浮游植物功能群水質(zhì)評價

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1、浮游植物功能群水質(zhì)評價 浮游植物功能群水質(zhì)評價 2016/08/30 《北方農(nóng)業(yè)學報》2016年第4期 摘要： 2014年7月對扎龍濕地8個采樣點進行了浮游植物調(diào)查，共鑒定出浮游植物6門95種（包括變種、變形），以綠藻門和硅藻門為主。同時采用浮游植物功能群分類的方法，共劃分出了22個不同的功能群，常見功能群（功能群出現(xiàn)頻率大于65%）共有12個，分別為功能群MP、P、D、C、J、Lo、F、N、X1、X2、W1、TD，其中功能群MP、P

2、、D、C在每個采樣點都能監(jiān)測到。此外，1#東升水庫以功能群P和D占優(yōu)勢，2#克欽湖度假村以功能群J和C占優(yōu)勢，3#克欽湖以J、C、MP占優(yōu)勢，4#翁海排干以功能群MP和P占優(yōu)勢，5#扎龍湖心以功能群Lo和N占優(yōu)勢，6#扎龍湖以功能群MP、P和N占優(yōu)勢，7#龍湖以功能群MP、P占優(yōu)勢，8#吐木柯小橋以功能群Z、P占優(yōu)勢。并用基于浮游植物功能群的Q指數(shù)法對水質(zhì)進行評價，Q值大小關(guān)系：7#＞6#＞8#＞5#＞4#＞3#＞1#＞2#，評價結(jié)果為：1#東升水庫和2#克欽湖度假村水質(zhì)為中等，3#克欽湖水質(zhì)好，4#翁海排干、5#扎龍湖心、6#扎龍湖、7#龍湖、8#吐木柯小橋水質(zhì)均極好，只是輕度污染，這與多樣

3、性指數(shù)評價結(jié)果較為一致。 關(guān)鍵詞： 扎龍濕地；浮游植物；功能群；水質(zhì)評價 浮游植物是水體生態(tài)系統(tǒng)當中主要的初級生產(chǎn)者，在水生態(tài)系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用[1]，尤其是近年來，水體富營養(yǎng)化嚴重，藍藻暴發(fā)的現(xiàn)象時有發(fā)生，對浮游植物的監(jiān)測尤為重要[2]。在浮游植物生態(tài)學研究中，一直使用基于系統(tǒng)發(fā)生論的傳統(tǒng)的分類方法，但有時候這種方法很難體現(xiàn)浮游植物的生態(tài)功能，也難以體現(xiàn)出生態(tài)系統(tǒng)的功能。而浮游植物功能群具有相似的生態(tài)特征和生態(tài)適應(yīng)性，它既反映物種的生態(tài)功能，還能反映水環(huán)境的生態(tài)狀況[3]。Grime最早提出“功能群”的概念，在1977年發(fā)表了著名的C-S

4、-R植物生態(tài)對策模型[4]。1980年，Reynolds研究浮游植物周期變化時，將浮游植物歸為14個“集群”[5]，后來增加至19個“集群”[6]。這種“集群”實質(zhì)上就是功能群的前身，但是這種組合只是藻類組成與環(huán)境條件相匹配的一個經(jīng)驗組合，與藻類本身的生理、生態(tài)特征及功能不相關(guān)聯(lián)，所以，還不能算是真正意義上的“FunctionalGroup功能群”。之后，Reynolds在浮游植物生態(tài)學研究中建立了浮游植物的C-S-R模型[7]，不僅能反映出其典型的生態(tài)屬性，還能成為預(yù)測浮游植物季節(jié)演替動態(tài)的有力工具[6]。2002年，Reynolds將所有浮游植物分為31個不同的“集群”，并正式命名為“功能

