濟南地區水域春、秋兩季浮游動物群落結構與環境因子的關系

商書芹+李萌+王博涵+郭偉++曹龍智+王瑾

摘要：為了解濟南地區水域浮游動物群落結構特征，于2015年春季（5月）和秋季（11月）對濟南地區水域24個采樣點位進行了采樣調查。結果表明，兩季節共鑒定出浮游動物50種，春季浮游動物共計4類46種，以枝角類為主，平均密度為3 421.67 ind./L；秋季浮游動物共4類34種，以輪蟲為主，平均密度為1 68667ind./L。春季浮游動物香農威納指數平均值為1.89，均勻度指數平均值為0.76，秋季浮游動物香農威納指數平均值為1.92，均勻度指數平均值為0.74，典范對應分析結果顯示：春季總硬度和電導率是影響浮游動物群落的主要環境因子，秋季總氮和氨氮及總堿度是影響浮游動物群落的主要環境因子。通過綜合分析得出結論，濟南地區水域呈中度污染。

關鍵詞：濟南；浮游動物；多樣性指數

浮游動物是水域生態系統中重要的組成部分。淡水浮游動物主要由原生動物、輪蟲、枝角類和橈足類組成，具有種類多、分布廣、繁殖速度迅速等特點[1]。浮游動物在生態系統的物質循環、能量流動和信息傳遞中起著重要作用，浮游動物群落多樣性是生態系統重要的評價指標，其種類和密度及多樣性指數等群落結構特征是評價水環境的重要標準，能夠準確地反映出生態系統環境的好壞[2]。浮游動物經常被用作水體污染的重要指示物種，在環境監測及環境保護中起著重要作用[3]。

近年來由于人類活動、生活污水排放等原因，破壞了濟南地區生態環境。近年來對濟南地區河流浮游動物群落結構研究相對較少，因此，本文以濟南地區作為研究區域，分析了2015年濟南水域春季和秋季浮游動物群落結構特征，并應用浮游動物群落密度及多樣性指數等來評價濟南地區水體狀況，希望能夠為濟南地區水質健康評價提供理論依據。

1材料與方法

1.1采樣點位設置及樣品采集與處理

濟南市位于山東省中西部，南依泰山，北跨黃河，背山面水，分別與西南部的聊城、北部的德州和濱州、東部的淄博、南部的泰安和萊蕪交界。從地形上濟南市可分為三帶：北部臨黃帶，中部山前平原帶，南部丘陵山區帶；山地丘陵3 000多km2，平原5 000 km2。最高海拔1 108.4 m，最低海拔5 m，南北高差1 100多米。三個區域水網密集，水生態系統類型復雜，代表性的水生態類型有泉水、河流、水庫、湖泊、濕地、城市水控閘壩等。于2015年春季和秋季兩個季節對濟南地區進行采樣調查，根據濟南實地具體狀況，在濟南區域選擇具有代表性的24個采樣點位（圖1）。使用采水器在各水層采混合水樣100 L，用25號浮游生物網過濾，將濾取過的樣本放入100 mL標本瓶中，加4%～5%的甲醛溶液固定[4]。固定的樣本在室內靜止24 h后虹吸上清液，濃縮至50 mL。在100～400倍Olympus—CX21生物顯微鏡下鑒定浮游動物種類，記錄個體密度。浮游動物種類鑒定參考主要根據相關文獻[4-5]。

1.2水體理化性質的測定

對各采樣點位的水體理化性質進行測定，測定水溫（Temp）、pH、溶解氧 （DO）、電導率（Cond），各位點位采集2 L水樣，低溫保存，48 h內送回實驗室根據標準方法測定氨氮（NH3-N）、鈣離子（Ca2+）、氯離子（Cl-）、硬度（TD）、堿度（ALK）、總氮（TN）、總磷（TP）和高錳酸鉀指數（CODMn） [6]。

1.3數據分析和處理

計算香農威納指數（H'）、均勻度指數（J）來研究浮游動物多樣性[7-8]。

（1） 香農威納指數（H'）：H'=-Σ（ni/N）×log2（ni/N）

（2） 均勻度指數（J）：J=H'/lns

式中：s為浮游動物的種類數；N為浮游動物的總密度，ni為第i種的密度，fi為第i種出現的頻率。

香農威納指數指數評價水質標準：0～1為重度污染、1～3為中度污染、>3為輕度或無污染

采用獨立樣本t檢驗分析2個季節環境因子的相關性以及與代表性浮游動物之間的相關性。各采樣點位篩選出的水環境因子和浮游動物群落數據在Canoco 4.5軟件上進行典范對應分析（Canonical correspondence analysis，CCA）。

