漳泽水库藻类Shannon-Weaver物种多样性指数H’趋势分析

史楷生

（太原市水文水资源勘测分局 山西太原030002）

1 藻类及其生物多样性

1.1 藻类

藻类是原生生物界的一类真核生物（有些也为原核生物，如蓝藻门的藻类）。又称叶状植物、裂殖植物或孢子植物等，是一群具有色素体、无真正根茎叶和生殖器官分化的单细胞低等生物。主要为水生，无维管束，能进行光合作用[1]。

1.2 生物多样性

生物多样性（biodiversity）是指在一定时间和一定地区所有生物物种及其遗传变异和生态系统的复杂性总称。它是生物进化的结果，是人类赖以持续生存的基础。其中物种多样性是构成生态系统多样性的基本单位，是生物多样性的核心，也是本文研究的主要内容[2]。

2 藻类试点监测工作

近年来，我国湖泊、水库与河流的污染和生态问题日益突出，受到社会各界的广泛关注。为了适应水资源管理与水生态保护的需要，水利部从2008年开始从全国选择重点湖泊水库开展藻类的试点监测，2009 和2010年分两步进一步扩大了藻类试点工作范围。山西省的漳泽水库作为山西省唯一参与全国藻类试点监测的重点湖库，从2009年5月开始进行藻类监测。监测时间按照全国北方地区的统一安排，为每年的5 至11月，频次为每月1 次，一年共7 次。

2010-2013年在漳泽水库不同区域中选择3 个采样点进行藻类监测。分别在S1（坝上）、S2（网箱附近）和S3（库中心）各设置了采样点1 处。到2013年9月由于漳泽水库加强管理，取消了网箱养鱼活动，取消了S2网箱附近这一采样点。

藻类监测依据《全国重点湖库藻类试点监测技术规程》要求，根据漳泽水库的实际情况进行采样分析。检测步骤分为采样、固定、浓缩、制片、计数和计算[3]。

3 分析方法

种类多样性指数不考虑种的指示意义，只考虑群落的结构特征。一般说来，多样性指数取决于三个因素，即种类多寡、个体丰度及均匀度。种类多样性受到生态环境的影响，特别与污染程度有关，所以可用多样性指数来反映污染的情况。

目前使用比较多的几种多样性指数是Shannon-Weaver 多样性指数（H’）、Cairns 连续比较指数、Keefe-BergersenTU 指数、Simpson 氏多样性指数和Margalef 氏多样性指数（D）。尚有它种多样性指数，本文不一一列举。不同的多样性指数的理论基础不同，侧重不一样，所以不是完全等价的[4]。

本文使用目前美国主要使用的经Lloyd 简化后的Shannon-Weaver 多样性指数（H’）对漳泽水库2010到2013年藻类进行多样化分析。

H’指数计算公式:

式中:C——由log10 转换为log2 的系数，C=3.322；

N——藻类个体总数；

ni——第i 属的藻类个体数。

1）样品可以全部分类到种（不一定要定出种名，只要能确定为一个种）；或全部分类到属；或全部到科，均可进行H’的计算。然而分类越细，灵敏性越好。按照全国藻类试点监测工作和生物多样性分析的要求以及受到技术条件的限制，在本项工作中只将藻类分类到属。

2）当水体受到污染，水中的大部分生物种类就会因此而大量消亡，只有个别耐污种类会因能适应污染的环境和其他生物灭亡后空出生存空间而增加，如此一来水体中的H’指数就会下降。因此指数越高，对应水体水质越好，而指数越低，则说明水体受到的污染程度越高[5]。Shannon-Weaver 物种多样性指数H’代表水体污染程度详见表1。

3）理论和实践上都表明H’对稀有种反应不甚灵敏。由于污染，特别是轻度毒性污染的影响，某些稀有种已经消失，然而由于种的个体丰度、均匀度的增加，H’并不一定降低，这时应同时考虑种数或优势种的优势度等群落参数[6]。

表1 Shannon-Weaver 物种多样性指数H’污染程度表

4）H’不仅对污染有反应，对其它环境因素也有反应。例如水深、流速、食物多样性、生境多样性等，特别小型的冷水河流或河源，虽然无污染，有时H’值却很低[7]。

Shannon-Weaver 物种多样性指数H’是衡量一定地区生物资源丰富程度的一个客观指标，用于评价群落中种类组成的稳定程度及其数量分布均匀程度和群落组织结构特征，并常作为描述群落演替方向、速度和稳定程度的指标。根据Shannon-Weaver 物种多样性指数H’的大小可将其分为5 级[8]，详见表2。

