城市公共資源景觀水體浮游植物多樣性特征
——以丁香公園為例

齊婧含，朱夢炎，陸欣鑫

（1.香港理工大學酒店及旅游管理學院，中國香港999077；2.東北林業(yè)大學野生動物與自然保護地學院，黑龍江哈爾濱150040；3.哈爾濱師范大學生命科學與技術(shù)學院，黑龍江哈爾濱150025）

前言

隨著城市面積和人口數(shù)量的聚集程度不斷提升，城市化已成為我國經(jīng)濟發(fā)展的趨勢[1]。人口數(shù)量的增加，顯著的改變了城市公共資源內(nèi)的景觀格局及水體生態(tài)結(jié)構(gòu)[2]。城市熱島效應(yīng)、水體富營養(yǎng)化、持久性有機物污染及微塑料等過度使用與排放，都在一定程度上，限制了城市公共資源水體的生態(tài)健康。城市水景觀水體涵蓋了溪流、水庫、湖泊、泉水及濕地等諸多生態(tài)載體[1]。城市景觀水體與城市人口、人文及經(jīng)濟活動關(guān)系密切，其健康狀況直接反映了區(qū)域內(nèi)生物多樣性及小氣候調(diào)節(jié)等諸多生態(tài)過程[2]。對于城市景觀水體生態(tài)健康狀況的研究已成為調(diào)節(jié)區(qū)域可持續(xù)生態(tài)發(fā)展的熱點[3]。在人口數(shù)量和經(jīng)濟活動強度不斷水體增加的壓力下，由于景觀水體流動性差、水面面積小、深度較淺及凈能力低等特點，其生物多樣性降低的生態(tài)問題不容忽視[1]。闡述城市景觀水體水生生物多樣性格局，結(jié)合本地數(shù)據(jù)對城市景觀水體環(huán)境進行預(yù)警與反演，已成為水質(zhì)檢測、多樣性保護及受損城市景觀水體生態(tài)修復過程中的有效手段[4]。

浮游植物是水域生態(tài)系統(tǒng)中的初級生產(chǎn)者，貢獻了淡水生態(tài)系統(tǒng)中超過40%的初級生產(chǎn)力[5]。由于浮游植物具有生活史短[6]、對環(huán)境條件變化敏感[7]、分布廣泛等生態(tài)屬性，其多樣性格局、演替規(guī)律及優(yōu)勢種的指示意義，已廣泛應(yīng)用于水域生態(tài)的保護與健康評價[8，9]。然而，目前關(guān)于城市公共資源水體浮游植物多樣性特征的研究仍未系統(tǒng)開展[10]。本研究選取我國北方重要的工業(yè)、旅游及經(jīng)濟中心—哈爾濱市為研究區(qū)域，以丁香公園為例，闡述浮游植物多樣性特征，以期為城市公共資源生態(tài)文明建設(shè)背景下的景觀水體生物多樣性保護，提供理論依據(jù)與生物數(shù)據(jù)支持。為我國公共資源的生態(tài)文明建設(shè)與保護提供基于生物學生態(tài)學的管理及修復手段。

1 材料方法

1.1 樣品采集與處理

于2019年10月哈爾濱市丁香公園進行浮游植物樣品采集。根據(jù)丁香公園水體環(huán)境特征，共設(shè)置5個采樣點（圖1）。使用25#浮游生物采集網(wǎng)對定性樣品進行采集，使用1L采水器對定量樣品進行收集。用4%Lugol試劑對浮游植物樣品進行固定。浮游植物的分類鑒定參考胡鴻鈞等資料[11，12]。

圖1 采樣點位置

1.2 數(shù)據(jù)處理與分析

采樣地地圖及反距離權(quán)重法（IDW）插值分析基于Google earth及ArcMap10.3的統(tǒng)計分析平臺完成。圖標繪制使用Origin 2017軟件完成。本次研究使用“優(yōu)勢度法”對各個樣點的藻類植物進行優(yōu)勢度分析，將每個站位中優(yōu)勢度y≥0.02的種類判定為本次研究的優(yōu)勢種，計算公式如下：

式中：y等于優(yōu)勢度；pi代表物種i在樣品出現(xiàn)的比例；fi代表物種i在樣品出現(xiàn)的頻率。

Shannon-Weaver指數(shù)以種群落結(jié)構(gòu)特征為考慮目標，將物種個體豐度、均勻度以及種類多寡3個因素壓縮成一個數(shù)據(jù)矩陣，來闡述群落的復雜程度。得分越高，說明群落結(jié)構(gòu)越復雜，對環(huán)境壓力的承受能力越高，群落結(jié)構(gòu)越發(fā)穩(wěn)定。

