孟妍君,秦鵬

若爾蓋濕地水質(zhì)演化及其對(duì)植被多樣性特征的指示作用

孟妍君1,秦鵬2*

1. 桂林旅游學(xué)院, 廣西 桂林 541006 2.南寧理工學(xué)院, 廣西 南寧 541006

連續(xù)4年（2016-2019年）結(jié)合野外調(diào)研以及室內(nèi)化驗(yàn)聯(lián)合的形式分析了若爾蓋濕地的植被多樣性與水質(zhì)變化特點(diǎn)，引入了RDA分析策略，探究了植被多樣性以及水質(zhì)彼此的聯(lián)系。最終得出結(jié)論：若爾蓋濕地計(jì)存在十一類沉水植株，分別為七科九屬，優(yōu)勢(shì)植株包含苦草、黑藻等等。這之中Margalef豐富度、Shannon-Wiener多樣性以及Mclntosh均勻度參量由于時(shí)間的遷移而表現(xiàn)為上升態(tài)勢(shì)，其中2018和2019年顯著高于2016和2017年（<0.05）；Simpson優(yōu)勢(shì)度參量則呈現(xiàn)出反向的變化態(tài)勢(shì)，隨著時(shí)間增加而逐漸減小。若爾蓋濕地水質(zhì)TN、NH4+-N、TP、高錳酸鉀指數(shù)、BOD5以及CODcr的含量大致變化趨同，基于時(shí)間的推移都表現(xiàn)為下降態(tài)勢(shì)，2018和2019年顯著高于2016和2017年（<0.05），這之中TP含量于各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的不同并不突出，>0.05。相關(guān)性分析表明：濕地沉水植物Margalef豐富度指數(shù)、Shannon-Wiener多樣性參量、BOD5含量、CODcr含量等均表現(xiàn)為明顯的或是極為顯著的正相關(guān)性。深入性的RDA圖形反饋，BOD5以及CODcr的含量為該濕地生態(tài)多樣的關(guān)鍵關(guān)聯(lián)要素，綜合分析表明：若爾蓋濕地水質(zhì)狀況逐年逐漸趨于好轉(zhuǎn)，而沉水植物多樣性在此過程中發(fā)揮著重要的作用。

若爾蓋濕地; 植被; 水質(zhì); 多樣性

立足于全球生態(tài)這一研究視角，從其生態(tài)子系統(tǒng)構(gòu)成、影響因子等方面不難發(fā)現(xiàn)，其多樣性及復(fù)雜性尤為突出[1,2]。作為其主要的生態(tài)構(gòu)成，陸地、大氣和海洋生態(tài)系統(tǒng)的變化將直接決定著人類生存環(huán)境和動(dòng)植物生長(zhǎng)環(huán)境，其重要地位毋庸置疑；對(duì)于人類及廣大動(dòng)植物最為密切的陸地生態(tài)而言[3,4]，又能細(xì)分為土壤、森林、農(nóng)田、河流等子系統(tǒng)，其環(huán)境影響因子呈現(xiàn)突出的多樣性，其中不同影響因子間難免產(chǎn)生交互效應(yīng)，這種交互作用的存在進(jìn)一步凸顯了局地生態(tài)的復(fù)雜性、多樣性環(huán)境[5]，加之其作為人類直接的生產(chǎn)和生活載體，其變化將突出制約著社會(huì)生活，而介于陸地和水域之間的特殊區(qū)域形成了濕地，由于其處于水陸的交互地帶，其環(huán)境敏感性尤為突出；作為重要的生態(tài)構(gòu)成部分，其“地球之腎”的美譽(yù)得到廣大學(xué)者的認(rèn)可，主要原因在于其獨(dú)特的生態(tài)價(jià)值，其不僅在氣候調(diào)節(jié)方面作用顯著，而且具有很好的水源涵養(yǎng)功能[6,7]，對(duì)于蓄洪防澇起著關(guān)鍵作用，此外，由于其處于水陸交互地帶，生物多樣性也尤為凸出[8,9]，從而形成了較為明顯的“生物基因庫”，自然生態(tài)層面的影響下更是突出。就這一區(qū)域分析，基于其較高的養(yǎng)分含量水平，其不單單散布著大量的蘆葦?shù)戎仓?，同時(shí)也存在著許多的生物資源，另外生物的多樣性存在，較為均勻等特性，在調(diào)節(jié)生態(tài)平衡方面效果突出[10]。基于濕地生態(tài)的獨(dú)特性，大量學(xué)者對(duì)其開展了長(zhǎng)期的觀測(cè)分析研究，通過對(duì)比分析得知，濕地生物分布多樣性更為穩(wěn)定的情況下，說明其生態(tài)穩(wěn)定性更為凸出，說明其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)更為明顯，反之，說明該區(qū)域生態(tài)水平在下降，不利于局地生態(tài)保護(hù)。近些年來，在不斷的資源開發(fā)利用影響之下，濕地局地生態(tài)受到的影響也更為明顯，為了探究資源開發(fā)等人類活動(dòng)影響對(duì)濕地生態(tài)的影響效應(yīng)，大量學(xué)者開展了長(zhǎng)期研究，尤其是濕地生物分布多樣性、環(huán)境影響因子等方面[11,12]，同時(shí)對(duì)水域污染、生活垃圾排放等方面探討了濕地水體富營(yíng)養(yǎng)化等問題。

