我们试图回答以下问题:如何营养浓缩引起的人为干扰影响浮游植物的丰度和物种组成社区?我们因此而浮游植物组合站暴露于工业废水和控制站和使用分层抽样调查了他们在空间尺度上的变化设计(5]。

2。材料和方法

2.1。研究区域

这项研究是在两个取样站(图进行1),100公里之遥,选择在2012年8月;未受污染的站在突尼斯的东部,马赫迪耶(M)其中43 (35°35′′′N 11 42°05′′′E),被选为控制站,Skhira (K) (34°19′。179′N 10°11′.706′′E)被选为干扰站,海湾的局部加布。这个站暴露,自1988年以来,工业废水从磷酸和化肥生产的“Groupe Chimique Tunisien”(GCT)。这些工业活动影响海洋生态系统(6]在海草床的恶化7,8钓鱼[]和下降9]。所有站的采样深度是5米。

2.2。采样和数据收集

按照分层抽样设计,三个站点(500除外)在每个车站中随机挑选。在每个站点上,三个复制水样收集每个站点的营养分析。使用125毫升塑料瓶采集标本,用盐酸治疗之前收到。返回到表面上,样本被动摇,然后过滤,0.45μ过滤器(醋酸纤维素,17毫米)。样品在液氮冷冻运输到实验室,那里的浓度,,,Si(哦)₄溶解,总氮(TN)和总溶解磷(TP)测量以下标准比色技术10]。

在每个站点、温度、盐度、pH值测量取样后立即使用多参数工具包(多340 i /集)。测定悬浮颗粒物(SM)浓度,水样本过滤preweighed GF / C绘画纸过滤器(孔隙大小0.45点),而随后在80°C干24 h和reweighed [11]。

浮游植物枚举,三个复制水样(相隔100米,5米深度)选择相同的网站。水柱样本,使用1公升玻璃瓶取样器降低了从附近的表面下,由潜水的时候。中午所有样本收集。

样本与浓碘溶液固定,最后保存在5%福尔马林。抽样的水域都是在环境温度保持在黑暗中,直到他们的显微观察。解决长玻璃管用于沉积过程是由21厘米长,2厘米宽的基板包含一个盖玻片的藻类解决。混合样本,瓶子来回轻轻倾斜浇注前的10倍(12]。50毫升子样品注入沉降室和接受24小时。次级样本检查在介质(×200)倒置显微镜放大通过扫描的整个表面沉降室枚举附生植物的微藻(12,13]。微藻个体的总数()包含在1升表示为每升是通过个体数量的转换:= (×1000)/,=个人计算和的数量=沉降室的体积(50毫升)13]。所确定的分类单元被划分为组(硅藻、甲藻和蓝藻)。

2.3。数据分析

数据测试正常使用Kolmogorov-Smirnov测试(14使用科克伦的)和异方差性必要时测试和转换(5]。

物种丰度和非生物之间的关系参数检查使用联系引物的过程。相当于一个非参数相关壁炉架测试(15];它评估矩阵之间的对应程度,通过随机测试,它提供了一个衡量关系的统计学意义(16]:矩阵的相似性浮游植物物种丰度(基于Bray-Curtis系数转换数据)与一个矩阵非生物之间的相似性参数(基于欧氏距离转换数据)。之间的任何关联矩阵的意义与随机测试评估。

分析相似(ANOSIM)随机测试是用来测试的不同社区组成(有/没有改变数据存在)和物种丰度的差异(控制和干扰电台之间转换数据)(17]。使用的差异发现使用ANOSIM随访假笑分析,以确定哪些物种主要是观察到的差异占网站。傻笑生成一个排名的物种负责显著差异。这些分析使用一个矩阵由Bray-Curtis相似系数与生成改变物种丰度数据13]。

方差分析(方差分析)是用来测试的假设每一组丰富的类群之间的不同干扰和控制站13]。因素是固定的。相同的设计是用于营养浓度、pH值、温度、和悬浮物。图基HSD测试申请多个比较的意思。

典范对应分析(CCA),直接梯度分析技术(18),用于研究微藻物种和环境参数之间的关系。微藻大量数据转换前的分析为了稳定方差和优化数据集内的信噪比。Downweighting稀有物种了。向前选择和蒙特卡罗排列相关测试(499无限制的排列)被用来确定环境变量的子集,主要的物种丰度的环境参数数据集。更好地描述了物种的分布数据先验确定了选择(18]。在模型中仅包含了重要的环境变量。相同的步骤是重复使用物种丰度和营养比例(Si: N, N: P, Si: P)。CANOCO 4.5 (Scientia软件)使用软件。

