广州南沙湿地浮游动物多样性及水质生物学评价

吕紫微，陈雅琪，彭家豪，吴映明，唐以杰，陈晓萍，苏海燕，曾立人

(广东第二师范学院，广东 广州 510303)

1 引言

浮游动物是一类经常在水中浮游、本身不能制造有机物的异养型无脊椎动物和脊索动物幼体的总称，在水中营浮游性生活的动物类群。它们或者完全没有游泳能力，或者游泳能力微弱，不能作远距离的移动，也不足以抵拒水的流动力。浮游动物在水层中的分布范围也比较广，不仅是在淡水，而且在海水的浅层以及深层，都有其典型代表。它们对急性和毒性有着灵敏的反应，因此能反映出某水体环境污染的综合效应。除此之外，浮游动物的个体完成一代的生长、发育和繁殖的整个过程所经历的时间较短，因此被视为监测水生生态系统是否健康的首选。

广州南沙红树林湿地位于东经113°33′07″～113°39′58″、北纬22°26′55″～22°35′40″，地处广州市的南端，靠近伶仃洋，是珠江口入海口西岸。南沙具有丰富的水资源以及湿地资源，境内河流纵横，水网密布，生态环境复杂多变，有着曲折的海岸线以及围垦地，形成了生态类型多样、占地面积比较大的湿地，因此具有极大的生态价值、经济价值以及社会价值，在调节地方区域性气候、涵养水土以及维持生物多样性等方面有着不可忽视的作用，其被称为“广州之肾”[1，2]。但是根据广州市的发展战略，南沙作为广州“南拓”战略的龙头，珠江口沿岸地区经济社会的快速发展必然与自然生态存在一定的冲突，水域环境面临着巨大压力。目前对南沙湿地生态环境的评价多集中在植物与植被、鸟类等，而有关南沙浮游动物多样性的研究很少报道[3]。研究证明浮游动物的种类组成以及现存量的变化能及时且准确而迅速地反映水体生态环境的质量状况[4～6]。基于此，本文通过广州南沙湿地浮游动物的种类组成、密度以及多样性指数等指标对其水环境质量进行初步评价，以期为南沙湿地水质的监测和湿地旅游开发的探讨提供基础的理论数据。

2 研究区域及方法

2.1 采样点位设置

南沙湿地公园地处广州市最南端，位于南沙区的万顷沙镇十八涌与十九涌之间，占地总面积约1万亩，目前是广州市最大的湿地公园，同时也是候鸟迁徙的重要休憩地之一，被称为珠三角地区保存较为完整、保护较为有力、生态状态较为良好的滨海河口湿地[1]。

根据南沙湿地地形轮廓、生态功能区、湿地植物群落类型以及生境特点等状况，分别选择芦苇一、芦苇二、芦苇三、无瓣海桑一、无瓣海桑二、无瓣海桑三以及光滩七个典型样地，进行浮游动物调查。

2.2 采样方法

浮游动物的采集方法参照《GB17378.7 海洋监测规范第7部分：近海污染生态调查和生物监测》和《红树林生态检测技术规程》。于2020年1月、6月和10月，在每个采样点采50 L的水样，并用25号的浮游生物网(孔径为6 μm)进行现场过滤[4]。采集的所有样品都用福尔马林溶液固定至最终浓度为5%；并且用浮游生物网尽可能地收集样品，以用于浮游动物种类的定性研究。原生动物、轮虫和桡足类幼体都用1 mL浮游生物计数框进行计数，并且换算成单位体积密度。枝角类、桡足类以及其他无脊椎动物的幼虫也要全部计数。

2.3 样品数据处理与分析

浮游动物的密度计算，单位体积浮游动物的数量参照以下公式计算[5]：

N=Vs·N/(V·Va)

(1)

式(1)中：N表示1 L水样中浮游动物的数量；V表示采样的体积(mL)；Vs表示样品浓缩后体积(mL)；Va表示样品计数体积(mL)；N表示镜检计数所获得的个数(个)。

