濟南市魚類功能群及其與水環境因子的關系

曹龍智

(1．聊城市水文局，山東 聊城 252000;2．濟南市水文局，山東 濟南 250014)

河流生態系統是近些年來水生生態學研究的熱點，涉及生物、水利、環境、生態等多個領域[1-2]。河流作為連接陸地和海洋的重要一環，有著很好的流動性;魚類作為高級營養等級的水生生物類群，對維持河流生態系統的穩定性起著重要的作用[3]。魚類群落對不同的河流生態環境有著不同的響應能力[3]，并對河流生態監測有著重要的作用[4]。

近些年來，魚類群落已被廣泛應用于國內外河流生態系統的監測與評價中。以魚類群落的功能性特征(營養結構、環境耐受性、產卵類型和水層分布)為基礎，可把魚類群落分為不同類型功能群[5]。魚類功能群的劃分能更加準確和客觀地表現出魚類與不同水環境因子的相關性，在河流生態學中有著十分積極的意義。目前歐洲、南美洲和非洲對魚類功能群研究相對深入，國內對于魚類功能群的研究主要針對海洋地區[6]和山區[7]河流魚類，對于內陸淡水流域內的魚類功能群季節性差異變化的研究較少[8]。

本次調查研究以濟南地區魚類群落為研究對象，分析了春夏秋3個季節中魚類群落時空分布，研究了影響2015年魚類功能群的主要環境因子和水質情況，以期為濟南地區不同季節水體的研究和保護提供有效依據。

1 材料與方法

1.1 濟南地區概況及采樣點位設置

濟南市下轄6區、3縣和1市，面積為8227 km2，按地形分為北部臨黃河水帶、中部山前平原帶和南部丘陵山區帶。區域內有黃河水系、小清河水系以及徒駭馬頰河水系三大水系，承擔著濟南泄洪、排澇、通航、灌溉、排污等重要任務。境內主要山峰有長城嶺、跑馬嶺、梯子山、黑牛寨等。根據濟南地區不同的自然地貌，于2015年5月、8月和11月選取了20個省市級水環境監測點進行樣品的采集[9]，采樣點分布如圖1所示，采樣點名稱見表1。

圖1 采樣點分布

表1 采樣點名稱

1.2 魚類樣品采集及鑒定

將每個采樣點上下游共400 m的河長范圍設置為采樣區域，采樣人員2人一組，一人負責使用電魚器電魚，另一人將被電暈的魚用抄網抄起后放入桶中，采樣時間設定為30 min。對易于辨認和鑒定的種類現場鑒定和計數，使用臺秤稱量，記錄不同物種的數量與質量，保存部分魚類個體標本，其余的放回河中。對于不易辨認的物種和未知種類，用1%～2%的甲醛溶液處理，用紗布包好后置于塑料樣品袋中并標記，加入10%的甲醛溶液保存。魚類樣品全部鑒定到種[10-12]。

1.3 水體理化指標的測定

水體理化指標采取現場和實驗室相結合的方式測定?，F場主要用水質分析儀(YSI ProPlus 85)測試靈活性較高和操作性較高的指標，如水溫、電導率、溶解氧(DO)和pH值，用渾濁度監測儀(XZ-1A)測量水體濁度(SS)。每個點位采集2 L水樣，低溫保存，48h內送回實驗室根據標準方法測定總磷(TP)、總氮(TN)、鈣離子(Ca2+)、氯離子(Cl-)、氨氮(NH3-N)、總堿度(ALK)、總硬度(TD)和高錳酸鹽指數(CODMn)和亞硝酸鹽氮(NO-2-N)[13-14]。

1.4 魚類功能類群劃分

主要依據魚類不同物種的特征，如食性、棲息地利用、環境耐受性、生活史和營養結構等[15-16]，參照魚類功能群的研究成果與濟南地區的實際情況，將濟南地區魚類按營養結構、環境耐受性、產卵類型和水層分布劃分為4個類群。依據魚類食性及攝食習慣(營養結構)可分為雜食性功能群、肉食性功能群、植食性功能群和昆蟲食性功能群4種;依據魚類對水體環境的耐受適應程度(環境耐受性)可分為耐污功能群、中等耐污功能群和敏感性功能群3種;根據魚類的產卵類型可分為黏性卵功能群、浮性卵功能群、筑巢產卵功能群和特殊產卵功能群4種;根據魚類棲息水層(水層分布)可分為中上層功能群、中下層功能群和底層功能群3種。