3所示。结果

扰乱车站(K)表现出相当铵的浓度更高,Si(哦)₄、TP、TN和更高的pH值和温度。磷酸是高控制站(M)(表1)。我们也计算营养比例;N / P比值(DIN (DIN =)(浸=)在扰乱车站(K)(平均数±标准差)在控制站(M),平均干扰站高于Redfield比率(16),这表明潜在P-limitation站。Si / N比率和分别在干扰和控制站。Si / P比值和分别在扰乱车站和控制站,这表明潜在Si-limitation控制站。

有关测试的结果表明,有一个物理化学参数和物种丰度之间的相关性(斯皮尔曼等级相关统计,ρ= 0.484)。所有的999个随机排列导致相关的测量值等于或大于0.484,表明相关性是显著的的水平。

浮游植物,76种计算包括控制站(M) 54和74种干扰站(K)(表2)。分析相似(ANOSIM)的浮游植物微藻类物种丰度改变显示显著差异(;)和控制站之间的干扰。得到了类似的结果(;)使用存在/没有改变数据显示,站之间的不同是由于两个物种组成及其丰度。

甲藻、硅藻和蓝藻在水体(图是很常见的2)。丰度的这些组包括单变量方差分析。物种的数量(年代)是高污染站(F_(1;17)= 6.95,)。钩鞭藻站之间显著不同(F_(1;17)= 5.66,)高的丰度控制站(图基的测试)。钩鞭藻分组时,原甲藻目和Gonyaulacales发现了显著差异F_(1;17)= 6.17,和F_(1;17)= 12.49,、职责)在控制站更丰富。硅藻丰度高(F_(1;17)= 16.39,在干扰站()K)和专门为中心的硅藻(F_(1;17)= 7.16,)。蓝细菌丰度也更高(F_(1;17)= 12.61,在干扰站()K)。没有显著差异总丰度和记录H′指数。

的相似性百分比分析(傻笑)显示,平均之间的不同控制和干扰组高(86.31%)。这个程序还允许确定物种造成这不同;他们是Coscinodiscussp。Nitzshoidessp。Chaetocerossp。淡水藻类的一种sp。Gyrodiniumsp。Biddulphiasp。Striatella unipunctata,这种sp。Leptocylindrussp。Scrippsiellasp。更丰富的物种在扰乱车站(K)Biddulphiasp。Polykrikossp。Pleurosigmasp。Coolia monotis,和Amphidinium carterae(表4)。物种丰度较高的控制站Ostreopsis ovata,Coolia monotis,Prorocentrum利马,Pleurosigmasp。Peridiniumsp。Pinnulariasp。Polykrikossp。

CCA分析使用所有测量物理化学参数(表5)表明,轴(特征值= 0.493)和第二轴(特征值= 0.154)表示47.5%的累积方差species-environmental变量。特征值(与CCA值)计算与分析蒙特卡洛试验被用来选择四个环境变量统计学意义(更好的解释物种组成的变化(81.88%):他们是Si(哦)₄,、TN和悬浮物(33.72%,9.41%,10.18%,和11.86%的总方差,职责)。triplot图(图3)干扰站样本(K)分组在权利和与轴,这是定义的环境变量Si(哦)₄,、TN和悬浮物(intraset相关性−0.955−0.613−0.588−0.497、职责)。

CCA分析使用营养素的比例(表5)表明,轴(特征值= 0.153)和第二轴(特征值= 0.104)表示45.20%的累积方差species-environmental变量。蒙特卡罗试验表明,营养比例都是统计学意义()和解释45.22%的变异的物种分类详细Si: P (55.04%)、N: P(24.65%),和Si: P(20.3%)的总方差解释道。triplot图(图4)干扰站样本(K)分组正确的并与轴,这是定义的营养比例N: P, Si: N,和Si: P (intraset相关0.720−0.761和0.877,分别地)。大多数硅藻物种与K样本(干扰站),而M样本(控制站)与鞭毛藻类物种(图4)。

4所示。讨论

我们的结果表明,浮游植物的丰度和组成不同的干扰和控制站之间。鞭毛藻类丰富,尤其是订单原甲藻目Gonyaulacales,低干扰站与硅藻,更丰富。浮游植物变异之间的控制和干扰条件类似发现本卜拉欣et al。19在突尼斯南部(加布湾),由王et al。20.在白洋淀湖(中国),戴维斯和Ugwumba [21在Okpoka溪(尼日利亚)。此外,一些施肥实验显示变化之间的相对优势藻类物种,与转向蓝藻(2和硅藻22]在营养浓缩。

