若爾蓋濕地水質演化及其對植被多樣性特征的指示作用

孟妍君,秦鵬

若爾蓋濕地水質演化及其對植被多樣性特征的指示作用

孟妍君1,秦鵬2*

1. 桂林旅游學院, 廣西 桂林 541006 2.南寧理工學院, 廣西 南寧 541006

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

若爾蓋濕地; 植被; 水質; 多樣性

立足于全球生態這一研究視角，從其生態子系統構成、影響因子等方面不難發現，其多樣性及復雜性尤為突出[1,2]。作為其主要的生態構成，陸地、大氣和海洋生態系統的變化將直接決定著人類生存環境和動植物生長環境，其重要地位毋庸置疑；對于人類及廣大動植物最為密切的陸地生態而言[3,4]，又能細分為土壤、森林、農田、河流等子系統，其環境影響因子呈現突出的多樣性，其中不同影響因子間難免產生交互效應，這種交互作用的存在進一步凸顯了局地生態的復雜性、多樣性環境[5]，加之其作為人類直接的生產和生活載體，其變化將突出制約著社會生活，而介于陸地和水域之間的特殊區域形成了濕地，由于其處于水陸的交互地帶，其環境敏感性尤為突出；作為重要的生態構成部分，其“地球之腎”的美譽得到廣大學者的認可，主要原因在于其獨特的生態價值，其不僅在氣候調節方面作用顯著，而且具有很好的水源涵養功能[6,7]，對于蓄洪防澇起著關鍵作用，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”，自然生態層面的影響下更是突出。就這一區域分析，基于其較高的養分含量水平，其不單單散布著大量的蘆葦等植株，同時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，在調節生態平衡方面效果突出[10]。基于濕地生態的獨特性，大量學者對其開展了長期的觀測分析研究，通過對比分析得知，濕地生物分布多樣性更為穩定的情況下，說明其生態穩定性更為凸出，說明其生態環境效應更為明顯，反之，說明該區域生態水平在下降，不利于局地生態保護。近些年來，在不斷的資源開發利用影響之下，濕地局地生態受到的影響也更為明顯，為了探究資源開發等人類活動影響對濕地生態的影響效應，大量學者開展了長期研究，尤其是濕地生物分布多樣性、環境影響因子等方面[11,12]，同時對水域污染、生活垃圾排放等方面探討了濕地水體富營養化等問題。

對于濕地區域而言，由于其獨特的生態分布，從而形成其尤為突出的生態多樣性特點[13]，生態多樣性對于該區域的碳收支平衡施加著關鍵影響，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碳循環[14]。在工業化不斷發展的過程中，除了自然生態環境的變化外，人為干預對于該區域生態產生了無可替代的影響，一方面濕地分布面積的下降態勢尤為突出，另一方面，水質下降尤為顯著，原有生態難以再現，生物多樣性分布下降尤為突出，其植被生產力下降態勢明顯，這將大大制約其生態功能的發揮；在人為干預不斷增強的情況下，其生態承受力自然隨之下降，從而破壞了其生態多樣性穩定。基于此，本文立足于若爾蓋濕地這一研究視角，從生物分布多樣性、有機碳等方面開展濕地生態研究，由此對濕地資源科學應用起到一定的借鑒和幫助。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

濕地區域具有獨特的生態分布，從而形成了尤為突出的生態多樣性特點，基于此，本研究將若爾蓋濕地作為研究視角，并通過連續4年實地觀測研究的方式對該濕地的生物分布多樣性、環境因子變化等開展實地研究，為了將實驗誤差降低最低，本研究從2016年開始進行長達4年的實地對比分析，以獲取更加精細的研究數據，為后續準確、完整的開展分析研究奠定基礎。對于該濕地而言，由于其緊鄰青藏高原的獨特地理分布，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分布[15,16]，對于該濕地而言，其不僅分布面積廣闊，且成為我國地理位置獨特的濕地分布。受所處地理位置分布制約，其氣候方面呈現出尤為突出的大陸性高寒季風氣候特點，在該區域形成了較為普遍且尤為突出的溫差，對該區域近10年氣象資料對比分析不難發現，其最低溫度分布在1月份，且低溫達到了-33 ℃，且1月均溫約為-10 ℃，受冬季酷寒天氣的影響，該區域呈現了較為普遍的凍土層分布特點；該區域夏季溫度相對較高，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。對于該濕地區域而言，其降雨量并不高，僅為600 mm左右。

