漳澤水庫藻類Shannon-Weaver物種多樣性指數(shù)H’趨勢分析

史楷生

（太原市水文水資源勘測分局 山西太原030002）

1 藻類及其生物多樣性

1.1 藻類

藻類是原生生物界的一類真核生物（有些也為原核生物，如藍藻門的藻類）。又稱葉狀植物、裂殖植物或孢子植物等，是一群具有色素體、無真正根莖葉和生殖器官分化的單細胞低等生物。主要為水生，無維管束，能進行光合作用[1]。

1.2 生物多樣性

生物多樣性（biodiversity）是指在一定時間和一定地區(qū)所有生物物種及其遺傳變異和生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性總稱。它是生物進化的結(jié)果，是人類賴以持續(xù)生存的基礎(chǔ)。其中物種多樣性是構(gòu)成生態(tài)系統(tǒng)多樣性的基本單位，是生物多樣性的核心，也是本文研究的主要內(nèi)容[2]。

2 藻類試點監(jiān)測工作

近年來，我國湖泊、水庫與河流的污染和生態(tài)問題日益突出，受到社會各界的廣泛關(guān)注。為了適應(yīng)水資源管理與水生態(tài)保護的需要，水利部從2008年開始從全國選擇重點湖泊水庫開展藻類的試點監(jiān)測，2009 和2010年分兩步進一步擴大了藻類試點工作范圍。山西省的漳澤水庫作為山西省唯一參與全國藻類試點監(jiān)測的重點湖庫，從2009年5月開始進行藻類監(jiān)測。監(jiān)測時間按照全國北方地區(qū)的統(tǒng)一安排，為每年的5 至11月，頻次為每月1 次，一年共7 次。

2010-2013年在漳澤水庫不同區(qū)域中選擇3 個采樣點進行藻類監(jiān)測。分別在S1（壩上）、S2（網(wǎng)箱附近）和S3（庫中心）各設(shè)置了采樣點1 處。到2013年9月由于漳澤水庫加強管理，取消了網(wǎng)箱養(yǎng)魚活動，取消了S2網(wǎng)箱附近這一采樣點。

藻類監(jiān)測依據(jù)《全國重點湖庫藻類試點監(jiān)測技術(shù)規(guī)程》要求，根據(jù)漳澤水庫的實際情況進行采樣分析。檢測步驟分為采樣、固定、濃縮、制片、計數(shù)和計算[3]。

3 分析方法

種類多樣性指數(shù)不考慮種的指示意義，只考慮群落的結(jié)構(gòu)特征。一般說來，多樣性指數(shù)取決于三個因素，即種類多寡、個體豐度及均勻度。種類多樣性受到生態(tài)環(huán)境的影響，特別與污染程度有關(guān)，所以可用多樣性指數(shù)來反映污染的情況。

目前使用比較多的幾種多樣性指數(shù)是Shannon-Weaver 多樣性指數(shù)（H’）、Cairns 連續(xù)比較指數(shù)、Keefe-BergersenTU 指數(shù)、Simpson 氏多樣性指數(shù)和Margalef 氏多樣性指數(shù)（D）。尚有它種多樣性指數(shù)，本文不一一列舉。不同的多樣性指數(shù)的理論基礎(chǔ)不同，側(cè)重不一樣，所以不是完全等價的[4]。

本文使用目前美國主要使用的經(jīng)Lloyd 簡化后的Shannon-Weaver 多樣性指數(shù)（H’）對漳澤水庫2010到2013年藻類進行多樣化分析。

H’指數(shù)計算公式:

式中:C——由log10 轉(zhuǎn)換為log2 的系數(shù)，C=3.322；

N——藻類個體總數(shù)；

ni——第i 屬的藻類個體數(shù)。

1）樣品可以全部分類到種（不一定要定出種名，只要能確定為一個種）；或全部分類到屬；或全部到科，均可進行H’的計算。然而分類越細，靈敏性越好。按照全國藻類試點監(jiān)測工作和生物多樣性分析的要求以及受到技術(shù)條件的限制，在本項工作中只將藻類分類到屬。

