雷山髭蟾生活水體浮游生物及水質評價

孟立霞，王茂蝶，楊再春

（1.凱里學院大健康學院，貴州 凱里 556011；2.黔東南苗嶺生態公益發展中心，貴州 凱里 556000）

雷公山國家級自然保護區位于貴州省的東南部，跨雷山、臺江、劍河、榕江四縣，連綿近千公里，總面積47333 hm2，是長江水系與珠江水系的分水嶺，清水江和都柳江主要支流的發源地[1]。中國特有種雷山髭蟾（Vibrissaphora Leishanensis）僅分布于雷公山，于2000年被列入國家野生保護動物名錄[2]。近些年因人類過度捕食，對生活環境要求苛刻，蝌蚪變態期長等原因[3]，雷山髭蟾種群數量急劇下降。自1973年被發現后，已有多位學者對雷山髭蟾的繁殖[4]、生態[5]、種群歷史[6]、保護[3]等進行研究，但目前未見對其生活水體浮游生物和水質的相關研究。浮游生物在水生生態系統中占有重要地位。浮游植物是初級生產者，對水環境變化反應較敏感[7]。浮游動物能為水體營養的傳遞和物質能量的轉化起到重要作用，能直接或者間接反映水體的污染程度，對監測評價水環境質量具有重要應用價值[8]。浮游生物可被用來評價水體健康程度[9]。對雷山髭蟾生活水體的浮游生物和理化指標進行調查，并分析水體的營養狀況，為雷公山自然保護區溪流水環境監測與保護和浮游生物后續演替研究提供基礎資料，為雷山髭蟾的保護工作提供參考。

1 材料與方法

1.1 調查時間和采樣點設置

每年從10月份開始，雷山髭蟾雌雄個體陸續到溪流中進行交配、產卵，之后雄性蛙留在溪流產卵處護卵到次年1月份離開，這使得它們在繁殖期的活動地點固定，不易變動。2017年11～12月，研究人員在雷公山自然保護區的山澗溪流內翻石塊找到雷山髭蟾或卵塊，以此作為樣點，在樣點的上游或下游15 m處設置對照點，采集水樣并測定水體理化指標。最后一次調查將只發現卵而未看到雷山髭蟾的地點也設置為樣點，有卵說明雷山髭蟾曾經到過，此處適宜雷山髭蟾繁殖。樣點分別位于仙女塘附近溪流、雷山康利水廠、交臘村、交臘干打撈，共26個。

1.2 浮游生物的采集和鑒定

浮游植物和浮游動物的定性及定量樣品采集、固定、鑒定及計數等方法參考《淡水浮游生物研究方法》[10]和《河流水生生物調查指南》[11]。其中浮游動物主要調查大型浮游動物，即輪蟲、枝角類和橈足類。

1.3 水體理化指標的測定方法

使用便攜式多參數水質測量儀測定水體的pH值、總磷、總氮、余氯、亞硝酸鹽、硫化物、溶解氧和銅的含量。使用電子溫度計測量離采樣點地面1 m處的氣溫和水溫（水體表層溫度）。使用TDS水質檢測筆檢測TDS值。

1.4 水質評價方法

根據浮游生物的種類組成、優勢種和多樣性并結合水體理化指標對雷山髭蟾生活溪流水體的營養型和污染程度進行分析。

利用優勢度Y判定優勢種，Y＞0.02的浮游生物為優勢種[12]。

式中：n為第i種生物的個體數；N為所有種類的總個體數；fi表示物種在各樣點出現的頻率。

式中，S為樣品中物種數目，Pi為樣品中屬于第i種的個體比例，N表示樣品總個體數，第i種個體數為ni。

2 結果與分析

2.1 雷山髭蟾生活水體理化指標

雷山髭蟾生活水體理化指標的測定結果如表1所示。pH值最低為5.54，最高為7.43，平均值為6.58；總氮最低為0.00 mg/L，最高為0.13 mg/L，平均值為0.055 mg/L；總磷最低為0.00 mg/L，最高為 0.09 mg/L，平均值為0.05 mg/L；余氯最低為0.00 mg/L，最高為0.107 mg/L，平均值為 0.027 mg/L；硫化物最低為0.00 mg/L，最高為0.09mg/L，平均值為0.022 mg/L；溶解氧最低為11.75 mg/L，最高為15.25mg/L，平均值為13.39 mg/L；氣溫最低為-2.7℃，最高為7.1℃，平均值為3.33℃；水溫最低為0℃，最高為8.9℃，平均值為 6.04℃；TDS最低為5，最高為8，平均值為6.5；亞硝酸鹽和銅在各樣點均為0.00。