對(duì)于濕地區(qū)域而言，由于其獨(dú)特的生態(tài)分布，從而形成其尤為突出的生態(tài)多樣性特點(diǎn)[13]，生態(tài)多樣性對(duì)于該區(qū)域的碳收支平衡施加著關(guān)鍵影響，在這一過程中濕地植被的參與作用及影響尤為突出，共同制約著濕地生態(tài)碳循環(huán)[14]。在工業(yè)化不斷發(fā)展的過程中，除了自然生態(tài)環(huán)境的變化外，人為干預(yù)對(duì)于該區(qū)域生態(tài)產(chǎn)生了無可替代的影響，一方面濕地分布面積的下降態(tài)勢(shì)尤為突出，另一方面，水質(zhì)下降尤為顯著，原有生態(tài)難以再現(xiàn)，生物多樣性分布下降尤為突出，其植被生產(chǎn)力下降態(tài)勢(shì)明顯，這將大大制約其生態(tài)功能的發(fā)揮；在人為干預(yù)不斷增強(qiáng)的情況下，其生態(tài)承受力自然隨之下降，從而破壞了其生態(tài)多樣性穩(wěn)定?；诖耍疚牧⒆阌谌魻柹w濕地這一研究視角，從生物分布多樣性、有機(jī)碳等方面開展?jié)竦厣鷳B(tài)研究，由此對(duì)濕地資源科學(xué)應(yīng)用起到一定的借鑒和幫助。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

濕地區(qū)域具有獨(dú)特的生態(tài)分布，從而形成了尤為突出的生態(tài)多樣性特點(diǎn)，基于此，本研究將若爾蓋濕地作為研究視角，并通過連續(xù)4年實(shí)地觀測(cè)研究的方式對(duì)該濕地的生物分布多樣性、環(huán)境因子變化等開展實(shí)地研究，為了將實(shí)驗(yàn)誤差降低最低，本研究從2016年開始進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)4年的實(shí)地對(duì)比分析，以獲取更加精細(xì)的研究數(shù)據(jù)，為后續(xù)準(zhǔn)確、完整的開展分析研究奠定基礎(chǔ)。對(duì)于該濕地而言，由于其緊鄰青藏高原的獨(dú)特地理分布，形成了3 000 m以上的高海拔濕地，從而造就了其高原沼澤濕地的典型生態(tài)分布[15,16]，對(duì)于該濕地而言，其不僅分布面積廣闊，且成為我國地理位置獨(dú)特的濕地分布。受所處地理位置分布制約，其氣候方面呈現(xiàn)出尤為突出的大陸性高寒季風(fēng)氣候特點(diǎn)，在該區(qū)域形成了較為普遍且尤為突出的溫差，對(duì)該區(qū)域近10年氣象資料對(duì)比分析不難發(fā)現(xiàn)，其最低溫度分布在1月份，且低溫達(dá)到了-33 ℃，且1月均溫約為-10 ℃，受冬季酷寒天氣的影響，該區(qū)域呈現(xiàn)了較為普遍的凍土層分布特點(diǎn)；該區(qū)域夏季溫度相對(duì)較高，但即使如此，其均溫也未超過12 ℃，全年最高氣溫也僅為25 ℃左右。對(duì)于該濕地區(qū)域而言，其降雨量并不高，僅為600 mm左右。

