雷公山自然保护区水体浮游植物群落结构及水质评价

雷公山自然保护区水体浮游植物群落结构及水质评价
杨鸿雁;罗绪强
【摘要】The community structure of phytoplankton,Margalef richness index (d),Shannon diversity index (H′)and Pielou evenness index (e)of six sampling sites in Leigong Mountain Nature Reserve were respectively analyzed in average water season (May),raining season (August)and dry season (November) to study the community structure characteristics of phytoplankton and water quality in Leigong Mountain Nature Reserve,Guizhou.There are 160 species (including 13 variants)belonging to 49 genera,26 families,1 8 orders 6 classes and 4 phylum.The diatom is the dominant species in all sampling sites and the species quantity of diatom in communities is abundant. The average cell density of phytoplankton is 11.61×104/L.The results showed that the water is oligotrophic type overall and water quality is good in Leigong Mountain Nature Reserve but the water in the area of human activity frequently is being polluted to a certain extent.%为揭示贵州雷公山自然保护区水体浮游植物群落结构特征和水质现状，分别于平水期（5月）、丰水期（8月）和枯水期（11月）调查分析雷公山自然保护区6个典型区域水体中浮游植物的群落结构、丰富度指数、多样性指数和均匀度指数，研究水体生态系统整体环境。

结果表明：雷公山自然保护区水体共记录浮游植物4门6纲18目26科49属160种（包括13个变种），硅藻为各样点的优势类群，群落中硅藻的物种数量最丰富；浮游植物平均细胞密度为
11．61×104个/L。

结论：雷公山自然保护区水体总体属贫营养型，水质优良，但在人类活动频繁的区域，水体受到一定的污染。

【期刊名称】《贵州农业科学》
【年(卷),期】2014(000)005
【总页数】4页(P219-222)
【关键词】浮游植物;群落结构;水质;雷公山自然保护区;贵州
【作者】杨鸿雁;罗绪强
【作者单位】贵州师范学院地理与旅游学院，贵州贵阳 550018;贵州师范学院地理与旅游学院，贵州贵阳 550018
【正文语种】中文
【中图分类】S759.99
浮游植物作为水体中最基本的初级生产者，充当湿地生态系统中物理、化学、生物过程的基本实践者，在维系水生生态系统平衡方面担当重要角色，其结构特征能反映水体环境状态。

浮游植物的群落结构、多样性和种群动态等指标易受环境因素影响，能较好地反映水体的营养水平，在国内外已被广泛采用并卓有成效［1］。

因此，常被作为生物监测指标在水环境评价和河流生态系统健康评价中广泛应用［1－2］。

雷公山自然保护区位于贵州省东南部（108°05′～108°24′E，26°15′～26°32′N），面积47300hm2，地跨雷山、台江、剑河、榕江4县11个乡镇行政区，具有明
显的中亚热带季风山地湿润气候，最高海拔2 178.8m，最低海拔650m，相对高差＞1 500m［3］。

雷公山自然保护区天然植被丰富，森林覆盖率达64%以上［3］，是清水江和都柳江主要支流的发源地和重要水源涵养地，也是当地农业生产和生活的重要水源。

目前，国内外对于贵州雷公山自然保护区的研究主要集中在
蕨类植物、动物、秃衫及地质等方面［4－6］，涉及浮游植物的研究尤其浮游植
物群落结构特征和水质评价的研究鲜见。

为此，笔者以浮游植物群落结构为研究基础，选取雷公山自然保护区3大功能区6个典型区域的水生生态系统为研究对象，通过对该区6个样地的浮游植物群落结构进行较系统的调查，对其生物量、生物
多样性指标和丰富度指数进行分析，并对整个区域的水质状况进行评价，探索其空间变化规律，以期为雷公山自然保护区水生生态系统保护提供必要的基础资料，对指导雷公山自然保护区生态旅游的开发、运行和管理具有重要意义。

雷公山自然保护区跨度范围大，森林覆盖率较高，地表水资源较丰富。

由于受调查采样的时间、人力等客观条件的限制，并为了使取得的水样具有代表性和涵盖性，笔者在雷公山自然保护区的试验区、缓冲区、核心区3个功能区选取6个典型区
域（雷公山、雷公坪、方祥、响水岩、西江、小丹江）的水生生态系统为研究对象，对雷公山自然保护区水生生态系统浮游植物群落结构特征进行较系统的研究。

于2011年的平水期（5月）、丰水期（8月）和枯水期（11月）进行3次野外
采集水样。

用25＃浮游植物网对选择研究区的水生生态系统浮游植物采集定性样品，加入固定液进行固定保存；用采水器采集水样1L，加入鲁哥氏液固定，静止
沉淀24h，吸去上清液，将剩余水样浓缩至30mL，作定量计数，根据浓缩倍数计算浮游植物细胞密度。