5、群”[8]。新的功能群在后續(xù)的研究過程中被陸續(xù)總結(jié)出來，至2009年為止，大家公認的浮游植物功能群（FG）已經(jīng)達到了39個。浮游植物功能群能更好地反映出水環(huán)境的生態(tài)狀況，近年來，國內(nèi)對熱帶、亞熱帶和溫帶地區(qū)的河流、水庫以及高原湖泊浮游植物功能群都有研究[9]，但對寒冷地區(qū)湖泊的浮游植物功能群研究較少，因此，本文將以扎龍濕地的浮游植物作為研究對象，對扎龍濕地夏季8個采樣點的樣品進行浮游植物的種類鑒別，并采用浮游植物功能群的分類方法，對各個浮游植物種類進行功能群的劃分，而且利用基于浮游植物功能群的Q指數(shù)法對扎龍濕地的水質(zhì)進行評價，通過浮游植物功能群對不同水體的表現(xiàn)和適應(yīng)機制，為扎龍濕地的水環(huán)境狀況

6、評價提供較為直接與正確的信息，也為寒冷地區(qū)湖泊浮游植物功能群研究提供相應(yīng)參考。 1研究地概況 扎龍濕地位于我國黑龍江省西部松嫩平原、烏裕爾河下游的齊齊哈爾市境內(nèi)。地理坐標為東經(jīng)12347′～12437′，北緯4652′～4732′[10]，是以蘆葦沼澤為中心的內(nèi)陸型濕地，也是首批被列入國際重要濕地名錄的國家濕地[11]。扎龍濕地的生物資源尤為豐富。其中高等植物有525種，隸屬于70科[12]，昆蟲類有277種，魚類有51種[13]，鳥類約有265種，7種國家一級、37種國家二級保護鳥類[14]。尤為重要的是，扎龍濕地還是以丹頂鶴為主的眾多珍稀水禽棲息和繁衍的場所

7、。每年4、5月份約有300余只丹頂鶴會來此進行棲息繁衍[15]。其他大型的水禽，如：白頭鶴、白枕鶴等也會到這里聚集，這些鶴類均被列為國家一、二級重點保護動物。水文條件被認為是決定濕地形成及維持濕的過程最重要的因素[15]。通過龍安橋雨量站2005—2008年降水量與蒸發(fā)量的對比發(fā)現(xiàn)，除部分年份的6、7月外，各月平均降水量小于蒸發(fā)量[16]。這說明扎龍濕地的降水量已經(jīng)不能滿足其維持生態(tài)需水的要求，這樣的水文變化將會對扎龍濕地的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生深遠的影響。比如自然環(huán)境破碎化和蓄水持水功能下降[17]。這不僅會直接降低鳥類生存環(huán)境的質(zhì)量，使得鳥類數(shù)量驟然減少，對丹頂鶴等珍稀水禽的生存也產(chǎn)生了很大的威脅，

8、同時魚類資源受到了嚴重的破壞，使得以魚類為食的丹頂鶴等鶴類及大型水禽的數(shù)量進一步減少。此外，近些年來人為水利工程的建設(shè)，更惡化了植物的生存環(huán)境，導(dǎo)致其典型植被蘆葦?shù)膰乐赝嘶?，直接影響了扎龍濕地整個生態(tài)系統(tǒng)的質(zhì)量。因此，我們不僅要確保扎龍濕地的水量可以維持其整個生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)需求，還需要對扎龍濕地的水體環(huán)境進行監(jiān)測，為珍稀水禽及其他各類生物提供一個安全的生存環(huán)境。 2材料和方法 2.1采樣點的設(shè)置 根據(jù)扎龍濕地生態(tài)環(huán)境的梯度變化以及地形地貌特征共設(shè)立了8處調(diào)查站點，見表1。 2.2樣品的采集及鑒定 2014年7月對扎

