全 文 ：第 23卷 , 第 3期 深圳大学学报理工版 Vo l.23, No.3
2006年 7月 JOURNAL OF SHENZHEN UNIVERSITY SC IENCE AND ENG INEERING Ju ly 2006
文章编号:1000-2618(2006)03-0247-05
收稿日期: 2006-03-17
基金项目:国家自然科学基金资助项目 (39770154);深圳市科技资助项目 (200445);深圳大学启动基金资助项目 (200628)
作者简介:阳承胜 (1971-), 男 (汉族), 湖南省衡阳市人 , 中国科学院在读博士生. E-m ail: golfco ly@hotm ai l. com
宽叶香蒲湿地原生动物及植物群落多样性分析
阳承胜 1 , 张　干 2 , 蓝崇钰 3 , 史秀华 1
(1. 深圳大学高尔夫学院 , 深圳 518060;2. 中国科学院广州地球化学研究所 , 广州 510640;
3. 中山大学生命科学学院 , 广州 510275)
摘　要:对凡口铅锌矿宽叶香蒲 (Typha latifolia)湿地水体 、 基质 、 植物多样性进行分析 , 结果表明
原生动物群落生物多样性指数与水体中的 Cu呈极显著负相关 , 与 TSS、 COD、 Pb呈显著负相关 , 与 pH、
EC无明显相关性. 湿地植物群落多样性指数与土壤中 N、 P呈负相关 , 与基质中 Pb、 Zn呈显著的正相关.
关键词:人工湿地;原生动物;生物多样性;中国凡口铅锌矿;重金属
中图分类号:X 502　　　　文献标识码:A
　　人们对生物多样性的研究多集中在自然生态系
统方面 , 揭示了群落与环境的关系有重要作用. 但
随着人们对自然资源不断开发利用 , 越来越多的生
态系统退化了 , 威胁到人类的可持续发展. 如何保
护现有的自然生态系统 , 综合整治与恢复退化的生
态系统 , 重建可持续的人工生态系统 , 成为摆在人
类面前亟待解决的重要课题. 位于广东省韶关市仁
化县境内的凡口铅锌矿是亚洲最大的同类型矿之
一 , 日排放废水量多达 60 000 t, 废水中含有大量
废矿沙以及高浓度重金属. 由于废水的排放 , 形成
了寸草不生的废弃地. 自 1983年起用石头筑成了
尾矿坝 , 并种植宽叶香蒲及芦苇 (Phragm ites com-
munis)等水生植物. 因基质物理结构不良 , 极端
贫瘠及重金属毒性 , 成活率极低. 一些耐性植物种
类先后通过人工或自然的 , 以某些独特方式 (如根
茎生长习性 )、 特有的生理机制 (控制重金属向地
上部分扩展 )和在某些特殊的区域 (如较为有利的
微生境 )开始定居. 1984 - 1989年 , 组成了宽叶香
蒲单优群落 , 共 12种水生植物. 到 1994年新增加
5个种 , 植物覆盖率达 80%以上. 到 1998年湿地
生长的植物种数达 63个种 , 隶属于 34科 59属 ,
逐渐形成以宽叶香蒲为优势种 、次优势种为芦苇 、
茳芏 (Cyperusma laccensis)和伴根草 (D ig itaria ad-
scendens (HBK) Henry)的水土植物复合湿地系统 ,
其面积为 87500 m2 (长 350m , 宽 250 m). 为矿业
废弃地植被恢复与重建的实践和研究提供良好的实
验基地. 通过近 20年的监测与研究 , 有关凡口宽
叶香蒲湿地动植物 、 重金属分布 , 特别是采矿废水
处理已有许多报道 , 证明了湿地系统净化铅锌矿废
水作用非常显著 , 但是对该系统生态恢复的过程 、
机理以及影响其恢复的各种因素尚未进行研究. 本
文通过对水体 、 基质及植物多样性进行分析 , 探索
影响湿地生态恢复的主要因素 , 为退化的湿地系统
的生态恢复与植被重建提供科学的依据.
1　取样与分析
1.1　研究地自然条件
凡口铅锌矿位于韶关市仁化县境内. 该区域属
潮湿多雨型亚热带气候 , 海拔高度为 100 ～ 150 m ,
年平均气温约 20℃, 最低为 - 5℃, 最高为 40℃,
年降雨量平均 1457 mm左右 , 地下水资源丰富 , 土
壤为红壤.