干扰站的高物种数量反映了增强营养丰富,在其他的研究报道中心的丰度高的有翼的硅藻(23,24]。同样的观察是在黎巴嫩沿海水域25]。事实上,Egge和Aksnes [26)和Fouillaron et al。27]表明硅藻总是数值控制浮游植物社区当硅酸(DSi)浓度高于2μm .之前有研究表明,营养丰富,物种组成的变化(1,21,28]。然而,每个microalgal组显示一个独特的空间格局,以应对N和P浓缩(2]。我们的数据表明,有一个增加的硅藻和蓝藻干扰站与控制。的坚持下,淡水藻类的一种sp。这是丰富的Skhira站(表中3)是污染指示种通常与水体富营养化(29日)和被记录在Okpoka溪(尼日尔)由于增加了大量营养物质从人为输入21]。

浮游植物物种以不同的方式应对营养丰富,可能根据他们的生命周期特征,如增长率和他们的吸收能力30.]。根据le point et al。31日],很难预测哪一组会青睐的适度摄入营养。例如,林等。32)发现营养浓缩(,,,单独或组合)没有导致浮游植物的丰度的增加。这些社区回应以复杂的方式增加营养。季节性影响微藻营养浓缩的反应似乎是重要的(33]。

我们的研究结果表明,Si(哦)₄和氮(NT)因素导致不同的电台之间的物种丰度(CCA;图3)。事实上,硅(Si)扮演了最重要的角色在硅藻在甲藻的生长发育主要是由磷(P)的可用性(34,本研究]。当磷负荷增加,转变从硅藻、甲藻观察(35]。Krumme和梁36和穿et al。28)发现硅藻丰度和高营养浓缩站的物种组成。有翼的和中心硅藻对干扰的反应不同。事实上,我们的研究结果显示,中心硅藻高干扰车站,结果发现也由哈里森et al。37]。事实上,硅藻有能力快速的细胞分裂和增长率(5.9天⁻¹)通常远高于那些甲藻(2.7天⁻¹基于等效身体质量(38]。

16:1的标准摩尔Redfield比(N: P)水柱历来被认为是决定因素是否存在潜在的N -或P-limitation浮游植物为一个特定的生态系统(39,40]。如果的比例溶解无机氮(DIN)相比,溶解无机磷(DIP)大于16:1和营养限制,系统被认为是P-limited [41]。我们的数据使我们能够突出,干扰站被轻微P-limitation特征,这是众所周知的,诱导合成的碱性磷酸酶,美联社等大量的浮游植物物种适宜catenella(42),Ptychodiscus短(43),Karenia mikimotoi(44),Gymnodinium catenatum,和适宜tamarense(45]。美联社是一种酶用于转换计划(溶解有机P)生物利用率下降的裂开P(溶解无机P)夹住分子(42,46]。一些硅藻也产生美联社,包括Pseudo-nitzschia,Chaetoceros,Skeletonema(41,47]。但以前的研究(41,47)表示,一些浮游植物组织(甲藻、颗石藻)可能更有P-requirement和利用计划更容易比硅藻通过AP的生产。

我们还发现一个强大的Si-limitation控制站中似乎是主要驱动力之间的差异在硅藻组合控制和干扰情况。本站显示低丰度的硅藻(图4、表4)而不安。这个结果是由以前的研究也发现(1,21,34,35]表明,增加N:如果比比例的增加在鞭毛虫和减少硅藻丰度(1]。

物种丰度和组合两个站之间的差异不能只分配给营养丰富;许多其他因素可能会影响他们的分布,比如水运动(1),光强度(2),重金属污染。例如,在Skhira站(K),有磷酸治疗工厂污染水和沉积物镉、汞、砷,等等,据Smaoui-Damak et al。6]。

phytoplankton-grazer交互也起着重要的作用在控制微藻的丰度和多样性。事实上,浮游生物是一系列食草动物的食物来源,影响他们的多样性和丰富(48]。

本研究强调了浮游植物的使用组合在海洋生态系统人为干扰的一般指标。很明显,营养加载和浊度的影响可以描述在浮游植物的群落结构和多样性。研究期间(8月),营养浓缩(主要是Si(哦)₄和)和浊度是与增加硅藻和蓝藻和减少甲藻丰富,特别是Gonyaulacales和原甲藻目。Si - P-limitation在研究网站的存在似乎是浮游植物组合差异控制的主要因素和干扰条件。

附录

见表2。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者希望承认使用Maptool程序进行分析和图形。他们感谢文博士和艾哈迈德·奥马尔·Mabrouk和Groupe Chimique Tunisien(资本利得税Skhira工厂)必要的帮助。他们也感谢罗伯特·Patzner教授和评论家对他的评论,提高论文的质量。此外,他们感谢所有团队的《海洋生物学专业和快速反应。

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