9、龍濕地的8個采樣站點進行水樣采取。各個采樣點均采用GPSl2型全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)進行定位。采集浮游植物定量樣品時，用有機玻璃采水器采集1L水樣后，馬上加入魯哥氏液對其進行固定。采集浮游植物定性樣品時，采用2.97mm浮游生物網(wǎng)在水面下0.5m處，“∞”字形拖動10～15min提取水樣，加入魯哥氏液固定，同時貼好標簽。在實驗室，將采集的水樣搖勻后倒入1000mL棕色大口試劑瓶中，靜置沉淀48h后，抽出上清液。當試劑瓶中剩余30~50mL的沉淀物時，將其搖勻后倒入聚乙烯瓶中，再用吸出的上清液對試劑瓶沖洗3次，沖洗液也倒入聚乙烯瓶中，同時加入甲醛固定液。在對浮游植物進行定量計數(shù)時，加入純水使定量瓶中水

10、樣的實際體積變成整數(shù)，然后充分搖勻，用刻度吸管吸出0.1mL水樣，注入計數(shù)框內(nèi)，蓋上蓋玻片，要求計數(shù)框內(nèi)沒有氣泡，樣品不溢出計數(shù)框。然后用40倍光學顯微鏡拍片計數(shù)，同一樣品計數(shù)2片，二者的平均值為計算結(jié)果。浮游植物的鑒定主要依據(jù)《中國淡水藻類：系統(tǒng)分類及生態(tài)》等鑒定。 2.3樣品的分析方法 2.3.1多樣性指數(shù) 扎龍濕地各浮游植物多樣性指數(shù)的計算公式[18]及評價標準（表2）[19]：H′＝－xi＝1ΣPilog2PiPi=niNJ=Hlog2Sd=S-1log2N式中，H′為香農(nóng)-威納指數(shù)，ni為該采集樣本中第i種浮游植物的數(shù)量；N為樣本所有浮

11、游植物物種的數(shù)量；J′為均勻度指數(shù)，實測多樣性與最大多樣性之比；d為群落豐富度指數(shù)，S表示采樣點的群落種數(shù)。 2.3.2Q指數(shù) 基于浮游植物功能群的Q指數(shù)法的計算公式及影響因子F的賦值（表3）[20]：Q=ni=1ΣniNFiΣΣ式中，n是浮游植物功能群的數(shù)量，N是浮游植物的總生物量，ni是指第i個功能群的生物量，F(xiàn)i為第i個功能類群的賦值。由于功能群與環(huán)境特征二者相互響應(yīng)，歐盟水框架據(jù)此開發(fā)出了生態(tài)健康指數(shù)對環(huán)境進行監(jiān)測，包括為Q評價指數(shù)和Qr評價指數(shù)。通過這兩個指數(shù)，人們只需利用浮游植物數(shù)據(jù)，就能較為準確地評價環(huán)境。Q指數(shù)0～5分別表示為：0～1差，1～2耐

12、受，2～3中等，3～4好，4～5極好。 3結(jié)果與分析 3.1浮游植物的組成 本次采集的樣品，共鑒定出浮游植物6門95種，包括變種和變形。其中以綠藻門和硅藻門為主，綠藻門42種、硅藻門36種、藍藻門10種、裸藻門3種，隱藻門和甲藻門均只有2種。采用浮游植物功能群的分類方法，對扎龍濕地的浮游植物進行功能群劃分。共劃分出了22個不同的功能群，其中1#東升水庫和6#扎龍湖均有17個功能群，7#龍湖有15個功能群，4#翁海排干有14個功能群，3#克欽湖、5#扎龍湖心、8#吐木柯小橋均為12個功能群，2#克欽湖度假村有11個功能群。其中扎龍濕地的常見功能群（