1.5 數據處理與分析

采用香濃維納指數和均勻度指數分析魚類群落特征，使用Biodiversity pro計算其數值;不同季節的魚類群落數據采用SPSS 17．0對物種數、密度、多樣性指數、均勻度指數進行相關性分析。采用除趨勢對應分析(detrended correspondence analysis，DCA)方法篩選確定水環境影響因子，再采用主成分分析(principal component analysis，PCA)篩選出主要的水環境因子，最后采用典范對應分析(canonical correspondence analysis，CCA)法對魚類群落結構及水環境因子進行相關性分析。DCA、PCA和CCA分析均使用Canoco 4．5，除pH以外，所有水環境數據和魚類密度數據均進行對數轉換。

2 結果與分析

2.1 濟南市魚類群落分析

2．1．1 魚類群落特征

濟南地區3個季節共鑒定出魚類物種數6目34種，各季節均以鯉形目為主。春季魚類物種數最多(34種)，秋季魚類物種數最少(24種)。春季鯉形目物種數最高(23種)，其次為鱸形目(5種)，其他目物種數相對較少。夏季鯉形目物種數最高(20種)，其次為鱸形目(6種)，其他目物種數相對較少。秋季鯉形目物種數最高(18種)，其他目物種數相對較少。就密度而言，3個季節均以鯉形目為主，春夏秋季鯉形目密度分別占總密度的87．85%、86．65%和86．71%，3個季節中，其他物種密度均相對較少(表2)。

表2 濟南地區不同季節魚類群落分布特征

由表3可見，夏季魚類種類數平均值最高(6．41種)，最高點位為J1(并渡口)，物種數為13種;秋季魚類種類數平均值最低(4．30種)，最高點位為J1，物種數為11種。夏季魚類密度平均值最高(80．06尾)，最高點位為J17(垛石街)，魚類密度為408尾;春季魚類密度平均值最低(29．85尾)，最高點位為J1，魚類密度為69尾。春季魚類生物量平均值最高(497．10 g)，最高點位為J15(杏林水庫)，魚類生物量為 2786．00 g;秋季魚類生物量平均值最低(378．20 g/L)，最高點位為 J3(黃巢水庫)，魚類生物量為1653．00 g/L。夏季香濃維納指數平均值最高(1．92)，最高點位為J1，香濃維納指數為3．58;秋季香濃維納指數平均值最低(1．41)，最高點位為J1，香濃維納指數為2．75。春季均勻度指數平均值最高(0．78)，最高點位為 J1，均勻度指數為0．92;秋季均勻度指數平均值最低(0．73)，最高點位為J11(大明湖)，均勻度指數為0．97。3個季節中濟南地區魚類群落在物種數和香濃維納指數上呈現顯著差異(P＜0．05)，魚類密度、生物量和均勻度指數均沒有顯著差異(P ＞0．05)。

2．1．2 魚類功能群劃分

根據濟南地區魚類的營養結構、環境耐受性、產卵類型和水層分布對魚類功能群進行劃分，結果如表4所示。根據營養結構劃分出雜食性魚類16種，植食性魚類3種，昆蟲食性魚類9種，肉食性魚類6種;根據環境耐受性劃分出耐污種17種，中等耐污種1種，敏感性種5種，其他類型魚類11種;按產卵類型劃分出黏性卵魚類17種，浮性卵魚類6種，筑巢產卵魚類4種，特殊產卵魚類3種，其他類型魚類4種;按水層分布共劃分出生活在中上層魚類6種，中下層魚類8種，底層魚類17種。

