鵲山引黃水庫浮游動物時空分布特征

桂萍, 余飛, 魏錦程

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鵲山引黃水庫浮游動物時空分布特征

桂萍1,*, 余飛2, 魏錦程1

1. 中國城市規劃設計研究院, 北京 100037 2. 浙江水美環保工程有限公司, 杭州 310013

根據2012年5—10月對濟南鵲山水庫及庫前沉沙條渠內的采樣調查結果, 分析了浮游動物的種類和密度的時空分布。結果共檢出浮游動物24屬41種, 其中種數最多的是輪蟲類, 其次為纖毛蟲類, 枝角類和橈足類最少。條渠內檢出的優勢種數明顯多于水庫, 但兩處優勢種的時間變化特征相似。條渠和水庫內均出現的優勢種有溝鐘蟲、鐘形鐘蟲、壺狀臂尾輪蟲、尾突臂尾輪蟲、裂痕龜紋輪蟲、象鼻溞、湯匙華哲水蚤。采樣期間條渠和水庫的Shannon-wiener多樣性指數()分別在2.59—2.96和2.74—2.94范圍內波動, Pielou均勻度指數()分別在0.88—0.99和0.83—0.92范圍內波動。根據條渠和水庫內共19個采樣點的四大類浮游動物密度的聚類分析結果, 研究區域可分為條渠中前端、條渠末端-水庫入口及水庫其他范圍3個區域, 不同區域的浮游動物群落結構有顯著差異, 表明條渠的沉沙過程對浮游動物群落有較大的影響。

鵲山引黃水庫; 浮游動物; 多樣性指數; 均勻度指數; 聚類分析

0 前言

引黃水庫是黃河中下游城市的主要供水水源, 其水生態健康狀況直接影響城市供水安全。鵲山水庫位于山東省濟南市, 為日供水量44萬立方米的鵲華水廠提供水源, 其供水覆蓋面積達濟南市的三分之一。作為典型的黃河下游引黃水庫, 鵲山水庫存在較為嚴重的藻類及所導致的嗅味等水質問題, 浮游動物群落與浮游植物變化有較強的相關性, 分析浮游動物群落的組成、密度、優勢種群、生物多樣性等生態特征及其與環境條件的關系, 是解析引黃水庫水生態系統的物質循環、能量流動和信息傳遞規律的基礎, 也是對水生態系統健康狀況進行判斷并制定相應應對措施的的重要基礎數據[1-7]。

目前研究者針對引黃水庫的水質保障開展了大量研究, 但主要集中在水質改善與凈化技術等方面[7-8], 有關水庫內浮游生物的調查研究甚少, 并主要針對浮游植物開展了調查[9-10]。而對黃河干流及入海口開展浮游生物調查發現, 黃河泥沙對浮游生物的分布有較大的影響[16-17]。引黃水庫的環境條件相較于黃河干流更適宜于浮游動物的生長, 但與自然型湖泊或河流攔蓄水庫相比, 引黃水庫具有間歇性進水且進水泥沙含量大的特征, 因此在水庫前通常需設置沉沙條渠, 無疑會對浮游動物群落的時空分布產生影響。

本文以鵲山引黃水庫作為研究對象, 調查和分析了水庫內和庫前沉沙條渠內的浮游動物的種數、生物密度、優勢種生物組成、物種多樣性和均勻度指數隨時間的變化特征以及水庫和沉沙條渠內的浮游動物的空間分布特征, 以期為引黃水庫的水生態保護與水質管理提供基礎數據和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 采樣時間與地點

2012年5—10月間每月采樣一次。在鵲山水庫前的沉沙條渠(以下簡稱條渠)共布設9個采樣點, 其中1#采樣點位于引黃水進水口附近, 9#采樣點位于條渠出水口, 即與水庫連接的暗涵附近; 在鵲山水庫(以下簡稱水庫)內布設10個采樣點, 其中10#—18#采樣點沿水庫岸線設置, 13#采樣點位于進水閘門附近, 10#采樣點位于出水閘門附近, 19#點設置在水庫中心。采樣點分布如圖1所示。