13、功能群出現(xiàn)頻率大于65%）有12個，分別為功能群MP、P、D、C、J、Lo、F、N、X1、X2、W1、TD，其中功能群MP、P、D、C在每個采樣點都能監(jiān)測到。 3.2浮游植物功能群的豐度及生物量 為了能夠較為直觀的分辨出各個采樣點的優(yōu)勢功能群，所以我們對各采樣點功能群的豐度比例（圖1）和生物量比例（圖2）做了柱狀圖。從圖1中可以看出，1#東升水庫以P（37.88%）、D（15.89%）功能群占優(yōu)勢；2#克欽湖度假村以J（21.25%）、C（55%）功能群占優(yōu)勢；3#克欽湖也是以功能群J（13.54%）、C（50.00%）占優(yōu)勢；44翁海排干以MP（26.92%）

14、、P（25.00%）功能群占優(yōu)勢；5#扎龍湖心以Lo（33.33%）、N（20.00%）功能群占優(yōu)勢；6#扎龍湖以P（19.88%）、N（11.54%）功能群占優(yōu)勢；7#龍湖以P（18.75%）功能群占優(yōu)勢；8#吐木柯小橋以Z（18.42%）、P（13.16%）功能群占優(yōu)勢。從圖2中可以看出，各個采樣點功能群在生物量比例上與豐度比例上相比，其優(yōu)勢功能群不太一致。分別為：1#東升水庫中D（35.46%）、P（31.69%）為優(yōu)勢功能群；2#克欽湖度假村中功能群J（81.27%）占據(jù)絕對優(yōu)勢；3#克欽湖以MP（38.35%）為優(yōu)勢功能群，功能群D（21.92%）、Lo（19.80%）次之；4#翁海

15、排干以功能群MP（72.28%）占據(jù)絕對優(yōu)勢；5#扎龍湖心以功能群Lo（24.26%）、N（22.74%）占優(yōu)勢；6#扎龍湖MP（44.84%）為優(yōu)勢功能群；7#龍湖功能群MP（72.14%）占據(jù)絕對優(yōu)勢；8#吐木柯小橋以功能群Z（71.90%）具有絕對優(yōu)勢。 3.3浮游植物的多樣性指數(shù) 利用香農(nóng)-威納指數(shù)（H′）、均勻度指數(shù)（J′）、物種豐富度指數(shù)（d）這3種多樣性指數(shù)來計算扎龍濕地浮游植物的生物多樣性（表4）。從表4中可以看出：利用香農(nóng)-威納指數(shù)（H′）和物種豐富度指數(shù)（d）得出的結(jié)論一致，除了2#克欽湖度假村水質(zhì)為中污染之外，其余各采樣點水質(zhì)均為輕污染，而

16、均勻度指數(shù)（J′）的評價結(jié)果則表明所有采樣點水質(zhì)均為輕污染。香農(nóng)-威納指數(shù)（H′）的大小關(guān)系為：6#扎龍湖>7#龍湖>4#翁海排干>8#吐木柯小橋>5#扎龍湖心>1#東升水庫>3#克欽湖>2#克欽湖度假村；均勻度指數(shù)（J′）的大小關(guān)系為：8#吐木柯小橋>6#扎龍湖>5#扎龍湖心>4#翁海排干>7#龍湖>1#東升水庫>3#克欽湖>2#克欽湖度假村；物種豐富度指數(shù)（d）的大小關(guān)系為：6#扎龍湖>1#東升水庫>3#克欽湖>7#龍湖>4#翁海排干>8#吐木柯小橋>5#扎龍湖心>2#克欽湖度假村。 3.4Q指數(shù)法評價水質(zhì) 根據(jù)Q指數(shù)法的計算公式，對影響因子F進行賦值（表5