1.2 采樣方法

為了將實(shí)驗(yàn)誤差降低最低，本研究從2016年開始進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)四年的實(shí)地對(duì)比分析，以獲取更加精細(xì)的研究數(shù)據(jù)，為后續(xù)準(zhǔn)確、完整的開展分析研究奠定基礎(chǔ)。正式的采樣開始于7月份，一方面主要是對(duì)濕地區(qū)域開展相應(yīng)的浮游植被分析，另一方面進(jìn)行水質(zhì)分析采樣，為了降低采樣誤差，分別在該區(qū)域3個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行浮游植被及水樣采集，在水樣采集時(shí)要求在距離岸邊500 m的范圍內(nèi)，水深20 cm處進(jìn)行采樣，并對(duì)其進(jìn)行定性及定量分析。在本研究過程中，需要借助于定性分析對(duì)浮游植被開展對(duì)比研究，并在取樣過程中借助于浮游生物網(wǎng)進(jìn)行試驗(yàn)樣本采集。第一步是對(duì)其加以濃縮處理，要求其達(dá)到100 mL的情況下開展固定處理，本實(shí)驗(yàn)主要借助于2 mL魯哥試液，從而為開展鏡檢奠定基礎(chǔ)，此外，為開展有效的水質(zhì)分析，還需要采集1 L的表層水樣；其次，還要對(duì)浮游植被開展具體的定量分析，本研究主要借助于采水器取樣，首先獲取樣品1 L，然后借助2 mL魯哥試液進(jìn)行固定處理，之后進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)24 h的沉淀處理，待其濃縮至30 mL，之后將甲醛溶液置其中，要求濃度為4%，接下來還需開展鏡檢[11]。

1.3 樣品測(cè)定

1.3.1 浮游植物的鑒定首先對(duì)定量分析所采集的樣品進(jìn)行搖勻處理，然后借助于顯微鏡進(jìn)行計(jì)數(shù)框處理，從而獲取浮游生物數(shù)量，所選取的視野不少于20個(gè)，但在40個(gè)范圍之內(nèi)，為了最大程度降低實(shí)驗(yàn)誤差，本研究借助于3次重復(fù)。

對(duì)于浮游植物多樣性的分析，本研究將從以下幾個(gè)方面進(jìn)行分析[11]：

Margalef豐富度指數(shù)=(-1)/ln

Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)=-∑(PlnP)

Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)=1-∑(P)2

Pielou均勻度指數(shù)=/ln

首先利用Excel 2010對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的整理匯總，之后利用SPSS 21.0開展一系列的統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)驗(yàn)過程中采用的分析數(shù)據(jù)為多次測(cè)定的數(shù)據(jù)均值，并對(duì)分析數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)等分析。

1.3.2 水質(zhì)樣品測(cè)定對(duì)于水質(zhì)樣品的分析主要借助于以下方法：對(duì)于TP、TN的分析借助于光度法，對(duì)于BOD5、CODCr分別采用接種法、氧化法[13]。

2 結(jié)果與分析

2.1 若爾蓋濕地浮游植物群落結(jié)構(gòu)

