瀾滄江小灣庫區浮游動物群落結構特征及水質綜合評價

王 濤，彭 夢，李羅新，何秋杰，吳澤成，習佑軍，譚鳳霞，高 雷，柴 毅

(1.長江大學濕地生態與農業利用教育部工程研究中心/長江大學農學院/長江大學動物科學學院，湖北荊州 434025；2.中國水產科學研究院長江水產研究所，武漢 430223；3.云南小灣生態漁業有限公司，云南鳳慶 677000)；4.荊州市動物疫病預防控制中心，湖北荊州 434020)

浮游動物是水域生態系統中主要初級消費者類群，同時也是濾食性魚類如鰱、鳙等高級營養級水生動物的重要天然餌料，在能量傳遞、物質循環、維持食物網豐富性和穩定性等環節具有重要調控作用。浮游動物對水環境變化極為敏感，其種類組成、豐度、生物量等群落結構特征常被作為評價水域生態系統狀況及預測變化趨勢的的重要指標，目前浮游動物作為水體污染的指示生物被廣泛應用。

瀾滄江小灣水庫位于云南臨滄市與大理白族自治區和保山市交界處，由西支干流瀾滄江與東支支流黑惠江組成，小灣水壩于2010年蓄水運行，以發電為主，兼有防洪、灌溉、攔沙及航運等功能，水庫正常蓄水位1 242 m，總庫容1.49×10m。通常大型水利工程的修建往往會改變水環境格局，如水域自然連通狀況和生物格局，以及魚類、高等水生植物與浮游生物等群落結構特征，加之流速、水深、水溫等系列水文特征的綜合環境因子變化，極易引起水體富營養化。小灣庫區位于瀾滄江下游河段，屬典型的高山-峽谷地貌，具有較大的社會、經濟和科研價值，目前圍繞小灣庫區相關研究包括地震地質、重金屬等，水域生態學相關研究主要包括底棲動物、微生物、浮游植物、消落帶生態及營養鹽等。

小灣水庫地處亞熱帶季風氣候區，5-10月為豐水期，雨量充沛，攜帶土壤中營養鹽流入，導致水庫庫區水體中氮磷營養鹽含量增加。夏季較高的水溫與營養鹽是大多數浮游動物生長的基礎，且對于大多數春季產卵魚類，食物的充足與水環境健康狀況對當年生幼魚快速生長極為重要。因此，本研究于2017-2019年夏季連續三年對小灣庫區干流和支流進行調查分析，運用多種評價方法，通過浮游動物群落結構特征和水環境因子的時空變化進行綜合水質評價，有助于建立小灣庫區完整的水環境監測評價體系和生態環境管理機制，從而為小灣庫區水生生物保護、生態修復和功能恢復提供科學依據和重要參考，實現瀾滄江流域的可持續發展與利用。

1 材料與方法

1.1 采樣點設置

參照《水域生態系統觀測規范》并根據實際水域形態、水域階段劃分及水文特征共設置16個采樣點(圖1)，其中干流瀾滄江(L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8、L9)9個、支流黑惠江(H1、H2、H3、H4、H5、H6)6個，靠近小灣大壩(DW)1個，分別于2017、2018、2019年8月(夏季)采樣調查。

圖1 瀾滄江小灣庫區采樣點分布

1.2 樣品采集處理

浮游動物樣本使用采水器(5.0 L)在表層至透明度的1、2、3倍處取水混合，水樣的采集參考《水域生態系統觀測規范》和《水生生物學》中樣品采集方法。種類鑒定參考《中國淡水輪蟲志》、《中國常見淡水枝角類檢索》。使用光學顯微鏡(XSM-20，寧波舜宇儀器有限公司)進行種類鑒定和計數，除無節幼體與橈足幼體外，其余種類均鑒定到種。

用多參數水質分析儀(HQ40D，USA)現場測定溶解氧(DO)、pH值和水溫(WT)，塞氏盤測定透明度(SD)。總懸浮物(TSS)、氨氮(NH-N)、硝酸鹽氮(NO-N)、亞硝酸鹽氮(NO-N)、化學需氧量(COD)、總磷(TP)和總氮(TN)等指標按照國家水質標準GB3828-2002在實驗室測定。

1.3 數據處理與分析

1.3.1 浮游動物群落結構特征指數及富營養化評價

浮游動物豐度與生物量計算參考《水生生物學》，富營養化評價標準參考何志輝的方法。浮游動物優勢種采用Mcnaughton優勢度指數(≥0.02)來確定。群落結構特征采用Shannon-Wiener多樣性指數()、Pielou均勻度指數()、Margalef豐富度指數()分析，富營養化評價標準參考黃玉瑤的方法。各指數計算公式如下：

