西泉眼水庫夏季浮游動物群落結構特征及水質評價

鞠永富, 于洪賢, 于　婷, 柴方營, 姚允龍, 張延成, 費　滕, 夏凌云

1 東北林業大學,哈爾濱　150040 2 黑龍江省水利廳,哈爾濱　150040

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西泉眼水庫夏季浮游動物群落結構特征及水質評價

鞠永富1,2, 于洪賢1,*, 于婷2, 柴方營2, 姚允龍1, 張延成1, 費滕1, 夏凌云1

1 東北林業大學,哈爾濱150040 2 黑龍江省水利廳,哈爾濱150040

西泉眼水庫;浮游動物;群落結構;水質評價

生物與環境之間相互作用,是環境決定了生物種群或群落的結構特征,反之,生物群落結構的變動也可以客觀地反映出環境的變化規律[1]。浮游動物是水生態系統的初級消費者,它們對不同水體的敏感性和適應能力不同,分析其群落結構特點和變化規律,對水環境的優劣能做出初步的判斷[2- 3]。

西泉眼水庫是黑龍江省規模最大的綜合型水庫之一,哈爾濱市備用水源地。近年來,該水庫污染的報道較多[4- 6],其點源污染主要有上游的制藥廠、鋼鐵廠等企業排污;面源污染主要有上游村屯和城鎮的生活污水和農業污染等;旅游污染主要有金泉、帽兒山和松峰山等旅游景區。本文于2010年夏季調查研究了西泉眼水庫浮游動物的群落結構特點,運用多種生態學方法評價了其水質,并應用典范對應分析法分析了浮游動物與環境因子的相關性,為西泉眼水庫漁業資源開發和水污染治理提供一定的理論基礎。

圖1　西泉眼水庫采樣點分布Fig.1　Distribution of sampling points in Xiquanyan Reservoir

1　材料與方法

1.1采樣時間和位置

2010年夏季采集浮游動物樣品。西泉眼水庫屬河道型水庫,在上中下游共布設9個采樣點(圖1)。S1為阿什河入庫口左,S2為阿什河入庫口中,S3為阿什河入庫口右,S4為黃泥河入庫口,S5為庫心左,S6為庫心中,S7為庫心右,S8為雙龜山,S9為大壩出水口。

1.2樣品的采集與處理

樣品采集、鑒定、豐度與生物量的計算等均按照《淡水浮游生物調查技術規范》執行。各理化指標中,透明度(SD)用塞奇氏盤測定,DO(溶解氧)、溫度(WT)、電導率(COND)、pH(pH值)、水深(Depth)、濁度(TUR)、Chla(葉綠素a)和氯化物(Cl-)用YSI6600便攜式水質測定儀在采樣現場測定,TN(總氮)、TP(總磷)和CODMn(高錳酸鹽指數)等理化指標數據由哈爾濱市環境監測中心站提供。

1.3數據處理與分析 1.3.1水質評價方法

本研究運用多種水生態學和理化分析法評價了西泉眼水庫水質污染情況,水生態學法包括現存量法[7- 8]、優勢種指示法[9]、多樣性指數法[10]、輪蟲生物指數法[11]、E/O指數法[11]、肥度指數法[11];理化分析法是根據國內外各種分級方法[12],得出一個新的水質評價標準作為本次的評價標準(表1)。

1.3.2典范對應分析法

浮游動物種類分布情況受環境因子影響,采用典范對應分析(Canonical correspondence analysis,CCA)方法評價其影響強度,運用Cancoo 4.5軟件進行數據分析,得出浮游動物群落及其與環境因素之間的關的相關性[13]。CCA分析要求兩個數據矩陣,一個是豐度數據矩陣,一個是環境數據矩陣。為減少機會種對群落結構的干擾,種類數據要經過篩選,選擇相對豐度>1%,出現頻率>25%的種類,符合條件的采樣點有S2、S4、S5、S6、S8和S9,與此對應的浮游動物有27種。

