张掖国家湿地公园浮游植物群落结构特征

杨宋琪, 陈天仁, 克 选, 罗光宏

(1. 河西学院 甘肃省微藻工程技术研究中心 河西走廊特色资源利用重点实验室, 张掖 734000； 2. 甘肃省张掖市环境监测站， 张掖 734000)

张掖国家湿地公园浮游植物群落结构特征

杨宋琪1, 陈天仁1, 克 选2, 罗光宏1

(1. 河西学院 甘肃省微藻工程技术研究中心 河西走廊特色资源利用重点实验室, 张掖 734000； 2. 甘肃省张掖市环境监测站， 张掖 734000)

为研究西北寒旱区张掖国家湿地公园浮游植物群落结构，于2014—2015年对湿地中的6个采样点进行了调查，并对水质状况进行评估。结果表明，共检出藻类8门91属257种(含变种)。浮游植物在春、夏、秋、冬四季平均密度分别为1.02×106、1.04×107、7.12×106和9.28×105cells/L。各季节优势种演替明显，呈春冬季硅藻占优、夏秋季蓝、绿藻和隐藻占优的特点。多样性分析发现，Shannon-Weaver多样性指数为1.02～3.45，Margalef丰富度指数为2.35～4.18，Pielou均匀度指数为0.27～0.89。通过多样性和藻密度综合评价可知，张掖湿地公园夏季水质最差，呈中度污染，其他季节总体较好，为无污染或轻度污染。

张掖国家湿地公园；浮游藻类；群落；多样性；水质

湿地是水陆交互作用下形成的独特的生态系统，因其具较高的初级生产力和营养库功能而备受关注[1]。同时，湿地在生物多样性保护、水源涵养、水体净化、休闲娱乐等方面具有重要的生态服务价值[2]。

浮游植物是水生态系统中重要的初级生产者，其种类和组成及季节性演替受非生物因子(光照、水位、温度、营养盐等)和生物因子(捕食、竞争等)的影响[3]。由于浮游植物对环境的变化极为敏感、响应快[4]，环境条件的改变会直接或者间接地影响浮游植物的分布和组成，所以，浮游植物常用作良好的指示生物来反应水环境状况[5-6]。

张掖国家湿地公园位于河西走廊中段张掖市，是张掖黑河湿地的重要组成部分。近年来，随着张掖市旅游业的迅猛发展，湿地内水体受人为干扰严重，富营养化程度渐趋增加，水环境质量下降，水体生物多样性降低[7-9]，直接影响湿地的功能价值[10]。目前，关于张掖黑河湿地浮游植物调查研究及水质评价尚处于空白。因此，本研究以西北寒区、旱区张掖市国家湿地公园为研究对象，对其水体浮游植物种类及群落结构进行周年系统调查研究，并通过藻类生物多样性现状对水体受污染状况进行评估，为景区水生态环境的保护提供基础资料。

1 研究方法

1.1 研究区概况

张掖国家湿地公园(东经100°06′～100°54′，北纬38°32′～39°24′)，位于河西走廊中段张掖市城北郊、黑河东侧，总占地面积46.02 km2，温带大陆性干旱气候，年均气温为7.4℃，年降水量仅129 mm，年蒸发量为2047 mm，干旱指数达15.87[10]。

1.2 采样点布设及采样时间

图1 张掖国家湿地公园采样点分布图

根据地表水水质监测采样点的布设原则和张掖市国家湿地公园实际情况，共布设6个样点(图1)。样点均匀设置并各具代表性，其中博物馆(S1)水域客流量最大；赤麻鸭湾(S2)为大量水鸟栖息的场所；碧水湾(S3)为游客漂流娱乐场所，周围有酒店旅馆分布；S4为芦苇丛，水域面积较大并有大量芦苇分布；风车屋(S5)湿地流水出口，水流急；东北角(S6)远离游客聚集区，人为干扰较小。

根据《湖泊富营养化调查规范(第2版)》《水和废水监测分析方法(第4版)》标准[11-12]，参考文献[13-14]拟选取四季代表月份分别为3月、7月、10月中旬和12月初进行样品的采集。