17、），計算出的各采樣點的Q值（圖3）為：1#東升水庫2.69，2#克欽湖度假村2.08，3#克欽湖3.81，4#翁海排干4.24，5#扎龍湖心4.25，6#扎龍湖4.31，7#龍湖4.69，8#吐木柯小橋4.29。Q值大小關(guān)系為：7#龍湖>6#扎龍湖>8#吐木柯小橋>5#扎龍湖心>4#翁海排干>3#克欽湖>1#東升水庫>2#克欽湖度假村。Q值越小，表示水體營養(yǎng)化程度越高，Q值越大，表示水體營養(yǎng)化程度越低。根據(jù)Q值表示的意義可以得出：1#東升水庫水質(zhì)中等，2#克欽湖度假村水質(zhì)中等，3#克欽湖水質(zhì)好，4#翁海排干水質(zhì)極好，5#扎龍湖心水質(zhì)極好，6#扎龍湖水質(zhì)極好，7#龍湖水質(zhì)極好，8#吐木柯小橋水質(zhì)

18、極好。 4討論 4.1扎龍浮游植物功能群對水體環(huán)境的反映 浮游植物功能群與水體環(huán)境二者相互響應(yīng)，所以不同浮游植物功能群能夠反映不同的水體環(huán)境。根據(jù)豐度比例得出的扎龍浮游植物優(yōu)勢功能群來看，除2#克欽湖度假村和5#扎龍湖心外，功能群P分布最廣。P代表的環(huán)境為2~3m的連續(xù)或半連續(xù)的水體混合層，對硅元素缺乏敏感[9]。即如果硅元素缺乏，會抑制功能群P的生長，則說明了總體上扎龍濕地水體中硅元素含量充分，這與豐度種類組成上基本都是以硅藻門為主相對應(yīng)。1#東升水庫，功能群P和D占優(yōu)勢。D棲息于包括河流在內(nèi)的渾濁型淺水體，對營養(yǎng)缺乏敏感[9]。東升水庫位于省

19、國道兩旁，養(yǎng)殖大量的魚類，導(dǎo)致水體營養(yǎng)鹽程度較高，促進了功能群D的生長。2#克欽湖度假村和3#克欽湖以功能群C和J占優(yōu)勢，其中C功能群占據(jù)絕對優(yōu)勢。C和J功能群均適應(yīng)高營養(yǎng)的水體[9]。2#和3#屬于偏堿性的中型湖泊，由于養(yǎng)殖魚類和旅游開發(fā)，導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，促進了C和J的繁殖。4#翁海排干，功能群MP和P占優(yōu)勢。MP代表經(jīng)常受到攪動的、無機的、渾濁的淡水湖泊[9]。4#位于扎龍湖的上游，主要依靠嫩江水及農(nóng)業(yè)灌溉補水，補水7~10d之后水體進入扎龍湖內(nèi)，水流速度較快，導(dǎo)致水體渾濁，水體的經(jīng)常攪動促進了MP的繁殖。5#扎龍湖心，6#扎龍湖，7#龍湖均位于扎龍保護區(qū)的核心區(qū)域，管理效果比較好，水體

20、營養(yǎng)指數(shù)較低。5#主要以Lo和N占優(yōu)勢。Lo代表生境為寡營養(yǎng)型到富營養(yǎng)型、大中型、深水或淺水湖泊[9]，N棲息在連續(xù)或者半連續(xù)的水體混合層中，耐受低營養(yǎng)[9]。6#主要以功能群P和功能群N為主。7#以功能群P為主。8#吐木柯小橋，以Z和P功能群占優(yōu)勢。Z代表清澈的，混合的水層，耐受低營養(yǎng)，對光照缺乏敏感[9]。P功能群占優(yōu)勢則表明水體中硅元素含量充分。吐木柯小橋位于扎龍濕地的中游，水體環(huán)境比較干凈。根據(jù)生物量比例得出的扎龍浮游植物優(yōu)勢功能群來看，1#以P、D功能群占優(yōu)勢，5#以Lo、N功能群占優(yōu)勢，這與豐度比例得出的優(yōu)勢功能群完全一致。2#、4#、8#分別以功能群J、MP、Z占據(jù)絕對優(yōu)勢，3個