圖1 鵲山水庫和庫前沉沙條渠采樣點分布

Figure 1 The sampling sites in Queshan Reservoir and the sand sedimentation channel

1.2 樣品采集與浮游動物鑒定

使用2L采樣器在水體上、中、下層各取2L水樣, 并立即用0.083 mm的25號浮游動物網過濾, 過濾后打開濾網下端閥門, 使用尖嘴洗瓶進行沖洗, 濾液收集至50 mL棕色塑料瓶中, 蓋緊瓶蓋存放于恒溫箱中保存(夏季放置冰袋), 盡快運回實驗室進行鏡檢。鏡檢前將棕色塑料瓶中的樣品搖均, 吸取樣品至浮游動物計數框中, 置于顯微鏡下觀察和計算。浮游動物的種類鑒定主要依據參考文獻[11-13], 但浮游動物中的鞭毛蟲、以及枝角類和橈足蟲的幼蟲不記錄。

1.3 數據統計分析

數據的統計分析方法[14-15]如下:

(1)個體數量():

=(V×)／(×V)

式中:為采樣體積(L);V為浮游動物計數板容積(mL);V為黑蓋瓶體積(ml);為計數所得的個體數。

(2)Shannon-wiener多樣性指數():

=∑(P)lnP

式中: P為種的個體數占總個體數的比例。

(3)Pielou均勻度指數[11-12]():

=/ln

式中:為Shannon-wiener多樣性指數;為種類總數。

(4)優勢度():

=(i/)×i

式中:n表示樣品中第種物種的個體數;表示樣品中所有種類的總個體數; f為第種在各月份出現的頻率。

5)多維尺度分析(multidimension scaling)采用SPSS18.0軟件。

2 結果與分析

2.1 浮游動物的時間變化特征

2.1.1 浮游動物的種類和密度

在調查期間, 共檢出浮游動物 24屬41種, 其中輪蟲類10屬21種、占浮游動物總種數的51.2%, 纖毛蟲類6屬11種、占26.8%, 枝角類5屬5種、占12.2%, 橈足類3屬4種、占9.8%。上述四大類種數組成比例隨時間有所波動, 但數量的相對次序保持不變。如圖2所示, 調查期間輪蟲類種數所占比例最高、纖毛蟲類次之、枝角類第三、橈足類最少。

冷春梅等[16]于2013年5月至2014年2月對黃河山東段進行了5次調查采樣, 共檢出浮游動物4類28種, 其中輪蟲22種, 原生動物3種, 橈足類2種和枝角類1種。與冷春梅等的調查結果相比, 盡管調查季節不同、檢出浮游動物種數不同, 但輪蟲類種數為多數的特征基本一致。這種主要以中小型輪蟲類和原生動物為主、大型浮游甲殼動物(枝角類, 橈足類)占少數的特征也與黃河上游[17]以及國內一些水庫的狀況相似[18-20]。

圖2 浮游動物種數組成比例變化

Figure 2 The monthly variation of species composition of Zooplankton

圖3和圖4分別呈現了采樣期間所有檢出的浮游動物總種數和不同季節的水溫。如圖3所示, 浮游動物總種數在5月最少、共計23種, 最大種數出現在6月、共計30種。6月后至10月, 浮游動物總種數呈現了逐月減少的趨勢, 在10月減少至25種。圖4顯示了采樣時的平均水溫。如圖所示, 從5月開始水溫逐漸升高, 至8月水溫達到最高, 其后水溫不斷下降, 至10月水溫降到16.8 ℃。比較圖3與圖4可見浮游動物總種數的變化趨勢與水溫變化趨勢并不完全一致, 但在水溫相對較高的6—9月間, 浮游動物總種數相對多些, 這表明水溫仍然是驅動浮游動物的種數變化的要因之一。