在若爾蓋濕地的采樣水體中，統(tǒng)計(jì)了年份若爾蓋濕地水體中浮游植物的細(xì)胞密度、所占比例及其豐度，其中，各個(gè)浮游植株的細(xì)胞密度以及豐度和時(shí)間之間有著一定的聯(lián)系性，即都呈現(xiàn)出由逐步上升態(tài)勢(shì)，至部分波動(dòng)變化。若爾蓋濕地硅藻細(xì)胞密度主要變化區(qū)間14.56～19.25×106L-1；為綠藻(Chlorophyta)細(xì)胞密度處于5.34～8.44×106L-1之間；藍(lán)藻(Cyanophyta)細(xì)胞密度變化范圍在8.65～16.36×106L-1之間；隱藻(Euglenophyta)細(xì)胞密度變化范圍在1.11～2.67×106L-1之間；黃藻(Xanthophyta)細(xì)胞密度變化范圍在0.41～0.87×106L-1之間；裸藻(Euglenophyta)細(xì)胞密度變化范圍在0.03～0.98×106L-1之間。

表1 若爾蓋濕地浮游植物群落結(jié)構(gòu)

2.2 若爾蓋濕地植被α多樣性季節(jié)特征

由圖1可知，各個(gè)時(shí)間植株的多樣性參量變化均呈現(xiàn)出較為一致的變化的特點(diǎn)。Margalef豐富度指標(biāo)、Shannon-Wiener多樣性指標(biāo)、Mclntosh均勻度指標(biāo)，均和時(shí)間之間呈現(xiàn)出正相關(guān)的聯(lián)系；其中2018和2019年份顯著高于2016和2017年份（<0.05）；而就Simpson優(yōu)勢(shì)度指標(biāo)，則呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)的聯(lián)系；詳細(xì)表現(xiàn)即蘆葦<苔草<水蓼<蔭草，基于時(shí)間的推移，表現(xiàn)為下降的態(tài)勢(shì)2018和2019年份顯著低于2016和2017年份（<0.05）。綜合來看，若爾蓋濕地沉水植物多樣性較豐富，但物種均勻程度較低，2018-2019年植物α多樣性參量結(jié)果大于2016-2017年生境群落生態(tài)多樣性的結(jié)果。

圖1 若爾蓋濕地植物群落α多樣性

注：不同小寫字母指代差異明顯（<0.05），下同。

Note: The different small letters were indicated the significant difference at 0.05 level. The same as follows.

2.3 若爾蓋濕地水質(zhì)變化特征

由圖2可知，若爾蓋濕地水質(zhì)TN、NH4+-N、TP、高錳酸鉀指數(shù)、BOD5以及CODcr的含量大致變化趨同，基于時(shí)間的推移都表現(xiàn)為下降態(tài)勢(shì)，2018和2019年顯著高于2016和2017年（<0.05），（<0.05）。TP濃度變化范圍在0.17～0.24 mg/L，這之中年份的差異性都不明顯（>0.05）；NH4+-N濃度變化范圍在4.24～4.78 mg/L，2018和2019年顯著低于2017和2016年（<0.05）；高錳酸鉀指數(shù)變化范圍在8.15～15.76 mg/L，2018和2019年顯著低于2017和2016年（<0.05）；BOD5含量以及CODcr含量各自處于83～121 mg/L以及202～259 mg/L范圍內(nèi)，2018-2019明顯的小于2016-2017。

2.4 若爾蓋濕地植被多樣性與水質(zhì)相關(guān)性分析

由表2可知，TN濃度與2016年、2017年和2018年Shannon-Wiener指標(biāo)、Simpson指標(biāo)表現(xiàn)為典型的正相聯(lián)系（<0.05），同2019年Margalef指標(biāo)、Simpson指標(biāo)、Shannon-Wiener指標(biāo)、Pielou指標(biāo)都表現(xiàn)為突出的正相聯(lián)系（<0.01）。TP含量以及高錳酸鉀指標(biāo)和各個(gè)年度植株多樣在指標(biāo)都未有突出性的聯(lián)系（>0.05）。NH4+-N濃度與2016年、2017年和2018年Shannon-Wiener指標(biāo)、Simpson指標(biāo)自檢為典型的正相聯(lián)系（<0.05），同2019年的Margalef指標(biāo)、Simpson指標(biāo)、Shannon-Wiener指標(biāo)、Pielou指標(biāo)都表現(xiàn)為突出的正相聯(lián)系（<0.01）。CODCr含量以及BOD5含量同2016年、2017年和2018年Shannon-Wiener指標(biāo)、Simpson指標(biāo)自檢為典型的正相聯(lián)系（<0.05），同2019年的Margalef指標(biāo)、Simpson指標(biāo)、Shannon-Wiener指標(biāo)、Pielou指標(biāo)都表現(xiàn)為突出的正相聯(lián)系（<0.01）。

