扎龍濕地浮游植物群落結構特征與水質評價1)

于洪賢 趙 菲

(東北林業大學，哈爾濱，150040)

扎龍濕地位于黑龍江省西部松嫩平原、烏裕爾河下游，地理坐標為東經 123°51'30″～124°37'30″，北緯46°48'00″～47°31'30″，總面積達 21 萬 hm2，是我國同緯度地區保存最完整的濕地生態系統。扎龍自然保護區始建于1979年，1987年被批準為國家級自然保護區，1992年被列入國際重要濕地名錄［1］。扎龍濕地地質構造古老、植被類型多樣，是我國溫帶濕地生態學、生物學研究的良好基地。浮游植物是濕地生態系統中重要組成部分，是濕地食物鏈的基礎環節、水環境有機物的生產者，一方面對水環境的變化反應極為敏感，另一方面又會對生態系統產生直接或間接的影響［2］。因此，對扎龍濕地浮游植物的群落結構特征和生物多樣性等進行調查，可以為該區域的漁業生產和環境保護等提供有效的科學依據。本文通過對扎龍濕地浮游植物的測定和鑒別，從水生生物學的角度對該地區水體的污染程度進行監測和評價。

1 研究方法

1.1 樣品采集與布點

在扎龍濕地共設置7個采樣點，分別在2011年夏季的7月和秋季的9月進行采樣。每個采樣點都采用Garmin公司生產的GPSl2型全球衛星定位系統定位。采樣點具體位置見表1和圖1。

圖1 采樣點分布

1.2 樣品處理

浮游植物定性樣品使用25號浮游生物網，在水中作“∞”形拖動提取。浮游植物定量樣本使用有機玻璃采水器，采水樣1 L后，立即加入魯哥氏液固定，沉淀24 h后利用虹吸法濃縮至30 mL。在實驗室內，吸出0.1 mL水樣置于0.1 mL的計數框內，在40倍的顯微鏡下對浮游植物進行物種的鑒定和計數［3－4］。在定量的過程中，同一樣品分別取兩次樣品計數，取其平均值為計算結果。

表1 采樣點布置

1.3 數據處理

1.3.1 浮游植物的豐度

每升水樣中浮游植物數量(N)可用公式(1)計算［5］:

式中:N為1 L水樣中浮游植物的個體數(ind.);Cs為計數框面積(mm2);Fs為一個視野的面積(mm2);Fn為計數過的視野數V為1 L水樣濃縮后的體積(mL);v'為計數框的容積(mL);Pn為Fn個視野中所計數到的浮游植物個體數(ind.)。

評價標準:浮游植物數量小于3×105ind.L－1為貧營養型;數量范圍在(3 ～10)×105ind.L－1為中營養型;數量大于 10 ×105ind.L－1為富營養型［6］。

1.3.2 浮游植物的生物量

生物量隨浮游植物的大小、體積變化而有所差別，因此將豐度和生物量一起評價水質會更客觀。依據《水生生物學》［5］和《中國淡水藻類》［3］，用浮游植物的豐度乘以其濕重，計算得出生物量。

評價標準:生物量的范圍在1～1.5 mg·L－1為貧營養型;生物量為1.5～5 mg·L－1為中營養型;生物量大于5 mg·L－1的水質為富營養型［6］。

1.3.3 浮游植物多樣性指數

香農—威納指數(shannon － weave:index)H'［7］:

式中:ni為該采集樣本中第i種浮游植物的數量;N為樣本中出現浮游植物的總個體數。

評價標準:H'＞3.0為水質輕度污染或無污染;H'在1.0～3.0間為水質中度污染(其中1～2為α－中污，2～3為β－中污);H'＜1.0為水質重度污染［8］136。

均勻度指數(Pielou)J'［9］:

式中:S為采集樣本中浮游植物的種類總數;H為Shannon－Wiener指數。

評價標準:J'在0.5～0.8間為水質輕度污染或無污染;J'在0.3～0.5為水質中度污染;J'在0～0.3 為水質重度污染［8］136。

物種豐富度指數 d(Margalef’s index)［10］:

評價標準:d＞3.0為水質輕度污染或無污染;d在1.0～3.0間為水質中度污染(其中:1～2為α－中度污染;2～3為β－中度污染);d＜1.0為水質重度污染［8］136。

物種優勢度指數 y(Mcnaughton index)［11］:

式中:fi為該物種在所有地點中出現的頻率。

評價標準:頻率＞65%的浮游植物認定為該地區浮游植物的常見種［12］16;y＞0.02為該地區的優勢種［12］12。

2 結果與分析

2.1 浮游植物的群落組成及季節變化

夏季7月份和秋季9月份，在扎龍濕地采樣中共鑒定浮游植物7門60屬112種。其中:綠藻門的種類最多，27屬47種，占42%;硅藻門次之，19屬45種，占40%;藍藻門9屬11種，占9.8%;裸藻門3 屬3 種，占2.8%;隱藻門2 屬2 種，占1.8%;金藻門2屬2種，占1.8%;甲藻門1屬2種，占1.8%。

扎龍濕地浮游植物群落結構隨季節交替有明顯變化，秋季(9月份)浮游植物的數量相對夏季(7月份)明顯減少，豐度從夏季的1 099.2 ×104ind./L－1下降至秋季的674.4 ×104ind./L－1，減少了38.6%。在兩個季節中，硅藻門的數量最多，分別達到631.2×104ind./L－1和 487.2 ×104ind./L－1，各占總數量的57.4%和44.3%;其次是綠藻門，分別達到 238.8 ×104ind./L－1和 135.6 ×104ind./L－1，各占總數量的21.7%和 12.3%。見表 2。

2.2 常見種和優勢種的變化

根據頻率＞65%為原則確定常見種［12］16。扎龍濕地夏季常見種有:硅藻門的短小舟形藻(Navicula exigua)，放射舟形藻(Navicula radiosa)，雙頭舟形藻(Navicula dicephala)，變綠脆桿藻(Fragilaria virescens)，短線脆桿藻(Fragilaria brevistriata)，尖針桿藻(Synedra acus)，尖針桿藻(極狹變種)(Synedra acus var.Angustissima)，肘狀針桿藻(Synedra ulna)，梅尼小環藻(Cyclotella meneghiniana);綠藻門的狹形纖維藻(Ankistrodesmus angustus)，桿裂絲藻(Stichococcus bacillaris)，湖沼四胞藻(Tetraspora limnetica);藍藻門的阿氏席藻(Phormidium allorgei)，細小平裂藻(Merismopedia minima);裸藻門的梭形裸藻(Euglena acus)。秋季常見種有硅藻門的短線脆桿藻，尖針桿藻(極狹變種)，梅尼小環藻，綠藻門的狹形纖維藻和金藻門的分歧錐囊藻(Dinobryon bavaricum)。

表2 扎龍濕地浮游植物豐度和生物量組成

根據 y ＞0.02 為原則確定優勢種［12］12。扎龍濕地夏季優勢種類有:硅藻門的短線脆桿藻、尖針桿藻、梅尼小環藻;藍藻門的阿氏席藻;綠藻門的狹形纖維藻。秋季的優勢種略有不同，除了硅藻門的短線脆桿藻、梅尼小環藻，綠藻門的狹形纖維藻相同外，還出現了硅藻門的尖針桿藻(極狹變種)。

2.3 浮游植物多樣性

兩個季節中，扎龍濕地浮游植物多樣性指數因采樣點的不同出現一定程度的差別(表3):Shannon－weave指數(H')在 2.581 5 ～5.061 8 之間，最高值出現在夏季的3#樣點，最低值出現在夏季的2#樣點;Pielou均勻度指數(J')在0.607 7～0.971 3之間，最高值出現在秋季的3#樣點，最低值也出現在夏季的2#樣點;物種豐富度Margalef指數(d)在2.276 7～6.039 5之間，最高值出現在夏季的3#樣點，最低值出現在秋季的2#樣點。浮游植物的各個指數平均值在季節不同時變化趨勢不盡相同，并呈現一定程度的波動。Shannon－weave指數(H')的平均值是夏季高于秋季，與Margalef指數(d)相同，而Pielou指數(J')的平均值卻是夏季低于秋季。總體而言，扎龍濕地夏季和秋季都屬于輕度污染。

在不同的樣點，浮游植物多樣性指數的平均值也不同。Shannon－weave指數(H')、Pielou指數(J')和Margalef指數(d)的平均值在不同樣點的波動基本趨于一致。Pielou指數(J')顯示:7個樣點未發現嚴重污染，水質均為輕度污染。Shannonweave指數(H')的評價結果和Margalef指數(d)的評價結果一致，除了2#樣點水質為中度污染(β－中污)外，其余6個樣點水質均為輕度污染。2#樣點為克欽湖度假村，水體堿度大，老百姓俗稱“堿泡子”，地勢低洼，四周分布水產養殖廠，養殖場廢水直接進入克欽湖。浮游植物處于食物鏈的最低端，在營養物質豐富的地區首先迅速繁殖，同時排斥其它生物種類的生長，使水環境惡化，表現為各項生物多樣性指數偏低。