圖3 不同季節浮游動物的總種數

Figure 3 The seasonal variation of species number of zooplankton

圖4 不同季節水溫

Figure 4 The seasonal variation of water temperature

圖5 不同季節浮游動物的總密度

Figure 5 The seasonal variation of total density of zooplankton

浮游動物總密度在6—10月變化范圍在10800—16000 ind·L-1(圖5), 于6月份達到頂峰16000 ind·L-1, 在8月至10月間略有回落, 5月與10月浮游動物總密度最低, 分別為10800 ind·L-1和10100 ind·L-1。比較圖3與圖5可見浮游動物種數變化趨勢與總密度變化趨勢有一定的相似性, 均未完全呈現出與水溫變化的一致性。冷春梅等[16]在黃河山東段檢出的浮游動物密度在0—2555 ind·L-1范圍內, 與此相比, 本文檢出的浮游動物總密度明顯高, 并且變化幅度相對較小。

2.1.2 優勢種

根據優勢度()的計算公式, 條渠和水庫中優勢度等于或大于0.05的浮游動物的種類和優勢度分別見表1和表2。條渠中浮游動物優勢種的數量達到15種, 若按類群劃分, 輪蟲類優勢種數量最多, 共有8種; 其次是纖毛蟲類, 共有4種、均隸屬鐘蟲屬。而水庫中優勢種數量明顯減少, 尤其是輪蟲類優勢種數量減少至3種, 這表明了條渠的沉沙作用和水庫的水力條件的變化對浮游動物群落結構產生了很大的影響。

在沉沙條渠和水庫中共同出現的優勢種有溝鐘蟲、鐘形鐘蟲、壺狀臂尾輪蟲、尾突臂尾輪蟲、螺形龜甲輪蟲、象鼻溞、宿小三肢輪蟲、躍進三肢輪蟲、針簇多肢輪蟲、湯匙華哲水蚤等。冷春梅等[16]對黃河山東段的調查結果表明: “浮游動物優勢種群(原生動物除外)以螺形龜甲輪蟲、針簇多肢輪蟲、角突臂尾輪蟲和萼花臂尾輪蟲為主”。趙寶林等[20]的調查結果表明在大慶市紅旗泡水庫夏季浮游動物優勢種為矩形龜甲輪蟲、針簇多肢輪蟲、簡弧象鼻溞、哲水蚤、溫劍水蚤、爪哇小劍水蚤和英勇劍水蚤。王文俠等[21]調查了南京市金牛水庫、河王水庫及山湖水庫、中山水庫、方便水庫這5座中型水庫浮游動物群落結構, 檢出的優勢種為盔形溞、象鼻溞、湯匙華哲水蚤、多肢輪蟲、異尾輪蟲。對比這些文獻結果可知, 本文檢出的優勢種基本上也是在山東段黃河、紅旗泡水庫、金牛水庫等其他一些水體中比較常見的優勢種。

表1 沉沙條渠中浮游動物優勢種及其優勢度

注: 表中“-”表示該物種優勢度小于0.05。

表2 水庫中浮游動物優勢種及其優勢度

注: 表中“-”表示該物種優勢度小于0.05。

盡管條渠和水庫出現的優勢種數不同, 但兩處優勢種的時間變化特征相似: 1)多數的優勢種在5月出現; 2)9月也是優勢種的出現頻率相對比較高的月份; 3)與每月的水溫的變化、檢出的總種數變化、以及密度的變化趨勢無明顯的一致性。

2.1.3 多樣性和均勻度指數

將各采樣點采集的樣品按月進行統計分析后, 得到5—10月間鵲山水庫及沉沙條渠中浮游動物物種多樣性指數()和均勻度指數(’), 如圖6和圖7所示。沉沙條渠中浮游動物多樣性指數在2.59—2.96范圍內, 水庫中在2.74—2.94范圍內, 均明顯高于山東段黃河(在0—2.20間)[16], 表明條渠和水庫的水質要好于山東段黃河干流。條渠在5月、6月、10月多樣性指數高于水庫, 7月和9月低于水庫, 8月相近。條渠多樣性指數較高的時間多為豐水期間, 條渠內水量豐富, 流經水生植物種植區后, 給浮游動物提供了比水庫內條石堤岸底質更好的生境。7—9月間條渠水量有所下降, 因而條渠檢出物種減少, 而水庫內可能由于溫度的升高, 有利于浮游動物的繁殖, 因而物種數有所增多, 物種多樣性得到增加。

