浮游植物是湿地生态系统中的重要组成部分、食物链的基础环节、水环境有机物的生产者，其组成和多样性的变化将直接影响到湿地生态系统的结构与功能^[1-2]，对湿地生态系统平衡的维持起到至关重要的作用.浮游植物的种类组成、生物量等群落特征是评价水环境质量的重要指标，其种类组成和结构的变化具有一定的规律，主要受相关的物理、化学和生物等环境因子的影响^[3-4].浮游植物与环境因子之间有着十分密切的关系，其种类的组成和分布对环境因子的变化具有指示作用，同时环境条件的改变也直接或间接地影响到浮游植物的群落结构^[5-7].

扎龙湿地位于我国黑龙江省的西部(46°52′~47°32′N，123°47′~124°37′E)，总面积2100 km²，以小型浅水湖泊、草甸及广阔的芦苇沼泽为主要特征，是我国北方同纬度地区保留最原始、最完善、最广阔的湿地生态系统^[8].按照有关规定，并结合保护区珍稀水禽及湿地资源状况，将湿地划分为核心区、缓冲区和实验区.核心区面积为700 km²，为保存完好的典型湿地生境，80%以上为芦苇沼泽，是鹤类等珍稀水禽重要的栖息地和巢区分布地；缓冲区面积为670 km²，分布着成片或断续的芦苇沼泽、苔草及湖泡，也是鹤类等珍稀水禽的活动领域，但区内村屯较多，有铁路、公路干线和大型水利工程；实验区面积为730 km²，生境与缓冲区相似，但有开放生态旅游^[9]；而通过实地调查发现林甸县的生活和工业污水排入湿地的流经区域设定为排污区，该区受人为活动的影响较大，保护区的沟渠和蔓延的湿地虽然有芦苇、苔草分布，但有的水表面呈现黑色、底部为黑色淤泥.近十几年来，随着区域气候变化及人类活动的剧烈影响，扎龙湿地的水文格局已经发生了深刻变化^[10]，沼泽湿地面积日渐减小、湿地水质局部恶化、生态功能下降、生物多样性受到威胁^[11].对扎龙湿地浮游植物的研究主要集中在浮游植物种类组成、群落结构特征、水质评价等方面^[12-13]，而浮游植物群落结构与环境因子之间关系的研究较少.因此本文选取扎龙湿地为研究对象，从不同功能区浮游植物种类组成、群落结构同环境因子之间的关系等几个方面入手，将生物指标、环境指标同ArcGIS软件结合，研究湖泊浮游植物在不同功能区的空间变化特征，分析扎龙湿地湖泊水体环境的变化趋势.采用主成分分析方法解析不同功能区主要的污染源，典范对应分析将浮游植物种类与环境因子相结合，探讨环境因子与浮游植物之间的关系，从而为扎龙湿地水环境保护提供科学依据.

1 材料与方法 1.1 采样点设置

扎龙自然保护区位于黑龙江省西部，齐齐哈尔市南部，是双阳河流至下游、嫩江支流乌裕尔河失去明显河道，河水漫溢形成的大面积永久性和季节性淡水沼泽地.地处中温带，属大陆季风气候，全年平均气温3.5℃，年均降水量420 ^[14-15].参照《湖泊生态调查观测与分析》^[16]进行采样点的设置，利用GPS进行精确定位，根据各功能区生态特征不同，共设置340个采样点，其中核心区126个采样点，缓冲区104个采样点，实验区63个采样点，排污区47个采样点，具体采样点分布如图 1.

1.2 样品采集与分析

对扎龙湿地水环境进行采样，现场用Manta 2多参数水质监测仪测定水体的pH值、电导率(SpCond)、浊度(Turb)、叶绿素a(Chl.a)浓度等水质指标.水样采集后冷藏保存，带回实验室的水样用于测定高锰酸盐指数(COD_Mn)、总氮(TN)和总磷(TP)浓度等，其方法参照《水和废水监测分析方法》^[17].

