沿江湿地浮游植物群落结构时空变化的初步研究
摘要：浮游植物通常指各种藻类，是整个水生态系统中物质循环和能量流动的基础.它对水体营养状态的变化能迅速做出响应。浮游植物群落的组成可以较好地反映水环境的富营养化程度。根据国内外开展的有关研究，本文论述了浮游植物的各种特征与水环境之间的关系，并介绍了浮游植物与生态修复之间的关系。
关键词：浮游植物； 群落结构；生态环境；水质
一、文献综述
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湿地及其生态功能介绍
1.1.1 湿地的概念
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湿地及其生态功能介绍
湿地指天然或人工形成的沼泽地等带有静止或流动水体的成片浅水区，还包括在低潮时水深不超过6米的水域。湿地与森林、海洋并称全球三大生态系统，在世界各地分布广泛。湿地生态系统中生存着大量动植物，很多湿地被列为自然保护区。湿地的研究活动则往往采用狭义定义，美国鱼类和野生生物保护机构于1979年在'美国的湿地深水栖息地的分类'一文中，重新给湿地作定义为:'陆地和水域的交汇处，水位接近或处于地表面，湿地或有浅层积水，至少有一至几个以下特征:(1)至少周期性地以水生植物为植物优势种;(2)底层土主要是湿土;(3)在每年的生长季节，底层有时被水淹没。定义还指湖泊与湿地以低水位时水深2米处为界，按照这个湿地定义，世界湿地可以分成20多个类型，这个定义被许多国家的湿地研究者接受。 湿地的水文条件是湿地属性的决定性因素。水的来源(如降水，地下水，潮汐，河流，湖泊等)，水深，水流方式，以及淹水的持续期和频率决定了湿地的多样性。2000年对其进行了补充，湿地是指包括人工或自然形成的，可以是临时的或是永久的沼泽，可以是静止或是流动的，水深不超过 6m 的水体区域[1]。综合以上对湿地的概念，可以将湿地定义为两种，一种就是水体深度不足 6m的水域统称为湿地，另一种则是陆地和水域之间的过渡区域地带。现在，我国湿地主要有沼泽湿地、人工湿地、湖泊湿地、河流湿地和浅海以及滩涂湿地五大类，沼泽湿地的地表常年积水；人工湿地是模拟天然的湿地生态循环而建立的；湖泊水域附近沿岸形成的浅水层称为湖泊湿地；河流流域或水流较缓的区域经沼泽化作用而形成的湿地；海水长潮和退潮而形成的潮间平地则称为滩涂湿地。
1.1.2 湿地生态功能介绍
湿地生态系统具有独特的生态服务功能，是自然界最重要的生态系统之一，同时也是全球破坏最为严重的生态系统之一。城市湿地是指城市区域之内的海岸与河口、河岸、浅水湖沼、水源保护区、自然和人工池 塘以及污水处理厂等具有水陆过度性质的生态系统。在我国，随着经济的快速发展以及城市化进程的推 进，城市湿地和城市边缘湿地受破坏日益严重，以致威胁城市生态安全。由此，城市湿地和城市边缘湿地 的恢复和保护工作已成为目前湿地研究的热点与焦点 [2]。湿地是重要的国土资源和自然资源，它与人类的生存、繁衍、发展息息相关，是自然界最富生物多样性的生态景观和人类最重要的生存环境之一，它不仅为人类的生产、生活提供多种资源，而且具有巨大的环境功能和效益，在抵御洪水、调节径流、蓄洪防旱、控制污染、调节气候、控制土壤侵蚀、促淤造陆、美化环境等方面有其它系统不可替代的作用，因此，湿地被誉为“地球之肾”。在世界自然保护大纲中，湿地与森林、海洋一起并称为全球三大生态系统。湿地常作为居民生活用水、工农业用水的水源。溪流、河流、池塘、湖泊中都有可以直接利用的水。湿地亦可以在暴雨和河流涨水时期储蓄过量的降水，将储存的水通过径流均匀的放出，减弱洪水对下游的危害。由于湿地处于水陆交互作用的区域，它仅占地球表面积的6%，却为世界上20%的生物提供了生境。湿地是许多珍稀濒危物种栖息、繁殖的场所，在生物多样性保护方面具有极其重要的价值。湿地是自然生态系统中自净能力最强的生态系统之一。湿地水流速度缓慢，有利于污染物沉降。在湿地中生长的植物、微生物和细菌等通过湿地生物地球化学过程的转换，包括物理过滤、生物吸收和化学合成与分解等，将生活和生产污水中的污染物吸收、分解或转化，使湿地水体得到净化。化学方法就是用水体中的胶体吸附的作用与重金属发生化学反应，使其成为稳定的化合物排出水体；物理方法就是用沉积作用和过滤作用降低污染水体的浓度；生物方法就是生物吸收经过循环而降低污染水体的浓度[ 3]；湿地生态系统中有丰富的植物资源，对防风固沙有重要的作用；湿地不仅可以美化生活环境，还可以维持物种多样性，为许多生物提供了有利的生存条件。湿地具有多种重要的功能，还具有无法代替的生态价值[4]。
1.2 湿地生物多样性研究
湿地是具有多种功能的生态系统，作为人类不可或缺的生存环境。虽然仅仅占全球陆地面积的 6%，但为许多生物提供了良好的生存空间，湿地多样性包括遗传多样性、物种多样性以及生态系统多样性等，其中遗传多样性是指湿地内生物的遗传信息；物种多样性是指湿地内的物种居多；生态系统多样性是指生态系统具有多样化的特点，总之湿地多样性指湿地内的所有生物种类以及它们的遗传信息，构成环境的整体。Chapman[5]等人对湿地生态系统 ,湿地在全球变化中的作用,湿地的环境净化功能等方面进行了相关的分析与报道。陆强等[25. 陆强, 陈慧丽, 邵晓阳等. 杭州西溪湿地大型底栖动物群落特征及与环境因子的关系.生态学报. 2013, 9: 2803~2815]对杭州西溪湿地的动物群落多样性进行了研究。