1.2 采樣方法

為了將實驗誤差降低最低，本研究從2016年開始進行長達四年的實地對比分析，以獲取更加精細的研究數據，為后續準確、完整的開展分析研究奠定基礎。正式的采樣開始于7月份，一方面主要是對濕地區域開展相應的浮游植被分析，另一方面進行水質分析采樣，為了降低采樣誤差，分別在該區域3個采樣點進行浮游植被及水樣采集，在水樣采集時要求在距離岸邊500 m的范圍內，水深20 cm處進行采樣，并對其進行定性及定量分析。在本研究過程中，需要借助于定性分析對浮游植被開展對比研究，并在取樣過程中借助于浮游生物網進行試驗樣本采集。第一步是對其加以濃縮處理，要求其達到100 mL的情況下開展固定處理，本實驗主要借助于2 mL魯哥試液，從而為開展鏡檢奠定基礎，此外，為開展有效的水質分析，還需要采集1 L的表層水樣；其次，還要對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魯哥試液進行固定處理，之后進行長達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 樣品測定

1.3.1 浮游植物的鑒定首先對定量分析所采集的樣品進行搖勻處理，然后借助于顯微鏡進行計數框處理，從而獲取浮游生物數量，所選取的視野不少于20個，但在40個范圍之內，為了最大程度降低實驗誤差，本研究借助于3次重復。

對于浮游植物多樣性的分析，本研究將從以下幾個方面進行分析[11]：

Margalef豐富度指數=(-1)/ln

Shannon-Wiener 多樣性指數=-∑(PlnP)

Simpson優勢度指數=1-∑(P)2

Pielou均勻度指數=/ln

首先利用Excel 2010對實驗過程中獲取的數據進行相應的整理匯總，之后利用SPSS 21.0開展一系列的統計分析，實驗過程中采用的分析數據為多次測定的數據均值，并對分析數據進行對數轉換，并對數據進行顯著性檢驗等分析。

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

2 結果與分析

2.1 若爾蓋濕地浮游植物群落結構

在若爾蓋濕地的采樣水體中，統計了年份若爾蓋濕地水體中浮游植物的細胞密度、所占比例及其豐度，其中，各個浮游植株的細胞密度以及豐度和時間之間有著一定的聯系性，即都呈現出由逐步上升態勢，至部分波動變化。若爾蓋濕地硅藻細胞密度主要變化區間14.56～19.25×106L-1；為綠藻(Chlorophyta)細胞密度處于5.34～8.44×106L-1之間；藍藻(Cyanophyta)細胞密度變化范圍在8.65～16.36×106L-1之間；隱藻(Euglenophyta)細胞密度變化范圍在1.11～2.67×106L-1之間；黃藻(Xanthophyta)細胞密度變化范圍在0.41～0.87×106L-1之間；裸藻(Euglenophyta)細胞密度變化范圍在0.03～0.98×106L-1之間。

表1 若爾蓋濕地浮游植物群落結構

2.2 若爾蓋濕地植被α多樣性季節特征

由圖1可知，各個時間植株的多樣性參量變化均呈現出較為一致的變化的特點。Margalef豐富度指標、Shannon-Wiener多樣性指標、Mclntosh均勻度指標，均和時間之間呈現出正相關的聯系；其中2018和2019年份顯著高于2016和2017年份（<0.05）；而就Simpson優勢度指標，則呈現出負相關的聯系；詳細表現即蘆葦<苔草<水蓼<蔭草，基于時間的推移，表現為下降的態勢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多樣性參量結果大于2016-2017年生境群落生態多樣性的結果。

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 若爾蓋濕地水質變化特征

由圖2可知，若爾蓋濕地水質TN、NH4+-N、TP、高錳酸鉀指數、BOD5以及CODcr的含量大致變化趨同，基于時間的推移都表現為下降態勢，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，2018-2019明顯的小于2016-2017。