用25^#浮游生物网，在采样点水中沿“∞”字形进行缓慢拖拉采集定性浮游植物样品，带回实验室后镜检、鉴定；用2.5 L有机玻璃采样器采集定量浮游植物样品，定容至1 L，沉淀24~48 h，采用虹吸法慢慢吸去上清液，直到浮游植物浓缩到30 ml.取浓缩液0.1 ml置于浮游植物生物计数框，显微镜(40×或100×油镜)下观察、鉴定(硅藻鉴定前需经酸处理)、计数^[18-21].

1.3 数据分析 1.3.1 物种多样性分析

采用Margalef丰富度指数(D)、Shannon-Wiener多样性指数(H′)及优势度描述群落内种类多样性和优势种^[22-23]，计算公式分别为：

$ H' =-\sum\limits_{i = 1}^S {\left( {\frac{{{n_i}}}{N} \cdot \ln \frac{{ni}}{N}} \right)} $

(1)

$ D = \frac{{S-1}}{{\ln \;N}} $

(2)

$ Y = \frac{{{n_i}}}{N} \cdot {f_i} $

(3)

式中，S为浮游植物种数；N为浮游植物个体总数；n_i为第i种浮游植物的个体数；f_i为第i种浮游植物在各采样点出现的频率；Y为优势度，并将Y＞0.02的物种作为优势种.

1.3.2 典范对应分析

典范对应分析(Canonical Correspondence Analysis，CCA)是一种非线性多元梯度分析方法，可以有效地研究物种分布与环境的关系^[24].对浮游植物数据和环境数据进行排序分析，浮游植物至少在一个样点的相对丰度＞1%，物种矩阵经过lg(x+1) 转换，水环境因子数据除pH值外，数据分析前进行lg(x+1) 转换使数据符合正态分布.手动选择若干个影响显著(P＜0.05且与其他显著变量间的膨胀因子＜10) 的因子进行分析^[25-26].

主成分分析和典范对应分析采用CANOCO 4.5完成.各种统计学检验使用SPSS 16.0软件完成，采样点分布作图采用ArcGIS 9.3软件完成.

2 结果与分析 2.1 不同功能区浮游植物群落结构特征 2.1.1 浮游植物群落组成

对扎龙湿地浮游植物进行调查，共鉴定出浮游植物354种，隶属于6门8纲21目33科80属，其中，绿藻门11科36属150种，硅藻门10科24属116种，蓝藻门6科11属45种，裸藻门2科5属39种，甲藻门3科3属3种，金藻门1科1属1种(图 2).

扎龙湿地各功能区的浮游植物群落结构存在差异.核心区共发现浮游植物222种，隶属于6门66属；缓冲区共发现浮游植物210种，隶属于6门63属；实验区共发现浮游植物167种，隶属于6门63属；排污区共发现浮游植物111种，隶属于6门47属(表 1).

2.1.2 浮游植物细胞密度

扎龙湿地各功能区浮游植物各门类平均细胞密度为12.71×10⁶ cells/L.硅藻门细胞密度最大，为37.82×10⁶ cells/L(占浮游植物细胞密度的49.6%)；绿藻门次之，为19.98×10⁶ cells/L(占浮游植物细胞密度的26.2%)；蓝藻门位居第3，为11.43×10⁶ cells/L(占浮游植物细胞密度的15.0%)；其次依次为裸藻门、甲藻门和金藻门，细胞密度分别为4.96×10⁶、1.95×10⁶和0.06×10⁶ cells/L(分别占浮游植物细胞密度的6.5%、2.56%和0.08%).扎龙湿地浮游植物主要的优势种包括放射舟形藻(Navicula radiosa Kützing)、梅尼小环藻(Cyclotella meneghiniana Kützing)、普通小球藻(Chlorella vulgaris Beijerinck)、旋转囊裸藻(Trachelomonas volvocina Her.)等.