1.2　取样与方法
采用样方法对植物群落进行测定 , 根据排污口
的距离设 4个 5 m ×5 m的样方. 记录每种植物的
株数 、 株高 、盖度和频度 , 计算重要值与生物多样
性指数. S impson多样性指数 d =∑n
i=1
[ ni (n i–
1) N/ (N - 1)] . 其中 , n为植物种数;n i为第 i个种
的个体数;N为所有种的个体数.
248　 深圳大学学报理工版 第 23卷
①水体原生动物采集. 在 4个样方内放置 4块
PFU , 体积为 5 cm ×6 cm ×6 cm , 随后分别于第 1
d、 3 d、 5 d和 7 d随机采摘一块样品. 采集水体原
生动物进行鉴定 [ 1-3] . 原生动物指数 d =(S -
1) /lnN. 其中 , S为种类数;N为 PFU原生动物群落
的生物密度 (个 /mL).
②水样采集. 同步采集水样 , 参照国标地面水
标准 (GB3838-2002)测定水样中 pH值 、 电导率
EC、 悬浮物 TSS、化学需氧量 (COD)以及重金属
Pb 、 Zn、 Cu和 Cd[ 4-5] .
③土壤采集. 在每个样方内采集土样 , 重复 4
次. 测试项目为 pH值 、 电导率 EC、 有效态 Pb 、
Zn、 Cu和 Cd[ 4-5] .
2　结果与分析
2.1　宽叶香蒲湿地系统原生动物群落多样性分析
2.1.1　理化性质分析
对宽叶香蒲湿地系统植物群落样方水体理化指
标进行分析 , 结果表明 , 靠近进水口的样方 1水体
呈强碱性 , 其他 3个点变化不大 , 呈弱碱性. 根据
排污口的距离 , 由 1 ～ 4号样方 , 悬浮物 、 COD及
重金属铅 、 锌 、 铜 、 镉的浓度显著下降 (如表 1).
表 1　宽叶香蒲湿地系统各采样点水体理化指标和重金属浓度
Tab le 1　W astew ater physicochem ica l data in the m an-made wet land
采样点 pH EC /(m s cm - 1)
TSS /
(mg L - 1) COD
Pb /
(m g L - 1)
Zn /
(m g L - 1)
Cu /
(mg L - 1)
Cd /
(mg L - 1)
S1 11. 33 1. 11 1 082. 00 123. 10 2. 81 2. 746 0. 879 0. 500
±0. 30 ±0. 18 ±179. 00 ±22. 20 ±0. 26 ±1. 952 ±0. 634 ±0. 106
S2 7. 62 0. 22 407. 00 46. 60 2. 74 0. 454 0. 790 0. 325
±0. 05 ±0. 04 ±102. 90 ±8. 13 ±0. 05 ±0. 008 ±0. 074 ±0. 035
S3 7. 69 0. 37 188. 10 40. 30 2. 41 0. 428 0. 377 0. 801
±0. 08 ±0. 07 ±93. 90 ±13. 90 ±0. 51 ±0. 199 ±0. 044 ±0. 106
S4 7. 52 0. 22 76. 34 8. 84 0. 48 0. 122 0. 012 0. 481
±0. 16 ±0. 10 ±2. 84 ±2. 45 ±0. 03 ±0. 008 ±0. 004 ±0. 007
2.1.2　PFU原生动物群落多样性指数
各采样点 PFU原生动物群落生物多样性见图
1. 第 1 d, 各采样点多样性指数相当高 , 在第 3 d
基本上达到饱和. 根据排污口的距离 , 由 1 ～ 4号
样方水体原生动物群落多样性指数逐渐递增 , 靠近
图 1　各样方水体中原生动物群落的生物多样性指数
F ig.1　The b io-d iversity index of
PFU Protozoan community in each site
排污口近的 1号样方多样性指数一直处于较低水
平. 对各原生动物群落多样性指数与主要污染物浓
度进行回归分析 (如表 2), 结果表明 , 群落生物
多样性指数与水体中的 Cu呈极显著负相关 ( p <
0.01 ), 与 TSS、 COD和 Pb呈显著负相关 (p <
0.05 ), 与 pH和 EC无明显相关性. 铅锌尾矿中的
Cu对原生动物群落的多样性有极大影响 , 意味着
Cu的生物毒性影响微生物个体的生理功能 , 进而
影响生物群体水平的变化. 水体中原生动物群落多
样性与其生存环境密切相关. 1号样地水体中相当
混浊的固体悬浮物 (1 082±179mg /L), 影响原生
动物对光能吸收及捕食效率 , 同时高浓度重金属也
限制了 1号样地中原生动物生存. 1号样地水体中
共出现 5个种 , 在第 1 d生物多样性指数为 0. 到
了 3、 4号样地 , 水体中固体物已沉降 , 污染物的
毒性降低 , 湿地净化功能加强 , 水生植物凋落及分
泌物为原生动物提供了营养物质 , 原生动物种类迅
速增加 , PFU原生动物群落多样性指数显著提高.