表1　水體水質狀況評價參數指標及分級標準

2　結果

2.1浮游動物群落結構

共鑒定出浮游動物4門33屬56種(表2)。其中,原生動物9屬14種,占25.0%;輪蟲15屬29種,占52.0%;枝角類3屬4種,占7.0%;橈足類6屬9種,占16.0%。S5種類數量最多,占總數的58.9%,S1最少,占17.9%,種類數量各采樣點排序是S5>S4>S9>S8>S6>S2>S7>S3>S1,均以輪蟲占優勢,且庫心區采樣點數量多于河口區。

浮游動物豐度和生物量見表2。

浮游動物豐度平均為46.13個/L,S4貢獻量最大(350.80個/L),貢獻率為84.5%,S1最小(2.15個/L),貢獻率僅為0.5%。輪蟲豐度貢獻量最大(70.4%),枝角類最小(5.2%)。其中,原生動物平均為9.53個/L,S4最高(82.05個/L),S1最低(0.20個/L);輪蟲平均為32.48個/L,S4最高(263.25個/L),S8最低(0.47個/L);枝角類平均為1.33個/L,S5最高(2.70個/L),S2最低(0.45個/L);橈足類平均為2.79個/L;S5下最高(8.50個/L),S1上最低(0.15個/L)。

表2　浮游動物現存量、生物多樣性及污染等級評價

浮游動物生物量平均為0.137mg/L,S5貢獻量最大(0.492mg/L),貢獻率為39.8%,S1樣點最小(0.008mg/L),貢獻率僅為0.6%。橈足類貢獻最大(71.9%),原生動物最小(2.7%)。其中,原生動物平均為0.004mg/L,S4最高(0.033mg/L),輪蟲平均為0.032mg/L,S4最高(0.259mg/L),其次是S5下(0.021mg/L),其它采樣點原生動物和輪蟲貢獻量極少;枝角類為0.011mg/L,S9最高(0.061mg/L),S2最低(0.001mg/L);橈足類為0.091mg/L,S5最高(0.456mg/L),S1最低(0.003mg/L)。

2.2水質評價

該水庫浮游動物豐度和生物量數值相對較小,無論是整體還是各采樣點數量值都沒有達到現存量評價法中污染的最低值。因此,以豐度和生物量作為評價指標,西泉眼水庫為貧營養型水庫。

浮游動物可以指示不同水體的污染程度,本文參照相關文獻[11,14- 18]共鑒定出污染指示種53種。其中,寡污性10種,占18.9%;o-β中污性5種,占9.4%;β-中污性15種,占28.3%;β-α中污性7種,占13.2%;α-中污性16種,占30.2%。從不同污染指示種類數量占總種數的比例來看,西泉眼水庫水體處于中度污染水平。

西泉眼水庫夏季浮游動物常見種共4種,包括針簇多肢輪蟲Polyarthratrigla、白色大劍水蚤Macrocyclopsalbidus、爪哇小劍水蚤Microcyclopsjavanus和微刺小劍水蚤Microcyclopsinchoatus,所指示的污染類型分別為β-α中污、α-中污、β-中污和β-中污;優勢種共4種,包括褐砂殼蟲Difflugiaavellana、長三肢輪蟲Filinialongiseta、針簇多肢輪蟲和微刺小劍水蚤,優勢度分別為0.05、0.05、0.09和0.05,所指示的污染類型分別為o-寡污、α-中污、β-α中污和β-中污。綜合浮游動物常見種和優勢種污染指示等級,西泉眼水庫已處于中等污染水平。

西泉眼水庫浮游動物生物多樣性見表2。Shannon-Wiener 多樣性指數(H′)平均為2.78,污染指示等級為β-中污染,其中S8指示污染程度最重(2.20),S2指示污染程度最輕(3.32);指示輕污染的采樣點有4個,占總數的44.4%,β-中污染5個,占55.6%,指示污染程度各采樣點排序是S8>S5>S6>S7>S9>S4>S3>S1>S2,且庫心區污染程度高于河口區。Margalef 物種豐富度指數(M)平均為1.97,污染指示等級為α-中污染,其中S8指示污染程度最重(1.54),S1指示污染程度最輕(2.43);指示β-中污染4個,占總數的44.4%,α-中污染5個,占55.6%,指示污染程度各采樣點排序是S8>S7>S6>S5>S4>S3>S9>S2>S1,且庫心區污染程度高于河口區。綜合生物多樣性指數看,西泉眼水庫水體已處于中等污染水平。