扎龙湿地4个功能区的浮游植物各门类细胞密度存在一定差异(图 3).扎龙湿地核心区浮游植物平均细胞密度为11.14×10⁶ cells/L.其中，硅藻门细胞密度最大，为37.36×10⁶ cells/L(占核心区浮游植物细胞密度的55.9%)；绿藻门次之，为15.10×10⁶ cells/L(占核心区浮游植物细胞密度的22.6%)；蓝藻门位居第3，为11.96×10⁶ cells/L(占核心区浮游植物细胞密度的17.9%).核心区浮游植物主要的优势种包括放射舟形藻、弯棒杆藻(Rhopalodia gibba Ehr.)、普通小球藻等(图 4).

扎龙湿地缓冲区浮游植物各门类平均细胞密度为11.92×10⁶ cells/L.其中，硅藻门细胞密度最大，为32.26×10⁶ cells/L(占缓冲区浮游植物细胞密度的45.1%)；绿藻门次之，为23.24×10⁶(占缓冲区浮游植物细胞密度的32.5%)；蓝藻门位居第3，为8.30×10⁶ cells/L(占缓冲区浮游植物细胞密度的11.6%).缓冲区浮游植物主要的优势种包括梅尼小环藻、普通小球藻、尖布纹藻(Gyrosigma acuminatum)等.

扎龙湿地实验区浮游植物各门类平均细胞密度为12.66×10⁶ cells/L.其中，硅藻门细胞密度最大，为28.94×10⁶ cells/L(占实验区浮游植物细胞密度的38.1%)；绿藻门次之，为20.96×10⁶ cells/L(占实验区浮游植物细胞密度的27.6%)；蓝藻门位居第3，为11.70×10⁶ cells/L(占实验区浮游植物细胞密度的15.4%).实验区浮游植物主要的优势种包括飞燕角甲藻(Ceratium hirundinella)、颗粒直链藻(Melosira granulata)、变异直链藻(Melosira varians)等.

扎龙湿地排污区浮游植物各门类平均细胞密度为17.51×10⁶ cells/L.硅藻门细胞密度最大，为59.78×10⁶ cells/L(占排污区浮游植物细胞密度的56.9%)；绿藻门次之，为20.90×10⁶ cells/L(占排污区浮游植物细胞密度的19.9%)；蓝藻门位居第3，为16.28×10⁶ cells/L(占排污区浮游植物细胞密度的15.5%).排污区浮游植物主要的优势种包括巨颤藻(Oscillatoria princeps)、固氮鱼腥藻(Anabaena azotica)、旋转囊裸藻等.

2.1.3 扎龙湿地浮游植物多样性分析

扎龙湿地浮游植物多样性指数在排污区、实验区、缓冲区和核心区各不相同. Margalef丰富度指数和Shannon-Wiener多样性指数的最小值出现在排污区，最大值出现在核心区. Shannon-Wiener多样性指数在1.26~2.96之间，Margalef丰富度指数在0.79~3.47之间(图 5).

2.2 扎龙湿地水环境因子的空间变化特征

调查期间扎龙湿地4个功能区340个采样点主要理化指标空间变化如图 6.其中pH值变化范围为6.25~10.11，平均值为8.27.而SpCond在各功能区变化较大(267~2456 μS/cm)，平均值为764.7 μS/cm，在空间上从核心区到排污区逐渐递增(平均值由596.9 μS/cm增加到1561.7 μS/cm).水体中Chl.a浓度(1.13~52.46 μg/L)、Turb (0~248 NTU)、TN浓度(0.05~1.44 mg/L)、TP浓度(0.02~0.48 mg/L)、COD_Mn(4.33~29.25 mg/L)的变化范围较大，变化趋势较为相似，最低值都出现在核心区，最高值都出现在排污区.核心区Chl.a浓度、pH值、Turb、COD_Mn、TN浓度和TP浓度的平均值分别为7.57 μg/L、8.04、9.70 NTU、11.89 mg/L、0.22 mg/L和0.08 mg/L，排污区的平均值分别为17.28 μg/L、7.69、52.34 NTU、17.88 mg/L、0.46 mg/L和0.30 mg/L.从环境因子的空间分布看，在进入扎龙湿地入口处、湿地的边界地带环境因子值相对较大，这可能与上游工农业废水流入、边界土地开荒耕作、林甸县废水和污水排放有关.

