劳伦琴五大湖底栖藻类群落组成:定性分析

《Journal of Great Lakes Research》:Benthic algal community composition of the Laurentian Great Lakes: A qualitative analysis

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年09月01日 来源:Journal of Great Lakes Research 2.5

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   摘要底栖藻类引起的过度生长、相关海滩污染及其他滋扰情况在全球范围内普遍存在,在劳伦琴大湖区,自至少 20 世纪中叶以来,这些问题就被认定为管理关注的重点。迄今为止,针对大湖底栖藻类群落的研究和管理主要集中在基枝藻属(Cladophora),对其他底栖藻类的研究有限。在此,我们

  

摘要

底栖藻类引起的过度生长、相关海滩污染及其他滋扰情况在全球范围内普遍存在,在劳伦琴大湖区,自至少 20 世纪中叶以来,这些问题就被认定为管理关注的重点。迄今为止,针对大湖底栖藻类群落的研究和管理主要集中在基枝藻属(Cladophora),对其他底栖藻类的研究有限。在此,我们考察了 2018 年至 2023 年间从伊利湖、休伦湖、密歇根湖和安大略湖各两条断面采集样本中的底栖藻类群落组成。我们对 337 条采样记录的分析显示,多种底栖藻类群体共同导致了高生物量水平,具有潜在的滋扰性。除丰富的基枝藻外,我们记录到轮藻、硅藻和不分枝丝状绿藻是底栖藻类群落的主要贡献者,其生物量有时超过 50 g/m2 干重。按深度或月份考察时,群落优势模式在单个断面内总体一致,下部湖泊(伊利湖和安大略湖)断面内的变异性大于上部湖泊(休伦湖和密歇根湖)。

引言

滋扰性藻华,或称 NABs(sensu Waller et al., 2016),是指藻类过量积累导致生态系统或人类使用中断,但不表现出与有害藻华相关的直接毒性的现象。劳伦琴大湖近岸区域的滋扰性底栖藻类生长及相关的湖泊岸边藻类堆积长期以来一直是一个问题,也是研究人员和沿海管理者关注的焦点,堆积导致审美价值丧失、强烈异味以及游泳者和船只的物理通行受限(Depew et al., 2022; Higgins et al., 2008; Shen et al., 2022, Canada-United States, 1972, Canada-United States, 1978, Canada-United States, 2012)。含有基枝藻的藻类堆积已知含有大肠杆菌(Escherichia coli)等细菌(Byappanahalli et al., 2003),而含有 Microseira wollei 的藻类堆积可能含有粪便指示细菌(Vijayavel et al., 2013)。当这些细菌水平升高时,由于潜在的健康风险,可能导致海滩关闭(Depew et al., 2022)。基枝藻也可能携带肉毒梭菌 E 型(Clostridium botulinum),这是导致禽类肉毒中毒的病原体(Byappanahalli and Whitman, 2009; Chun et al., 2013)。在大湖区,自 1960 年代以来,禽类肉毒中毒已造成大规模的鸟类死亡事件(Environment Canada and the U.S. Environmental Protection Agency, 2014)。
底栖藻类堆积造成的滋扰在 1972 年的原始《大湖水质协议》(Canada-United States, 1972)及随后的修正案(Canada-United States, 1978, Canada-United States, 2012)中已被认可,底栖藻类继续被政府机构作为大湖水质的指标进行跟踪(Depew et al., 2022)。尽管底栖藻类报告的主要滋扰发生在岸边堆积,但在大湖区,湖内生物量阈值 > 50 g/m2 藻类干重(DW)已被用作藻华可能导致滋扰情况的指标(参见 Depew et al., 2022 中的讨论)。过度生长的底栖藻类是一个日益被研究的现象,不仅在大湖区,在全球各地的寡营养湖泊中也是如此(Page et al., 2022; Timoshkin et al., 2018)。人们假设滋扰性藻华的近年的扩大是由多种因素引起的,包括入侵物种、气候变化和污染(Vadeboncoeur et al., 2021)。然而,由于监测底栖藻类系统的后勤限制,底栖藻类仍然比浮游植物研究得少。
此前关于大湖底栖藻类堆积的研究主要集中在基枝藻属作为主要或唯一的贡献藻类分类群(Byappanahalli et al., 2003; Higgins et al., 2005; Shen et al., 2022)。然而,一些作者将堆积视为藻类的混合组合(Barton et al., 2013; Higgins et al., 2008),特别是在休伦湖的萨吉诺湾,堆积通常被称为“淤泥”,包括多种类型的藻类、大型植物和浮游生物(Kashian et al., 2019)。在关于湖内底栖藻类生长的有限研究中,对基枝藻属作为优势藻类分类群的关注甚至更加明显(Auer et al., 2010; Depew et al., 2011; Hecky et al., 2004)。底栖藻类的群落组成对堆积条件(Kashian et al., 2019)、食物质量(Brett and Muller-Navarra, 1997; Vadeboncoeur and Power, 2017)以及微塑料积累和进入食物网(Peller et al., 2021; Kostelnik et al., 2025)具有潜在的滋扰和生态意义。
本研究利用 2018 年至 2023 年间从美国水域伊利湖、休伦湖、密歇根湖和安大略湖近岸区域(3、6 和 10 米深度)采集的活体附着底栖藻类的现场、实验室和显微观察来量化藻类群落组成。虽然我们的初始目标仅限于考察基枝藻的丰度,基于其作为滋扰情况贡献者的记录,现场和实验室人员注意到了其他藻类类型的存在,有时丰度很高。项目方法随时间调整以更好地量化这种藻类多样性。在本分析中,我们总结了观察结果,并描述了湖泊之间、季节性以及沿深度梯度的藻类群落组成模式。