对7个样地分别进行采集，并用福尔马林溶液浸泡浮游动物，防止腐败，并贴上相应的标签。在电子显微镜下观察并拍照并记录收藏数据，最后利用标本室的专业书籍和现有电子图片对物种进行辨认和分类，将各物种的实际名称填于Excel表中。

优势度指数优势度指数[5]Y(Berger-Parker)：

优势度Y=(Ni·N-1)·fi

(2)

该计算公式(2)中Ni表示为第i种的总个体数；N表示为各采样点所有物种的总个体数，fi表示为第i种在各站位出现的频率，Y>0.02表示为优势种。

物种多样性指数物种多样性指数采用的是Shannon-wiener diversity指数(H′)计算公式:

H′=-∑PiLog2Pi

(3)

均匀性指数 均匀性指数J′(Pielou’s evenness)：

J′=H′/H′max

(4)

式(3)、(4)中：H′：样品的信息含量，也就是群落的多样性指数；H′max：群落的多样性指数的最大值。

物种丰富性指数物种丰富性指数(d)采用Margalef计算:

d=(S-1)/Log2N

(5)

在式(5)中，Pi表示为第i种的个体数与总个体数之间的比值，Pi=Ni/N，Ni表示为第i种个体数，N表示为所有种的个体数。H′为Shannon指数，Hmax=Log2S，其中，S为样品的总种类数。

浮游生物多样性指数评价水质的标准分为5个等级[7](表1)。

表1 浮游生物多样性指数的水质评价标准

对所有的数据统计结果以及聚类分析均采用软件SPSS19.0进行分析处理。

3 结果与分析

3.1 浮游动物种类组成及类群

如表2所示，广州南沙湿地7个采样点共采集到浮游动物54种，其中，节肢动物28种(占51.85%)，包含桡足类24种，介形类1种，甲壳类1种，软甲动物2种；轮虫类9种(占16.67%)；原生动物16种(占29.62%)，含纤毛虫类8种，肉足虫类8种；毛颚动物1种(占1.85%)，均为箭虫类。

表2 广州南沙湿地各个采样点的浮游动物种类数

如图1所示，在广州南沙湿地的浮游动物种类组成之中，桡足类主导(占44.44%)，轮虫类次之(占16.7%)，纤毛虫类以及肉足虫类紧跟其后，两者所占比例一样(占14.8%)，其它种类数较少。

图1 广州南沙湿地浮游动物种类组成

广州南沙湿地各个采样点的浮游动物种类数在6～21种之间(图2)，芦苇一的浮游动物种类数和无瓣海桑二的较为接近，而芦苇二的浮游动物种类数和无瓣海桑的一较为接近。调查发现，广州南沙湿地芦苇一采样点的浮游动物种类数是最多的，在光滩采样点的浮游动物的种类数相对较少。

图2 福田红树林区各个采样点浮游动物的种类数

3.2 浮游动物的密度

在调查期间，广州南沙湿地各采样点的浮游动物密度为6.40 ind./L～36.00 ind./L，平均密度为24.30 ind./L(图3)。其中，桡足类的密度占浮游动物总密度的51.96%，轮虫类的密度占浮游动物总密度的26.17%，肉足虫类的密度占浮游动物总密度的16.28%，纤毛虫类的密度占浮游动物总密度的4.63%，枝角类的密度占浮游动物总密度的0.46%，箭虫类的密度占浮游动物总密度的0.33%，端足类的密度占浮游动物总密度的0.14%，介形类的密度占浮游动物总密度的0.05%。轮虫在无瓣海桑三采样点密度最高，达25.08 ind./L，以卜氏晶囊轮虫为主要组成种类；肉足虫类在无瓣海桑三采样点密度最高，达22.80 ind./L，以砂表壳虫为主要种类；桡足类在芦苇二采样点的密度最高，达7.00 ind./L，以水蚤为主要组成种类；枝角类在芦苇一采样点密度最高，达3.00 ind./L，以小旋口虫为主要种类；介形类在芦苇三采样点密度最高，达0.14 ind./L，以针刺真浮萤为主要种类；浮游幼虫类在芦苇二采样点密度最高，达22.80 ind./L，以无节幼体为主要种类。在不同的采样点，其浮游动物的密度存在一定差异。

