高寒地区典型湿地鱼类多样性研究及水环境评 价——以七星河湿地为例
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Received: Dec. 30 , 2018; accepted: Jan. 17 , 2019; published: Jan. 24 , 2019
Abstract
Qixing River Wetland is a typical wetland in high latitude and cold region. Based on 3 surveys conducted on Qixing River Wetland in May, July and September 2017, the fish community structure was studied, and the Shannon-Wiener diversity index and grey correlation analysis were used to analyze the water quality of the area. The results showed that 10,446 fish samples were collected, belonging to 4 orders, 6 families, 11 genera and 14 species. The fish community was mainly based on low-temperature and low-oxygen-resistant small bottom fish. The dominant species were Perccottus glehni, Phaxinus percnurus and Carassius auratus gibelio. The Shannon-Wiener diversity index was generally low, which was related to the lower water level in the region. The results of the water quality evaluation of Qixing River Wetland based on Shannon-Wiener diversity index and the grey correlation analysis were basically corresponded, showing moderate pollution. The water quality of Sumer was inferior to spring and autumn, which was related to the increase of summer agricultural activity intensity. The agricultural production activities had a certain impact on the fish and water resources in Qixing River Wetland. The protection of fish and water resources in this area should be moderately strengthened.
Open Access
1. 引言
鱼类作为水生态系统顶级群落，对人类干扰敏感且鉴定分类信息完善，在环境监测中起重要作用。 七星河是乌苏里江左岸二级支流，位于黑龙江省东部，发源于岚棒山南侧，流经宝清、双鸭山、友谊、 富锦 4 市县交界。 两岸地势平坦低洼， 中下游为三江平原腹地， 多沼泽湿地。 七星河流域年平均气温 4.4℃， 历史极端最低气温−39.6℃，冬季漫长，严寒干燥。全年活动积温为 2300℃~2700℃，每年 11 月中旬至次 年 4 月上旬为结冰期，多年平均最大冰厚 0.84 米，属于典型高寒地区湿地。 本文拟通过对七星河湿地鱼类资源调查， 分析该湿地鱼类群落结构特征， 并通过鱼类 Shannon-Wiener 多样性指数及灰色关联分析法，对七星河湿地水质情况进行评价，为该区域及高寒地区湿地鱼类资源保 护及水资源开发利用提供理论依据。
Advances in Environmental Protection 环境保护前沿, 2019, 9(1), 17-25 Published Online February 2019 in Hans. http://www.hanspub.org/journal/aep https://doi.org/10.12677/aep.2019.91004
DOI: 10.12677/aep.2019.91004 18 环境保护前沿
张译文 等
2. 材料与方法
2.1ຫໍສະໝຸດ Baidu 采样点设置
三环泡自然保护区与七星河自然保护区分别位于七星河左右两岸，坐落于七星河湿地。本次调查共 设置 8 个采样点，1#~4#采样点位于三环泡自然保护区，5#~8#位于七星河自然保护区(见图 1)，于 2017 年 5 月、7 月和 9 月(即春、夏、秋)进行 3 次调查。
x′ = x − min max − min
1) 确定参考数列和比较数列
比较数列： {Y j = Y j ( k ) k = 1, 2, , n; = i ≥ 1} 。
其中 min 是样本的最小值，max 是样本的最大值。 处理后的比较数列及参考数列分别用 ai、bj 表示。 3) 求关联系数 参考数列(水质数据) Xi 与比较序列(水质标准) Xj 在第 k 点(指标 k)的关联系数为：
Keywords
Fish, Community Structure, Grey Correlation Analysis, Water Quality Evaluation, High Latitude and Cold Region
*
通讯作者。
文章引用: 张译文, 柴方营, 于洪贤. 高寒地区典型湿地鱼类多样性研究及水环境评价—— 以七星河湿地为例[J]. 环 境保护前沿, 2019, 9(1): 17-25. DOI: 10.12677/aep.2019.91004
Study on Fish Diversity and Water Environment Assessment of Typical Wetland in High Latitude and Cold Region: A Case Study of Qixing River Wetland
Yiwen Zhang1, Fangying Chai2, Hongxian Yu1*
IRI = i
( Ni + Wi ) Fi
上式中 IRIi 表示 i 种鱼的优势度。Ni 为第 i 种鱼的相对多度(%)，Wi 为第 i 种鱼的相对重量(%)，Fi 第 i 种鱼在多次采样中的出现频率(%)。IRI 值大于 500 定为优势种，100~500 为重要种，10~100 的为常 见种，小于 10 为罕见种[3]。 Shannon-Wiene 多样性指数计算公式如下：
Figure 1. Sampling points of fish in Qixing river wetland 图 1. 七星河湿地鱼类采样点
2.2. 采样方法
鱼类样品通过地笼(规格 40 cm × 27 cm × 200 cm)获得，放置时间为 24 h。野外对样品进行分类鉴定 测量。对于现场不能鉴定的样品，选取 3~5 尾保存于 5%甲醛溶液中带回实验室进行鉴定。分类鉴定主要 参照《东北地区淡水鱼类》进行。
关键词
鱼类，群落结构，灰色关联分析，水质评价，高寒地区