1.3 湿地的研究进展
国外对湿地的研究相对较早，对其做了大量的研究工作，主要涉及到湿地生物多样性、湿地开发与利用及湿地保护等方面， 对于拥有湿地面积较大的欧洲来说，他们对湿地的研究比较成果较多、时间较早、范围较广，他们都集中在湿地生态系统、湿地生物多样性分析、湿地在全球环境变化中的作用以及净化水体方面的功能等。我国对湿地的研究是从 60 年代开始的，主要研究沼泽类型的湿地， 1992 年中国加入《湿地公约》，推进了我国湿地保护方面的工作，许多学者对中国湿地的保护进行了探讨，针对不同地区的湿地提出了相应的策略，强调了湿地生态系统的重要性，高欣研究了杭州湾湿地的物种多样性并对湿地多样性保护提出了相应的策略。湿地作为一个重要的自然资源，对其生态系统的保护很重要，我国具有较多的湿地，分布较广，湿地的种类较多，且湿地内的生物多样性较复杂，随着科技的发展，人们对湿地的研究更加深入， 但由于人为因素的影响， 有些湿地的生态系统已经遭到了破坏，因此人们越来越重视对湿地的保护问题，湿地科学已经成为环境科学、生态学和地理科学等多个学科交汇的领域，湿地的研究将出现在科学的前沿领域。
2 .1国内外浮游植物研究进展
2.1.1 湿地浮游植物种类组成及生态学功能
19 世纪人类对浮游植物开始研究， Reynolds 对浮游生物做出了解释，浮游生物是指能够在淡水或咸水中悬浮生活的微小植物群体，分为两类，一类为浮游动物(zooplankton)，一类为浮游植物(phytoplankton)，其中浮游植物通常仅仅指藻类并不包括其它植物[6]。藻类植物对水体的整体影响非常重要，在整个生态系统中发挥着关键性的作用，其拥有以下几个重要的功能：藻类植物可以进行光合作用吸收二氧化碳，同时产生氧气，是生态系统的初级生产力；藻类植物本身含有大量的蛋白质等营养成分，可以为食草动物提供资源，可以为浮游动物提供食物来源；藻类植物通过自身的新陈代谢将有机物进行分解，可以净化水质；藻类植物可以对氮磷营养盐的吸收，是生物固氮的重要途径之一；藻类植物的大量繁殖，会使水体中的溶解氧浓度降低，从而使其它浮游动物因溶解氧的浓度下降而死亡。
2.1.2浮游植物的影响因子
对于浮游植物的影响因主要集中与以下几个方面： 1.理化因子， 2.浮游动物，3.高等水生植物对藻类植物的影响，其中理化因子对藻类的影响极其重要，温度可以影响藻类植物的生长，刘学君等研究水华形成的原因， 结果显示水温是水华形成的必要条件；硅藻比较适宜温度较低的水环境，绿藻较为适宜中等温度的水体环境，蓝藻则适宜较高温度的水环境，浮游动物主要以捕食藻类食物而影响其群落结构，高等水生植物包括挺水植物和沉水植物，它们影响着整个生态系统，高等水生植物与藻类食物之间存在着竞争的关系，从而影响藻类植物的群落结构[7]。
2.1.3 国内外研究进展
在不同空间内的湿地中的水环境不尽相同，水体中的浮游植物群落结构也有所不同，国外对浮游生物的研究开始的比较早，浮游植物的调查研究最初是从海洋浮游植物开始。在20世纪50年代初，中国科学院水生生物研究所进行了关于我国淮河流域和长江中下游的众多湖泊中淡水生物资源和群落的研究工作。自此之后，陆续展开了对各条河流的浮游生物的调查，以及更深一步的研究。因为浮游生物在水体生态系统的食物链中起重要的作用，所以有关浮游生物的种类、群落生态特征、多样性研究的相关报道很多。Owen等人研究生物环境发生变化，会对该环境内的生物群落造成影响；Mereta等研究了大型藻类的丰度和多样性会受到环境因子的影响；Arrugon等人研究了在南极洲海洋的浮游植物的年变化特征；Devercellia等人研究了营养富集的河流内的浮游植物的功能群落结构；Nogueira等人对大西洋东北岸的浮游植物的生长及群落稳定性对烧足类多样性的影响进行了研究。
我国的学者在浮游植物研究方面也取得了很大成就。王晓凤等人对北运河内的浮游植物群落及其与水体中的叶绿素a、COD、NH4-N等水体的理化指标进行了分析；王瑜、刘录三等人对白洋淀的浮游植物群落结构进行了采样调查，并分析得出白洋淀的水质处于富营养状态；陶敏、谢碧文等人通过对沱江浮游植物群落特征的研究来评价沱江的水质情况并判断沱江水体处于中-富营养状态，富营养化程度较高。郑琳琳、唐厚全等人通过对大明湖景观水体浮游植物细胞密度、优势种、群落结构以及多样性指数的监测结果分析得出，大明湖景区水体污染程度为中污染，水体营养水平总体处于中营养状态，但有向富营养化过渡的趋势。综合营养状态指数法评价结果支持了浮游植物评价的结果。由此结果，他们得出了基于浮游植物的水质生物监测可以客观地反映大明湖景区的水质状况，控制水体富营养化，有效预警水华出现这样的结论。还有很多学者对各地的浮游植物的群落多样性及其与水环境的关系进行了分析，以及通过对浮游植物的鉴定得到该水体生态系统的健康评价。
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