图3 广州南沙湿地浮游动物的密度空间分布

3.3 浮游动物的优势种

广州南沙湿地浮游动物调查到的优势种共有6种，春季2种，夏季和秋季各有4种。其中，轮虫类3种，桡足类2种，肉足虫类1种。无节幼体是三个季节共有的优势种，桡足幼体是春季以及秋季共有的优势种(表3)。

表3 广州南沙湿地浮游动物优势种的季节演替

3.4 浮游动物多样性指数

如图4所示，广州南沙湿地浮游动物Shannon-wiener diversity多样性指数变化幅度不大，最大值出现在无瓣海桑三样点，指数值为3.083，最小值出现光滩采样点，指数值为1.633，多样性指数(H’)的平均值为2.390。浮游动物的Pielou均匀度指数(J)变化幅度比较小，平均值为0.804，各个采样点的浮游动物均匀度指数均大于0.5小于1.0。浮游动物丰富度指数(d)变化幅度较大，平均值为5.581，其中光滩的丰富度指数大于2.0而小于4.0，其余采样点的浮游动物的丰富度指数均大于4.0。

图4 广州南沙湿地浮游动物多样性指数

通过公式计算广州南沙湿地7个采样点在不同季节时浮游动物的物种多样性指数(d)，Shannon-wiener diversity(H′)，均匀度指数(J′)，利用Shannon-wiener diversity指数(H′)来评价广州南沙湿地的水质，H′在0～1时，水质污染程度为重污染；H′在1～3之间时，水质污染程度为中污染；H′>3时，水质污染程度为清洁。数据结果如表4所示。

表4 浮游动物的物种多样性等指数

春季各采样点的Shannon-wiener diversity指数(H′)在1.633～2.461之间，均匀度指数(J′)在0.752～0.932之间，物种多样性指数(d)在2.001～8.175之间。数据结果显示，在春季的时候，广州南沙湿地芦苇三的水质污染程度都为中污染，其中，除了无瓣海桑一是处于β-中污染，其他6个采样点处于α-中污染。

夏季各采样点的物种多样性指数(d)在2.446～3.328之间，Shannon-wiener diversity指数(H′)在1.719～2.104之间，均匀度指数(J′)在0.782～0.820之间。数据结果显示，在夏季的时候，广州南沙湿地的无瓣海桑三处于α-中污染，芦苇一处于β-中污染。

秋季各采样点的物种多样性指数(d)在3.211～5.425之间，Shannon-wiener diversity指数(H′)在1.820～2.762之间，均匀度指数(J′)在0.672～0.975之间。结果显示在秋季的时候，广州南沙湿地的芦苇二和无瓣海桑三处于α-中污染，芦苇一、芦苇三、无瓣海桑一以及无瓣海桑二皆处于β-中污染。

4 讨论

4.1 浮游动物的生物量及丰度的变化

从浮游动物种类组成、丰度上看，广州南沙湿地共鉴定出浮游动物54种，其中，桡足类24种，介形类1种，甲壳类1种，软甲动物2种；轮虫类9种(占16.67%)；原生动物16种(占29.62%)，含纤毛虫类8种，肉足虫类8种；毛颚动物1种(占1.85%)，均为箭虫类。根据查找的资料，发现2015年的珠江口海域南沙段浮游动物[6]的种类数比本次采样得出的种类数要多，共鉴定出浮游动物73种(类)，其中，中华异水蚤和长尾类幼体是2015年检测出的优势种(类群)，但在2020年检测中，这两种浮游动物的数量有所减少。结合采样点以及周边环境推测，检测出的种类数减少的原因：其一，2015年徐姗楠等人的采样点共有20个，相比较本次7个采样点，站位分布面较广；其二，根据文献资料[6]，珠江口南沙段的海域受到了海水富营养化、环境污染、涉海工程、港口码头建设等多方面因素的影响，再加上水体流动，污染范围增加，不同地方的浮游动物种类有所下降。因而，需要进一步加强广州南沙湿地水环境的治理和生态保护。