式中：H′代表物種多樣性指數(shù)；S代表藻類植物屬數(shù)；Pi代表第i種的個體數(shù)（Ni）與總個體數(shù)（N）之比值。

2 結(jié)果與討論

2.1 浮游植物種類組成

研究期間共鑒定浮游植物58個分類單位，隸屬于5門31屬。其中，種類組成以綠藻門種類占絕對優(yōu)勢，為32種，占物種豐富度百分比的53%，其次為藍藻門和硅藻門，分別為11種和8種，分別占物種豐富度百分比的18%和17%，裸藻門和甲藻門種類共計7種，共占物種豐富度百分比的12%（表1）。

2.2 浮游植物豐度及優(yōu)勢種分布

研究期間，各采樣點浮游植物平均細胞豐度為203×104cell/L,變化范圍在 127×104cell/L～350×104cell/L之間，最高值出現(xiàn)在湖中央S2站位。浮游植物的豐度是指示水體初級生產(chǎn)力及水體營養(yǎng)狀態(tài)的重要指標之一[11]。丁香公園浮游植物豐度與哈爾濱市的主要城市濕地如金河灣濕地[12]、呼蘭河口濕地[13]、白魚泡濕地[14]等區(qū)域豐度接近。推測相對較高的浮游植物豐度說明丁香公園水體具有較高的初級生產(chǎn)力及相對較高的營養(yǎng)水平。此外，丁香公園浮游植物豐度呈現(xiàn)湖中間的站位顯著高于其他站位的規(guī)律，這可能是湖水兩側(cè)受人為活動影響，限制了浮游植物的生長代謝所致（圖2）。這與吳麗麗等人（2010）對云南翠湖植物景觀研究結(jié)果相似[4]。

表1 丁香公園浮游植物種類名錄、豐度及優(yōu)勢度

丁香公園浮游植物的優(yōu)勢種主要以藍藻門為主，其中束絲藻屬（Aphanizomenon sp.）、黏連色球藻（Chroococcuschlorogloea） 及固氮魚腥藻（Anabaena azotica）占據(jù)絕對優(yōu)勢，綠藻門的集星藻（Actinastrumhantzschii）、硅藻門的谷皮菱形藻（Nitzchiapalea）、梅尼小環(huán)藻（Cyclotella meneghiniana）也占據(jù)一定優(yōu)勢地位。Reynold et al（2006）研究表明，藍藻門和綠藻門的種類通常在富營養(yǎng)水體、水溫較高的夏季占據(jù)優(yōu)勢，成為優(yōu)勢類群[15]。對我國滇池藍藻水華研究也表明，魚腥藻異形胞固氮作用，可以使藍藻在夏秋季節(jié)營養(yǎng)環(huán)境發(fā)生變化時占據(jù)支配地位[16]。丁香公園位于溫帶地區(qū)，夏季水溫可達30℃以上，較高的水溫條件使藍藻門和綠藻門的種類在環(huán)境適應(yīng)、光照和營養(yǎng)鹽競爭中占據(jù)優(yōu)勢成為優(yōu)勢類群。值得注意的是，束絲藻通常為富營養(yǎng)水體的指示種，該種類在本次研究中出現(xiàn)，并成為優(yōu)勢種，推測研究區(qū)域水體營養(yǎng)水平較高[12]。

2.3 浮游植物多樣性指數(shù)

圖2 基于反距離權(quán)重法的浮游植物豐度分布

圖3 基于反距離權(quán)重法的Shannon-weaver指數(shù)分布

Shannon-weaver指數(shù)是反映生物群落穩(wěn)定的重要指標之一，通常用于衡量群落的穩(wěn)定性及水體營養(yǎng)狀態(tài)。為了衡量公共資源水域的健康狀況，本次研究中，Shannon-weaver指數(shù)變化范圍在1.61～2.34之間，平均為2.00（圖3）。與浮游植物豐度分布特征類似，多樣性指數(shù)呈現(xiàn)湖中區(qū)域高于兩側(cè)區(qū)域，說明丁香公園水體中央部分群落結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，兩側(cè)位置受人為活動影響，群落變異度較高，水體營養(yǎng)狀態(tài)相對較高。丁香公園Shannon-weaver指數(shù)與研究區(qū)域附近的呼蘭河口濕地，金河灣濕地等研究結(jié)果基本一致。說明受人為活動影響較高的景觀水體與濕地保護區(qū)浮游植物多樣性基本持平，推測該處公共資源水體管理效果較好。

3 結(jié)論

本次研究以哈爾濱市典型城市公共資源景觀水體丁香公園為研究對象，共鑒定浮游植物58個分類單位，浮游植物豐度、優(yōu)勢種及多樣性指數(shù)分布呈現(xiàn)受人為活動較為明顯的湖兩側(cè)與湖中差異明顯的規(guī)律。說明浮游植物多樣性格局較好的反映了人為活動干擾。未來對于經(jīng)濟活動所帶來城市公共資源水體營養(yǎng)狀態(tài)改變的研究中，系統(tǒng)開展以浮游植物多樣性為研究對象是值得關(guān)注的方向之一。