白河南阳段浮游植物群落多样性及相似性评价

1、白河南阳段浮游植物群落多样性及相似性评价摘要：为掌握白河南阳段浮游植物种群及污染现状，在白河南阳段设置5个监测位点进行了调查研究.白河南阳段出 现浮游藻类7门32#52属73种，五年间白河南阳段浮游藻类种数大幅减少64.9% ,随时间和空间尺度的改变，白河南阳 段水体污染状况加重.白河南阳段浮游藻类生物量变化波动大、分布不均匀，中下游高上游低，两者之间相差8倍.根据 Shannon-Wiener和Margalef指数评价，上游区域是寡污型（清洁）、下游区域则是轻污染型，而根据Jaccard系数，上游与中下 游污染情况不同，而中下游污染情况相似.关键词：国家湿地公园；浮游植物；生物多样性；营养化

2、南阳白河国家湿地公园总面积13076.5 hm2,是以较大水量的白河南阳段上游段区域（以下均用“白 河南阳段”）为主体、以白河洲滩湿地和输水河为补充组成的复合湿地生态系统，拥有国家重点保护动植 物33种、具有重要科研和经济价值的野生动植物154种.南阳白河国家湿地公园生态地位突出，在我国亚 热带和暖温带过渡区域具有较强的典型性和代表性，在河南省和我国中原地区具有独特性（1）,保护白河 国家湿地公园生态系统意义重大.白河南阳段是南阳市区饮用水的水源地，也是白河国家湿地公园的重要 载体，白河南阳段生态系统的变化对白河国家湿地公园生态系统具有直接影响.鸭河水库蓄水和近年来干旱少雨天气导致白河南阳段水

3、位下降严重，水生态系统的变化影响湿地公 园的正常运作.另外，白河南阳段部分支流接纳沿途的工业废水或生活污水，仅靠河流自净作用难以彻底 削减污染物，已有调查表明白河南阳段受污染较为严重（2）.浮游植物是水体生物生产力的基础，与水体营 养状态密切相关，对环境污染极为敏感,参与水生态环境的能量流动、信息传递等，在水体生物学监测及评 价中占有重要地位,在生态系统中起着重要作用.白河南阳段浮游植物群落及生物多样性直接影响着白 河国家湿地公园的浮游植物群落及生物多样性,甚至对评价白河国家湿地公园生态系统也有重要借鉴意 义.但目前关于白河国家湿地公园生态系统变化的研究较少，本文主要研究了白河南阳段浮游植物群

4、落及 生物多样性旨在为保持白河南阳段水质和白河国家湿地公园的生态稳定性提供参考.1研究区域和研究方法1.1监测位点分布白河南阳段上游段区域生物监测站经过实地考察论证，根据尺度范围、信息量、经济性、代表性、可控 性及不断优化的原则，在白河南阳段沿河流走向，从上游到下游依次设置设鸭河大桥上（以下简称BY,位 于南召县皇路店镇鸭河口村、北纬33.285。东经112.628）、观音寺（以下简称BG,位于南召县皇路店镇皇 路村、北纬33.240东经112.656）、泗水河桥（以下简称BS,位于卧龙区石桥镇小石桥村、北纬33.128东 经112.619）、沙岗（以下简称BX,位于宛城区新店乡沙岗村、北纬3

5、3.045东经112.610）和四坝下（以下 简称BF,位于宛城区市区、北纬32.952东经112.504） 5个监测位点.1.2样品采集与测定方法及评价标准1.2.1样品采集按照环境保护部出版的%水和废水监测分析方法（第四版）规定的标准采集浮游藻类水样，所示样品 均于24 h内送到实验室做相应处理与保存.1.2.2样品测定方法1.2.2.1浮游藻类鉴定浮游藻类定量样品使用采水器取表层水2 L,及时加鲁哥试液固定，防止标本变 质.在野外采集并经固定的水样,实验室内沉淀浓缩至50 mL后，补加甲醛溶液密封保存.制作显微镜临时 玻片标本进行鉴定，将浮游藻类鉴定到属或种(变种)申4.1.2.2.2浮

