廣州南沙濕地浮游動物多樣性及水質生物學評價

呂紫微，陳雅琪，彭家豪，吳映明，唐以杰，陳曉萍，蘇海燕，曾立人

(廣東第二師范學院，廣東 廣州 510303)

1 引言

浮游動物是一類經常在水中浮游、本身不能制造有機物的異養型無脊椎動物和脊索動物幼體的總稱，在水中營浮游性生活的動物類群。它們或者完全沒有游泳能力，或者游泳能力微弱，不能作遠距離的移動，也不足以抵拒水的流動力。浮游動物在水層中的分布范圍也比較廣，不僅是在淡水，而且在海水的淺層以及深層，都有其典型代表。它們對急性和毒性有著靈敏的反應，因此能反映出某水體環境污染的綜合效應。除此之外，浮游動物的個體完成一代的生長、發育和繁殖的整個過程所經歷的時間較短，因此被視為監測水生生態系統是否健康的首選。

廣州南沙紅樹林濕地位于東經113°33′07″～113°39′58″、北緯22°26′55″～22°35′40″，地處廣州市的南端，靠近伶仃洋，是珠江口入海口西岸。南沙具有豐富的水資源以及濕地資源，境內河流縱橫，水網密布，生態環境復雜多變，有著曲折的海岸線以及圍墾地，形成了生態類型多樣、占地面積比較大的濕地，因此具有極大的生態價值、經濟價值以及社會價值，在調節地方區域性氣候、涵養水土以及維持生物多樣性等方面有著不可忽視的作用，其被稱為“廣州之腎”[1，2]。但是根據廣州市的發展戰略，南沙作為廣州“南拓”戰略的龍頭，珠江口沿岸地區經濟社會的快速發展必然與自然生態存在一定的沖突，水域環境面臨著巨大壓力。目前對南沙濕地生態環境的評價多集中在植物與植被、鳥類等，而有關南沙浮游動物多樣性的研究很少報道[3]。研究證明浮游動物的種類組成以及現存量的變化能及時且準確而迅速地反映水體生態環境的質量狀況[4～6]。基于此，本文通過廣州南沙濕地浮游動物的種類組成、密度以及多樣性指數等指標對其水環境質量進行初步評價，以期為南沙濕地水質的監測和濕地旅游開發的探討提供基礎的理論數據。

2 研究區域及方法

2.1 采樣點位設置

南沙濕地公園地處廣州市最南端，位于南沙區的萬頃沙鎮十八涌與十九涌之間，占地總面積約1萬畝，目前是廣州市最大的濕地公園，同時也是候鳥遷徙的重要休憩地之一，被稱為珠三角地區保存較為完整、保護較為有力、生態狀態較為良好的濱海河口濕地[1]。

根據南沙濕地地形輪廓、生態功能區、濕地植物群落類型以及生境特點等狀況，分別選擇蘆葦一、蘆葦二、蘆葦三、無瓣海桑一、無瓣海桑二、無瓣海桑三以及光灘七個典型樣地，進行浮游動物調查。

2.2 采樣方法

浮游動物的采集方法參照《GB17378.7 海洋監測規范第7部分：近海污染生態調查和生物監測》和《紅樹林生態檢測技術規程》。于2020年1月、6月和10月，在每個采樣點采50 L的水樣，并用25號的浮游生物網(孔徑為6 μm)進行現場過濾[4]。采集的所有樣品都用福爾馬林溶液固定至最終濃度為5%；并且用浮游生物網盡可能地收集樣品，以用于浮游動物種類的定性研究。原生動物、輪蟲和橈足類幼體都用1 mL浮游生物計數框進行計數，并且換算成單位體積密度。枝角類、橈足類以及其他無脊椎動物的幼蟲也要全部計數。

2.3 樣品數據處理與分析

浮游動物的密度計算，單位體積浮游動物的數量參照以下公式計算[5]：

N=Vs·N/(V·Va)

(1)

式(1)中：N表示1 L水樣中浮游動物的數量；V表示采樣的體積(mL)；Vs表示樣品濃縮后體積(mL)；Va表示樣品計數體積(mL)；N表示鏡檢計數所獲得的個數(個)。

