潘 鴻,周家銳,田坤明,曾 嶸

(遵義醫(yī)科大學(xué) 公共衛(wèi)生學(xué)院,貴州 遵義 563000)

0 引言

樹(shù)皮著生藻類 (corticolous algae)著生于陸生高等植物樹(shù)皮表面，屬陸生藻類中典型的氣生藻類類群。因完全暴露于空氣介質(zhì)中，臭氧、PM10等大氣污染物對(duì)樹(shù)皮著生藻類生長(zhǎng)發(fā)育具有一定的影響，某些特定種類對(duì)不同污染物耐受程度差異[1]使得將其作為大氣污染監(jiān)測(cè)的生物學(xué)指標(biāo)具有一定的可行性。然而，目前國(guó)內(nèi)外的樹(shù)皮著生藻類研究主要集中在物種多樣性編目及區(qū)系分布[2-14]等方面；對(duì)于樹(shù)皮著生藻類與環(huán)境或微生境因素(如光照、溫度和濕度、大氣污染物，樹(shù)皮粗糙程度、樹(shù)干徑流pH等)關(guān)系研究[1,15-17]報(bào)道極少，其研究有待深入開(kāi)展。另外，地理位置和氣候特征不同而導(dǎo)致的藻類物種地理分布區(qū)系差異[2-14]也使得Freystein等[1]提出的關(guān)于大氣污染指示作用的樹(shù)皮著生藻類研究結(jié)果在應(yīng)用與推廣方面存在較大的局限性。

行道樹(shù)作為栽種于道路兩側(cè)用于分割車帶、誘導(dǎo)交通、降噪除塵、美化環(huán)境及調(diào)節(jié)城市小氣候的城市景觀植物，其樹(shù)皮表面著生的藻類植物可能會(huì)受汽車尾氣(光化學(xué)反應(yīng)后產(chǎn)生臭氧)、大氣揚(yáng)塵(不同粒徑的懸浮顆粒物)等大氣污染物影響而呈現(xiàn)出不同的耐受性[1]，從而使得樹(shù)皮著生藻類群落可能形成與之響應(yīng)的物種多樣性特征及群落結(jié)構(gòu)特征。為此，本研究以遵義市主城區(qū)城市主干道的行道樹(shù)樹(shù)皮著生藻類為研究對(duì)象，調(diào)查其物種多樣性，并分析群落結(jié)構(gòu)特征，以期為樹(shù)皮著生藻類區(qū)系研究、物種多樣性及群落結(jié)構(gòu)研究、與環(huán)境/微生境關(guān)系研究以及大氣污染生物學(xué)監(jiān)測(cè)研究等積累基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和資料。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

遵義市主城，地理坐標(biāo)：27°38′～27°44′N、106°52′～106°58′E，屬中亞熱帶高原濕潤(rùn)季風(fēng)區(qū)。2017年平均氣溫為16.3 ℃，平均最高氣溫為20.6 ℃，平均最低氣溫為11.7 ℃；總降水量為13 486.2 mm，年均相對(duì)濕度為79.7%[18]。湘江河為主城區(qū)內(nèi)主要城市河流，交通干道沿湘江河兩岸分布，行道樹(shù)種豐富。

1.2 樣品采集及保存

2017年12月，沿湘江河設(shè)置二球懸鈴木(PlatanusacerifoliaWilld. )和香樟(Cinnamomumcamphora(L.) Presl.) 2種行道樹(shù)分布集中區(qū)域各3處采樣點(diǎn)，采樣點(diǎn)間隔約1.0～1.5 km；每個(gè)采樣點(diǎn)隨機(jī)選擇胸徑>20 cm的同一種行道樹(shù)3株，在距地1.5 m處面向(向水側(cè))和背離(背水側(cè))湘江河的樹(shù)干表面分別采集樹(shù)皮著生藻類樣品。定性樣品用小刀截取面積約2.0 cm × 2.0 cm的樹(shù)皮(從韌皮部處剝離)置于盛有朱氏10號(hào)培養(yǎng)基的標(biāo)本瓶中保存。定量樣品取樣處正上方5 cm范圍內(nèi)采集面積為1 cm2的樹(shù)皮放入無(wú)菌袋中，在室內(nèi)以無(wú)菌刷分離藻類并用固定液(甲醛、丙三醇和水以體積比1∶1∶8)定容至30 mL保存作為定量樣品。