表2 若爾蓋濕地植被多樣性以及水質(zhì)之間的聯(lián)系

*<0.05；**<0.01

2.5 若爾蓋濕地植被與環(huán)境因子RDA冗余分析

就植被多樣性分析，因?yàn)橹T多的環(huán)境因素等的影響，有著突出的復(fù)雜性，這也為誘發(fā)貯備群落分布不同的關(guān)鍵因素之一，為分析彼此的聯(lián)系性，深入研究其交互性作用效果，此次探究期間，結(jié)合植被多樣性分析，篩選6項(xiàng)潛在的和水質(zhì)關(guān)聯(lián)的影響因素，開展RDA研究，具體如表3所示。結(jié)合探究結(jié)構(gòu)可得，就前兩排序軸來說，其特征量依次為0.567、0.345，這也反映出環(huán)境因子不同的影響基礎(chǔ)下，就濕地植被而言，它的多樣性同這兩個(gè)排序軸的關(guān)聯(lián)性為1.00，解釋度為97%，即前兩排序軸因子影響下為0.01的水平，結(jié)果依次是8.78、4.09，反映出兩因子有著較大的解釋度，對(duì)植被分布多樣性約束性明顯，結(jié)合RDA排序研究可得，水質(zhì)的改變可以極大的限制濕地植被分布多樣性，同時(shí)彼此的正向影響顯著，都處于極顯著水平，另外，BOD5以及CODcr含量也明顯對(duì)植被有著約束性。

表3 RDA排序結(jié)果

*<0.05，**<0.01

3 討論

通過開展連續(xù)4年的實(shí)地取樣觀測(cè)分析得知，對(duì)于若爾蓋濕地區(qū)域而言，浮游植被的種類繁多，其主要構(gòu)成不僅有綠藻門，還包括硅藻門等，雖然浮游植被在分布密度、豐度等方面存在較大不同，但是其季節(jié)特點(diǎn)較為突出，且在時(shí)間不斷增加的情況下具有較為一致的變化規(guī)律；整體而言，該區(qū)域近兩年的水質(zhì)優(yōu)于2016、2017年。從主流的水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)而言[15,16]，從浮游植物細(xì)胞密度的角度來分析其營(yíng)養(yǎng)程度，當(dāng)其值低于1.0×106cells/L的情況下，說明其呈現(xiàn)較為突出的貧營(yíng)養(yǎng)化狀況，根據(jù)這一判別標(biāo)準(zhǔn)，2016年該區(qū)域水質(zhì)呈現(xiàn)出了明顯的極貧營(yíng)養(yǎng)化，對(duì)于2017年來說亦是如此，而對(duì)于2018、2019年來講，其水質(zhì)優(yōu)于前兩年，整體呈現(xiàn)為貧中營(yíng)養(yǎng)水平[17,18]。對(duì)于2016、2017年浮游植物來講，其種間個(gè)體數(shù)呈現(xiàn)出較為均勻的分布，但是受水域污染的影響，其并沒有較為豐富的種類分布，其個(gè)體間分布并不均勻，主要原因在于生活污水排放。通過水質(zhì)分析發(fā)現(xiàn)，無論是TN、TP，還是BOD5和CODcr，其突出的特點(diǎn)之一就是季節(jié)性變化，其在夏秋季節(jié)具有更高的濃度，而冬季最低，綜合來看，在水溫不斷上升的情況下，無論是藻類植被，還是浮游動(dòng)物等，均進(jìn)入了較為明顯的生長(zhǎng)旺季，加之人類污水排放等，水體的富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象較為突出，且在2016、2017年達(dá)到最高水平；而在2018、2019年呈現(xiàn)了明顯的下降態(tài)勢(shì)，說明水質(zhì)狀況得到了一定的改善。

