杭州某景观湿地景观水域中原生动物的群落特征

杭州某景观湿地景观水域中原生动物的群落特征

原始生物是一个广泛分布于不同自然环境水域的个体生物。它们在水中有许多种类和数量，是自然水生生态群的重要组成部分。因此，它在水生生物物质和能量流动中发挥着非常重要的作用。它们的存在对于维持生态系统结构的稳定性和可持续性起着不可替代的作用。因此,原生动物被广泛地应用于水域环境监测及水体富营养化评价中,许多种类也正越来越多地被认为是水体污染的指示生物而得到广泛利用。利用原生动物的群落结构特征及变化规律可以及时反映出水体环境现状的变化,近年来已有许多学者在该领域做了大量的研究,并取得了一系列的可喜成果。作者等依据地区特征选取杭州市的著名景观湿地——西溪国家湿地公园(简称西溪湿地)作为研究的区域,希望此研究结果为后续进一步开展湿地水域的相关研究提供依据。西溪湿地距离著名的世界遗产保护地——西湖约5km,是一处罕见的位于繁华都市中的次生性湿地,被称为“天堂绿肾”,是目前我国第一个也是唯一的集城市湿地、农耕湿地、文化湿地于一体的国家湿地公园。公园东起杭州紫金港路西侧(E120°05′12.34″),西至绕城公路东侧(E120°02′19.40″),南起天目山路沿山河(N30°14′57.57″),北至文二西路(N30°16′56.99″),面积约为11.5km2,河流交错成网,并有水塘镶嵌,水域面积占总面积的46%。湿地水流主体自南部的沿山河向北流,最终汇入余杭塘河,但下游余杭塘河水位较高时,本区域会出现局部的倒流现象,加上河网的复杂性,故水流方向随季节和水位的情况而移,具有一定程度的不确定性。随着西溪湿地在旅游业和城市生态中的作用日趋重要,为了保护好城市的“绿肾”,让湿地效益可以持续的发展下去,本文对西溪湿地游客开放区域夏季原生动物群落结构及物种多样性变化进行了初步的调查研究,以期为湿地水域的可持续发展及污染治理提供科学依据,本工作的结果也将为全国城市性湿地的生物多样性研究提供参考。1材料和方法1.1样点设置与水的流动及其活动的关系本文依据水域环境特征共选取7个采样点(图1),样点设置主要考虑水的流动特征及人类活动对其产生的影响等多方面因素。工作重点主要集中于对游客开放的一期和二期工程部分,样点描述(表1)。1.2实验方法与结果于2011年6月—8月,每月中旬进行采样,共得到21个原生动物样品。具体实验方法均按照相关文献[10—14]进行(下同)。采自上中下水层的1L水样加10mL鲁哥试剂,静置48h,利用虹吸原理浓缩至50mL左右,加1mL浓度4%的甲醛溶液保存以备镜检。1.3统计学处理及观察方法先轻轻摇匀样品,然后吸取0.1mL置于0.1mL计数框中,放置1—2min后在显微镜下全片计数,取两片计数的平均值,按照以下公式计算个体密度:N:个体密度(ind./L);V:采样体积(L);Vs:沉淀体积(mL);Va:计数体积(mL)n:计数所得个体数观察使用带数码摄像功能的显微镜NikonE200。物种鉴定主要依据:《微型生物监测新技术》、《淡水浮游生物图谱》和《淡水浮游生物研究方法》。1.4岩石生化指标对所采水样按照水质评价及监测标准进行理化指标测定,主要包括:温度(T)、酸碱度(pH)、溶解氧(DO)、五日生化需氧量(BOD5)、化学需氧量(CODCr)、总氮(TN)和总磷(TP)。其中溶解氧和温度在采样现场用便携式仪器测定(HACHsension156MultiMETER)。1.5优势种及多样性指数根据公式Y=(Ni/N)fi计算物种的优势度。式中Ni为第i种的个体数;N为样品中所有种类的总个体数;fi为第i种的出现频率。Y>0.02为优势种。计算多样性指数:Margalef多样性指数(d)、Shannon-Wiener多样性指数(H)、Simpson多样性指数(D)和均匀度(J)。公式如下:其中S为物种数;ni为第i种的个体数;N为总个体数。原生动物不同污染程度指示种及功能营养类群按照沈韫芬等《微型生物监测新技术》进行划分。2结果2.1湿地水域原生动物物种组成的变化通过对西溪湿地原生动物调查发现,共有原生动物84种,隶属于3纲45属。鞭毛虫纲28属61种,纤毛虫纲12属14种,肉足虫纲5属9种(图2)。鞭毛虫中隐滴虫属(Cryptomonas)和眼虫属(Euglena)占多数,分别达到8种和29种。