4.2 浮游动物的密度

从密度上看，无瓣海桑二采样点的浮游动物密度最大，为36.00 ind./L，无瓣海桑三、芦苇二和芦苇一的次之，分别为34.17 ind./L、32.78ind./L和28.17 ind./L，其他地方的采样点的密度数值相对小，其中光滩的密度为18.92 ind./L，芦苇三密度为13.67 ind./L，无瓣海桑一采样点的浮游动物密度最小，为6.40I nd./L。总体来说，有植被地方的浮游动物密度要大于光滩，这可能与植被对水质的净化功能有关。

4.3 浮游动物的优势种

从浮游动物的优势种上看，广州南沙湿地的春季浮游动物优势种主要以桡足幼体为主；夏季优势种主要以无节幼体、晶囊轮虫为主；秋季优势种主要以轮虫和无节幼体为主。夏、秋季浮游动物的优势类群较多，而春季浮游动物优势类群较少，这在一定程度反映出，在低水温的春季，大多数浮游动物可生存繁殖的种类少，而在夏、秋季温度较高时，大多数浮游动物会进行大量繁殖。

4.4 利用浮游动物多样性指数对水质的生物学评价

浮游动物的物种多样性指数是水体健康状况进行生态学评价的重要手段[8～11]，一般通过浮游动物的种类，数量等能较为客观地反映出水域环境对生物所产生的综合累积效应，在一定的水环境条件下能相对地评价出河段水质的污染状况[8～13]，Pielou均匀度指数J′能评价出生物总个体数分配的均匀程度，若指数越大，则表示中间个体数分布地越均匀，Margalef的物种丰富性指数(d)是代表着群落种类的丰富程度。在一般情况下，健康的水域环境，其含有的浮游动物的种类丰富度较高；受污染的水域环境，其含有的浮游动物的种类丰富度比较低[10～15]。

根据浮游生物多样性指数水质的评价标准[11～12]，对广州南沙湿地的水质进行评价，数据结果显示，Shannon-wiener diversity(H′)反映水环境质量为中污染，均匀度指数(J)显示部分水体质量为轻度污染，其余为无污染，丰富度指数(d)显示部分水体质量为轻度污染，其余为无污染。将以上三种多样性指数的评价结果进行综合分析，广州南沙湿地除了个别采样点的水体质量处于中污染外，其他的采样点的水体质量处于轻度污染，所以整体是呈现轻-中度污染。

4.5 广州南沙湿地水体污染治理与保护对策

根据广州南沙湿地的Shannon-wiener多样性指数，可知广州南沙湿地整体处于轻-中度污染状态，特别是无瓣海桑一样地附近水体区域，在春季以及秋季都处于β-中污染。对此，提出了以下治理与生态保护对策。

(1)注重保留湿地的生态保护，最大限度地实现生态补偿，从而维育南沙湿地生境以及保护生物多样性[1～3]。

(2)在大型项目周边，要注重生态廊道和工业防护林带的建设。可因地制宜，利用水域、河流等特殊生态动能建立南沙湿地生态走廊，对于岸滩，可大量种植红树林、水杉、落羽杉、以及水松等植物。以抵抗各种潜在的生态风险，保证生态安全。

(3)建立工业防林体系，在不同范围内采用不同种类的树木进行生物治理实现绿色排放。

(4)建立南沙湿地生态补偿制度，明确参与主体、参与程序以及权力和义务，并通过立法提供法律保障[3，16]。