1.3 浮游植物的采集及定性定量

各采样点用25#浮游生物网采集表层水样并立即用Lugol溶液固定，用于定性分析；定量样品于表层0.5 m深处取水样1 L，现场滴加1% Lugol 溶液固定，带回实验室，沉淀96 h后用细小虹吸管吸取上层水将水样浓缩至30 mL，补加1 mL 40%甲醛溶液以长期保存并计数。浮游植物定性鉴定和定量计数均使用奥林巴斯CX-41显微镜。

物种鉴定参考胡鸿钧1980版《中国淡水藻类》和朱惠忠主编的《中国西藏硅藻》等资料[15-18]。硅藻鉴定主要根据硅藻壳面的形态及纹饰，为了清楚地看出壳面的纹饰，在镜检前，参照文献[16]方法对样品进行消化，去除其中的有机物质，镜检时吸取酸化后的样品滴在干净的载玻片上，风干后滴加松泊油于1000倍镜下观察鉴定。

定量计数采用网格计数法，所使用网格计数框为20 mm×20 mm，计数时，若浮游植物密度不大则使用全片计数，密度大时则运用视野法(即400倍下计50～100视野)，每个样品平行检测3次以上，内部误差不得超过15%[14]。

1.4 数据处理

1.4.1 多样性指数

从概念起源的角度来看，转型升级是新闻出版业的内生概念，而融合发展则属于“舶来品”，是落实国家媒体融合战略而采取“拿来主义”的态度而诞生的。出版业的融合发展，需要在传统出版生产管理流程向现代出版生产管理流程方面进行转型和升级，需要将大数据、虚拟现实、增强现实等新理念、新技术、新业态及时与出版产业相结合，更需要在发展模式方面逐步实现部门制向公司制、股份制方面的迭代和演进。[3]

1.4.2 丰富度指数

Margalef指数d=(S-1)/lnN

1.4.3 均匀度指数

式中，N为总个体数，pi为第i个种类密度与总密度的比值，S为藻类的属数。

1.4.4 优势度

Ni为样品中某藻数量，N为采集样品中浮游植物总数量，fi为样品中某浮游植物出现的频率。当物种优势度大于0.02时，该种即为优势种群[11, 17]。

表1 多样性指数、丰富度指数及均匀度指数对水质的评价标准

2 结果与分析

2.1 张掖市国家湿地公园浮游植物群落组成结构分析

2014年10月—2015年9月共计检出藻类8门91属257种(含变种)，蓝藻门17属35种，绿藻门31属81种，硅藻门31属119种，甲藻门4属9种，金藻门2属2种，裸藻门3属7种，隐藻门2属3种，黄藻门1属1种(表2)。其中，蓝藻门、绿藻门和硅藻门种类数分别占检出总物种数的13.6%、31.5%和46.3%。从物种组成结构来看(图2)，张掖国家湿地公园浮游植物以硅藻、绿藻和蓝藻三大类群为主，硅藻种类数目最多，其次为绿藻和蓝藻。