1.3 定性及定量分析

定性樣品在室內(nèi)置于無(wú)菌培養(yǎng)皿中常溫培養(yǎng)7 d后，以手術(shù)刀片刮取樹(shù)皮表面藻類并置于加有1滴50%丙三醇載玻片上制作臨時(shí)裝片(每個(gè)樣品制作3～5張)；依據(jù)文獻(xiàn)描述特征[19-23]結(jié)合顯微鏡(OLYMPUS，CX31)下觀察結(jié)果對(duì)樹(shù)皮著生藻類種類進(jìn)行鑒定。

定量樣品搖勻后吸取0.1 mL置于20 mm × 20 mm的計(jì)數(shù)框內(nèi)，參照文獻(xiàn)[24]方法對(duì)藻類細(xì)胞數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)；同一樣品計(jì)數(shù)至少3次，取細(xì)胞數(shù)在±15%以內(nèi)的3片計(jì)數(shù)結(jié)果計(jì)算藻類密度(新檢出種類納入定性統(tǒng)計(jì)結(jié)果)。

1.4 優(yōu)勢(shì)種及多樣性指數(shù)

Mcnaughton優(yōu)勢(shì)度值(Yi)和Shannon-Weaver 多樣性指數(shù)(H′)參照文獻(xiàn)[24]中公式計(jì)算，式中的fi，Ni和N分別為i物種出現(xiàn)的頻率(定量樣品計(jì)數(shù)出現(xiàn)的裝片數(shù)/總裝片數(shù))、i物種的平均密度和總密度。本研究以Yi>0.10作樹(shù)皮著生藻類優(yōu)勢(shì)種判斷標(biāo)準(zhǔn)。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS 18.0軟件對(duì)樹(shù)皮著生藻類密度在不同朝向以及樹(shù)種間的差異顯著性進(jìn)行單因素方差分析，檢驗(yàn)水準(zhǔn)為α=0.05，P<0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果與分析

2.1 種類組成及分布

由表1可見(jiàn)：室內(nèi)初步檢出樹(shù)皮著生藻類18種，分屬3門3綱7目11科14屬；種類組成以藍(lán)藻門最多，其次是綠藻，硅藻最少。由表2可見(jiàn)：二球懸鈴木和香樟樹(shù)皮上分別檢出15種和10種樹(shù)皮著生藻類，其中有7種藻類在2種樹(shù)皮上均有分布。

表1 行道樹(shù)樹(shù)皮著生藻類種類組成Tab.1 Composition of corticolous algae on the bark of street trees

表2 2種行道樹(shù)的樹(shù)皮著生藻類分布Tab.2 Distribution of corticolous algae among the two species of trees

注:“+”表示該物種在二球懸鈴木或/和樟樹(shù)樹(shù)皮上有分布。

2.2 樹(shù)皮著生藻類密度及優(yōu)勢(shì)種

由表3可見(jiàn)：樹(shù)皮著生藻類總密度為(1.05±0.17)×105cells·cm-2，其中藍(lán)藻、綠藻和硅藻分別為(9.42±1.34)×104cells·cm-2，(8.10±4.90)×103cells·cm-2和(2.78±1.86)×103cells·cm-2；樹(shù)皮著生藻類密度表現(xiàn)為香樟>二球懸鈴木，但均以藍(lán)藻占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)(均>85%)；樹(shù)皮著生藻類密度在2樹(shù)種間的差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=29.534,P<0.001)；不同采樣朝向(向水側(cè)和背水側(cè))間的差異也具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=6.882,P=0.013)，且表現(xiàn)為向水側(cè)>背水側(cè)。

表3 樹(shù)種及朝向的樹(shù)皮著生藻類密度分布(×105 cells·cm-2)Tab.3 Density distribution of corticolous algae on tree species and orientation(×105 cells·cm-2)

由表4可見(jiàn)：2種行道樹(shù)樹(shù)皮著生藻類優(yōu)勢(shì)種(Yi>0.10)均為藍(lán)藻門顆粒粘球藻(G.granosa)和點(diǎn)形粘球藻(G.punctata)，且不同朝向差異較小。

表4 優(yōu)勢(shì)種及Mcnaughton優(yōu)勢(shì)度值(Yi)Tab.4 Mcnaughton dominance value (Yi) of dominant species

2.3 多樣性指數(shù)