6、游藻类多样性计算 运用评价水质的Shannon-Wiener多样性指数()、Margalef物种丰富度 指数(/)和Pielou物种均匀度指数(J)对白河南阳段水质进行生态学评价.具体计算如下： TOC o 1-5 h z H，= C- K lnC-(其中 C = N-/N) ,( 1)-=1d = I S- 1) /l nN,I 2)J = H/lnS.I 3)注:C-为第-属浮游藻类的存在率;N,为第-属的个体数量;N为浮游藻类的总个体数量;S为浮游藻类 的属数.1.2.2.3浮游藻类相似性计算杰卡特(Jaccard)群落相似性系数广泛地应用于计算2个地区间的相似 性系数，通常用来衡量地区

7、间种群的差异程度和亲缘关系的远近成，相似性系数的计算公式具体如下：Q = C/I A+B -C) 6.I 4)注:公式中A和B是白河南阳段2个监测位点的浮游藻类种类数,C是白河南阳段2个监测位点的共有 浮游藻类种类数.1.2.3样品评价标准1.2.3.1浮游藻类物种组成水质评价标准 指示性浮游藻类群落污染等级划分标准:多污带:蓝藻门 70%，直链藻和小球藻等耐污种大量出现;中污带:蓝藻门约60%，藻类总数较多，冠盘藻和菱形藻等 大量出现;-中污带:硅藻及绿藻门各约30%左右,黄藻和金藻门较多;寡污带:硅藻门60%，甲藻、 金藻和鼓藻等均出现，藻类种类多，个体少7).尽管河流生态系统与湖泊生态系

8、统水文特性有很大的差异， 但是二者在浮游藻类类群组成上有很大的相似性囱.因此同时参考陈晓江$)的标准，来评价白河南阳段水 体水质.1.2.3.2浮游藻类物种数量营养评价标准浮游藻类数量1x106个/L,为富营养状态10.1.2.3.3浮游藻类多样性评价标准 生物多样性指数分别参照Shannon-Winener多样性指数I H)、物种 丰富度指数I d)、物种均匀度指数I J)进行，其中重污染评价标准是:H3、d4、J介于0.8-1.1.2.3.4浮游藻类相似性评价标准 若相似系数Q = 1,则两地区种类完全相同;若相似系数Q30.92%和41.56%，裸藻、甲藻、金藻和隐藻则相对偏少，仅在BY

9、监测位点检测到金藻的散歧锥囊藻 (Dinobryon divergens Imhof)(图 1).口蓝藻绿藻E3硅藻白裸藻C3甲藻10金藻隐藻BYBGBSBXBF监测位点图1白河南阳段浮游藻类物种组成特征图2.1.2浮游藻类群落生活习性浮游藻类具有不同的生活习性，如假性浮游、兼性浮游和真性浮游.白河南阳段5个监测位点中3类 生活习性所占比例分别为5%(假)、17%(兼)和78%(真).白河南阳段水体浮游藻类生活习性多数为真性 浮游,同样在各监测位点其为主要行为习性,蓝藻门、绿藻门、硅藻门、裸藻门、甲藻门、金藻门和隐藻门中 均存在;假性浮游藻类只在硅藻门中发现，主要有脆杆藻等，且自白河南阳段上游

10、至下游呈现下降趋势.兼 性浮游的藻类呈相对稳定的状态，只存在于蓝藻门、绿藻门和硅藻门中.2.2浮游藻类功能群组成特征分析观察不同监测位点浮游藻类生物量的分布，如图2所示.白河南阳段监测站点BY至BF浮游藻类生 物量变化波动大,其中监测位点BX的生物量较多，约为5.31 mg/L；监测位点BG生物量较少，约为0.54 mg/L，两者之间相差约9.8倍.根据浮游藻类数量营养评价指标，对白河南阳段监测位点水体浮游藻类数量进行营养状态评价(表 2)，白河南阳段上游处于中营养状态，下游数据异常显著，富营养状态.来样位点图2白河南阳段浮游藻类生物量空间变化表2白河南阳段监测位点浮游藻类数量营养评价数量及评

11、价BYBGBSBXBF浮游藻类数量/1万个/L） 营养状态评价58.41中营养93.78中营养347.03富营养538.87富营养563.27富营养2.3浮游藻类多样性生物多样性是生物及其与环境形成的生态复合体以及与此相关的各种生态过程的总和，群落中的生 物多样性反映了生物群落或生境的复杂程度12可用来作为评价水质的一项重要指标的生物多样性指 数，它是用来表示由多种生物组成的混合生物群落的数量和种类之间的关系.Shannon-Wiener多样性指数及其水质评价白河南阳段浮游藻类Shannon-Wiener多样性指数变化范围为2.69-3.28,变化幅度稍有波折,观音寺 监测位点数值较小,BS监