图2张掖湿地公园浮游植物群落组成

门属蓝藻门(Cyanophyta)鱼腥藻属(Anabaena)、假鱼腥藻属(Pseudanabaenaa)、席藻属(Phormidium)、微囊藻属(Microcystis)、色球藻属(Chroococ-cus)、鞘丝藻属(Lyngbya)、平裂藻属(Merismopedia)、念珠藻属(Nostoc)、螺旋藻属(Spirulina)、节旋藻属(Arthrospira)、蓝纤维藻属(Daciylococcopsis)、尖头藻属(Raphidiopsis)、浮丝藻属(Planktothrix)、立方藻属(Eucapsis)、腔球藻属(Co-closphacrium)、束丝藻属(Aphanizomenon)绿藻门(Chlorophyta)转板藻属(Mougeotia)、针丝藻属(Raphidonema)、栅藻属(Scenedesmus)、衣藻属(Chlamydomonas)、新月藻属(Closteri-um)、纤维藻属(Ankistrodesmus)、韦氏藻属(Westella)、微茫藻属(Micractinium)、四角藻属(Tetraedron)、四鞭藻属(Cart-eria)、丝藻属(Ulothrix)、水绵属(Spirogyra)、实球藻属(Pandorina)、十字藻属(Crucigenia)、肾形藻属(Nephrocytium)、盘藻属(Gonium)、盘星藻属(Pediastrum)、空星藻属(Coelastrum)、空球藻属(Eudorina)、鼓藻属(Cosmarium)、刚毛藻属(Cladophora)、凹顶鼓藻属(Euastrum)、顶棘藻属(Chodatella)、并联藻属(Quadrigula)、月牙藻属(Selenastrum)、小球藻属(Chlorella)、卵囊藻属(Oocystis)、柱形鼓藻属(Penium)、角星鼓藻属(Staurastrum)、四星藻属(Tetrastrum)、集星藻属(Actinastrum)硅藻门(Bacillariophyta)舟形藻属(Navicula)、直链藻属(Melosira)、针杆藻属(Synedr)、长篦藻属(Neidium)、圆筛藻属(Coscinodiscus)、羽纹藻属(Pinnularia)、双壁藻属(Diploneis)、异极藻属(Gomphonema)、小环藻属(Cyclotella)、双眉藻属(Amphora)、双菱藻属(Surirella)、双肋藻属(Amphipleura)、曲壳藻属(Achnanthes)、桥弯藻属(Achnanthes)、卵形藻属(Cocconeis)、菱形藻属(Nitzschia)、菱板藻属(Hantzschia)、胸膈藻属(Mastogloia)、棍杆藻属(Bacillaria)、辐节藻属(Stauroneis)、短缝藻属(Eunotia)、等片藻属(Diatoma)、脆杆藻属(Fragilaria)、布纹藻属(Gyrosigma)、波缘藻属(Cymatopleura)、细齿藻属(Denticula)、弯肋藻属(Cymbopleura)、内丝藻属(Ensyonema)、美壁藻属(Diploneis)、根管藻属(Rhizosolenia)、肋缝藻属(Frustulia)甲藻门(Dinophyta)多甲藻属(Peridinium)、拟多甲藻属(Peridiniopsis)、裸甲藻属(Gymnodinium)、角甲藻属(Ceratium)隐藻门(Cyptophyta)蓝隐藻属(Chroomonas)、隐藻属(Cryptomonas)金藻门(Chrysophyta)锥囊藻属(Dinobryon)、鱼鳞藻属(Mallomonas)裸藻门(Euglenophyta)裸藻属(Euglena)、囊裸藻属(Trachelomonas)、扁裸藻属(Phacus)黄藻门(Xanthophyta)黄丝藻属(Heterotrichales)

2.1.2 湿地公园浮游植物类群分析

硅藻门双壳缝目种类数为全年优势类群(表3)，4个季度所占比例分别为34.2%、21.9%、24.7%和29.1%。此外，管壳缝目种类在春季和冬季为主要的亚优势种类群，所占比例分别为13.5%和11.3%；而夏、秋季亚优势类群则为绿藻门绿球藻目种类，所占比例分别为20.2%和15.7%。

2.1.3 浮游植物密度及优势种

调查期间湿地公园藻密度在1.47×105～3.7×107cells/L之间，4个季节藻密度平均值分别为1.02×106、1.04×107、7.12×106和9.28×105cells/L(图3)。优势种季节演替明显，同时部分种类交叉，呈春冬季硅藻占优、夏秋季蓝绿藻和隐藻占优的特点(表4)。春季，硅藻门种类占据优势，谷皮菱形藻优势最为突出(Y=0.168)；夏季绿藻门和隐藻门种类优势度逐渐增加，其中卵形隐藻Y值达0.173；秋季绿藻门种类优势度开始降低，而硅藻门占优势种类增多，且优势度不断增大；冬季优势种主要以硅藻门尖针杆藻和曲壳藻优势最为明显，Y值分别为0.101和0.083。