章节片段

概览

本分析使用了美国地质调查局(USGS)数据发布“劳伦琴大湖区底栖藻类群落组成(2018–2023 年)”(Hatfield et al., 2024)中的底栖藻类群落组成数据,以及美国地质调查局数据发布“Cladophora 生物量及大湖区收集的支持数据,[年份]"中的底栖藻类生物量数据,其中 [年份] 是 2018 年至 2023 年间的单独一年(Eagan et al., 2025; Giordano et al., 2024; Przybyla-Kelly et al., 2020a; Przybyla-Kelly et al., 2020b; Przybyla-Kelly

整个研究期间的藻类群落组成

在 337 次站点采样事件中,13% 的藻类生物量 > 50 g/m2 干重。生物量观察值 > 50 g/m2 干重频率最高的断面的 MSB,为 36%。在 HHB 和 OIR 这两个断面,记录的藻类生物量从未 > 50 g/m2 干重。每个断面在其夏季月份(六月、七月和八月)记录了最大的藻类生物量。八个断面中有六个在其 3 米站点记录了最大的藻类生物量(图 2)。这两个例外是 MWA,

概览

对 2018 年至 2023 年收集的 337 个站点样本的分析显示,多种底栖藻类类别在密歇根湖、休伦湖、伊利湖和安大略湖中贡献了高生物量水平,具有潜在的滋扰性。除了高含量的基枝藻外,我们在多个断面记录到轮藻、硅藻和 NBFGA 是藻类群落的主要贡献者,生物量为 > 50 g/m2 干重(图 2,虚线框),以及藻类群落存在于最大藻类生物量(g/m2

稿件准备过程中人工智能及人工智能辅助技术的声明

在本工作的美国地质调查局内部审查期间,一名美国地质调查局审查者使用了 ChatGPT 以提高第 2.5 节中一段话的清晰度。作者审查了这段话,使用了审查者建议的一些语言,并进一步进行了编辑。作者对已发表文章的内容承担全部责任。

CRediT 作者贡献声明

玛德琳·贝茨:写作 – 审查与编辑,写作 – 原稿,可视化,验证,方法论,调查,形式分析,数据管理,概念化。杰西卡·奥斯瓦尔德:写作 – 审查与编辑,写作 – 原稿,可视化,验证,方法论,调查,形式分析,数据管理,概念化。扎卡里·哈特菲尔德:写作 – 原稿,可视化,验证,方法论,调查,形式分析,数据管理,

利益冲突声明

作者声明以下财务利益/个人关系可能被视为潜在的利益冲突:[作者是本刊的编委会成员/主编/副主编/客座编辑,未参与本文的编辑审查或出版决定]。

致谢

本研究使用的样本作为大湖基枝藻评估的一部分收集,资金来自美国环境保护署(EPA)在美国大湖修复倡议下对美国地质调查局(USGS)的拨款。我们感谢美国地质调查局基枝藻潜水、现场和实验室团队在获取和准备藻类样本方面的协助,感谢 David Bennion 生成断面地图。我们要感谢三位美国地质调查局审查者在撰写本手稿过程中提出的有益评论。任何商标、产品或公司名称的使用仅供描述性
玛德琳·贝茨|杰西卡·奥斯瓦尔德|扎卡里·哈特菲尔德|卡塔日娜·普热比尔卡 - 凯利|玛丽·安妮·埃文斯
美国地质调查局,大湖科学中心,印第安纳州切斯特顿 46304,美国
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