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(chǔ)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(yīng)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。
在扎龍濕地共設(shè)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
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
1.3.1 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。
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。
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)。
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??傮w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
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(yīng)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(yīng)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(yīng)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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