對7個樣地分別進行采集，并用福爾馬林溶液浸泡浮游動物，防止腐敗，并貼上相應的標簽。在電子顯微鏡下觀察并拍照并記錄收藏數據，最后利用標本室的專業書籍和現有電子圖片對物種進行辨認和分類，將各物種的實際名稱填于Excel表中。

優勢度指數優勢度指數[5]Y(Berger-Parker)：

優勢度Y=(Ni·N-1)·fi

(2)

該計算公式(2)中Ni表示為第i種的總個體數；N表示為各采樣點所有物種的總個體數，fi表示為第i種在各站位出現的頻率，Y>0.02表示為優勢種。

物種多樣性指數物種多樣性指數采用的是Shannon-wiener diversity指數(H′)計算公式:

H′=-∑PiLog2Pi

(3)

均勻性指數 均勻性指數J′(Pielou’s evenness)：

J′=H′/H′max

(4)

式(3)、(4)中：H′：樣品的信息含量，也就是群落的多樣性指數；H′max：群落的多樣性指數的最大值。

物種豐富性指數物種豐富性指數(d)采用Margalef計算:

d=(S-1)/Log2N

(5)

在式(5)中，Pi表示為第i種的個體數與總個體數之間的比值，Pi=Ni/N，Ni表示為第i種個體數，N表示為所有種的個體數。H′為Shannon指數，Hmax=Log2S，其中，S為樣品的總種類數。

浮游生物多樣性指數評價水質的標準分為5個等級[7](表1)。

表1 浮游生物多樣性指數的水質評價標準

對所有的數據統計結果以及聚類分析均采用軟件SPSS19.0進行分析處理。

3 結果與分析

3.1 浮游動物種類組成及類群

如表2所示，廣州南沙濕地7個采樣點共采集到浮游動物54種，其中，節肢動物28種(占51.85%)，包含橈足類24種，介形類1種，甲殼類1種，軟甲動物2種；輪蟲類9種(占16.67%)；原生動物16種(占29.62%)，含纖毛蟲類8種，肉足蟲類8種；毛顎動物1種(占1.85%)，均為箭蟲類。

表2 廣州南沙濕地各個采樣點的浮游動物種類數

如圖1所示，在廣州南沙濕地的浮游動物種類組成之中，橈足類主導(占44.44%)，輪蟲類次之(占16.7%)，纖毛蟲類以及肉足蟲類緊跟其后，兩者所占比例一樣(占14.8%)，其它種類數較少。

圖1 廣州南沙濕地浮游動物種類組成

廣州南沙濕地各個采樣點的浮游動物種類數在6～21種之間(圖2)，蘆葦一的浮游動物種類數和無瓣海桑二的較為接近，而蘆葦二的浮游動物種類數和無瓣海桑的一較為接近。調查發現，廣州南沙濕地蘆葦一采樣點的浮游動物種類數是最多的，在光灘采樣點的浮游動物的種類數相對較少。

圖2 福田紅樹林區各個采樣點浮游動物的種類數

3.2 浮游動物的密度

在調查期間，廣州南沙濕地各采樣點的浮游動物密度為6.40 ind./L～36.00 ind./L，平均密度為24.30 ind./L(圖3)。其中，橈足類的密度占浮游動物總密度的51.96%，輪蟲類的密度占浮游動物總密度的26.17%，肉足蟲類的密度占浮游動物總密度的16.28%，纖毛蟲類的密度占浮游動物總密度的4.63%，枝角類的密度占浮游動物總密度的0.46%，箭蟲類的密度占浮游動物總密度的0.33%，端足類的密度占浮游動物總密度的0.14%，介形類的密度占浮游動物總密度的0.05%。輪蟲在無瓣海桑三采樣點密度最高，達25.08 ind./L，以卜氏晶囊輪蟲為主要組成種類；肉足蟲類在無瓣海桑三采樣點密度最高，達22.80 ind./L，以砂表殼蟲為主要種類；橈足類在蘆葦二采樣點的密度最高，達7.00 ind./L，以水蚤為主要組成種類；枝角類在蘆葦一采樣點密度最高，達3.00 ind./L，以小旋口蟲為主要種類；介形類在蘆葦三采樣點密度最高，達0.14 ind./L，以針刺真浮螢為主要種類；浮游幼蟲類在蘆葦二采樣點密度最高，達22.80 ind./L，以無節幼體為主要種類。在不同的采樣點，其浮游動物的密度存在一定差異。