高浓度的 Cu、 TSS、 COD和 Pb是限制湿地水体中
原生动物恢复的主要限制因子 , 原生动物群落多样
性指数能反应水质的状况及湿地系统的净化效能.
第 3期 阳承胜 , 等:宽叶香蒲湿地原生动物及植物群落多样性分析 249　
表 2　水体中原生动物生物多样性与污染物浓度相关性分析
Tab le 2　Ana lyses of the b iod iversity between them ain ecologica l factors and the b io-d iversity of PFU protozoan communities
指　标 pH EC TSS COD Pb Zn Cu Cd
多样性指数 - 0. 6995 - 0. 5667 - 0. 8670* -0. 8784* -0. 9131* -0. 7609 -0. 9931** - 0. 2612
*p <0. 05;**p < 0. 01
2.2　宽叶香蒲湿地系统植物群落多样性分析
2.2.1　各采样点土壤 N、 P、 K及重金属浓度分析
对于湿地样方基质中 N、 P、 K的分析结果表
明 (如表 3), N、 P、 K达到中等肥力水平 , 营养
元素 N、 P、 K含量从样方 1 ～样方 4逐级递增 , 随
土层剖面深度增加而下降. 有效态重金属浓度在水
平面上变化铅趋于减少 , 镉 、铜 、锌变化趋势不明
显 , 但随土壤深度增加 , 都呈递减趋势.
2.2.2　多样性指数测定
通过对 4个样方植物群落调查 , 各样方植物组
成单纯 , 结构简单. 1号样地为单一宽叶香蒲群落 ,
但 4个样地植物株数多 , 密度大. 从群落水平结构
来看 , 生物多样性呈上升趋势 (如表 4).
表 3　宽叶香蒲湿地系统各采样点土壤 N、 P、 K及重金属浓度
Tab le 3　Conc of nu tr ien t e lem en ts and heavym eta ls in the so ils of exper imen tal sites
样点 d /cm TN /(m g L -1)
TP /
(m g L -1)
TK /
(m g L- 1)
Pb /
(m g L- 1)
Zn /
(m g L- 1)
Cu /
(m g L - 1)
Cd /
(mg L - 1)
S1
0 ～ 10 647. 5 850. 4 2568. 3 300. 40 180. 100 7. 367 1. 736
±105. 0 ±231. 7 ±2 526. 0 ±10. 93 ±15. 580 ±1. 074 ±0. 217
10 ～ 20 535. 1 975. 9 996. 9 296. 10 169. 300 6. 931 1. 550
±248. 4 ±552. 1 ±517. 4 ±61. 04 ±11. 710 ±0. 322 ±0. 234
20 ～ 30 398. 3 567. 0 762. 6 299. 90 161. 800 6. 773 3. 189
±208. 1 ±227. 7 ±53. 9 ±34. 71 ±4. 478 ±0. 854 ±2. 182
S2
0 ～ 10 843. 6 1 317. 6 12 316. 0 281. 00 217. 000 9. 455 2. 536
±133. 2 ±327. 9 ±1 377. 6 ±8. 61 ±11. 920 ±0. 718 ±0. 291
10 ～ 20 796. 4 692. 8 2 887. 8 269. 20 174. 600 18. 820 2. 299
±205. 6 ±16. 7 ±1 666. 0 ±20. 99 ±33. 230 ±8. 025 ±1. 510
20 ～ 30 419. 6 794. 9 2 044. 9 229. 10 93. 810 5. 783 1. 543
±236. 1 ±157. 7 ±572. 7 ±46. 43 ±27. 480 ±3. 173 ±1. 329
S3
0 ～ 10 722. 4 1423. 1 9 599. 5 267. 90 198. 100 19. 120 3. 139
±139. 8 ±370. 3 ±321. 0 ±14. 08 ±7. 345 ±11. 950 ±0. 671
10 ～ 20 793. 3 654. 6 5 400. 5 251. 80 196. 400 22. 670 3. 101
±440. 1 ±306. 0 ±1 368. 0 ±17. 26 ±18. 670 ±8. 465 ±0. 892
20 ～ 30 388. 7 609. 2 1 368. 4 275. 30 188. 200 14. 610 2. 963
±128. 6 ±446. 0 ±55. 2 ±23. 02 ±32. 500 ±5. 069 ±0. 719
S4
0 ～ 10 1 062. 4 2 045. 6 2 782. 7 197. 40 202. 300 10. 320 3. 930
±439. 0 ±1 302. 0 ±1 470. 9 ±99. 60 ±101. 300 ±4. 467 ±1. 407
10 ～ 20 976. 6 1 912. 1 2 529. 3 209. 30 135. 900 7. 103 2. 205