2.2 多样性指数变化

调查期间各采样点Shannon-Weaver多样性指数(H)在1.02～3.45之间，年平均值2.78(图4)；春、夏、秋、冬4个季度H平均值分别为2.74、2.54、2.92和2.95，S1样点H值仅为1.03，为所有采样点全年的最低值。Margalef丰富度指数(d)在2.35～4.18之间，年平均值3.24；4个季度平均值分别为2.82、3.35、3.12和3.66。Pielou均匀度指数(E)在0.27～0.89之间，年平均值0.72；4个季度E平均值分别为0.75、0.64、0.74和0.76，夏季E值最低。

图3 张掖国家湿地公园浮游藻类密度大小

图4 浮游藻类多样性指数、丰富度指数及均匀度指数大小

门纲目科春夏秋冬属春夏秋冬种春夏秋冬蓝藻门蓝藻纲色球藻目1111456349104颤藻目123257887141313绿藻门绿藻纲丝藻目112222433253绿球藻目5765716141014352817团藻目234246655886接合藻纲双星藻目111122232235鼓藻目323346669161813硅藻门中心纲圆筛藻目111133335466根管藻目111羽纹纲无壳缝目111133331291313短壳缝目111111113212双壳缝目4444149121453384449单壳缝目111133234323管科缝目3321554621111019甲藻门甲藻纲裸甲藻目111111111111多甲藻目233323333763裸藻门裸藻纲裸藻目111133235656金藻门金藻纲金藻目222222222232隐藻门隐藻纲111112221322黄藻门黄藻纲黄丝藻目111111合计3337383467808180155173178168

3 讨论

3.1 浮游植物群落组成及优势种的演替规律

20世纪90年代末，李鹏等对张掖市池塘和黑河干流进行了2次调查，分别检出藻类74种和109种[19-20]；2013年，郝媛媛等对黑河干支流浮游植物普查共计检出242种(变种)[21]。2014—2015年的周年调查中，湿地公园共计检出藻类8门91属257种(含变种)，种类均多于史料数据。浮游植物类群方面，湿地公园主要以硅藻、绿藻和蓝藻三大类群为主，这与澳门湿地、杭州西溪湿地、小兴凯湖以及查干湖湿地的调查结果相一致[1，22-24]。其中硅藻门双壳缝目种类为全年优势类群，此外，管壳缝目种类在春季和冬季为主要的亚优势种类群；而夏季和秋季亚优势类群则为绿藻门绿球藻目种类。

优势种种类数及其密度对群落结构的稳定性有重要的作用，一般优势种越多且优势度越小，则群落结构越复杂、稳定[25]。调查期间，湿地公园优势种数量较多，表明水体浮游植物群落结构较复杂，稳定性好。然而在不同时期有个别种类优势度显著高于其他种类，甚至出现中富营养水体指示种谷皮菱形藻、隐藻分别在春、夏季占据绝对优势的情况，说明水体呈富营养化趋势。1986年，Sommer等[26]通过对24个湖泊浮游植物优势种演替规律进行总结研究，提出了著名的PEG(Plankton ecology group)模型，即浮游植物群落的季节演替基本遵循冬春季的隐藻和硅藻向夏季的绿藻转变，至夏末秋初为蓝藻占优势，秋季后期硅藻重要性再次上升的特点，这与本研究结果类似。但与PEG模型不同的是，隐藻在夏季初期生物量急剧上升并占据绝对优势，该现象需要进一步探究。

表4 张掖国家湿地公园浮游植物优势种周年变化

3.2 多样性指数及藻密度对水质的评价

水生态系统中，浮游植物是最基础的成分，其结构和优势种的变动必然会导致生态现象的变化[27]，通常，运用浮游植物多样性指数的变化来评判水体的营养状况及水体污染对水生生物的构成所产生的影响[27-28]。

