扎龍濕地浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征與水質(zhì)評價1)

于洪賢 趙 菲

(東北林業(yè)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(jīng) 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(qū)保存最完整的濕地生態(tài)系統(tǒng)。扎龍自然保護區(qū)始建于1979年，1987年被批準為國家級自然保護區(qū)，1992年被列入國際重要濕地名錄［1］。扎龍濕地地質(zhì)構(gòu)造古老、植被類型多樣，是我國溫帶濕地生態(tài)學、生物學研究的良好基地。浮游植物是濕地生態(tài)系統(tǒng)中重要組成部分，是濕地食物鏈的基礎環(huán)節(jié)、水環(huán)境有機物的生產(chǎn)者，一方面對水環(huán)境的變化反應極為敏感，另一方面又會對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)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(jié)構(gòu)特征和生物多樣性等進行調(diào)查，可以為該區(qū)域的漁業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境保護等提供有效的科學依據(jù)。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(qū)水體的污染程度進行監(jiān)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(chǎn)的GPSl2型全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)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(wǎng)，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(nèi)，吸出0.1 mL水樣置于0.1 mL的計數(shù)框內(nèi)，在40倍的顯微鏡下對浮游植物進行物種的鑒定和計數(shù)［3－4］。在定量的過程中，同一樣品分別取兩次樣品計數(shù)，取其平均值為計算結(jié)果。

表1 采樣點布置

1.3 數(shù)據(jù)處理

1.3.1 浮游植物的豐度

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

評價標準:浮游植物數(shù)量小于3×105ind.L－1為貧營養(yǎng)型;數(shù)量范圍在(3 ～10)×105ind.L－1為中營養(yǎng)型;數(shù)量大于 10 ×105ind.L－1為富營養(yǎng)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(zhì)會更客觀。依據(jù)《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(yǎng)型;生物量為1.5～5 mg·L－1為中營養(yǎng)型;生物量大于5 mg·L－1的水質(zhì)為富營養(yǎng)型［6］。

1.3.3 浮游植物多樣性指數(shù)

香農(nóng)—威納指數(shù)(shannon － weave:index)H'［7］:

式中:ni為該采集樣本中第i種浮游植物的數(shù)量;N為樣本中出現(xiàn)浮游植物的總個體數(shù)。

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

均勻度指數(shù)(Pielou)J'［9］:

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

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

物種豐富度指數(shù) d(Margalef’s index)［10］:

評價標準:d＞3.0為水質(zhì)輕度污染或無污染;d在1.0～3.0間為水質(zhì)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(zhì)重度污染［8］136。

物種優(yōu)勢度指數(shù) y(Mcnaughton index)［11］:

式中:fi為該物種在所有地點中出現(xiàn)的頻率。

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

2 結(jié)果與分析

2.1 浮游植物的群落組成及季節(jié)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(jié)構(gòu)隨季節(jié)交替有明顯變化，秋季(9月份)浮游植物的數(shù)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(jié)中，硅藻門的數(shù)量最多，分別達到631.2×104ind./L－1和 487.2 ×104ind./L－1，各占總數(shù)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(shù)量的21.7%和 12.3%。見表 2。