由表5可見(jiàn)：樹(shù)皮著生藻類的Shannon-Weaver多樣性指數(shù)(H′)為1.14，其中，背水側(cè)略高于向水側(cè)；香樟略高于二球懸鈴木。

表5 2種行道樹(shù)樹(shù)皮著生藻類群落的Shannon-Weaver指數(shù)Tab.5 Shannon-Weaver index (H’) of corticolous algae community on the 2 species of street trees

3 討論

相對(duì)海洋及淡水而言，陸生微生境中藻類很少受到植物學(xué)家的關(guān)注，對(duì)其多樣性及群落結(jié)構(gòu)知之甚少[16]。對(duì)于著生于樹(shù)皮這一特殊陸生微生境中的藻類多樣性及其群落結(jié)構(gòu)特征則所知更少。已有研究發(fā)現(xiàn)樹(shù)皮著生藻類的種類組成以藍(lán)、綠藻為主[2-17,25]；本研究結(jié)果顯示，遵義市2種行道樹(shù)的樹(shù)皮著生藻類也是以藍(lán)藻(50.00%)和綠藻(38.89%)為主。但不同樹(shù)種間，種類組成特征存在差異：二球懸鈴木的樹(shù)皮著生藻類種類組成為藍(lán)藻種類>綠藻種類，而樟樹(shù)的樹(shù)皮著生藻類種類組成為綠藻種類>藍(lán)藻種類。有研究[2-6]顯示樹(shù)皮著生藻類組成特征與本研究中二球懸鈴木相同；而Neustupa等[7-8,15-16]研究則顯示樹(shù)皮著生藻類組成特征與本研究中樟樹(shù)相同。本研究結(jié)果進(jìn)一步證明了樹(shù)皮著生藻類的種類組成中藍(lán)藻種類>綠藻種類或者綠藻種類>藍(lán)藻種類都是存在的。

Neustupa等[8]研究結(jié)果顯示，不同生境中的相同樹(shù)種(紅木荷，Schimawallichii(DC) Korth)的樹(shù)皮著生藻類組成特征差異明顯，似乎提示樹(shù)皮藻類組成特征與樣品采集地的環(huán)境條件有關(guān)。然而，Neustupa等[8]研究結(jié)果中還顯示，相同環(huán)境條件中不同樹(shù)種的樹(shù)皮著生藻類組成特征并不完全一致；這可能與藻類著生的微生境(樹(shù)皮)條件中的光照、水分及pH等影響其生長(zhǎng)發(fā)育的重要因素差異有關(guān)，因?yàn)镋verhart等[26]研究發(fā)現(xiàn)，不同樹(shù)種的pH值、樹(shù)皮厚度及其吸水率存在差異；Neustupa等[16]研究也發(fā)現(xiàn)不同樹(shù)種的代表光照的開(kāi)放天空比(Open sky proportion，OSP)也存在差異。在Neustupa等[8]研究結(jié)果中還顯示，相同環(huán)境條件中同一樹(shù)種(爪哇厚殼樹(shù)，EhretiajavanicaBL)的樹(shù)皮著生藻類種類組成卻極為相似；但在Neustupa等另外的研究[16]中卻顯示相同環(huán)境條件中同一樹(shù)種的樹(shù)皮粗糙程度相似(可能表明樹(shù)皮吸水率差異較小)，但采樣高度不同，其開(kāi)放天空比(OSP)和pH不同；似乎提示水分可能是影響樹(shù)皮藻類物種組成特征的最為關(guān)鍵的因素，但這有待后續(xù)研究證實(shí)。另外，本研究檢出的藻類物種與其他研究[2-8,15]也存在較大差異，這可能與藻類的地理區(qū)系分布差異有關(guān)。