Copyright © 2019 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
H ′ = – ∑ Pi log e Pi
DOI: 10.12677/aep.2019.91004 19 环境保护前沿
张译文 等
其中，Pi 代表各采样点鱼类物种 i 的生物量占该采样点总生物量的比例。 采用灰色关联分析法分析七星型湿地水体理化因子，确定各采样点水体水质级别。 将各采样点水质实测值看作灰色变量，水质级别标准值作为灰类，通过多个水体断面的水质实测值 与水质级别标准值的距离进行综合分析，根据计算所得关联度确定采样点水质级别，与采样点水质实测 值关联度最大的标准值即为该点水质级别。本文将七星河湿地水体各采样点理化因子实测值作为参考数 列，《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中各级标准值作为比较数列，求取数列各级之间的关联度， 进而确定多七星河湿地水体各采样点水质级别。 参考数列： { X i = X i ( k ) k = 1, 2, , n; = i ≥ 1} ； 2) 数据无量纲化 由于各理化因子的量级不同，关联分析前需进行无量纲化处理。本文使用 min-max 归一化方法。
1 2
College of Wildlife Resource, Northeast Forestry University, Harbin Heilongjiang Heilongjiang Provincial Water Resources Department, Harbin Heilongjiang
取 0.5。 4) 求关联度 对关联系数进行加权求关联度，可得不同水质级别的关联度。 当权重取值为
1 时，关联度为： n
γ i=
1 n ⋅ ∑ ξi ( k ) n k =1
5) 比较各关联度的大小，关联度越大则表示两者越接近。关联度最大者对应的比较数列(水质标准) 即为该采样点水质评价等级。 数据统计及图表绘制使用 Microsoft Office Excel 和 SPSS19.0 完成。 采用 Arc GIS 10.2 绘制调查采样点分布图，底图来源 Landsat 8 OLI_TIRS 卫星数字产品。
2.3. 数据处理
采用 IRI 指数[1]表示各采样点不同种类鱼类优势度。采用 Shannon-Weiner 多样性指数(H’)。由于不 同种类鱼类及同种类鱼类个体间差异很大，Wilhm [2]提出用生物量表示的多样性更接近种类间能量的分 布，故本研究中群落多样性及鱼类与环境因子关系根据生物量进行计算。 IRI 指数计算公式如下：
ξi ( k ) =
∆ min + ρ ⋅ ∆ max ∆ i ( k ) + ρ ⋅ ∆ max
∆ i ( k ) 为第 k 项指标 ai 和 bj 的绝对差； 式中： ∆ min 和 ∆ max 分别为各项因子绝对差中的最小值和最大值；
ρ 为分辨系数，其作用为提高灰关联系数之间的差异显著性， ρ 越小，分辨力越大，通常在 0~1，本文
张译文 等
高寒地区典型湿地鱼类多样性研究及水环境评 价——以七星河湿地为例
张译文1，柴方营2，于洪贤1*
1 2
东北林业大学，野生动物资源学院，黑龙江 哈尔滨 黑龙江省水利厅，黑龙江 哈尔滨
收稿日期：2018年12月30日；录用日期：2019年1月17日；发布日期：2019年1月24日
摘
要
七星河湿地是典型高寒地区湿地，本研究于2017年5月、7月和9月对七星河湿地进行3次调查，对该区 域鱼类群落结构进行研究，并采用Shannon-Wiener多样性指数和灰色关联分析法对该区域进行水质评 价。结果表明：本次调查共采得鱼类样本10,446尾，隶属于4目6科11属14种，以耐低温、耐低氧的小 型 底 层 鱼 类 为 主 ， 优 势 种 为 葛 氏 鲈 塘 鳢 (Perccottus glehni) 、 湖 鱥 (Phaxinus percnurus) 和 银 鲫 (Carassius auratus gibelio) ， Shannon-Wiener 多样性指数整体偏低，这与该区域水位较低有关。 Shannon-Wiener多样性指数和灰色关联分析法对七星河湿地水质评价基本相符，呈中度污染。夏季水 质劣于春季、秋季水质情况，这与夏季农业活动强度增大有关。农业生产活动对七星河湿地鱼类及水资 源保护造成一定影响，对于该段区域的鱼类及水资源保护力度应适度予以加强。
Received: Dec. 30 , 2018; accepted: Jan. 17 , 2019; published: Jan. 24 , 2019
Abstract
Qixing River Wetland is a typical wetland in high latitude and cold region. Based on 3 surveys conducted on Qixing River Wetland in May, July and September 2017, the fish community structure was studied, and the Shannon-Wiener diversity index and grey correlation analysis were used to analyze the water quality of the area. The results showed that 10,446 fish samples were collected, belonging to 4 orders, 6 families, 11 genera and 14 species. The fish community was mainly based on low-temperature and low-oxygen-resistant small bottom fish. The dominant species were Perccottus glehni, Phaxinus percnurus and Carassius auratus gibelio. The Shannon-Wiener diversity index was generally low, which was related to the lower water level in the region. The results of the water quality evaluation of Qixing River Wetland based on Shannon-Wiener diversity index and the grey correlation analysis were basically corresponded, showing moderate pollution. The water quality of Sumer was inferior to spring and autumn, which was related to the increase of summer agricultural activity intensity. The agricultural production activities had a certain impact on the fish and water resources in Qixing River Wetland. The protection of fish and water resources in this area should be moderately strengthened.