2.2 浮游類生物的組成

雷山髭蟾生活水體中浮游植物共檢測出7門46屬60種，詳見表2。其中綠藻門9屬13種，占總種數的21.67%；硅藻門19屬22種，占總種數的36.67%；藍藻門13屬17種，占總種數的28.33%；裸藻門2屬3種，占總種數的5.00%；隱藻門1屬2種，占總種數的3.33%；甲藻門1屬1種，占總種數的1.67%；金藻門1屬2種，占總種數的3.33%。在檢出的3種浮游動物中，種類詳見表3，線蟲雖然在各個樣點所占的密度最大，但是只有1種；而輪蟲類和橈足類不僅密度極小而且種類也少。

表1 雷山髭蟾生活各地溪流水體理化指標

表2 浮游植物種類組成

2.3 浮游植物的密度、優勢種和多樣性

浮游植物的密度如表4所示，藍藻門和硅藻門在各個樣點所占的密度較大，甲藻門和金藻門密度最低。在4個采樣點中，交臘干打撈和交臘村的浮游植物密度最大，仙女塘附近溪流次之，雷山康利水廠所占密度最小。

表3 浮游動物種類組成

表4 浮游植物密度

根據式（1）計算，Y＞0.02為優勢種，浮游植物優勢種為8種（見表5），占浮游生物總種數的11.1%。其中藍藻門3種，硅藻門2種，綠藻門2種，裸藻門1種。

表5 浮游植物優勢種

2.4 浮游動物的密度、優勢種和多樣性

雷山髭蟾生活水體的浮游動物密度如表6所示，線蟲在各個樣點所占的密度較大，輪蟲類和橈足類密度則最低。交臘村浮游動物密度最大，其他3處密度均不大。

表6 浮游動物密度

根據式（1）計算，Y＞0.02為優勢種，浮游動物優勢種有 1種，是線蟲（Caenorhabditis Elegans），占浮游生物總種數的1.67%。

雷山髭蟾生活溪流水體各樣點浮游動物的H和D見表7。

表7 浮游生物多樣性指數

3 討論

3.1 雷山髭蟾生活水體理化指標和水體營養狀況

雷山髭蟾生活水體pH值為5.54～7.43，多數偏酸性，不利于浮游植物進行光合作用。水體營養鹽含量較低，總氮全年波動范圍為0.00～0.13 mg/L，平均值0.055 mg/L；總磷全年波動范圍為 0.00～0.09 mg/L，平均值0.05 mg/L。綜合雷山髭蟾生活水體的各項理化指標，依據我國《地表水環境質量標準》[13]可知，交臘村溪流的硫化物稍高，屬于II類水指標，其他各地所有指標均為I類水。綜合評定，雷山髭蟾生活溪流水體符合I類水質標準，水質良好。

交臘村溪流的溶解氧低于交臘干打撈和仙女塘附近，高于雷山康利水廠；硫化物高于其他3個地方；雷山康利水廠溶解氧最低，水體自凈能力最弱，可能是水廠運作時會有廢棄物、生產廢水排進附近溪流，還有水廠工人的生活污水也直接排入溪流所致。重金屬Cu含量和亞硝酸鹽在各樣點均為0。TN是交臘村最高，表明水體受污染程度最高，主要是因為交臘村相較于交臘干打撈、仙女塘附近溪流、雷山康利水廠三處而言，居民的牲畜數量較多，人們缺乏環保意識，生活污水、農田排水和畜牧污水造成溪流水體的污染程度最高，因此交臘村的溪流為中度污染。4處采樣點的TN值都較低，均為中營養型水體。

3.2 浮游生物與水質

在雷山髭蟾生活水體中共檢測到浮游生物63種（浮游植物60種，浮游動物3種），浮游植物豐富，尤其是硅藻門類最多；浮游動物種類少，其中線蟲數量最多。

根據不同營養狀況的水體中浮游植物的種類組成不同，可將水體分為3個營養型。貧營養型水體中主要為金藻、黃藻和甲藻，中營養型水體中主要為硅藻、隱藻和鼓藻，富營養型水體中主要為綠藻、藍藻和裸藻[14]。雷山髭蟾生活水體中主要是硅藻門的浮游生物，為中營養型水體。不同種類浮游植物生長、繁殖的最適溫度是不同的[14]，大部分浮游植物生長的最適溫度為18～25℃[15]。檢測到的浮游植物中硅藻種類占比最高，因為調查是在冬季進行的，此時溪流水流緩慢，水溫較低，日照時間較短，因此某些貧營養、潔凈的藻類的光合作用受到抑制[16]，而硅藻最適生長溫度較低，在低溫條件下具有較寬生態位，繁殖速度相比其他藻類快，是通過減少細胞中水分和增加細胞中糖類、脂肪等物質降低冰點，增加抗寒能力，而且其在低溫條件下仍可進行光合作用[17]。