2.2 常見種和優(yōu)勢種的變化

根據(jù)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(huán)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(huán)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(jù) y ＞0.02 為原則確定優(yōu)勢種［12］12。扎龍濕地夏季優(yōu)勢種類有:硅藻門的短線脆桿藻、尖針桿藻、梅尼小環(huán)藻;藍藻門的阿氏席藻;綠藻門的狹形纖維藻。秋季的優(yōu)勢種略有不同，除了硅藻門的短線脆桿藻、梅尼小環(huán)藻，綠藻門的狹形纖維藻相同外，還出現(xiàn)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(jié)中，扎龍濕地浮游植物多樣性指數(shù)因采樣點的不同出現(xiàn)一定程度的差別(表3):Shannon－weave指數(shù)(H')在 2.581 5 ～5.061 8 之間，最高值出現(xiàn)在夏季的3#樣點，最低值出現(xiàn)在夏季的2#樣點;Pielou均勻度指數(shù)(J')在0.607 7～0.971 3之間，最高值出現(xiàn)在秋季的3#樣點，最低值也出現(xiàn)在夏季的2#樣點;物種豐富度Margalef指數(shù)(d)在2.276 7～6.039 5之間，最高值出現(xiàn)在夏季的3#樣點，最低值出現(xiàn)在秋季的2#樣點。浮游植物的各個指數(shù)平均值在季節(jié)不同時變化趨勢不盡相同，并呈現(xiàn)一定程度的波動。Shannon－weave指數(shù)(H')的平均值是夏季高于秋季，與Margalef指數(shù)(d)相同，而Pielou指數(shù)(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(shù)的平均值也不同。Shannon－weave指數(shù)(H')、Pielou指數(shù)(J')和Margalef指數(shù)(d)的平均值在不同樣點的波動基本趨于一致。Pielou指數(shù)(J')顯示:7個樣點未發(fā)現(xiàn)嚴重污染，水質(zhì)均為輕度污染。Shannonweave指數(shù)(H')的評價結(jié)果和Margalef指數(shù)(d)的評價結(jié)果一致，除了2#樣點水質(zhì)為中度污染(β－中污)外，其余6個樣點水質(zhì)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(chǎn)養(yǎng)殖廠，養(yǎng)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(yǎng)物質(zhì)豐富的地區(qū)首先迅速繁殖，同時排斥其它生物種類的生長，使水環(huán)境惡化，表現(xiàn)為各項生物多樣性指數(shù)偏低。

表3 各樣點的扎龍濕地浮游植物多樣性指數(shù)的季節(jié)分布

3 結(jié)論與討論

通過研究發(fā)現(xiàn)，由于受人為調(diào)控等因素的干擾，扎龍濕地水體透明度、營養(yǎng)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(xiàn)典型的硅藻—綠藻型，這與其他高緯度、高寒度地區(qū)的水體極易出現(xiàn)以硅藻為優(yōu)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(shù)量隨夏、秋季節(jié)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(wěn)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(shù)量趨于減少，尤其以喜溫性的藍藻門為代表，秋季數(shù)量直接降低至夏季的10.8%。但是，也有在秋季藻類數(shù)量增多的現(xiàn)象。如金藻等較耐低溫的藻類，僅出現(xiàn)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(tài)系統(tǒng)中的初級生產(chǎn)者，也是水域生態(tài)系統(tǒng)食物網(wǎng)的最基本的環(huán)節(jié)，因其對有機質(zhì)和其他污染物的敏感性不同，因此，通過浮游植物的群落結(jié)構(gòu)可以很好地判斷水質(zhì)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(shù)評價扎龍濕地的水質(zhì)營養(yǎng)狀況。從季節(jié)分布來觀察，Shannon－weave指數(shù)(H')的變化趨勢與Margalef指數(shù)(d)大致相同，夏季的指數(shù)平均值稍高于秋季。Pielou(J')指數(shù)變化相反，顯示秋季各個種個體數(shù)的變化程度較大。浮游植物群落之間的組成因季節(jié)的變化，存在著明顯的差異性。

從空間分布來觀察，Shannon－weave指數(shù)(H')、Pielou均勻度指數(shù)(J')和物種豐富度Margalef指數(shù)(d)的波動基本一致，Shannon－weave指數(shù)(H')與Margalef指數(shù)(d)的評價結(jié)果都顯示:除2#樣點水質(zhì)為中度污染(β－中度污染)外，其它6個樣點的水質(zhì)均為輕度污染。2#樣點是克欽湖度假村，水體堿度大，游客數(shù)量逐年上升，以及周邊的水產(chǎn)養(yǎng)殖廠等都對克欽湖水環(huán)境產(chǎn)生了不利影響。目前，扎龍濕地保護區(qū)雖然未出現(xiàn)嚴重污染現(xiàn)象，但已經(jīng)有部分地區(qū)從最初的輕污染型發(fā)展到中污染型，并且有逐步向重污染發(fā)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(yǎng)化的發(fā)生。

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