圖3 廣州南沙濕地浮游動物的密度空間分布

3.3 浮游動物的優勢種

廣州南沙濕地浮游動物調查到的優勢種共有6種，春季2種，夏季和秋季各有4種。其中，輪蟲類3種，橈足類2種，肉足蟲類1種。無節幼體是三個季節共有的優勢種，橈足幼體是春季以及秋季共有的優勢種(表3)。

表3 廣州南沙濕地浮游動物優勢種的季節演替

3.4 浮游動物多樣性指數

如圖4所示，廣州南沙濕地浮游動物Shannon-wiener diversity多樣性指數變化幅度不大，最大值出現在無瓣海桑三樣點，指數值為3.083，最小值出現光灘采樣點，指數值為1.633，多樣性指數(H’)的平均值為2.390。浮游動物的Pielou均勻度指數(J)變化幅度比較小，平均值為0.804，各個采樣點的浮游動物均勻度指數均大于0.5小于1.0。浮游動物豐富度指數(d)變化幅度較大，平均值為5.581，其中光灘的豐富度指數大于2.0而小于4.0，其余采樣點的浮游動物的豐富度指數均大于4.0。

圖4 廣州南沙濕地浮游動物多樣性指數

通過公式計算廣州南沙濕地7個采樣點在不同季節時浮游動物的物種多樣性指數(d)，Shannon-wiener diversity(H′)，均勻度指數(J′)，利用Shannon-wiener diversity指數(H′)來評價廣州南沙濕地的水質，H′在0～1時，水質污染程度為重污染；H′在1～3之間時，水質污染程度為中污染；H′>3時，水質污染程度為清潔。數據結果如表4所示。

表4 浮游動物的物種多樣性等指數

春季各采樣點的Shannon-wiener diversity指數(H′)在1.633～2.461之間，均勻度指數(J′)在0.752～0.932之間，物種多樣性指數(d)在2.001～8.175之間。數據結果顯示，在春季的時候，廣州南沙濕地蘆葦三的水質污染程度都為中污染，其中，除了無瓣海桑一是處于β-中污染，其他6個采樣點處于α-中污染。

夏季各采樣點的物種多樣性指數(d)在2.446～3.328之間，Shannon-wiener diversity指數(H′)在1.719～2.104之間，均勻度指數(J′)在0.782～0.820之間。數據結果顯示，在夏季的時候，廣州南沙濕地的無瓣海桑三處于α-中污染，蘆葦一處于β-中污染。

秋季各采樣點的物種多樣性指數(d)在3.211～5.425之間，Shannon-wiener diversity指數(H′)在1.820～2.762之間，均勻度指數(J′)在0.672～0.975之間。結果顯示在秋季的時候，廣州南沙濕地的蘆葦二和無瓣海桑三處于α-中污染，蘆葦一、蘆葦三、無瓣海桑一以及無瓣海桑二皆處于β-中污染。

4 討論

4.1 浮游動物的生物量及豐度的變化

從浮游動物種類組成、豐度上看，廣州南沙濕地共鑒定出浮游動物54種，其中，橈足類24種，介形類1種，甲殼類1種，軟甲動物2種；輪蟲類9種(占16.67%)；原生動物16種(占29.62%)，含纖毛蟲類8種，肉足蟲類8種；毛顎動物1種(占1.85%)，均為箭蟲類。根據查找的資料，發現2015年的珠江口海域南沙段浮游動物[6]的種類數比本次采樣得出的種類數要多，共鑒定出浮游動物73種(類)，其中，中華異水蚤和長尾類幼體是2015年檢測出的優勢種(類群)，但在2020年檢測中，這兩種浮游動物的數量有所減少。結合采樣點以及周邊環境推測，檢測出的種類數減少的原因：其一，2015年徐姍楠等人的采樣點共有20個，相比較本次7個采樣點，站位分布面較廣；其二，根據文獻資料[6]，珠江口南沙段的海域受到了海水富營養化、環境污染、涉海工程、港口碼頭建設等多方面因素的影響，再加上水體流動，污染范圍增加，不同地方的浮游動物種類有所下降。因而，需要進一步加強廣州南沙濕地水環境的治理和生態保護。