表3 濟南地區不同季節魚類群落結構特征

表4 濟南地區魚類物種及功能群類型

2.2 魚類功能群結構特征及其與水環境因子的關系

2．2．1 不同季節魚類功能群結構

濟南地區魚類功能群的季節差異性如表5所示。從營養結構來看，雜食性魚類密度在秋季占比最高，植食性和肉食性魚類密度在秋季較高，昆蟲食性魚類密度在夏季最高;從環境耐受程度來看，敏感性魚類密度在春季最高，耐污型魚類密度在夏季最高，中等耐污型魚類密度在秋季最高;從產卵類型來看，黏性卵魚類和筑巢產卵魚類密度在春季最高，特殊產卵和浮性卵魚類密度在秋季最高;從水層分布來看，夏季生活在中下層和底層的魚類密度最高，秋季生活在中下層的魚類密度最高。

2．2．2 不同季節水環境因子之間的關系

濟南地區3個季節水環境因子如表6(表中數據以“平均值±標準差”的形式表示)所示。由表6可見，濟南地區夏季平均水溫最高(27．83℃)，秋季最低(13．79℃)。3個季節水體pH平均值分別為8．06、8．03 和8．13，水體均呈弱堿性。 3 個季節中，春季電導率最高，夏季最低;春季SS、ALK、TD、NH3-N、-N 平均質量濃度最高，Cl-、TN、CODMn最低;夏季 CODMn平均質量濃度最高，Ca2+、ALK、TD、DO、-N、TP最低;秋季Ca2+、Cl-、TN、DO 和TP 平均質量濃度最高，NH3-N最低。3個季節中水體渾濁度相對較高，DO質量濃度相對較低，CODMn和TN質量濃度較高，3個季節水環境因子之間無顯著相關性(P ＞0．05)。

2．2．3 不同季節魚類功能群與水環境因子的相關性

對濟南地區3個季節的水環境因子的主成成分析結果表明，春季篩選出的水環境因子為pH值、電導率、SS、Cl-和TD;夏季篩選出的水環境因子為pH值、電導率、SS、TP和TD;秋季篩選出的水環境因子為ALK、電導率、SS、TN和Cl-。電導率和 SS對3個季節都有一定影響，pH值對春季和夏季有一定影響，TD對春季和夏季有一定影響，Cl-對春季和秋季有一定影響。

運用典范對應分析法對濟南地區不同季節魚類功能群與水環境因子相關性進行分析，結果如圖2～4所示。從圖2可見，春季電導率對不同營養結構功能群的影響最為明顯(P=0．03)，并對第二軸影響較大，與第二軸呈正相關關系，對雜食性和植食性魚類影響顯著。SS對不同環境耐受性功能群的影響最為明顯(P=0．04)，并對第一軸影響較大，與第一軸呈正相關關系，對耐污型魚類影響顯著。pH值對不同的產卵類型功能群影響最為明顯(P=0．04)，并對第二軸影響較大，與第二軸呈負相關關系，對黏性卵魚類影響顯著。電導率對不同水層分布功能群的影響最為明顯(P=0．04)，并對第一軸影響較大，與第一軸呈正相關關系，對底層功能群影響顯著。

從圖3可見，夏季TP對不同營養結構功能群的

圖2 春季魚類功能群與水環境因子的相關性

圖3 夏季魚類功能群與水環境因子的相關性

影響最為明顯(P=0．03)，并對第二軸影響較大，與第二軸呈正相關關系，對雜食性和昆蟲食性魚類影響顯著。電導率對不同環境耐受性功能群的影響最為明顯(P=0．04)，并對第一軸影響較大，與第一軸呈正相關關系，對耐污型和敏感性魚類影響顯著。TP對不同的產卵類型功能群影響最為明顯(P=0．04)，并對第二軸影響較大，與第二軸呈負相關關系，對黏性卵和特殊產卵魚類影響顯著。TP對不同水層分布功能群的影響最為明顯(P=0．04)，并對第一軸影響較大，與第一軸呈正相關關系，對中下層功能群影響顯著。

圖4 秋季魚類功能群與水環境因子的相關性

從圖4可見，秋季對4個類群均是TN影響最為明顯，且都是對第二軸影響較大。對不同營養結構功能群(P=0．03)，與第二軸呈正相關關系，對雜食性和植食性魚類影響顯著;對不同環境耐受性功能群(P=0．04)，與第二軸呈正相關關系，對耐污和敏感性魚類影響顯著;對不同產卵類型功能群(P=0．04)，與第二軸呈正相關關系，對黏性卵類型和浮性卵類型魚類影響顯著;對不同水層分布功能群(P=0．04)，與第二軸呈負相關關系，對底層功能群和中下層功能群影響顯著。