12、测位点数值较大.白河南阳段浮游藻类Shannon-Wiener多样性指数空间变化特 征为BSBFBYBXBG.BS监测位点水质质量较好，为寡污型（清洁）；其余4个监测位点水质情况均为 轻中污型.Margalef物种丰富度指数及其水质评价Margalef丰富指数能够表示群落种类的丰富程度.通常来说，种类丰富程度高的表示为健康环境；反 之，种类丰富程度低的表示为污染环境.白河南阳段浮游藻类Margalef丰富度指数变化范围为4.67-9.23, 变化幅度较大，BG监测位点数值较小，BS监测位点数值较大，与Shannon-Wiener多样性指数变化趋势较 相似.白河南阳段浮游藻类Margalef丰富

13、度指数空间变化特征为BSBYBXBFBG.5个监测位点 Margalef丰富度指数均大于4,水质质量较健康,评价为清洁.监测位点图3白河南阳段浮游藻类多样性指数空间变化Pielou物种均匀度指数及其水质评价Pielou均匀度指数反映浮游藻类物种个体数分配的均匀程度值的范围在0-1之间,./值大时说明群落 种间个体数分布均匀;反之，./值小时说明群落种间个体数分布欠均匀.白河南阳段浮游藻类Pielou均匀度指 数变化范围为0.72-0.90,变化幅度平稳,BX监测位点数值较小,BG监测位点数值较大.白河南阳段浮游藻类 Pielou均匀度指数空间变化特征为BGBYBSBFBX.BX监测位点和BF监

14、测位点水质较差，为轻污染;其 余3个监测位点水质良好，无污染;总体来说，白河南阳段浮游藻类种间个体数分布较均匀.2.4浮游藻类群落相似性2.4.1 5个监测位点浮游藻类种类由表3可知,BY和BG之间共有种为14种，BY和BS之间共有种为25种，BY和BX之间共有种为 20种,BY和BF之间共有种为21种,BG和BS之间共有种为13种,BG和BX之间共有种为12种,BG和 BF之间共有种为13种，BS和BX之间共有种为34种，BS和BF之间共有种为33种，BX和BF之间共有 种为31种.其中,BX监测位点与其他监测位点的共有种类数量相对较高，反之,BG监测位点与其他监测 位点的共有种类数量普遍偏

15、少.表3白河南阳段监测位点浮游藻类空间分布白河南阳段 浮游藻类种类监测位点BYBGBSBXBF集星藻Actinastrum hantzschii Lag.卷曲鱼腥藻Anabaena circinalis Rabenh.鱼腥藻属Anabaena Bory纤维藻属Ankistrodesmus Cord.水华束丝藻Aphanizomenon flos -aquae( L.) Ralfs衣藻属Chlamydomonas Ehr.小球藻Chlorella vulgaris Beij.十字顶棘藻Chodatella wratislaviensis( Schr.) Ley.色球藻属Chroococcus N

16、ag.尖尾蓝隐藻Chroomonas acuta Uterm.蓝隐藻属Chroomonas Hansg.刚毛藻属Cladophora Kutz.新月藻属Closterium Nitzsch扁圆卵形藻Cocconeis placentula( Ehr.) Hust.小抱空星藻Coelastrum microporum Nag.鼓藻属Cosmarium Cord.尖顶十字藻Crucigenia apiculata( Lemm.) Schmidl.啮蚀隐藻Cryptomonas erosa Ehr.卵形隐藻Cryptomonas ovata Ehr.小环藻属Cyclotella Kutz.梅尼小环藻

17、Cyclotella meneghiniana Kutz.桥弯藻属Cymbella Ag.等片藻属Diatoma De Candolle等片藻Diatoma vulgare Bory散歧锥囊藻Dinobryon divergens Im.华丽空球藻Eudorina elegans Ehr.裸藻属Euglena Ehr.短缝藻属Eunotia Ehr.脆杆藻属Fragilaria Lyngb.异极藻属Gomphonema Ag.裸甲藻属Gymnodinium Stein月状蹄形藻Kirchneriella lunaris( Kirch.) Mob.颗粒直链藻Melosira granulata(