4.2 浮游動物的密度

從密度上看，無瓣海桑二采樣點的浮游動物密度最大，為36.00 ind./L，無瓣海桑三、蘆葦二和蘆葦一的次之，分別為34.17 ind./L、32.78ind./L和28.17 ind./L，其他地方的采樣點的密度數值相對小，其中光灘的密度為18.92 ind./L，蘆葦三密度為13.67 ind./L，無瓣海桑一采樣點的浮游動物密度最小，為6.40I nd./L。總體來說，有植被地方的浮游動物密度要大于光灘，這可能與植被對水質的凈化功能有關。

4.3 浮游動物的優勢種

從浮游動物的優勢種上看，廣州南沙濕地的春季浮游動物優勢種主要以橈足幼體為主；夏季優勢種主要以無節幼體、晶囊輪蟲為主；秋季優勢種主要以輪蟲和無節幼體為主。夏、秋季浮游動物的優勢類群較多，而春季浮游動物優勢類群較少，這在一定程度反映出，在低水溫的春季，大多數浮游動物可生存繁殖的種類少，而在夏、秋季溫度較高時，大多數浮游動物會進行大量繁殖。

4.4 利用浮游動物多樣性指數對水質的生物學評價

浮游動物的物種多樣性指數是水體健康狀況進行生態學評價的重要手段[8～11]，一般通過浮游動物的種類，數量等能較為客觀地反映出水域環境對生物所產生的綜合累積效應，在一定的水環境條件下能相對地評價出河段水質的污染狀況[8～13]，Pielou均勻度指數J′能評價出生物總個體數分配的均勻程度，若指數越大，則表示中間個體數分布地越均勻，Margalef的物種豐富性指數(d)是代表著群落種類的豐富程度。在一般情況下，健康的水域環境，其含有的浮游動物的種類豐富度較高；受污染的水域環境，其含有的浮游動物的種類豐富度比較低[10～15]。

根據浮游生物多樣性指數水質的評價標準[11～12]，對廣州南沙濕地的水質進行評價，數據結果顯示，Shannon-wiener diversity(H′)反映水環境質量為中污染，均勻度指數(J)顯示部分水體質量為輕度污染，其余為無污染，豐富度指數(d)顯示部分水體質量為輕度污染，其余為無污染。將以上三種多樣性指數的評價結果進行綜合分析，廣州南沙濕地除了個別采樣點的水體質量處于中污染外，其他的采樣點的水體質量處于輕度污染，所以整體是呈現輕-中度污染。

4.5 廣州南沙濕地水體污染治理與保護對策

根據廣州南沙濕地的Shannon-wiener多樣性指數，可知廣州南沙濕地整體處于輕-中度污染狀態，特別是無瓣海桑一樣地附近水體區域，在春季以及秋季都處于β-中污染。對此，提出了以下治理與生態保護對策。

(1)注重保留濕地的生態保護，最大限度地實現生態補償，從而維育南沙濕地生境以及保護生物多樣性[1～3]。

(2)在大型項目周邊，要注重生態廊道和工業防護林帶的建設。可因地制宜，利用水域、河流等特殊生態動能建立南沙濕地生態走廊，對于岸灘，可大量種植紅樹林、水杉、落羽杉、以及水松等植物。以抵抗各種潛在的生態風險，保證生態安全。

(3)建立工業防林體系，在不同范圍內采用不同種類的樹木進行生物治理實現綠色排放。

(4)建立南沙濕地生態補償制度，明確參與主體、參與程序以及權力和義務，并通過立法提供法律保障[3，16]。