浮游動物是水生生態系統的初級消費者，能夠反映水環境質量的優劣[18]。針簇多肢輪蟲、曹花臂尾輪蟲、裂足臂尾輪蟲和前節晶囊輪蟲都是典型的污染指示種，螺形龜甲輪蟲為耐污種[12]。檢測到的浮游動物中并無上述種類，說明雷山髭蟾生活水體不屬于富營養型水體。雷山髭蟾生活溪流中冬季浮游動物的種類少，輪蟲類和橈足類密度低，未檢測到枝角類，線蟲為優勢種，說明調查樣點的浮游動物多樣性水平低，群落結構單一。水溫是極其重要的環境因子，可以影響浮游動物生活和繁殖。浮游動物不同種類對溫度的耐受范圍不同[19]。輪蟲個體數在20～38℃內變化較小，在大約40℃時出現最高值；橈足類幼體的個體數隨著溫度的升高呈上升趨勢，在30℃時達到最高值，且橈足類在1年內的繁殖代數少[16]。采樣點的輪蟲和橈足類少，可能是因為采樣點多為小溪流，水量受季節和降雨量影響明顯，豐富度、枯水量變化大，有時干涸，泥沙含量高，冬季水溫低，不利于浮游動物生存。浮游動物優勢種為線蟲，這可能與線蟲常生活在水中的有機淤泥和生物膜有關。

優勢種種類及數量是指示群落結構穩定性的重要指標，優勢種種類越多且優勢度越小，則群落結構越復雜、越穩定[18]。本次調查的浮游植物優勢種有8種，優勢種種類較多且優勢度不高，表明雷山髭蟾生活水體的浮游植物群落結構較復雜，群落結構狀態更為穩定。因為溫度低，不適宜浮游動物的生存，因此浮游動物種類較少，密度較低，浮游動物群落簡單，生物多樣性低。采用Shannon-Weiner多樣性指數 （H）和Margalef豐富度指數（D）來評價所設樣點中浮游生物群落結構[20]。D表示種群中種類數越多水體環境越好，但是只考慮水環境中的某個單一物種，而水環境中浮游生物物種多樣，因而有一定缺陷，H所表現的是物種群落的多樣性，正好彌補了該缺陷。依據評價標準（表8）[21]判斷，交臘村H大于1小于2，D小于2，表明交臘村為中度污染，水體物種多樣性一定程度上受環境影響，豐富度不高，物種分布不均勻。交臘干打撈、仙女塘附近溪流、雷山康利水廠三處H接近2，D大于2，表明水質為輕度污染，物種豐富度較高、個體分布較均勻。而交臘村的H略高于2，D小于2，說明交臘村的水質不如其他3個地方好。一般認為浮游生物的多樣性指數越高代表群落結構越穩定，水質越好。根據4個采樣地的浮游生物優勢種、H和D得出：除了交臘村為中度污染，其他3處為輕度污染。這是環境因子和人為活動干擾等共同作用的結果，采樣地均處于森林環境中，僅交臘村有人居住，受人類活動影響較大。

表8 多樣性指數對雷公山自然保護區水質評價的標準

總之，通過對采樣點的浮游生物及水體理化指標的綜合分析表明，雷山髭蟾生活水體水質良好，符合《地表水環境質量標準》(GB/T3838-2002)中I類水質標準。從浮游生物優勢種和多樣性指數可知，雷山髭蟾生活水體屬于中營養型，水質優良，水流緩慢，為浮游生物的繁殖提供了良好的環境，有利于雷山髭蟾蝌蚪的生存，同時說明雷公山自然保護區溪流水環境良好。該結果可為雷公山自然保護區溪流水環境監測與保護和浮游生物后續演替研究提供基礎資料，同時也為進一步開展雷山髭蟾研究和保護積累經驗和數據。本調查的時間為冬季，雷山髭蟾生活水體浮游生物及水質全年的變化規律尚需進一步探討。

致謝：感謝朱勛格、馬超、劉興旺、楊再明、梁朝美、嚴熊、劉玉寶等同學幫助野外調查。