Open Access
1. 引言
鱼类作为水生态系统顶级群落，对人类干扰敏感且鉴定分类信息完善，在环境监测中起重要作用。 七星河是乌苏里江左岸二级支流，位于黑龙江省东部，发源于岚棒山南侧，流经宝清、双鸭山、友谊、 富锦 4 市县交界。 两岸地势平坦低洼， 中下游为三江平原腹地， 多沼泽湿地。 七星河流域年平均气温 4.4℃， 历史极端最低气温−39.6℃，冬季漫长，严寒干燥。全年活动积温为 2300℃~2700℃，每年 11 月中旬至次 年 4 月上旬为结冰期，多年平均最大冰厚 0.84 米，属于典型高寒地区湿地。 本文拟通过对七星河湿地鱼类资源调查， 分析该湿地鱼类群落结构特征， 并通过鱼类 Shannon-Wiener 多样性指数及灰色关联分析法，对七星河湿地水质情况进行评价，为该区域及高寒地区湿地鱼类资源保 护及水资源开发利用提供理论依据。
Advances in Environmental Protection 环境保护前沿, 2019, 9(1), 17-25 Published Online February 2019 in Hans. http://www.hanspub.org/journal/aep https://doi.org/10.12677/aep.2019.91004
DOI: 10.12677/aep.2019.91004 18 环境保护前沿
张译文 等
2. 材料与方法
2.1ຫໍສະໝຸດ Baidu 采样点设置
三环泡自然保护区与七星河自然保护区分别位于七星河左右两岸，坐落于七星河湿地。本次调查共 设置 8 个采样点，1#~4#采样点位于三环泡自然保护区，5#~8#位于七星河自然保护区(见图 1)，于 2017 年 5 月、7 月和 9 月(即春、夏、秋)进行 3 次调查。
x′ = x − min max − min
1) 确定参考数列和比较数列
比较数列： {Y j = Y j ( k ) k = 1, 2, , n; = i ≥ 1} 。
其中 min 是样本的最小值，max 是样本的最大值。 处理后的比较数列及参考数列分别用 ai、bj 表示。 3) 求关联系数 参考数列(水质数据) Xi 与比较序列(水质标准) Xj 在第 k 点(指标 k)的关联系数为：
Keywords
Fish, Community Structure, Grey Correlation Analysis, Water Quality Evaluation, High Latitude and Cold Region
*
通讯作者。
文章引用: 张译文, 柴方营, 于洪贤. 高寒地区典型湿地鱼类多样性研究及水环境评价—— 以七星河湿地为例[J]. 环 境保护前沿, 2019, 9(1): 17-25. DOI: 10.12677/aep.2019.91004
Study on Fish Diversity and Water Environment Assessment of Typical Wetland in High Latitude and Cold Region: A Case Study of Qixing River Wetland
Yiwen Zhang1, Fangying Chai2, Hongxian Yu1*
IRI = i
( Ni + Wi ) Fi
上式中 IRIi 表示 i 种鱼的优势度。Ni 为第 i 种鱼的相对多度(%)，Wi 为第 i 种鱼的相对重量(%)，Fi 第 i 种鱼在多次采样中的出现频率(%)。IRI 值大于 500 定为优势种，100~500 为重要种，10~100 的为常 见种，小于 10 为罕见种[3]。 Shannon-Wiene 多样性指数计算公式如下：
Figure 1. Sampling points of fish in Qixing river wetland 图 1. 七星河湿地鱼类采样点
2.2. 采样方法
鱼类样品通过地笼(规格 40 cm × 27 cm × 200 cm)获得，放置时间为 24 h。野外对样品进行分类鉴定 测量。对于现场不能鉴定的样品，选取 3~5 尾保存于 5%甲醛溶液中带回实验室进行鉴定。分类鉴定主要 参照《东北地区淡水鱼类》进行。
关键词
鱼类，群落结构，灰色关联分析，水质评价，高寒地区
Copyright © 2019 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
H ′ = – ∑ Pi log e Pi