應用浮游動物密度進行CCA分析時，先進行除趨勢對應分析（Detrended correspondence analysis，DCA），得出物種的單峰響應值（梯度SD），SD>2，即可進行CCA，否則采用冗余度分析（Redundancy analysis，RDA），并對數據進行999次蒙特卡洛置換檢驗（Monte Carlo permutation test），以判定顯著影響浮游動物群落空間分布特征的環境因子。在進行CCA分析之前，除pH以外，所有水體環境數據和浮游動物密度數據均進行數據對數轉換[log10（x+1）][9]。

1.4數據統計分析

香農威納指數指數和均勻度指數計算用Biodiversity Profession 2.0完成，Canoco 4.5上進行CCA的分析，濟南地區圖在ArcMap 9.3上完成。

2結果及分析

2.1春季和秋季浮游動物群落結構特征

濟南地區兩季節共鑒定出浮游動物共4類50種，春季種類相比秋季較多，其中春季46種，秋季34種。春季共鑒定出浮游動物4類，其中輪蟲種類最多，共18種，占種類組成的39.31%；其次為原生動物，共14種，占3044%；枝角類8種，橈足類6種，分別占17.39%和13.04%；秋季共鑒定出浮游動物4類，其中輪蟲最多，為15種，占種類組成的44.11%；其次為枝角類，共9種，占26.47%；原生動物與橈足類均為4種，占14.71%（表1）。

濟南地區春季浮游動物密度范圍在0～33 480.00 ind./L，平均值為3 421.67 ind./L。中上游地區浮游動物密度較高，密度最高的點位為J22，密度值為33 480.00 ind./L。春季浮游動物群落主要由枝角類組成，占浮游動物群落總密度的65.15%，其次密度高的是輪蟲，占26.15%，橈足類與原生動物密度相對較低，分別占6.56%和2.14%。秋季浮游動物密度范圍在0～13 280.00 ind./L，平均值為1 686.67 ind./L。各點位密度相差不大，中下游地區密度較高，密度最高點位為J15，密度值13 28000 ind./L。浮游動物主要由輪蟲組成，密度比春季有所下降，輪蟲密度最高，占浮游動物總密度的51.90%，其次為枝角類，占31.98%，橈足類與原生動物密度相對較低，分別占14.72%和140%。 （表2和圖2）。表1不同季節浮游動物的種類組成及其所占比例

時期原生動物輪蟲 枝角類 橈足類 種類占百分比%種類占百分比%種類占百分比%種類占百分比%種類合計春季1430.441839.13817.39613.0446秋季514.711544.11926.47514.7130表2不同季節浮游動物的密度組成及其所占比例

時期 原生動物 輪蟲 枝角類 橈足類占百分比%占百分比%占百分比%占百分比%春季2.1426.1565.156.56秋季1.4051.9031.9814.72

濟南地區春季與秋季香農威納指數與均勻度指數相差不大。香農威納指數數值在1～2之間的采樣點位較多。春季香農威納指數平均值為1.89，中部地區香農威納指數較高，香農威納指數最高點位J6，數值為3.37，均勻度指數平均值為0.76，中下游地區均勻度指數較高，最高值位于J24；秋季香農威納指數平均值為1.92，中下游地區香農威納指數較高，香農威納指數最高點位J20，數值為3.00，均勻度指數平均值為0.74，中下游地區均勻度指數較高，最高值位于J1（圖3）。

2.2浮游動物群落結構特征與環境因子關系

濟南春季溫度較高，平均溫度在21 ℃，秋季溫度降低，平均水溫在19.78 ℃，兩個季節水體均偏堿性（表3），兩個季節中pH值、總硬度、溶解氧及總磷含量相差不大，春季總堿度、氨氮含量高于秋季，其他環境因子含量均低于秋季。

3討論

本次調查濟南地區春季及秋季浮游動物共鑒定出4類50種，從各季節種類組成來看，輪蟲占絕對的優勢，春季與秋季均以輪蟲種類最多，分別為18種與15種，占總物種數的39.13%和4411%。從各物種密度來看，輪蟲與枝角類為主要物種，春季枝角類密度占絕對優勢，占總密度的65.15 %，秋季輪蟲密度占絕對優勢，占浮游動物總密度的51.9%。春季浮游動物密度平均值要高于秋季，原因可能是由于春季溫度升高，食物、水溫、光照等條件充足，為浮游動物提供了良好的生活環境，適合浮游動物生長繁殖，而秋季溫度下降，各方面條件都達不到春季標準，浮游動物生活環境質量下降，導致浮游動物的種類與數量下降。

研究表明，浮游生物多樣性指數在一定程度可以鑒定水質狀況，物種多樣性是判斷群落重要性的基礎。當物種的種類越多，各物種分布越均勻，物種的多樣性指數就越大，水質越良好[7-8]。濟南地區春季與秋季多數采樣點位香農威納指數數值為1～2之間，平均值分別為1.89和1.92，根據香農威納指數（H'）值，0～1為重度污染、1～3為中度污染、>3為輕度或無污染，我們得出結論：濟南地區春季與秋季水體呈中度污染。