定性样品在10×40倍显微镜下进行初步观察和鉴定。

对于硅藻的标本依照《中国淡水藻类》酸处理法［7］进行处理后再制作微物片进行观察和鉴定。

种类鉴定主要依据浮游植物分类工具书［7－10］。

定量样品运用计数框行格法确定水样中浮游植物的个数，计算出浮游植物密度。

每个样品计数2片，取其平均值为最终结果；若2片计数结果相差15%以上，则进行第3片计数，取其中个数相近2片的平均值，最后换算成每升水样中浮游植物的细胞个数［11］。

分析研究区浮游植物的种类组成、优势科、优势属、物种丰富度、多样性指数
（Margalef物种丰富度指数、Shannon－Weiner信息多样性指数和Pielou均匀度指数）及藻类种类商等对研究区水质状况进行初步评价。

1.4.1 丰富度综合系数各个采集区段浮游植物物种丰富度综合系数参照公式：
式中，Xij为k个地区中第i个地区n分类单元中的第j个分类单位数据，为k个
地区中n个分类单位中第j个分类单位的数据平均值，n为分类阶层数，Sj为表示k个地区中第i个地区植物区系成分的综合系数［12］。

1.4.2 Margalef物种丰富度指数d＝（S－1）/lnN，式中，S为浮游植物种类数，N为浮游植物个体数。

当d＞5时，为水质清洁；d＝3～4时，为水质轻污染；d
＝2～3时，为β中污染；d＝1～2时，为α中污型；d＝0～1时，为多污型［13］。

1.4.3 Shannon－Weiner信息多样性指数H′＝－∑［（ni/N）×log2（ni/N）］，式中，ni为i种浮游植物的个体数，N 为浮游植物个体数。

当H′＞3.0时，为寡污型；H′＝2～3时，为β中污染；H′＝1～2时，为α中污型；H′＝0～1时，为重污染［13］。

1.4.4 Pielou均匀度指数 e＝H′/lgS，式中，S为浮游植物种类数，H′为Shannon －Weiner信息多样性指数。

当e＞0.5时，为寡污型；e＝0.4～0.5时，为β中污染；e＝0.3～0.4时，为α中污型；e＝0～0.3时，为多污型［13］。

1.4.5 藻类种类商蓝藻商＝蓝藻总数/鼓藻种数，硅藻商＝中心壳目硅藻种数/羽纹壳目硅藻种数。

当蓝藻商和硅藻商为0～1时，为贫营养型水体；1～5时，为富
营养型水体；5～15时，为重富营养型水体［7］。

从表1可以看出，雷公山自然保护区水体平均水温18.7℃。

水体pH值平均为6.6，其中，小丹江水体pH 值最大（pH7.5），雷公坪pH 值最小（pH6.0）。

说明，研究区水体总体属中偏酸性水体。

2.2.1 物种多样性雷公山自然保护区湿地生态系统共记录浮游植物160种，其中
包括147种、13个变种，分别隶属于4门6纲18目26科49属。

表2可知，浮游植物包含种数多少的门类排列为硅藻门＞绿藻门＞蓝藻门＞裸藻门。

该地区硅藻门的物种多样性最高，其种类数约占总种数的59%；蓝藻和裸藻的物种多样性最低，两者的种类数未达到总种数的10%。

2.2.2 物种丰富度综合系数综合系数（Si）越大的区域植物区系物种丰富度越高；反之，越贫乏。

由表3可知，响水岩样点浮游植物物种丰富度最高（1.029 7），方祥样点次之（0.723 2），西江样点最低（－0.756 3）。

综合表1和表3发现，水温在18.7℃左右、海拔在900～1 100m时，生境多样且受人为干扰较少的区域，浮游植物物种丰富度综合系数最高，即物种丰富度最高。

西江长期开展旅游业，受人为干扰较严重，其物种丰富度最低。

由此可知，人为干扰的程度也是影响浮游植物物种丰富度的原因之一。

雷公坪位于雷公山自然保护区腹地，受人为干扰较少，但其样点水温较低，采样点的物种丰富度也较低，说明水温也是影响浮游植物物种丰富度的原因之一。

2.3.1 优势科优势科的判断采取2种方式进行。

1）将研究区内的浮游植物以≥4
属的科定为优势科；2）将研究区内的浮游植物以≥16种的科定为优势科［14］。

经统计，该地区在2个条件均满足的情况下，仅有舟形藻科属于优势科，占该研
究区总科数的3.85%，但在这1个科中却包含了7个属、35个种，分别占总属数的14.29%和总种数的21.88%。

说明，该研究区浮游植物种类集中在少数科中，
优势科的现象比较明显。

2.3.2 优势属将浮游植物以≥16种的属定为优势属，该研究区的优势属有舟形藻属1个属，占总属数的2.04%，该属包含19个种，占总种数的11.88%，该研究区
的优势属现象较为明显。

从浮游植物各门类种类数的空间分布格局（图示）来看，雷公山自然保护区各样点浮游植物均以硅藻占优势，绿藻次之；各样点的种类数由多到少依次为响水岩＞方
祥＞雷公山＞西江＝小丹江＞雷公坪。