2）當(dāng)水體受到污染，水中的大部分生物種類就會因此而大量消亡，只有個別耐污種類會因能適應(yīng)污染的環(huán)境和其他生物滅亡后空出生存空間而增加，如此一來水體中的H’指數(shù)就會下降。因此指數(shù)越高，對應(yīng)水體水質(zhì)越好，而指數(shù)越低，則說明水體受到的污染程度越高[5]。Shannon-Weaver 物種多樣性指數(shù)H’代表水體污染程度詳見表1。

3）理論和實踐上都表明H’對稀有種反應(yīng)不甚靈敏。由于污染，特別是輕度毒性污染的影響，某些稀有種已經(jīng)消失，然而由于種的個體豐度、均勻度的增加，H’并不一定降低，這時應(yīng)同時考慮種數(shù)或優(yōu)勢種的優(yōu)勢度等群落參數(shù)[6]。

表1 Shannon-Weaver 物種多樣性指數(shù)H’污染程度表

4）H’不僅對污染有反應(yīng)，對其它環(huán)境因素也有反應(yīng)。例如水深、流速、食物多樣性、生境多樣性等，特別小型的冷水河流或河源，雖然無污染，有時H’值卻很低[7]。

Shannon-Weaver 物種多樣性指數(shù)H’是衡量一定地區(qū)生物資源豐富程度的一個客觀指標(biāo)，用于評價群落中種類組成的穩(wěn)定程度及其數(shù)量分布均勻程度和群落組織結(jié)構(gòu)特征，并常作為描述群落演替方向、速度和穩(wěn)定程度的指標(biāo)。根據(jù)Shannon-Weaver 物種多樣性指數(shù)H’的大小可將其分為5 級[8]，詳見表2。

表2 Shannon-Weaver 物種多樣性指數(shù)H’閥值的分級評價標(biāo)準(zhǔn)

由表可見，物種多樣性的評價與水質(zhì)評價不同，水質(zhì)評價等級越低越好，物種多樣性評價等級為越高越好。

4 藻類生物多樣性分析

4.1 壩上（S1 點）

從2010 至2013年藻類監(jiān)測的時間，漳澤水庫采樣點壩上的Shannon-Weaver 多樣性指數(shù)H’指數(shù)幾乎都在2 以上，大多數(shù)時間在3 以上。按照Shannon-Weaver 物種多樣性指數(shù)污染程度表，采樣點壩上對照的污染水平都處在清潔或者中污染的水平，而中污染主要集中在氣溫較高的夏季。按照Shannon-Weaver物種多樣性指數(shù)H’閥值的分級評價標(biāo)準(zhǔn)，采樣點壩上藻類的生物多樣性等級多數(shù)處于Ⅳ類和Ⅴ類，對應(yīng)多樣性水平為多樣性豐富和多樣性非常豐富。有時也處于Ⅲ類，對應(yīng)為多樣性較好，這主要出現(xiàn)在氣溫較高的夏季，這和污染程度的變化規(guī)律相對應(yīng)。四年中指數(shù)H’基本保持了穩(wěn)定，沒有年際間明顯的變化。指數(shù)H’最低的是2011年8月，只有1.89。對應(yīng)當(dāng)月壩上只檢出17 個屬的藻類，與其它月相比較少，有絕對優(yōu)勢種絲藻的存在，其優(yōu)勢度達到了66.44%。指數(shù)H’最高的是2013年6月，達到4.06。當(dāng)月壩上檢出藻類屬26 個，較多，且優(yōu)勢種的總優(yōu)勢度只有35.82%，相對豐度分布較為平均，詳見表3。