西泉眼水庫夏季浮游動物貧-中營養型(O)種類有矩形龜甲輪蟲Keratellaquadrata、溝痕泡輪蟲Pompholyxsulcata、裂足臂尾輪蟲Brachionusdiversicornis、蓋氏晶囊輪蟲Asplanchnagirodi和簡弧象鼻溞Bosminacoregoni;富-中營養型(E)種類有半圓表殼蟲Arcellahemisphaerica、雜葫蘆蟲Cucurbitellamespiliformis、針棘刺胞蟲Acanthocystisaculeata、瓶累枝蟲Epistylisurceolata、鐘蟲屬Vorticellasp.、小口鐘蟲Vorticellamicrostoma、太陽球吸管蟲Sphaerophryasoliformis、球形囊石蟲Lithocullaglobosa、四角平甲輪蟲Platyasquadricornis、椎尾水輪蟲Epiphanessenta、真翅多肢輪蟲Polyalthraeuryptera、長三肢輪蟲、長足輪蟲Rotariacitrina、模糊秀體溞Diaphanosomadubium、蟲宿溫劍水蚤Thermocyclopsvermifer和粗壯溫劍水蚤Thermocyclopsdybowskii。經計算,QB/T輪蟲生物指數、E/O指數和肥度指數(E′)數值分別為2.0、3.2和2.28,水質評價類型分別為中度富營養化、富營養化和富營養化。綜合3個指數評價結果,西泉眼水庫水體已處于富營養化狀態。

按水質理化指標評價標準和數據見表1、表3。其中以葉綠素a濃度指標評價水庫水質為中富營養化水平,以TN濃度指標評價為富營養化水平,以TP濃度指標評價為中富營養化水平,以透明度指標評價為中富營養化水平,以溶解氧指標評價為富營養化水平。綜合各項水質理化因子來看,西泉眼水庫夏季水體處于富營養化水平。

表3　西泉眼水庫夏季水質理化指標

2.3典范對應分析

圖2　浮游動物與環境因子的CCA分析Fig.2　CCA analysis for the relationship between zooplankton community and environmental factors

3　討論

3.1豐度與生物量不成比例的原因分析

一般情況下,豐度和生物量呈顯著正相關,即豐度越高,生物量也越高[19]。本次調查共鑒定出56種浮游動物,其中輪蟲種數達29種,占總種數的52.0%,豐度貢獻率高達70.4%,生物量貢獻率為25.1%,而橈足類9種,占總種數的16.0%,豐度貢獻率僅為6.0%,生物量貢獻率卻高達71.9%,即種類數量和豐度貢獻率輪蟲是橈足類的3.2倍和5.4倍,生物量貢獻率橈足類反是輪蟲的2.86倍,與上述結論不一致。本次調查中,輪蟲貢獻率最大的是長三肢輪蟲和針簇多肢輪蟲,其個體生物量都為0.003mg,而橈足類貢獻率最大的是微刺小劍水蚤,其個體生物量為0.020mg,就個體生物量而言,微刺小劍水蚤是長三肢輪蟲和針簇多肢輪蟲的6.67倍,又由于微刺小劍水蚤同樣是優勢種,其數量也相對較多,所以出現了豐度和生物量呈現負相關的現象。即可以得出,豐度貢獻量大且個體濕重較大,該種類所屬類群生物量有可能就大;若豐度貢獻量雖大,但個體濕重卻較小,該種類所屬類群生物量有可能就小。