结合表1与图分析发现，海拔在900～1000m的响水岩和方祥样点浮游植物种类数最多，虽然西江样点的海拔也在
900m左右，但由于该区域旅游业较为发达，人为干扰较大，导致了生境片段化，物种多样性遭到破坏；雷公山和雷公坪虽然受人为活动影响较少，但其海拔较高，且生境较为单一。

基于以上原因，浮游植物各门类种类数在空间分布上呈现这样的格局。

由此可知，浮游植物种类数与海拔、生境多样性及人为干扰程度有关。

另外，仅在西江采样点中检测到有颗粒直链藻的存在，裸藻只在雷公山海拔最高处含腐殖质较多的井泉中检测到。

根据浮游植物细胞密度、多样性指数和藻类种类商评价水体营养类型。

2.5.1 浮游植物细胞密度浮游植物细胞密度是反映水体营养类型的重要指标之一。

从各采集样点浮游植物细胞密度的平均值（表4）可以看出，研究区细胞密度平均值为11.62×104个/L，小于1.0×106个/L，每一采样地的浮游植物细胞数量也均小于1.0×106个/L，按湖泊营养评价标准［15］，该地区水体属贫营养型水体。

2.5.2 多样性指数由表5可知，各样点的 Margalef物种丰富度指数（d）、Shannon－Weiner信息多样性指数（H′）、Pielou均匀度指数（e）范围分别为2.6097～4.5343、0.7508～1.0406、0.4769～0.6578，平均值分别为
3.3621、0.8752 和0.5487。

由于样地各样点的种类在个体分配上的不平均（硅藻占优势），群落结构趋于简单，造成H′值偏低。

通过对水体浮游植物多样性指数（d，H′，e）综合分析认为，研究区水体总体为贫营养型水体。

2.5.3 藻类种类商硅藻为天然水体的重要成分，可以在绝大多数水环境生态条件下存活［16］，因此，硅藻成为水生态系统的优势浮游植物类群［17］；而蓝藻在
水体水质的评价中也充当着重要的角色。

基于以上原因，选择蓝藻商和硅藻商2
个藻类种类商对研究区水体水质进行评价。

结果表明，所有样点蓝藻商值范围为0～1，平均值为0.5907，且蓝藻商值由小到大依次为雷公坪＜响水岩＜小丹江＜
方祥＜雷公山＝西江；所有样点硅藻商值范围为0.047 6～0.1429，平均值为0.1003，硅藻商值由小到大依次为小丹江＜方祥＜响水岩＜雷公山＜西江＜雷公坪。

依据蓝藻商和硅藻商的评价标准，研究区各样点的水生态系统均属贫营养型水体。

1）雷公山自然保护区3大功能区6个采集样点海拔在685～2 178m，水体中偏酸性，平均水温18.7℃。

共记录浮游植物160种（其中包括13个变种），分别隶属于4门6纲18目26科49属，浮游植物包含种数多少的门类排列为硅藻门＞绿藻门＞蓝藻门＞裸藻门。

以喜清洁水体的舟形藻属占优势，且分布在贫营养型水体中藻类指示种占总种数的近1/3（29.375%），而反映水体富营养化的鱼腥藻属和微囊藻属尚未发现，说明研究区水质优良。

2）从浮游植物空间分布来看，浮游植物种类数及物种丰富度与样地海拔、水温和人为干扰程度有关。

海拔在910～1 100m的方祥和响水岩样点浮游植物种类数及物种丰富度最高。

由于长期开展旅游的西江受人为干扰较多，其物种丰富度最低。

除此之外，仅在西江采样点中检测到有颗粒直链藻的存在，颗粒直链藻一般被认为是富营养型湖泊的代表种类［7］，说明由于人为的干扰使西江水体受到一定程度的污染。

3）研究区细胞密度平均值为11.62×104个/L（小于1.0×106个/L），Margalef 物种丰富度指数（d）、Shannon－Weiner信息多样性指数（H′）、Pielou均匀度指数（e）平均值分别为3.3621、0.8752和0.5487，各样点蓝藻商的范围为0～1，平均值为0.590 7；硅藻商的范围为0.0476～0.1429，平均值为0.1003。

通过对浮游植物细胞密度、多样性指数、蓝藻商和硅藻商进行综合判断，雷公山自然保护区水体属于贫营养型水体。

4）此次研究中还发现浮游植物多样性与水体的流速有一定关系，研究区内水体流速过高或过低，其浮游植物多样性均较低。

因此，在今后的研究中，需构建水体流
速与浮游植物多样性关系的函数方程。

除此之外，该研究区硅藻占绝对优势，因此可考虑利用硅藻构建湿地生态系统健康评价体系。

同时，在受人类活动影响较多的地方水体有被污染的现象，这就要求在进行旅游规划和旅游产品设计过程中协调好旅游与环境之间的关系。

由于雷公山自然保护区的浮游植物群落结构处于动态变化的过程中，且浮游植物与水流流速函数关系的确定也需要长期的调查研究，所以，还需进一步跟踪研究。

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