±305. 7 ±706. 4 ±1 779. 4 ±52. 37 ±71. 290 ±4. 381 ±1. 254
20 ～ 30 588. 3 1 060. 8 1 733. 4 245. 90 181. 500 7. 971 2. 904
±372. 4 ±199. 8 ±839. 2 ±12. 21 ±45. 620 ±1. 063 ±2. 519
250　 深圳大学学报理工版 第 23卷
表 4　宽叶香蒲湿地植物群落多样性指数
Tabe l 4　The b io-d iversity Index of
the Typha la tifolia w etland
采样点 种类数 株数 多样性指数
S1 1 657 1. 00
S2 3 558 0. 910
S3 4 678 0. 531
S4 7 919 0. 649
　　对植物群落多样性指数与样地基质生态因子相
关性进行分析 , 结果表明 (如表 5), 湿地植物群
落多样性指数与土壤中 N、 P存在显著负相关性 ,
与土壤中 Pb呈显著正相关. 植物群落多样性恢复
受到土壤中营养物质 N、 P及重金属浓度共同影响 ,
湿地植物群落恢复是土壤营养物质改善和环境胁迫
缓和的结果.
表 5　宽叶香蒲湿地植物群落生物特征与
基质生态因子的相关性分析
Tabe l 5　Analyses of the correlation between the b io-d iversity
for theTypha latifo lia comm un itie s and
them ain ecologica l factors
指标 TN TP TK Pb Zn Cu Cd
多样性
指数 -0. 917
*
- 0. 916
* -0. 562 0. 944* 0. 807 0. 624 0. 798
*p<0. 05
结　语
通过对凡口铅锌矿宽叶香蒲湿地的研究表明 ,
湿地原生动物恢复过程中 , 随着采样点距排污点的
距离增加 , 原生动物群落种类数明显增加 , 群落多
样性指数也随之上升 , PFU原生动物群落群集速度
加快. 水体中 Cu、 TSS、 COD和 Pb的毒性是原生
动物群落恢复的主要限制因子. 湿地植物群落多样
性指数与土壤中 N、 P存在显著负相关性 , 与土壤
中 Pb呈显著正相关. 植物群落多样性恢复受到土
壤中营养物质 N、 P及重金属浓度的共同影响.
参考文献:
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Abstrac t:1000-2618(2006)03-0250-EA
Analysis of themajor constraints on the protozoan and
plant diversity at a Typha latifolia wetland
YANG Cheng-sheng1 , ZHANG Gan2 , LAN Chong-yu3 , and SHIX iu-hua1
1) Co llege ofG o lf
Shenzhen University
Shenzhen 518060
P. R. China
2) Guangzhou Institute of
　G eochem istry Ch inese
　A cadem y of Sciences,
Guangzhou 510640
P. R. China
3) Co llege of L ife Science
Sun Ya t-sen University
Guangzhou 510275
P. R. China
Abstract:The p ro to zoan, soil and p lant dive rsity in a Typha Latifolia we tland system at Fankou Pb /Znm ine w ere
第 3期 阳承胜 , 等:宽叶香蒲湿地原生动物及植物群落多样性分析 251　
analysed. The resu lts show that the bio-d iversity indices of protozoan communities are marked ly co rrela ted w ith the
availab le Cu contents in the w ate r negative ly, and are corre lated w ith TSS , COD and available Pb contents in the
w a ter negative ly. The bio-diversity ind ices o f the Typha communities are negative ly corre lated w ith N and P in the
soil, and positive ly co rrelated w ith availab le Pb and Zn con tents in the soi.l
Key words:man-made we tland;protozoan;b io-dive rsity;Fankou Pb /Znm ine in C hina;heavy meta ls
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