3.2浮游動物群落結構的變化分析

1998年和2005年,韓英[20]和李喆[21]對西泉眼水庫浮游動物進行了調查研究,兩次都鑒定出35種(屬),且除部分原生動物和輪蟲鑒定到種以外,枝角類和橈足類全部都鑒定到屬。本次調查基本都鑒定到種,在總種類數要比前兩次多21種;1998年調查的枝角類數量相對較多,有象鼻溞Bosminasp.、尖額溞AlonaBairdsp.、僧帽溞Daphnidaecucullata、秀體溞Diaphanosomasp.和大型溞Dapaaiamagna等中營養水體指示種[11];2005年調查的原生動物數量相對較多,為17種,其中砂殼蟲屬Difflugia和表殼蟲屬Arcelle數量占58.8%,大多為清潔類指示物種[16],同時也出現了放射太陽蟲Actinophryssol、變形蟲Amoebasp.的中營養水體指示種[15];本次調查輪蟲和橈足類相對較多,輪蟲為29種,其中有17種為中等以上營養水體指示種,占58.6%;橈足類為9種,大多為中營養水體指示種。在優勢種數量上呈現逐年減少的趨勢,1998年最多,為12種,污染指示等級偏低,2005年優勢種僅有原生動物和橈足類,污染指示等級不顯著,2010年中污染指示種類占57.0%,且都在中等污染等級以上;在豐度和生物量方面出現急劇下降趨勢,豐度下降了270倍,生物量下降了55倍。西泉眼水庫1996年開始蓄水,1998年水庫處于初建時期,面積廣大的淹沒區和集雨區提供了豐富的有機質和無機鹽,為原生動物的繁殖生存提供了優越的環境條件,此時水體始終沒有形成溫躍層,物質循環良好,無污染,也為浮游生物創造了良好的生態環境。雖然水庫在2010年時已經經過十幾年的穩定運行,水體已經基本處于穩定狀態,但是隨著水庫上游人口和工廠數量的增加,以及大氣降水、降塵污染,還有近年庫區周圍旅游業逐漸興起,給西泉眼水庫帶來了大量的外源性污染,水質的變化使浮游動物種群結構失去了原有的動態平衡,形成了新的種群結構特征。

3.3西泉眼水庫評水質評價方法分析

由于浮游動物種群結構特征與環境因子的關系復雜,僅從生態學評價水質還不夠全面,且有學者認為評價水體的污染程度也不能單純以浮游生物種類和數量為準,應該從整個群落組成特征考慮,將生態學指標與理化指標結合起來綜合評價,可獲得更為真實的評價結果[22]。本研究運用了現存量法、指示生物法、多樣性指數法、輪蟲生物指數法、E/O指數法和肥度指數法等多種生物學評價方法,并結合水質理化指標對西泉眼水庫夏季水體污染情況進行了比較全面的分析研究,各項結果顯示,西泉眼水庫水體已處于中等污染狀態,比較真實的反映了該水庫的現實污染情況。

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The zooplankton community structure and water quality of Xiquanyan Reservoir

JU Yongfu1,2, YU Hongxian1,*, YU Ting2, CHAI Fangying2,YAO Yunlong1, ZHANG Yancheng1, FEI Teng1, XIA Lingyun1

1NortheastForestryUniversity,Harbin150040,China2DepartmentofwaterresourcesofHeilongjiangProvince,Harbin150040,China

Xiquanyan Reservoir; zooplankton; community structure; water quality assessment

國家自然科學基金項目(40830535);黑龍江省科技攻關項目(GB09C103)

2015- 01- 28; 網絡出版日期:2015- 12- 11

Corresponding author.E-mail: china.yhx@163.com

10.5846/stxb201501280226

鞠永富, 于洪賢, 于婷, 柴方營, 姚允龍, 張延成, 費滕, 夏凌云.西泉眼水庫夏季浮游動物群落結構特征及水質評價.生態學報,2016,36(16):5126- 5132.

Ju Y F, Yu H X, Yu T, Chai F Y,Yao Y L, Zhang Y C, Fei T, Xia L Y.The zooplankton community structure and water quality of Xiquanyan Reservoir.Acta Ecologica Sinica,2016,36(16):5126- 5132.

From the results, the water quality of Xiquanyan Reservoir was moderately polluted, and the eutrophication level was average. As an alternative source of drinking water for Harbin city, the water quality still requires improvement, and the water management and regulation should be enhanced.