21、采樣點依據(jù)豐度比例得出的優(yōu)勢功能群也包含這3種，只是生物量比例上變成了絕對優(yōu)勢，前后并不矛盾。6#除了以功能群N占優(yōu)勢外，還以MP占絕對優(yōu)勢，這是由于4#周期性的為其補水，導(dǎo)致水體經(jīng)常性受到擾動，促進了MP的生長。3#克欽湖以Lo、D占優(yōu)勢，Lo生境適應(yīng)范圍廣，D對營養(yǎng)鹽缺乏敏感，克欽湖由于受到人為干擾，營養(yǎng)化程度比較高，所以適合Lo和D的生長。3#與7#都以MP占優(yōu)勢。MP代表經(jīng)常受到攪動的水體[9]。這與3#和7#的實際情況不太相符。 4.2多樣性指數(shù)與Q指數(shù)的比較 多樣性指數(shù)評價方法是以水體中各種生物種類的組成來反映水質(zhì)狀況的，是種類和數(shù)量分布的一個函數(shù)。

22、通過對水體中浮游植物的多樣性與其動態(tài)變化特征的研究，可對水質(zhì)進行較好的評價[21]。但它是以系統(tǒng)分類學為基礎(chǔ)的，有時難以體現(xiàn)浮游植物及生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)功能[22]。Q指數(shù)法是以功能群在不同水體類型中的影響因子F為基準，通過加權(quán)平均得到所有共存功能類群的總值Q。它對浮游植物的劃分是從生境差異入手的，既能反映浮游植物的生態(tài)功能，也能很好解釋水環(huán)境質(zhì)量[20]，已被廣泛應(yīng)用于浮游植物生態(tài)學研究及水質(zhì)評價。但仍需改進，比如在對影響因子F賦值的時候，Padisk等人的劃分指標不夠精確，其結(jié)果易受主觀因素的干擾。 香農(nóng)-威納指數(shù)（H′）的大小關(guān)系為：6#扎龍湖>7#龍湖>4#翁海排干>8#吐

23、木柯小橋>5#扎龍湖心>1#東升水庫>3#克欽湖>2#克欽湖度假村，物種豐富度指數(shù)（d）的大小關(guān)系為：6#扎龍湖>1#東升水庫>3#克欽湖>7#龍湖>4#翁海排干>8#吐木柯小橋>5#扎龍湖心>2#克欽湖度假村。這兩個多樣性指數(shù)的評價結(jié)果表示除了2#克欽湖度假村的水質(zhì)為中度污染外，其余各采樣點水質(zhì)均為輕度污染。均勻度指數(shù)（J′）的大小關(guān)系為：8#吐木柯小橋>6#扎龍湖>5#扎龍湖心>4#翁海排干>7#龍湖>1#東升水庫>3#克欽湖>2#克欽湖度假村，其評價結(jié)果表示所有采樣點水質(zhì)均為輕度污染。Q值的大小關(guān)系為：7#龍湖>6#扎龍湖>8#吐木柯小橋>5#扎龍湖心>4#翁海排干>3#克欽湖>1#東升

24、水庫>2#克欽湖度假村，其評價結(jié)果表示1#東升水庫和2#克欽湖度假村水質(zhì)均為中等，3#克欽湖水質(zhì)好，其余各采樣點水質(zhì)均極好，屬于輕度污染?？傮w來看，扎龍濕地夏季浮游植物水體評價采用多樣性指數(shù)和Q指數(shù)沒有明顯差異。 參考文獻： ［1］陳林荔，鄒華，莊嚴，等.小溪港浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征及水質(zhì)評價［J］.環(huán)境科學研究，2014，27（9）：1016-1023. ［2］張磊，夏志強，周偉，等.三峽水庫春季營養(yǎng)鹽和浮游植物空間分布及其影響機制［J］.環(huán)境科學研究，2015，28（7）：1069-1077. ［10］吳長申.扎龍國家級自然保護

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