2.4 若爾蓋濕地植被多樣性與水質相關性分析

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

表2 若爾蓋濕地植被多樣性以及水質之間的聯系

*<0.05；**<0.01

2.5 若爾蓋濕地植被與環境因子RDA冗余分析

就植被多樣性分析，因為諸多的環境因素等的影響，有著突出的復雜性，這也為誘發貯備群落分布不同的關鍵因素之一，為分析彼此的聯系性，深入研究其交互性作用效果，此次探究期間，結合植被多樣性分析，篩選6項潛在的和水質關聯的影響因素，開展RDA研究，具體如表3所示。結合探究結構可得，就前兩排序軸來說，其特征量依次為0.567、0.345，這也反映出環境因子不同的影響基礎下，就濕地植被而言，它的多樣性同這兩個排序軸的關聯性為1.00，解釋度為97%，即前兩排序軸因子影響下為0.01的水平，結果依次是8.78、4.09，反映出兩因子有著較大的解釋度，對植被分布多樣性約束性明顯，結合RDA排序研究可得，水質的改變可以極大的限制濕地植被分布多樣性，同時彼此的正向影響顯著，都處于極顯著水平，另外，BOD5以及CODcr含量也明顯對植被有著約束性。

表3 RDA排序結果

*<0.05，**<0.01

3 討論

通過開展連續4年的實地取樣觀測分析得知，對于若爾蓋濕地區域而言，浮游植被的種類繁多，其主要構成不僅有綠藻門，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，但是其季節特點較為突出，且在時間不斷增加的情況下具有較為一致的變化規律；整體而言，該區域近兩年的水質優于2016、2017年。從主流的水質評價標準而言[15,16]，從浮游植物細胞密度的角度來分析其營養程度，當其值低于1.0×106cells/L的情況下，說明其呈現較為突出的貧營養化狀況，根據這一判別標準，2016年該區域水質呈現出了明顯的極貧營養化，對于2017年來說亦是如此，而對于2018、2019年來講，其水質優于前兩年，整體呈現為貧中營養水平[17,18]。對于2016、2017年浮游植物來講，其種間個體數呈現出較為均勻的分布，但是受水域污染的影響，其并沒有較為豐富的種類分布，其個體間分布并不均勻，主要原因在于生活污水排放。通過水質分析發現，無論是TN、TP，還是BOD5和CODcr，其突出的特點之一就是季節性變化，其在夏秋季節具有更高的濃度，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，還是浮游動物等，均進入了較為明顯的生長旺季，加之人類污水排放等，水體的富營養化現象較為突出，且在2016、2017年達到最高水平；而在2018、2019年呈現了明顯的下降態勢，說明水質狀況得到了一定的改善。

4 結論

作為自然和人類活動的有機結合體，人類開發利用的不同形成了差異突出的物種分布，自然環境的變化無時無刻不在影響著動植物生長發育，但是人為干預更為凸顯，且改變更為直接[7]；物種群落分布受到的環境因子制約并不是單一的，不僅呈現突出的多樣性，更凸顯交互性和復雜性，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。通過長達4年的觀測研究得知，在年份不斷增加的情況下，植被多樣性指數的上升態勢較為突出，而對于Simpson優勢度指數來講則剛好與之相反。對于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量相對較多[22]。通過相關分析不難發現，各個時節植株分布有著明顯的不同，表明了水體的影響較為突出，其最高水平出現在夏秋季節；結合對各個環境要素的冗余性探究可得，多類環境因子影響著植株的發育，且其反饋效應尤為突出；借助于RDA排序圖分析不難發現，一系列環境因子的影響下，水質狀況體現出明顯的復雜性，植被多樣性與環境因子之間的正相關關系突出，同時實現了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，深層次的分析環境因素和濕地植被多方面的聯系。

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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

廣西壯族自治區教育廳課題(2020KY22027)

孟妍君(1977-),女,碩士研究生,副教授,風景園林高級工程師,主要研究方向為風景園林遺產保護、植物景觀設計與生態修復. E-mail:dreamy_meng@163.com

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