2.3 浮游植物群落与环境因子的关系 2.3.1 环境因子的主成分分析

在扎龙湿地水体研究区中选取不同功能区的采样点，对水体中的Chl.a浓度、pH值、SpCond、Turb、COD_Mn、TN浓度、TP浓度这7个变量进行主成分分析(图 7).

PCA分析显示第1轴特征值为0.562，第2轴特征值为0.170，前2个排序轴对环境因子的解释量达73.2% (表 2)，可以表达数据的主要信息.根据环境因子在主成分分析的特征值，按照每个主成分中起主要作用的环境因子可知，pH值与第1轴呈正相关；Chl.a浓度、SpCond、COD_Mn、TN浓度、TP浓度与第2轴呈正相关.从图 7还可以看出环境变量与采样点的关系，环境因子较高值出现在排污区和实验区(采样点1~8和采样点9~16)，较低的理化因子值出现在缓冲区和核心区(采样点17~32和采样点33~45).

2.3.2 浮游植物与环境因子的CCA分析

根据浮游植物种类丰度和出现频率(至少在2个采样点均出现且相对丰度≥1%)，选取124种浮游植物与环境变量进行CCA分析，结果显示，前两轴TN浓度、TP浓度、COD_Mn、SpCond、pH值、Turb和Chl.a浓度这7个环境因子对物种数据解释率为50.2%，第1轴和第2轴的特征值分别为0.464和0.343，从属种分布来看，浮游植物绝大多数种类都围绕在轴心周围，多数属种呈现局部小团块分布，由中心密集向外围逐渐递减的趋势，并与不同的环境因子紧密相关.环境因子影响着浮游植物的属种分布，同时浮游植物属种的分布也受到各种环境因子的综合作用(图 8).通过软件自动筛选，最后得出TN浓度、TP浓度、SpCond和Turb是影响扎龙湿地群落结构的主要环境因子.

3 讨论 3.1 扎龙湿地不同功能区浮游植物群落结构特征及其成因

在对不同功能区调查中发现，核心区人为影响相对较小，浮水植物和挺水植物的覆盖度较大(80%以上为芦苇沼泽)，水体自净能力较高，出现月形短缝藻(Eunotia lunaris (Ehr.) Grun.)、微星鼓藻属(Micrasterias)、放射舟形藻等常生活在贫营养水体中的藻种.值得一提的是，Gasse曾报道放射舟形藻很常见，属普生种，并提出这个种类常出现在中性、适度电解质的水体中^[27]，Krammer等则报道这个种类几乎出现在所有不同的淡水环境^[28]，而Langela-Bertalot又指出该种是贫到中营养的种类，对污水(下水道的水)比较敏感^[19]，这说明放射舟形藻的生态幅较广.在本研究中，尽管不同功能区水环境环境因子有所差异(图 6)，但根据放射舟形藻分布的特点来看(主要分布在核心区，水环境质量较好)，可以把这个种类作为指示寡污带生态环境的指示种，并且对扎龙湿地不同功能区浮游植物群落多样性分析可知，核心区浮游植物种类丰富(222种)，Margalef丰富度指数(2.39) 和Shannon-Wiener指数(2.48) 相对较高，说明该区水质较好^{[22, 29-30]}；而在缓冲区和实验区，浮游植物种类有所下降(210和167种)，Margalef指数(1.75和1.70) 和Shannon-Wiener指数(2.24和2.21) 也相对减少，出现了梅尼小环藻、普通小球藻、飞燕角甲藻、颗粒直链藻、旋转囊裸藻等中-富营养指示种(图 4)，而梅尼小环藻适合生长在富营养化水环境中，在咸水、浅水湖泊及沟渠中常见，可以作为中营养水体的指示种^[31]，旋转囊裸藻为广布种，当其大量繁殖时，水体呈现黄褐色，常出现在有机质丰富的水体中^[32]，这些浮游植物污染指示种出现可能与乌裕尔河的工业废水、生活污水及周边水田灌区的农业污染流入扎龙湿地有关^[9]；而在排污区，由于林甸县的生活污水和工业废水直接排入湿地，水质污染严重，造成鱼类及禽鸟中毒死亡^[15]，出现大量富营养的指示种，如梅尼小环藻、巨颤藻、铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)、钝脆杆藻(Fragilaria capucina)等(图 4)，这表明水环境的污染情况与浮游植物群落种类的变化有着密切的相关性，并且在排污区浮游植物种类(111种)、Margalef丰富度指数(1.20) 和Shannon-Wiener多样性指数(2.07) 明显降低.在对扎龙湿地浮游植物群落结构的调查中发现，不同功能区中绿藻门和硅藻门都是最多的(表 1)，这表明扎龙湿地研究区域为绿藻-硅藻型，这与李晶等^[12]和于洪贤等^[13]的调查结果一致，这也与其它高纬度、高寒度地区的水体极易出现以硅藻为优势类群的浮游植物群落特征基本一致^[33-34].