4 結(jié)論

作為自然和人類活動(dòng)的有機(jī)結(jié)合體，人類開發(fā)利用的不同形成了差異突出的物種分布，自然環(huán)境的變化無時(shí)無刻不在影響著動(dòng)植物生長(zhǎng)發(fā)育，但是人為干預(yù)更為凸顯，且改變更為直接[7]；物種群落分布受到的環(huán)境因子制約并不是單一的，不僅呈現(xiàn)突出的多樣性，更凸顯交互性和復(fù)雜性，在生物群落分布方面能夠通過豐度及均勻度等方面加以有效衡量。通過長(zhǎng)達(dá)4年的觀測(cè)研究得知，在年份不斷增加的情況下，植被多樣性指數(shù)的上升態(tài)勢(shì)較為突出，而對(duì)于Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)來講則剛好與之相反。對(duì)于2018和2019年而言，其沉水植被分布具有較高水平的相似性，這表明其共有物種數(shù)量相對(duì)較多[22]。通過相關(guān)分析不難發(fā)現(xiàn)，各個(gè)時(shí)節(jié)植株分布有著明顯的不同，表明了水體的影響較為突出，其最高水平出現(xiàn)在夏秋季節(jié)；結(jié)合對(duì)各個(gè)環(huán)境要素的冗余性探究可得，多類環(huán)境因子影響著植株的發(fā)育，且其反饋效應(yīng)尤為突出；借助于RDA排序圖分析不難發(fā)現(xiàn)，一系列環(huán)境因子的影響下，水質(zhì)狀況體現(xiàn)出明顯的復(fù)雜性，植被多樣性與環(huán)境因子之間的正相關(guān)關(guān)系突出，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了0.01的突出性水平，其約束性更是明顯的即BOD5、CODcr含量。因此次探究面域的限制性，下一階段訴求更為大面域的開展研究，深層次的分析環(huán)境因素和濕地植被多方面的聯(lián)系。

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Water Quality Evolution and Its Indicator Function to Vegetation Diversity in Ruoergai Wetland

MENG Yan-jun1, QIN Peng2*

1.541006,2.541006,

For four consecutive years (2016-2019), the characteristics of vegetation diversity and water quality evolution in The Ruoergai wetland were studied by combining field survey and laboratory test, and the dominant plants were bitter grass, black algae and microzygotes. Among them, Margalef richness index, Shannon-Wiener diversity index and Mclntosh evenness index all showed a gradually increasing trend with the increase of years, among which 2018 and 2019 were significantly higher than 2016 and 2017 (<0.05).The Simpson dominance index shows an opposite trend, which decreases gradually with the increase of years.The concentrations of TN, NH4+-N, TP, potassium permanganate index, BOD5and CODcrin the luoergai wetland were consistent with the overall change trend. The concentrations of TN, NH4+-N, TP, potassium permanganate index, BOD5and CODcrshowed a gradually increasing trend with the increase of years, and were significantly higher in 2018 and 2019 than in 2016 and 2017 (<0.05), among which the TP concentration was not significantly different in different years (>0.05).The response of vermicelli can be seen from the light amplitude of the water holding index, the existence of various data of Shuhan and the selection of sticky trustworthy characteristics extremely significantly positively correlated with BOD5concentration and CODcrconcentration.Further RDA sequencing shows that BOD5concentration and CODcrconcentration are the main factors affecting plant diversity in The Zoige wetland. The comprehensive analysis shows that the water quality of The Ruoergai wetland tends to improve gradually year by year, and the diversity of submerged plants plays an important role in this process.

The Ruoergai wetland; vegetation; water quality; diversity

X824

A

1000-2324(2022)02-0278-07

10.3969/j.issn.1000-2324.2022.02.015

2021-05-12

2021-05-21

廣西壯族自治區(qū)教育廳課題(2020KY22027)

孟妍君(1977-),女,碩士研究生,副教授,風(fēng)景園林高級(jí)工程師,主要研究方向?yàn)轱L(fēng)景園林遺產(chǎn)保護(hù)、植物景觀設(shè)計(jì)與生態(tài)修復(fù). E-mail:dreamy_meng@163.com

Author for correspondence. E-mail:yanzi0803@yeah.net