湖泊蓝藻水华对纤毛虫群落的影响机理研究—以巢湖为例

Ciliated protozoa are indispensable components in aquatic microbial food webs. They play an important role in flows of matter and energy. Generally, the standing crop of ciliates is positively correlated to water trophic status, but was not correlated during bloom events. In previous reports, in summer and autumn, cyanobacterial blooms developed, the ciliated plankton then decreased to undetectable densities. According to a recent study, however, wildly shifts in the main functional feeding groups of ciliates occurred when exposed to cyanobacterial blooms, and then ciliates reached a peak. The reason for the functional shifts is not clear. We speculate that cyanobacteria may have a phase-specific effect on ciliate community structure, through regulating both bottom-up (food resources) and top-down (predators) variables. In this study, ciliate community composition will be investigated in eutrophic Lake Chaohu, using the quantitative protargol stain approach. In the indoor culture experiment, dynamics of ciliate population will be monitored when feeding with cyanobacteria. The field investigation and experimental studies will be conducted to clarify the bottom-up versus top-down effects on ciliates of cyanobacterial blooms, combining with dynamics of ciliated functional feeding groups. Our speculation will also be tested. This study will deepen the understanding in impacts of cyanobacterial blooms on microbial food webs.

纤毛虫是微食物网的重要组成部分，在湖泊物质循环和能量流动中起着关键作用。一般认为，纤毛虫的现存量与水体营养水平呈正相关，随着蓝藻水华暴发，正相关关系消失，其现存量往往急剧减少。据最新研究发现，水华暴发前后纤毛虫主要食性功能群变化剧烈，其总量也明显增加。但是目前对于蓝藻水华在其中的影响及其机理尚不清楚。本项目假设：蓝藻水华可通过影响食物资源（上行控制）和捕食者（下行控制）来影响纤毛虫群落结构，而且其影响随蓝藻水华发生发展阶段而变化。拟使用定量蛋白银法，分析大型富营养化湖泊—巢湖浮游纤毛虫生物多样性及其群落的时空分布特征；通过室内培养试验，探索水华蓝藻对优势纤毛虫的影响；通过野外调查和原位模拟实验，查明纤毛虫在水华不同阶段的群落动态及响应机理。通过本项目的研究，将验证假设是否成立，并阐明蓝藻水华对纤毛虫的影响及其生态学机理。研究结果有助于深入了解湖泊蓝藻水华对微食物网结构和功能的影响。

浮游纤毛虫是淡水微食物网的重要组成部分，在湖泊物质循环和能量流动中起着关键作用。以往研究一般认为，纤毛虫的现存量与水体营养水平呈正相关，而蓝藻水华暴发会导致其现存量急剧减少。本研究则发现，巢湖蓝藻水华暴发对纤毛虫的影响不仅仅是增加或者减少其现存量，而是在不同暴发阶段对纤毛虫群落结构（尤其是不同食性功能群）存在不同的显著影响。本项目主要研究内容及结果为：（1）通过周年监测发现，巢湖全湖总氮、总磷年均含量分别为3.0±1.4和0.06±0.05 mg/L；浮游纤毛虫共检出98种（属），全湖年均丰度为44.6±36.3 cells/mL，年均生物量为602.5±583.2 μg/L；浮游植物年均丰度2.9×107 cells/L，年均生物量5.2 mg/L；后生浮游动物年均总丰度391.3 ind./L，年均生物量3.2 mg/L；（2）在巢湖蓝藻水华不同阶段，纤毛虫种类组成及食性功能群分布有明显不同：在水华潜伏期（3-5月初），纤毛虫生物多样性、总丰度和总生物量均为全年最低，混合营养型的纤毛虫（如绿急游虫Strombidium viridis、双叉弹跳虫Halteria bifurcata）较多；水华暴发和持续期（6-8月），其生物多样性、总丰度和总生物量出现全年最高值，其中食菌纤毛虫（如大弹跳虫Halteria grandinella、趣尾毛虫Urotricha farcta）和混合营养型的较多；水华衰亡期（9-11月）初期，纤毛虫生物多样性、总丰度和总生物量维持高密度，但后期逐渐降低，主要以食菌者为优势种，但杂食者如板壳虫Coleps hirtus也属常见；水华越冬休眠期（12、1、2月），以食藻者（主要是寡毛类如裂隙虫Rimostrombidium brachykinetum、杯铃壳虫Codonella cratera，及前口类浮游藤壶虫Balanion planctonicum和钩刺类顶口睥睨虫Askenasia acrostomia）为主；（3）结合室内培养试验和野外受控试验，通过统计分析显示，蓝藻水华对纤毛虫的直接影响（如藻毒素危害和提供附着基）可能较小，其主要通过与后生浮游动物（形态干扰和捕食作用：枝角类-春季潜伏期和越冬期、哲水蚤-越冬期）和可食藻类（主要是隐藻，资源竞争）、细菌（碳供给）的交互作用来间接影响纤毛虫功能群分布。