硅藻在樹(shù)皮著生藻類研究文獻(xiàn)中報(bào)道極少，可能因樹(shù)皮生境難以為硅藻生長(zhǎng)提供所必須的硅元素所致。而遵義市主城區(qū)2種行道樹(shù)的樹(shù)皮上均檢出硅藻分布，可能是由于采樣點(diǎn)位于道路兩側(cè)，頻繁交通產(chǎn)生的大氣揚(yáng)塵中含有少量的硅[27-30]，附著于樹(shù)干表面為硅藻生長(zhǎng)提供條件，然而揚(yáng)塵中的硅溶于水而被硅藻所吸收利用極少，因此，本研究檢出的硅藻細(xì)胞較小。Neustupa等[16]研究顯示：硅藻主要分布在采樣高度1.0～1.6 m之間的樹(shù)皮上，與此次研究采樣高度(1.5 m)相近，似乎表明樹(shù)皮硅藻的空間分布位置可能集中在這個(gè)范圍內(nèi)，但本研究未對(duì)樹(shù)干不同高度的樣品采集分析，而且采集的樹(shù)種相對(duì)較少，因此不確定硅藻在樹(shù)干上的這一空間分布特征是否具有普遍性，這有待后續(xù)研究的開(kāi)展。

在Frestein等[1]研究中，細(xì)克里藻(K.subtile)和小球藻(C.vulgaris)對(duì)臭氧和顆粒物(PM10)耐受性較低。而本研究中，這2種藻類在二球懸鈴木和樟樹(shù)的樹(shù)皮上均檢出，似乎表明采樣區(qū)域大氣中臭氧和顆粒物較低。這與采樣區(qū)域交通繁忙，汽車行駛形成的大氣揚(yáng)塵以及排放的尾氣較多的實(shí)際情況并不吻合，其原因有待進(jìn)一步研究。

本研究中，樹(shù)皮著生藻類的藍(lán)藻密度[(9.42±1.34)×104cells·cm-2]遠(yuǎn)高于綠藻[(8.10±4.90)×103cells·cm-2]，可能是由于藍(lán)藻中某些種類(如顆粒粘球藻和點(diǎn)形粘球藻)具有較強(qiáng)水分涵蓄能力的膠被，可為其細(xì)胞生長(zhǎng)提供較長(zhǎng)時(shí)間水分供給所致，故而此類藍(lán)藻在群落中常形成優(yōu)勢(shì)種。

盡管對(duì)采集時(shí)間相同，采樣高度及朝向、環(huán)境條件幾乎一致，但單因素方差分析結(jié)果卻顯示二球懸鈴木和樟樹(shù)的樹(shù)皮著生藻類密度差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。本研究中，二球懸鈴木為落葉喬木，樹(shù)皮較光滑且薄；而樟樹(shù)常綠喬木，樹(shù)皮粗糙且厚；其樹(shù)皮保水能力、開(kāi)放天空比及樹(shù)干徑流的pH等可能存在差異[16,26]，進(jìn)而影響樹(shù)皮著生藻類生長(zhǎng)發(fā)育導(dǎo)致其密度差異顯著。但本研究未對(duì)2種行道樹(shù)樹(shù)皮吸水率、光照及樹(shù)干徑流pH等進(jìn)行測(cè)量，這有待后續(xù)研究給予完善和補(bǔ)充。相同樹(shù)種不同朝向的樹(shù)皮著生藻類樹(shù)皮著生藻類密度差異也具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，表現(xiàn)為向水側(cè)高于背水側(cè)，則可能是因?yàn)闃?shù)干向水側(cè)對(duì)河水蒸發(fā)形成的水蒸氣攔截致使樹(shù)皮濕度高于背水側(cè)，為藻類提供了更好的生長(zhǎng)條件所致；然而本研究并未對(duì)兩側(cè)的空氣濕度進(jìn)行測(cè)量，這也有待后續(xù)研究給予完善和補(bǔ)充。藻類植物對(duì)環(huán)境變化響應(yīng)迅速，因此，描述其群落結(jié)構(gòu)特征的多樣性指數(shù)常作為環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)的生物學(xué)指標(biāo)。其中，Shannon-Weaver指數(shù)[30]也常寫為Shannon-Wiener指數(shù)[31-34]，是最為常用的水質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)[31-35]?；跇?shù)皮著生藻類數(shù)據(jù)計(jì)算的Shannon-Weaver多樣性指數(shù)(H′)在不同樹(shù)種和整體之間的差異較小，在1.10～1.40之間，似乎表明該指數(shù)可作為空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)。然而，本研究缺少與空氣質(zhì)量較好區(qū)域的樹(shù)皮著生藻類數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析、調(diào)查的行道樹(shù)樹(shù)種也較少；相同樹(shù)種不同采樣朝向間有一定的差異(見(jiàn)表5)。因此，基于樹(shù)皮著生藻類的空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建在方法學(xué)方面的研究尚待進(jìn)一步開(kāi)展。