各采样点常见种有啮蚀隐滴虫(Cryptomonaserosa)、卵形隐滴虫(Cryptomonasovata)、蛋白核隐滴虫(Cryptomonaspyrenoidifera)和尾眼虫(Euglenacaudata)等。各样点原生动物种类数变化和密度变化(图3)显示,物种数最大值出现在6月份样1中,达到26种;最小值在8月份样1中,只有5种。密度最大值出现在7月份样2中,达到287500ind./L,最小值是在8月份样7中,只有8000ind./L。样2中密度相对较高可能与静水水塘有利于原生动物生长有关。通过SPSS13.0进行方差分析发现,各采样点间原生动物种类数(F=0.238,P=0.956)和密度(F=1.390,P=0.285)差异并不显著,可能是由于湿地水域面积不大,水流复杂等因素所致。西溪湿地水域中的原生动物优势种随着采样时间的变化稍有变化,6月份最多,有6种优势种,7月份减少到5种,8月份仅有3种。它们的优势度(表2)。优势种多属鞭毛纲中的隐滴虫(Cryptomonas)和眼虫(Euglena),可能跟夏季光照和营养充足有关。2.2shhenon-wieenr多样性指数变化Margalef多样性指数规定:0—1为重度污染,1—2为严重污染,2—4为中度污染,4—6为轻度污染,大于6为清洁水体。研究中西溪湿地共出现5次严重污染,14次中度污染,2次轻度污染,揭示了西溪湿地水质目前总体处于中度污染中。Simpson多样性指数在0.678—0.890范围内波动,最小值出现在6月份样3,最大值出现在6月份样5(图4)。Shannon-Wiener多样性指数变化主要集中在1.956—3.609间,最大值出现在6月份样1,最小值出现在8月份样3(图4)。其值为0—1时,代表水质严重污染,1—2时中等污染,2—3时轻度污染,大于3时代表清洁水体。结果与Margalef多样性指数基本一致。均匀度变化范围是0.657—0.962,波动幅度较小。值越大说明原生动物分布越均匀。方差分析发现,4个多样性指数在样点间差异均不显著(F值分别为0.839、0.897、0.669、0.659,P值均大于0.05),进一步表明西溪湿地夏季原生动物样点间分布差异不大。2.3功能范畴划分Pratt,etal.通过对美国6个湿地和一个河流中原生动物群落特征的研究,按照食性将原生动物划分为6个功能类群,分别是:(1)光合自养者P,(2)食菌屑者B,(3)食藻者A,(4)腐生者S,(5)杂食者N,(6)捕食者R。干净的水体自养程度高,随着水质的污染,异养程度就增加。若群落中P组和A组占比例大,说明水质较好,若S组和B组比例加大,说明水质变差。按照沈韫芬等所列种类对西溪湿地原生动物种类进行功能类群划分(表3),P组(48种)、B组(24种)、A组(14种)、S组(2种)、N组(3种)、R组(3种),P组和A组占的比例较大。原生动物对水质污染的耐受性不同,所以在污染程度不同的水域中会出现不同的种类,有些种类对环境的反应非常灵敏,德国学者Kolrwitz和Marsson早在1909年就提出了指示种的概念,总结了不同污染带的指示种类。参照沈韫芬等的划分,鉴定出了西溪湿地中存在的污染指示种(表4)。三次采样中,共鉴定原生动物污染指示种15种,其中多污性3种,α-中污性9种,β-中污性8种,寡污性3种。所有中污性指示种占所鉴定指示种类的比例为86.667%,据此表明,西溪湿地水域已受到中度污染。2.4湿地水质理化指标与温度和ph的关系西溪湿地水质理化指标的测定结果显示(图5),实验水域的温度变化基本都维持在24—32℃(图中没有画出),三次采样各样点间差别不大;pH变化不是很大,基本都维持在7左右;DO最大值出现在7月份样7中,为7.351,最小值出现在8月份样4中,为2.988,样3波动最小,样7波动最大;BOD值在0.732—5.051mg/L间波动,各样点间变化趋势类似;6月份的COD值明显高于7月份和8月份的,最大值达到104.031mg/L,最小值出现在8月份样7中,为10.310mg/L;TN值也是6月份的要高于其他两个月份,最大值出现在6月份样1中,达到5.399,最小值在7月份样7中,为0.368;TP值各月份之间差异不是很大,样点间波动也比较小。参考《地表水环境质量标准》GB3838-2002对水质进行分级。采样过程中各指标平均值分别是:DO5.002、BOD2.681、COD42.327、TN2.508、TP0.143。