18、 Ehr.) Ralfs变异直链藻Melosira varians Ag.细小裂面藻Merismopedia minima G. Beck.微芒藻Micractinium pusillum Fres.铜绿微囊藻Microcystis aeruginosa Kutz.微囊藻属Microcystis Kutz.转板藻属Mougeotia Ag.舟形藻属Navicula Bory续表白河南阳段 浮游藻类种类监测位点BYBGBSBXBF肾形藻Nephrocytium agardhianum Nag.菱形藻属Nitzschia Vassal卵囊藻属Oocystis Nag.颤藻属Oscillatoria

19、 Vauch.桑4实球藻Pandorina morum( Mull.) Bory.二角盘（藻Pediastrum duplex Mey.盘（藻属Pediastrum Mey.多甲藻属Peridinium Ehr.扁裸藻属Phacus Dujardin伪鱼腥藻科Pseudanabaenaceae Anagn.et Kom芒球藻Radiococcus nimbatus( Wild.) Schmidl.双对栅藻Scenedesmus bijugatus( Turp.) Kutz.爪哇栅藻Scenedesmus javanensis Chod.栅藻属Scenedesmus Mey.四尾栅藻Scened

20、esmus quadricauda( Turp.) De Breb.弓形藻Schroederia setigera( Schrod.) Lemm.螺旋弓形藻Schroederia spiralis( Printz.) Kors.月芽藻Selenastrum bibraianum Reinsch.束丝藻属Sirocoleus大螺旋藻Spirulina major Kutz.角星鼓藻属Staurastrum Mey.双菱藻属Surirella Turp.尖针杆藻Synedra acus Kutz.针杆藻属Synedra Ehr.肘状针杆藻Synedra ulna( Nitzsch.) Ehr.具尾

21、角棘藻Tetraedron caudatum( Corda) Hansg.囊裸藻属Trachelomonas Ehr. emend.DeLl.粗刺四棘藻Treubaria triappendicula Bern.总计35195141392.4.2白河南阳段浮游藻类相似性分析及其水质评价根据Jaccard相似性系数计算得到各监测位点之间的相似性系数（表4），可直接观察出河流下游之间 相似性系数偏高，最高的是BX监测位点与BF监测位点，达0.63,均不存在实质性差异;上游各监测位点 之间的相似性系数为0.230.41,上游监测位点与下游监测位点的相似性系数在0.26-0.39之间，均小于 0.5，

22、可初步判断均存在实质性差异.表4白河南阳段浮游藻类相似性系数比较监测位点BYBGBSBXBFBY1.00BG0.351.00BS0.410.231.00BX0.360.260.601.00BF0.390.280.570.631.003讨论与建议通过对白河南阳段水体进行富营养化调查显示，该河流浮游藻类7门32科52属73种，与凡盼盼13 等人20122013年间所做的研究结果对比,发现白河南阳段浮游藻类科数减少20%、属数减少42.22%、 种数则大幅度减少64.9%.具体而言，蓝藻门属数降低50%、种数降低62.86%，绿藻门属数降低25%、种数 降低45.76%，硅藻门属数降低60%、种数降

23、低84.04%,裸藻门属数降低50%、种数降低66.67%，其他藻类 则没有明显变化.另外从各种藻类占比分析，本文中绿藻、硅藻和蓝藻是藻类主要构成部分与凡盼盼13等 人研究结果一致，但绿藻占比从28.37%增加到41.56%、硅藻占比从45.19%降低到17.46%、蓝藻占比从 16.83%增加到30.92%.蓝藻已经成为水体污染的重要指标,蓝藻聚积时,水体溶解氧大量消耗，蓝藻死亡 散发恶臭并释放有毒有害物质,水质恶化严重14，而本文与凡盼盼13）等人研究结果比较发现，蓝藻占比 大幅增加了 83.72%，说明随时间和空间维度的改变白河南阳段水体污染状况有加重趋势.白河南阳段监测站点BY至BF浮游藻类生物量变化波动大，其中监测位点BX的生物量较多，约为 5.31 mg/L；监测位点B+生物量较少，约为0.54 mg/L，两者之间相差约9.8倍，白河南阳段上游区域处于 中营养状态，下游区域趋于富营养化.值得关注的是肘状针杆藻，其在鸭河大桥上、沙岗和四坝下3个监测 位点均为优势种类.有研究者总结肘状针杆藻属于耐重金属（锌）类型指示藻类15），可见白河南阳段水体 污染不仅仅因为有机污染物，而且重金属排放造成的污染，也是白河南阳段水质由中营养型向富营养型水 体变化趋势