圖6 不同季節浮游動物多樣性指數(H')

Figure 6 The seasonal variation of species diversity index of zooplankton

沉沙條渠內浮游動物的Pielou均勻度指數(’)在0.88—0.99范圍內變化, 水庫內在0.83—0.92范圍內波動, 整體上條渠內均勻度指數一直略高于水庫(圖7)。Pielou均勻度指數是與種類數、總個體數及每種物種的個體數有關, 一般認為數值越大, 指示環境越穩定。因此, 由于各月份中條渠和水庫的均勻度指數大小均相近, 表明了兩個位置的水體水環境條件穩定性基本相近。此外, 比較圖7與圖4, 條渠和水庫的均勻度指數與水溫的月變化特征并不一致, 表明了水溫并不是影響均勻度指數的主要因素。

2.2 浮游動物的空間變化

由于浮游動物的最大密度出現在6月, 為此重點分析了6月份條渠和水庫內的各采樣點中浮游動物四大類密度占比, 并對數據進行了聚類分析。從圖8可以看出, 四大類密度占比在不同的采樣點有一定的變化幅度, 但輪蟲類密度總體占比明顯高于其他三大類, 在豐度上占有優勢; 纖毛蟲類在條渠內1#、4#和5#采樣點以及在水庫內13#和15#采樣點均具有一定優勢。而枝角類和橈足類平均不超過33%。

圖7 不同季節浮游動物均勻度指數(J’)

Figure 7 The seasonal variation of species evenness index of zooplankton

圖8 各采樣點不同大類密度占比

Figure 8 The community proportion of zooplankton at various sampling sites in June

6月份19個采樣點的四大類浮游動物的聚類分析結果如圖9所示。根據聚類分析的結果, 采樣點可以分為3類區域。第1區域包括1#—7#采樣點, 上述采樣點位于條渠的前段和中段, 其中1#—4#采樣點浮游動物四大類密度占比比較接近, 5#—7#有所差別; 總體上四大類的浮游動物的密度差異相對較小, 這可能與這些點水體中的含沙量與渾濁度相對較高有關, 導致這些樣點的浮游動物以比較小型的纖毛類和輪蟲類浮游動物為主。第2區域為8#—13#采樣點, 其中8#和9#采樣點位于條渠末端, 采樣點內的浮游動物密度更接近于水庫內進水口所在的西南岸采樣點, 由于水中含沙量與渾濁度均有所下降, 使得比纖毛類的體型大很多的輪蟲類浮游動物能夠更好地生存, 因而呈現出以輪蟲類浮游動物占有絕對優勢為主要特征。第3區域為14#—19#采樣點, 主要分布在水庫的東岸和北岸, 除15#外, 其輪蟲所占比例仍為最高, 同時橈足類與枝角類占比高于第2類型采樣點, 這可能與水庫中水流的速度變緩有關。上述聚類分析結果表明由于條渠的沉沙和水庫環境的變化對浮游動物群落結構有明顯的影響。

桂萍等的研究[7]發現, 作為典型的引黃水庫, 鵲山水庫庫前沉沙條渠內水質受到黃河來水水質的影響, 并表現出季節性波動, 而庫區內水質則受黃河來水影響不大, 在空間分布上相對均勻。沿著沉沙條渠到水庫, 泥沙含量逐漸減少, 因泥沙的吸附與降解作用, 氮磷的濃度也隨之降低, 加上由于水流擾動及水深適于藻類生長, 沉沙條渠葉綠素a的濃度水平明顯高于庫區, 以浮游植物為食物來源的浮游動物的數量也出現相應的變化。