DOI: 10.12677/aep.2019.91004 19 环境保护前沿
张译文 等
其中，Pi 代表各采样点鱼类物种 i 的生物量占该采样点总生物量的比例。 采用灰色关联分析法分析七星型湿地水体理化因子，确定各采样点水体水质级别。 将各采样点水质实测值看作灰色变量，水质级别标准值作为灰类，通过多个水体断面的水质实测值 与水质级别标准值的距离进行综合分析，根据计算所得关联度确定采样点水质级别，与采样点水质实测 值关联度最大的标准值即为该点水质级别。本文将七星河湿地水体各采样点理化因子实测值作为参考数 列，《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中各级标准值作为比较数列，求取数列各级之间的关联度， 进而确定多七星河湿地水体各采样点水质级别。 参考数列： { X i = X i ( k ) k = 1, 2, , n; = i ≥ 1} ； 2) 数据无量纲化 由于各理化因子的量级不同，关联分析前需进行无量纲化处理。本文使用 min-max 归一化方法。
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College of Wildlife Resource, Northeast Forestry University, Harbin Heilongjiang Heilongjiang Provincial Water Resources Department, Harbin Heilongjiang
取 0.5。 4) 求关联度 对关联系数进行加权求关联度，可得不同水质级别的关联度。 当权重取值为
1 时，关联度为： n
γ i=
1 n ⋅ ∑ ξi ( k ) n k =1
5) 比较各关联度的大小，关联度越大则表示两者越接近。关联度最大者对应的比较数列(水质标准) 即为该采样点水质评价等级。 数据统计及图表绘制使用 Microsoft Office Excel 和 SPSS19.0 完成。 采用 Arc GIS 10.2 绘制调查采样点分布图，底图来源 Landsat 8 OLI_TIRS 卫星数字产品。
2.3. 数据处理
采用 IRI 指数[1]表示各采样点不同种类鱼类优势度。采用 Shannon-Weiner 多样性指数(H’)。由于不 同种类鱼类及同种类鱼类个体间差异很大，Wilhm [2]提出用生物量表示的多样性更接近种类间能量的分 布，故本研究中群落多样性及鱼类与环境因子关系根据生物量进行计算。 IRI 指数计算公式如下：
ξi ( k ) =
∆ min + ρ ⋅ ∆ max ∆ i ( k ) + ρ ⋅ ∆ max
∆ i ( k ) 为第 k 项指标 ai 和 bj 的绝对差； 式中： ∆ min 和 ∆ max 分别为各项因子绝对差中的最小值和最大值；
ρ 为分辨系数，其作用为提高灰关联系数之间的差异显著性， ρ 越小，分辨力越大，通常在 0~1，本文
张译文 等
高寒地区典型湿地鱼类多样性研究及水环境评 价——以七星河湿地为例
张译文1，柴方营2，于洪贤1*
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东北林业大学，野生动物资源学院，黑龙江 哈尔滨 黑龙江省水利厅，黑龙江 哈尔滨
收稿日期：2018年12月30日；录用日期：2019年1月17日；发布日期：2019年1月24日
摘
要
七星河湿地是典型高寒地区湿地，本研究于2017年5月、7月和9月对七星河湿地进行3次调查，对该区 域鱼类群落结构进行研究，并采用Shannon-Wiener多样性指数和灰色关联分析法对该区域进行水质评 价。结果表明：本次调查共采得鱼类样本10,446尾，隶属于4目6科11属14种，以耐低温、耐低氧的小 型 底 层 鱼 类 为 主 ， 优 势 种 为 葛 氏 鲈 塘 鳢 (Perccottus glehni) 、 湖 鱥 (Phaxinus percnurus) 和 银 鲫 (Carassius auratus gibelio) ， Shannon-Wiener 多样性指数整体偏低，这与该区域水位较低有关。 Shannon-Wiener多样性指数和灰色关联分析法对七星河湿地水质评价基本相符，呈中度污染。夏季水 质劣于春季、秋季水质情况，这与夏季农业活动强度增大有关。农业生产活动对七星河湿地鱼类及水资 源保护造成一定影响，对于该段区域的鱼类及水资源保护力度应适度予以加强。