Shannon-Weaver多样性指数(H)常表示浮游植物的多样性[29]、群落的组成结构、反映环境变化对生物群落的影响，水体受污染后，敏感型种类的消失会使得H值下降，水体浮游植物群落结构就趋于简单，稳定性下降[30-32]。Pielou均匀度指数(E)是实际多样性指数与理论最大多样性指数的比值，能够更直观地评价浮游植物的多样性，也能够反映各物种个体数目分配的均匀程度[34]。各采样点在不同季节的H和E大小关系：夏季<春季<秋季<冬季，可知湿地公园夏季水质最差，其中S1样点H值和E值仅为1.03和0.72，为所有采样点全年最低值，水体接近重度污染，其他样点水体为轻度污染或无污染。Margalef丰富度指数(d)反映浮游植物群落与环境间的关系，浮游植物种类越多，个体数量分布越均匀，Margalef丰富度指数越大，所指示的环境越稳定[32]。张掖湿地公园浮游植物d值在春季达到最低值2.82，水体轻度污染，其他3个季节无污染。相关性分析得，H和E值具有良好的相关性(相关系数0.944)，而与d值相关性较差。往往多样性指数与水质间的关系较为复杂，易受水体类型、计数方法、鉴定种类等因素的影响[34]，因此本文参照了况琪军等[28]利用浮游植物细胞密度评价水质的标准(表5)对水质进行进一步评价。湿地公园春季和冬季水质为贫中营养，夏季水质达到贫中营养～中营养水平，秋季水质为贫中营养。然而，隐藻作为中富营养水体的代表种类[15]，在夏季S1样点隐藻密度已经超过水华警戒线[35]，达3.36×107cells/L，占总密度的36%，值得引起注意。

表5 基于藻密度和种群结构的湖泊富营养化评价标准[28]

总体而言，调查期间湿地公园水质较好，但部分时段水质较差。从季节来看，夏季湿地公园水质最差。空间角度上，S1样点藻类多样性最低，稳定性较差，水体为轻度污染至中度污染，其他样点为轻度污染或无污染。原因主要是湿地公园全年开放，S1点客流量最大，附近有漂流场所并有餐馆酒店经营，因此，人为因素是造成水质下降的主要原因；S5处为湿地出水口，经过湿地的净化作用和营养盐的沉降后，水质有所改善，水质较好。因此，建议湿地公园加强管理，减少污水的直接排放并对湿地内水体进行疏通以增加水体交换能力，防止水体营养盐的积累而造成水质进一步恶化。

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CharacteristicsofphytoplanktoncommunitystructureinZhangyeNationalWetlandPark

YANG Song-qi1, CHEN Tian-ren1, KE Xuan2, LUO Guang-hong1

(1. Gansu Engineering Technology Research Center for Microalgae， Key Laboratory of Hexi Corridor Resources Utilization of Gansu, Hexi University， Zhangye 734000; 2. Environmental Monitor Station of Zhangye, Zhangye 734000, China)

The six stations of Zhangye National Wetland Park in drought and cold area were selected for surveying phytoplankton community structure and water environmental quality from 2014a to 2015a. The results showed that in the park there were 257 species belonging to 8 divisions, 91 genera and including variants. The average density of phytoplankton in the spring, summer, autumn and winter were 1.02×106, 1.04×107, 7.12×106and 9.28×105cells/L, respectively. The dominant species ecological succession was remarkable in each season. Bacillariophyta was dominated in spring and winter. However, blue-green algae was dominated in summer and autumn. The phytoplankton communities were varied with the Shannon-Weaver diversity index of 1.02-3.45, the Margalef richness index of 2.35-4.18 and Pielou evenness of 0.27-0.89, respectively. Through the comprehensive evaluation to diversity and density of algae, the water was moderately polluted in summer due to a large number of visitors to the park while the remaining seasons had high water quality.

Zhangye National Wetland Park; phytoplankton; community; diversity; water quality

2016-09-12；

2016-10-08

甘肃省高校协同创新科技团队支持计划(项目编号2017C-17)；河西学院青年基金(QN2015-03)；甘肃省科技支撑计划-社会发展类项目(1604FKC090)

杨宋琪，助教，主要从事藻类生理生态学方面研究，E-mail：sqyang@hxu.edu.cn

罗光宏，硕士，教授，主要从事微藻资源开发与利用研究，E-mail：13993693452@163.com

10.3969/j.issn.2095-1736.2017.06.051

Q948

A

2095-1736(2017)06-0051-05