表3 漳澤水庫壩上藻類Shannon-Weaver 多樣性指數(shù)H’統(tǒng)計表

4.2 網(wǎng)箱附近（S2 點）

由于2013年網(wǎng)箱附近只進行了4 個月的藻類監(jiān)測，所以生物多樣性分析的月份也相應(yīng)減少?？傮w上看漳澤水庫網(wǎng)箱附近的Shannon-Weaver 多樣性指數(shù)H’與壩上很相似，大多數(shù)時間在3 以上。網(wǎng)箱附近對照的污染水平都處在清潔或者中污染的水平，而中污染主要集中在氣溫較高的夏季。網(wǎng)箱附近藻類的生物多樣性等級多數(shù)處于Ⅳ類和Ⅴ類，有時也處于Ⅲ類，這也主要出現(xiàn)在氣溫較高的夏季。四年中指數(shù)H’基本保持了穩(wěn)定，沒有年際間明顯的變化。指數(shù)H’最低的是2011年8月，只有1.79，和壩上相同。對應(yīng)當(dāng)月網(wǎng)箱附近只檢出16 個屬的藻類，很少。優(yōu)勢種的總優(yōu)勢度達到了85.15%，藻類的相對豐度主要集中于兩個優(yōu)勢種藻類。此外2013年7月的指數(shù)H’也很低，只有1.94。當(dāng)月只檢出15 個屬的藻類，而且有絕對優(yōu)勢種鼓藻存在，其優(yōu)勢度達到57.89%，優(yōu)勢種的總優(yōu)勢度也達到了74.92%，所以相應(yīng)的生物多樣性較低，詳見表4。

4.3 庫中心（S3 點）

漳澤水庫采樣點庫中心的Shannon-Weaver 多樣性指數(shù)H’與壩上的也較為相似，但是與網(wǎng)箱附近相比差異稍大一些。指數(shù)H’幾乎都在2 以上，且在3 以上的時候更多。庫中心對照的污染水平都處在清潔或者中污染的水平，而中污染更多的集中在氣溫較高的夏季。網(wǎng)箱附近藻類的生物多樣性等級多數(shù)處于Ⅳ類和Ⅴ類，有時也處于Ⅲ類，這也主要出現(xiàn)在氣溫較高的夏季。四年中指數(shù)H’基本保持了穩(wěn)定，沒有年際間明顯的變化。指數(shù)H’最低的是2013年8月，只有1.72。對應(yīng)當(dāng)月庫中心只檢出17 個屬的藻類，較少，且有絕對優(yōu)勢種鼓藻的存在，其優(yōu)勢度達到72.78%，所以相應(yīng)的生物多樣性就很低了，詳見表5。

5 結(jié)論

從2010 至2013年藻類監(jiān)測的時間，漳澤水庫三個采樣點的Shannon-Weaver 多樣性指數(shù)H’幾乎都在2 以上，大多數(shù)時間在3 以上。按照Shannon-Weaver 物種多樣性指數(shù)污染程度表，漳澤水庫的污染水平都處在清潔或者中污染的水平，中污染主要集中在氣溫較高的夏季。按照Shannon-Weaver 物種多樣性指數(shù)H’閥值的分級評價標(biāo)準(zhǔn)，藻類的生物多樣性等級多數(shù)處于Ⅳ類和Ⅴ類，對應(yīng)多樣性水平為多樣性豐富和多樣性非常豐富。有時也處于Ⅲ類，對應(yīng)為多樣性較好，這主要出現(xiàn)在氣溫較高的夏季，這和污染程度的變化規(guī)律相對應(yīng)。四年中漳澤水庫的指數(shù)H’基本保持了穩(wěn)定，沒有年際間明顯的變化。

表4 漳澤水庫網(wǎng)箱附近藻類Shannon-Weaver 多樣性指數(shù)H’統(tǒng)計表

Shannon-Weaver 多樣性指數(shù)H’較高的月份，漳澤水庫中藻類屬的數(shù)量較多，且其相對豐度的分布較平均。優(yōu)勢種的總優(yōu)勢度不大或者優(yōu)勢種優(yōu)勢度的分布較均勻，不會有絕對優(yōu)勢種的出現(xiàn)。而優(yōu)勢種的總優(yōu)勢度較大或者優(yōu)勢種優(yōu)勢度的分布比較集中，甚至有絕對優(yōu)勢種出現(xiàn)的月份，水庫的Shannon-Weaver多樣性指數(shù)H’較低，水庫中藻類屬的數(shù)量也較少。

總體上看漳澤水庫三個采樣點的藻類Shannon-Weaver 多樣性指數(shù)H’評價結(jié)果具有一定的相關(guān)性，差異不大。藻類的生物多樣性處在中等偏好水平，較為豐富，這與水庫的營養(yǎng)物質(zhì)較多，處于輕度富營養(yǎng)化的狀況相對應(yīng)。

表5 漳澤水庫庫中心藻類Shannon-Weaver 多樣性指數(shù)H’統(tǒng)計表