它们的分级分别是:DOⅢ类,BODⅠ类,CODⅤ类,TNⅤ类,TPⅢ类。污染最严重的是COD和TN。通过SPSS13.0对西溪湿地水质理化指标与原生动物数据的相关性分析发现(表5),种类数与温度和pH呈显著负相关,而与COD呈显著正相关;Margalef指数和Shannon-Wiener指数均与pH呈显著负相关。由于夏季温度本来就高,过高的温度反而会抑制原生动物的生长;白天藻类有很强的光合作用,导致pH升高,而pH升高又会抑制原生动物的生长;COD代表着水中的有机污染,在一定程度上COD升高会刺激原生动物的大量生长。3讨论3.1夏季种植的优势种西溪湿地夏季原生动物物种丰富,本次调查共鉴定原生动物84种,隶属于3纲45属,其中以鞭毛虫居多,占总种类数的72.596%,而肉足虫和纤毛虫则相对较少;在个体密度中,鞭毛虫也占据主要优势,达到93.93%,其中又以隐滴虫(Cryptomonas)和眼虫(Euglena)为主。西溪湿地夏季原生动物优势种如:草履唇滴虫(Chilomonasovalis)、啮蚀隐滴虫(Cryptomonaserosa)、尾眼虫(Euglenacaudata)、近轴眼虫(Euglenaproxima)等,均属于鞭毛虫。这样的物种组成特征可能是由于水体的富营养化而造成耐受性强的物种大量生长,以及夏季温度较高,光照充足,西溪湿地水体流动性较小等因素所致。其他研究也有类似现象,如姜勇等发现青岛胶州湾浮游原生生物中鞭毛藻的丰度远远大于纤毛虫;赵文在《水生生物学》一书中也提到,隐藻喜生于有机物和氮丰富的水体,裸藻喜欢在有机质丰富的静水体中。对各样点间的种类数、个体丰度及多样性指数运用SPSS13.0进行差异性分析发现,P值均大于0.05,差异不显著,表明西溪湿地原生动物分布的空间差异不明显,在各采样点间比较均衡,可能与该水域水流的复杂性及水域面积较小等因素有关。3.2原生动物污染指示种在监测、评价淡水水域污染中的应用西溪湿地夏季原生动物的污染指示种分布显示,α-中污性和β-中污性的指示种类占多数,共达到所有指示种类的86.667%,且优势种中的啮蚀隐滴虫(Cryptomonaserosa)同时也是α-中污性污染指示种的一种,根据原生动物污染指示种的定义可以认为西溪湿地水质处于中度污染中。类似于对白洋淀[27受有机污染较严重的水体的研究,发现耐污种类形成优势种群而具有很高的个体数量和生物量;在上海明珠湖及长江洞庭湖口的原生动物调查研究中发现中性污染指示种占多数,指示结果与其理化指标非常吻合,充分说明了原生动物污染指示种在监测、评价淡水水域污染中,具有一定的可靠性。生物多样性指数监测的结果也表明了西溪湿地水质受到了一定程度的污染,如Margalef多样性指数的值多在2—4,指示了水质处于中度污染。在原生动物功能类群中,进行光合自养的类群P组较多,按照规定指示水质清洁,但由于P组中以隐滴虫和眼虫居多,而它们喜欢生活在有机质丰富的水中,喜高温及静水,反而说明水质已经受到一定的有机污染。对西溪湿地水质理化指标分析发现,各指标均表现出不同程度的污染,特别是COD、TN和TP的值偏高,说明该水域的污染类型主要是有机污染。水质理化结果与上述生物指示结果一致。西溪湿地原生动物对水体富营养化的反映中虽然主要的水质营养指标TN、TP及COD与生物数据没有显著相关,但当6月份TN、TP和COD浓度明显高于其他月份时(由于暴雨冲刷所致),本月各样点原生动物密度也明显高于其他月份,说明原生动物密度与水体富营养化程度密切相关,它们可能是通过N、P→自养型鞭毛虫和混合营养的纤毛虫→其他原生动物,这样一条食物链作用的。这种变化与武汉东湖、天津汉沽稳定塘、太湖梅梁湾湖区的结果类似,表明对西溪湿地原生动物起主要作用的环境因子是氮磷浓度。3.3私家车湿地的污染治理对策对比近十年来的西溪湿地水质发现,2004年之前的水质状况比较恶劣,之后经过全方位治理水质明显改善,近几年比较平稳但富营养化问题依然存在,TN、TP、COD等指标仍居高不下[33—35]。西溪湿地的水体污染源主要包括:(1)外围河道带来的污染。周围存在着较多的农田、鱼塘、工厂以及生活污水的排放,都通过各个河流进入西溪湿地公园内(2)内部游人、饭店和农业活动的影响,如样4是游客聚集处,饭店、商店较多,容易造成人为污染(3)底泥中沉积的