3.2 扎龙湿地浮游植物种类与环境因子的关系

浮游植物的空间差异性一般除受自身生物学特性的影响外，还受到如光照、温度、营养盐等环境因子的影响^[35-37].通过浮游植物与环境因子的CCA分析可知，TN浓度、TP浓度、SpCond、Turb与第1排序轴呈显著相关，是影响扎龙湿地浮游植物属种分布的重要环境因子. pH值与第2排序轴呈显著相关，如尖布纹藻、梅尼小环藻等浮游植物种类与pH值呈显著相关.由图 8可以明显看出，草鞋形波缘藻(Cymatopleura solea)、尖头舟形藻(Navicula cuspidate)等与SpCond呈正相关，表明这些种类受SpCond的影响较大，结合浮游植物种类丰度分析可知，这些浮游植物多出现在水体营养盐含量较高、SpCond较大、水环境质量较差的采样点，说明环境因子对浮游植物种类分布具有一定的影响.

从图 8可以看出，TN、TP浓度等变化将CCA第1轴分成两部分，从右侧部分到左侧部分营养盐逐渐增大，左侧部分的浮游植物主要属于中-富营养种类，如梅尼小环藻、普通小球藻、旋转囊裸藻、飞燕角甲藻、铜绿微囊藻等^[38]，结合PCA排序图和浮游植物丰度图分析可知，这些中-富营养浮游植物种类大多数分布于排污区和实验区的采样点，而这些采样点水环境较差，由于工、农业生产的发展和城镇人口的增加，大量工业污水和生活废水流入湿地，加之地表径流内农田化肥的流失，使得该区域营养盐和有机质大大增加，造成浮游植物种类减少，细胞密度降低^{[9, 15]}.在受TN、TP浓度影响较大的左侧部分，也出现了如梅尼小环藻、鱼形裸藻(Euglena pisciformis)、颗粒直链藻、变异直链藻等浮游植物种类，同时这些丰度较高的浮游植物种类也是TN、TP浓度的指示种类^[38-39]，该区域角甲藻、铜绿微囊藻、普通小球藻等^[40]多污带指示种出现的频率较高(图 4).在CCA排序轴的右侧，浮游植物以月形短缝藻、放射舟形藻、弯棒杆藻、小球藻等贫-中营养种类为主，结合PCA排序图分析可知，右侧部分主要分布的采样点属于核心区，并且一些寡污带的指示种也在右侧出现，如梅尼鼓藻(Cosmarium meneghinii)、细长菱形藻(Nitzschia gracilis)等^[31-40].在对扎龙湿地不同功能区浮游植物群落和环境因子分析的基础上，应用CCA对大量的数据进行直接梯度排序，揭示出扎龙湿地浮游植物种类与环境因子之间的关系.另外按照不同功能区分析浮游植物群落结构的分布特征，可以针对不同功能区采取不同的保护措施，为今后进一步合理研究扎龙湿地不同功能区的水生生物资源提供基础资料.