表3 各樣點的扎龍濕地浮游植物多樣性指數的季節分布

3 結論與討論

通過研究發現，由于受人為調控等因素的干擾，扎龍濕地水體透明度、營養鹽和水流流速頻繁地波動，比較適合對光強變化快速適應的硅藻等種類的生長［13］。扎龍濕地浮游植物呈現典型的硅藻—綠藻型，這與其他高緯度、高寒度地區的水體極易出現以硅藻為優勢類群的浮游植物群落特征基本一致［14］。

從夏秋兩季浮游植物豐度變化中可以明顯看出，浮游植物的數量隨夏、秋季節的變化而相應減少。這是由于夏季的水溫較高(30℃)，降水集中，水層溫度穩定;秋季水溫降低(15℃)，氣候變化較快，水層溫度逐漸下降，藻類數量趨于減少，尤其以喜溫性的藍藻門為代表，秋季數量直接降低至夏季的10.8%。但是，也有在秋季藻類數量增多的現象。如金藻等較耐低溫的藻類，僅出現在秋季，可見藻類對水溫的適應性差異明顯。

浮游植物是生態系統中的初級生產者，也是水域生態系統食物網的最基本的環節，因其對有機質和其他污染物的敏感性不同，因此，通過浮游植物的群落結構可以很好地判斷水質的污染狀況。本研究采用了Shannon－weave(H')、Margalef(d)和 Pielou(J')3項多樣性指數評價扎龍濕地的水質營養狀況。從季節分布來觀察，Shannon－weave指數(H')的變化趨勢與Margalef指數(d)大致相同，夏季的指數平均值稍高于秋季。Pielou(J')指數變化相反，顯示秋季各個種個體數的變化程度較大。浮游植物群落之間的組成因季節的變化，存在著明顯的差異性。

從空間分布來觀察，Shannon－weave指數(H')、Pielou均勻度指數(J')和物種豐富度Margalef指數(d)的波動基本一致，Shannon－weave指數(H')與Margalef指數(d)的評價結果都顯示:除2#樣點水質為中度污染(β－中度污染)外，其它6個樣點的水質均為輕度污染。2#樣點是克欽湖度假村，水體堿度大，游客數量逐年上升，以及周邊的水產養殖廠等都對克欽湖水環境產生了不利影響。目前，扎龍濕地保護區雖然未出現嚴重污染現象，但已經有部分地區從最初的輕污染型發展到中污染型，并且有逐步向重污染發展的趨勢［15］。因此為了保護扎龍濕地，必須加強對污染源的控制，避免水體富營養化的發生。

［1］Mitsch W J，Mitsch W J，Gosselink J G.Wetlands［M］.New York:Van Nostrand Reinhold，1993:1 －722.

［2］Büsing N.Seasonality of phytoplankton as an indicator of trophic status of the large perialpine‘Lago di Garda’［J］.Hydrobiologia，1998，369 －370:153 －162.

［3］胡鴻鈞，魏印心.中國淡水藻類:系統、分類及生態［M］.北京:科學出版社，2006:1－475.

［4］齊雨藻，李家英，謝淑琦，等.中國淡水藻志:第十卷硅藻門羽紋綱［M］.北京:科學出版社，2004:1－161.

［5］趙文.水生生物學［M］.北京:中國農業出版社，2005:499－507.

［6］王明翠，劉雪芹，張明輝.湖泊富營養化評價方法及分級標準［J］.中國環境監測，2002，18(5):47 －49.

［7］Shannon C，Weaver W.The mathematical theory of communication［M］.London:University Illionis Press，1949:1 －117.

［8］沈韞芬，章宗涉，龔循矩，等.微型生物監測新技術［M］.北京:中國建筑工業出版社，1990:1－273.

［9］Pielou E C.An introduction to mathematical ecology［M］.New York:Wiley-Interscience，1969:1 －286.

［10］Margalef R.Information theory in ecology［J］.Gensyst，1958，3:36－71.

［11］Lampitt S，Wishner E，Turley M，et al.Marine Snow studies in the northeast atlantic ocean:distribution，composition and roles as a food source for migrating plankton［J］.Marine Biology，1993，116(4):680 －702.

［12］張麗娜.海浪河浮游植物群落結構特征和水質營養狀態評價［D］.哈爾濱:東北林業大學野生動物資源學院，2010:16－17.

［13］Reynolds C，Descy J P，Padisak J.Are phytoplankton dynamics in rivers so different from those in shallow lakes?［J］.Hydrobiologia，1994，289(1):1 －7.

［14］李喆，姜作發，馬波，等.新疆烏倫古湖春、秋季浮游植物群落結構的聚類和多維分析［J］.中國水產科學，2008，15(6):984－991.

［15］周晏敏，朱桂香，韓梅，等.應用浮游植物對扎龍自然保護區水質的初步評價［J］.干旱環境監測，1993，7(2):80 －82.