表2 Shannon-Weaver 物种多样性指数H’阀值的分级评价标准

由表可见，物种多样性的评价与水质评价不同，水质评价等级越低越好，物种多样性评价等级为越高越好。

4 藻类生物多样性分析

4.1 坝上（S1 点）

从2010 至2013年藻类监测的时间，漳泽水库采样点坝上的Shannon-Weaver 多样性指数H’指数几乎都在2 以上，大多数时间在3 以上。按照Shannon-Weaver 物种多样性指数污染程度表，采样点坝上对照的污染水平都处在清洁或者中污染的水平，而中污染主要集中在气温较高的夏季。按照Shannon-Weaver物种多样性指数H’阀值的分级评价标准，采样点坝上藻类的生物多样性等级多数处于Ⅳ类和Ⅴ类，对应多样性水平为多样性丰富和多样性非常丰富。有时也处于Ⅲ类，对应为多样性较好，这主要出现在气温较高的夏季，这和污染程度的变化规律相对应。四年中指数H’基本保持了稳定，没有年际间明显的变化。指数H’最低的是2011年8月，只有1.89。对应当月坝上只检出17 个属的藻类，与其它月相比较少，有绝对优势种丝藻的存在，其优势度达到了66.44%。指数H’最高的是2013年6月，达到4.06。当月坝上检出藻类属26 个，较多，且优势种的总优势度只有35.82%，相对丰度分布较为平均，详见表3。

表3 漳泽水库坝上藻类Shannon-Weaver 多样性指数H’统计表

4.2 网箱附近（S2 点）

由于2013年网箱附近只进行了4 个月的藻类监测，所以生物多样性分析的月份也相应减少。总体上看漳泽水库网箱附近的Shannon-Weaver 多样性指数H’与坝上很相似，大多数时间在3 以上。网箱附近对照的污染水平都处在清洁或者中污染的水平，而中污染主要集中在气温较高的夏季。网箱附近藻类的生物多样性等级多数处于Ⅳ类和Ⅴ类，有时也处于Ⅲ类，这也主要出现在气温较高的夏季。四年中指数H’基本保持了稳定，没有年际间明显的变化。指数H’最低的是2011年8月，只有1.79，和坝上相同。对应当月网箱附近只检出16 个属的藻类，很少。优势种的总优势度达到了85.15%，藻类的相对丰度主要集中于两个优势种藻类。此外2013年7月的指数H’也很低，只有1.94。当月只检出15 个属的藻类，而且有绝对优势种鼓藻存在，其优势度达到57.89%，优势种的总优势度也达到了74.92%，所以相应的生物多样性较低，详见表4。

4.3 库中心（S3 点）

漳泽水库采样点库中心的Shannon-Weaver 多样性指数H’与坝上的也较为相似，但是与网箱附近相比差异稍大一些。指数H’几乎都在2 以上，且在3 以上的时候更多。库中心对照的污染水平都处在清洁或者中污染的水平，而中污染更多的集中在气温较高的夏季。网箱附近藻类的生物多样性等级多数处于Ⅳ类和Ⅴ类，有时也处于Ⅲ类，这也主要出现在气温较高的夏季。四年中指数H’基本保持了稳定，没有年际间明显的变化。指数H’最低的是2013年8月，只有1.72。对应当月库中心只检出17 个属的藻类，较少，且有绝对优势种鼓藻的存在，其优势度达到72.78%，所以相应的生物多样性就很低了，详见表5。

5 结论

从2010 至2013年藻类监测的时间，漳泽水库三个采样点的Shannon-Weaver 多样性指数H’几乎都在2 以上，大多数时间在3 以上。按照Shannon-Weaver 物种多样性指数污染程度表，漳泽水库的污染水平都处在清洁或者中污染的水平，中污染主要集中在气温较高的夏季。按照Shannon-Weaver 物种多样性指数H’阀值的分级评价标准，藻类的生物多样性等级多数处于Ⅳ类和Ⅴ类，对应多样性水平为多样性丰富和多样性非常丰富。有时也处于Ⅲ类，对应为多样性较好，这主要出现在气温较高的夏季，这和污染程度的变化规律相对应。四年中漳泽水库的指数H’基本保持了稳定，没有年际间明显的变化。

表4 漳泽水库网箱附近藻类Shannon-Weaver 多样性指数H’统计表

Shannon-Weaver 多样性指数H’较高的月份，漳泽水库中藻类属的数量较多，且其相对丰度的分布较平均。优势种的总优势度不大或者优势种优势度的分布较均匀，不会有绝对优势种的出现。而优势种的总优势度较大或者优势种优势度的分布比较集中，甚至有绝对优势种出现的月份，水库的Shannon-Weaver多样性指数H’较低，水库中藻类属的数量也较少。

总体上看漳泽水库三个采样点的藻类Shannon-Weaver 多样性指数H’评价结果具有一定的相关性，差异不大。藻类的生物多样性处在中等偏好水平，较为丰富，这与水库的营养物质较多，处于轻度富营养化的状况相对应。

表5 漳泽水库库中心藻类Shannon-Weaver 多样性指数H’统计表