圖9 19個采樣點的浮游動物密度的聚類分析結果

Figure 9 Clustering analysis of community structure at various sampling sites in June

3 結論

根據2016年5—10月間對鵲山水庫及設置在水庫進水口前的沉沙條渠內的浮游動物的種類和密度的調查, 共檢出浮游動物24屬41種, 其中種數最多的是輪蟲類, 其次為纖毛蟲類、枝角類和橈足類最少。浮游動物的總種數和密度的時間變化趨勢與水溫之間雖未呈現明顯的關聯, 在水溫相對較高的5—10月間, 總種數均比較多。條渠內檢出的優勢種數明顯多于水庫, 但兩處優勢種的時間變化特征相似。條渠和水庫中均出現的優勢種有溝鐘蟲、鐘形鐘蟲、壺狀臂尾輪蟲、尾突臂尾輪蟲、裂痕龜紋輪蟲、象鼻溞、湯匙華哲水蚤。采樣期間條渠和水庫的Shannon-wiener多樣性指數()分別在2.59—2.96和2.74—2.94范圍內波動, Pielou均勻度指數()分別在0.88—0.99和0.83—0.92范圍內波動。條渠和水庫內的19個采樣點的四大類浮游動物密度的聚類分析結果顯示, 采樣點可以分成3種區域: 以比較小型的纖毛類和輪蟲類為主的條渠中前段、以輪蟲類占優勢的條渠末端和水庫入口區域, 以及以輪蟲類占優勢且橈足類與枝角類有增加的水庫其他區域。聚類分析結果表明由于條渠的沉沙作用, 有機物及氮磷等物質濃度沿水流方向出現明顯的變化, 浮游植物的數量隨之波動, 對浮游動物群落結構有較大的影響。

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The spatial-temporal distribution characteristics of zooplankton in Queshan Yellow River Reservoir

GUI Ping1,*, YU Fei2, WEI Jin cheng1

1. China Academy of Urban Planning and Design, Beijing 100037, China 2. Zhejiang Supermax Environment Engineering Co. Ltd, Hang Zhou 310013,China

Zooplankton in Queshan Reservoir of Jinan was investigated from May to October in 2012. 41 species belonging to 24 genera of zooplankton were detected along the sand sedimentation channel to the reservoir. The largest diversity of species was detected forfollowed by, and forandwas lowest. The number of dominant species detected in the sand sedimentation channel was obviously higher than that in the reservoir, but their temporal variation characteristics were similar. The dominant species such as,,,,,sp.andwere detected both in the sand sedimentation channel and reservoirs. During the period of investigation, the Shannon-wiener diversity index () of Zooplankton in the channel and the reservoir fluctuated between 2.59-2.96 and 2.74-2.94, and the Pielou evenness index () fluctuated between 0.88-0.99 and 0.83-0.92, respectively. According to the cluster analysis of zooplankton density from 19 sampling points, the result data clustered into 3 groups: the inflow zone of the channel, the transition zone from the channel outlet to the reservoir intake, and the reservoir zone. The structure of zooplankton community showed significant difference in these three zones. It is shown that the process of sedimentation in the sand sedimentation channel has greater influence on the distribution of Zooplankton.

Queshan Yellow River Reservoir; zooplankton; species diversity index; evenness index; clustering analysis

10.14108/j.cnki.1008-8873.2019.02.026

Q17

A

1008-8873(2019)02-199-07

2018-03-21;

2018-04-23

水體污染控制與治理科技重大專項(課題編號2008ZX07422-002)

桂萍(1971—), 女, 博士, 研究員, 主要從事水質安全研究, E-mail: guiping@gmail.com

桂萍, 余飛, 魏錦程. 鵲山引黃水庫浮游動物時空分布特征[J]. 生態科學, 2019, 38(2): 199-205.

GUI Ping, YU Fei, WEI Jin cheng. The spatial-temporal distribution characteristics of zooplankton in Queshan Yellow River Reservoir[J]. Ecological Science, 2019, 38(2): 199-205.