3 討 論

很多研究[17-19]表明，魚類群落的香濃維納指數可以用來評價水環境的污染情況，其數值越大，代表水體環境質量越好[17-19]。濟南地區春夏秋季魚類群落香濃維納指數和均勻度指數平均值相對較低(表3)，水體呈中度污染。

濟南地區魚類群落共劃分為4個類群14種功能群，春季以黏性卵、筑巢產卵和敏感性功能群為主，夏季以昆蟲食性、耐污、中上層和底層功能群為主，秋季以雜食性、肉食性、植食性、浮性卵、中等耐污、特殊產卵和中下層功能群為主。濟南地區水體相對較為渾濁，底質多為淤泥和石塊，水流量相對較小，TN、TP、CODMn含量相對較高，水體呈富營養化，水體中雜草和石塊較多，有利于魚類產卵，因此以黏性卵功能群為主，而泥鰍和鯽魚作為耐污種的代表物種，且為黏性卵魚類，成為占主導優勢的魚類。生活在底層魚類多以櫛鰕虎魚和泥鰍等鯉形目為主，增加了魚類功能群的物種數量[20-22]。

濟南地區不同季節魚類功能群與水環境因子相關性分析結果表明，魚類功能群在不同季節表現出了一定的差異性。電導率是影響春季魚類功能群的主要環境因子，TP是影響夏季魚類功能群的主要環境因子，TN是影響秋季魚類功能群的主要環境因子。電導率和SS對3個季節的魚類功能群都有一定的影響，其中電導率主要影響春季魚類群落功能群，是評價水體純凈程度的一個重要指標。水體越純凈，含鹽量就越小，電導率也越小。濟南地區水體電導率相對較高，且水體SS也較高，說明濟南地區水體相對渾濁，電導率主要對雜食性和植食性的魚類有影響，SS主要對耐污魚類有影響，代表物種主要有鯽魚和泥鰍。電導率對生活在底層的魚類也有一定的影響，與其呈正相關關系。pH值過高或者過低都會對魚類的呼吸有一定的影響，如影響魚的生長速度，嚴重時會導致魚類窒息死亡[23-24]。春季濟南地區水體偏弱堿性，且對黏性卵魚類影響顯著，代表物種主要為櫛鰕虎魚和鯽魚。TN和TP是衡量水體受營養物質污染程度的重要指標之一，與魚類群落的生長、繁殖密不可分[6，25-26];水體中氮、磷含量的增加，會使水體富營養化，導致魚類群落結構變得簡單，使得魚類群落種類與密度都相對減少[6，27-28]。夏季TP對雜食性和昆蟲食性魚類有顯著的影響，代表物種為鯽魚和櫛鰕虎魚。TP對生活在中下層的黏性卵和特殊產卵魚類都有顯著影響，代表物種為鯽魚和彩鮍。電導率對耐污和敏感性魚類均有影響，代表物種為鯽魚和彩鮍。秋季TN對雜食性和植食性魚類有顯著影響，代表物種為餐和興凱鱊。TN對耐污和敏感性魚類影響顯著，代表物種為鯽魚和興凱鱊;TN對黏性卵和浮性卵魚類也有顯著影響，代表物種為泥鰍和烏鱧;TN也對生活在底層和中下層的魚類有一定的影響，并與其呈負相關關系，代表物種為麥穗魚和鯽魚。

4 結 論

本次調查共發現魚類34種，以鯉形目為主。春季魚類物種數最高，秋季物種數最低。夏季魚類物種數、密度和香濃維納指數平均值最高，春季魚類生物量和均勻度指數平均值最高。共劃分出14種魚類功能群，春季主要以黏性卵、筑巢產卵和敏感性功能群為主，夏季主要以昆蟲食性、耐污、中上層和底層功能群為主，秋季主要以雜食性、肉食性、植食性、浮性卵、中等耐污、特殊產卵和中下層功能群為主。影響春季魚類功能群的主要環境因子是電導率，影響夏季魚類功能群的主要環境因子是TP，影響秋季魚類功能群的主要環境因子是TN。濟南地區水體受人為干擾嚴重，水體呈中度污染。