Mcnaughton優勢度指數()：=()×

Margalef豐富度指數()：=(-1)ln

式中：為群落中物種的總密度；為第個物種的密度；為該種在個采樣點出現的頻率；為總種類數。

1.3.2 水質評價標準

依據中國環境監測總站制定的《湖泊水庫富營養化評價方法及分級技術規定，2001年9月》，采用綜合營養指數法，選取葉綠素()、TP、TN、SD、COD共5項水質指標，計算公式如下：

()=10[2.5+1.086ln()]

(TN)=10[5.53+1.694ln(TN)]

(TP)=10[9.436+1.624ln(TP)]

(SD)=10[5.118-1.94ln(SD)]

(COD)=10[0.109+2.661ln(COD)]

(Σ)=[)×()+(TP)×(TP)+(TN)×(TN)+(SD)×(SD)

(∑)=∑×()

式中：()為第種水質指標的相關參數，為第種參數的營養狀態指數的相關權重系數，綜合營養指數的評判標準參考王明翠等。

數據預處理采用Excel2016進行，分析作圖采用SPSS20、GraphPad Prism8進行。

2 結果與分析

2.1 浮游動物群落結構特征

2.1.1 浮游動物種類組成、豐度和生物量

瀾滄江小灣庫區2017-2019年夏季共鑒定出浮游動物4門54種，其中輪蟲30種，占比55.56%；原生動物10種，占比18.52%；枝角類9種，占比16.67%；橈足類5種，占比9.26%。

浮游動物豐度與生物量在各采樣點分布如圖2所示。2017年浮游動物豐度范圍為1.05～7.35 ind./L，生物量范圍為0.82～7.28 mg/L，從采樣點來看，干流瀾滄江豐度最高在L2(6.05 ind./L)，生物量最高在L4(3.62 mg/L)，支流黑惠江豐度最高在H6(7.95 ind./L)，生物量最高在H3(3.94 mg/L)。2018年游動物豐度范圍為0.90～13.75 ind./L，生物量范圍為0.34～9.17 mg/L，干流瀾滄江豐度最高在L9(6.65 ind./L)，生物量最高在L8(4.31 mg/L)，支流黑惠江豐度與生物量最高均在H2(11.80 ind./L、8.97 mg/L)。2019年浮游動物豐度范圍為3.10～22.10 ind./L，生物量范圍為0.66～12.31 mg/L，干流瀾滄江豐度最高在L7(15.00 ind./L)，生物量最高在L8(4.87 mg/L)，支流黑惠江豐度與生物量最高均在H3(16.75 ind./L、7.49 mg/L)；大壩水域豐度與生物量均較高，且呈逐年上升趨勢，分別為7.35 ind./L、7.28 mg/L；13.75 ind./L、9.17 mg/L；22.10 ind./L、12.31 mg/L。瀾滄江小灣庫區優勢種以輪蟲為主，其輪蟲豐度與生物量呈逐年上升趨勢(27.60 ind./L、0.15 mg/L；50.50 ind./L、3.93 mg/L、71.35 ind./L、8.80 mg/L)，如圖3所示，其浮游動物豐度與生物量整體上呈逐年上升趨勢，干流瀾滄江豐度與生物量趨勢一致，均呈逐年上升趨勢，均值分別為3.59 ind./L、2.29 mg/L；3.86 ind./L、2.30 mg/L；6.68 ind./L；2.60 mg/L，2017與2018年浮游動物生物量差異較小；支流黑惠江浮游動物豐度呈逐年上升趨勢，生物量呈先升后降趨勢，均值分別為5.06 ind./L、3.21 mg/L；7.51 ind./L、4.61 mg/L；13.70 ind./L、4.31 mg/L。

圖2 2017-2019年瀾滄江小灣庫區各采樣點浮游動物豐度與生物量

圖3 2017-2019年瀾滄江小灣庫區浮游動物豐度與生物量

2.1.2 浮游動物優勢種

浮游動物優勢種(Y≥0.02)分布由表1可知，2017-2019年小灣庫區浮游動物優勢種數量分別為10、12、8種，其中無節幼體()、湯匙華哲水蚤()、廣布中劍水蚤()、長刺異尾輪蟲()、裂足臂尾輪蟲()是三年共有優勢種。2017年優勢種中，輪蟲和橈足類均為4種，枝角類2種；2018年優勢種中，輪蟲7種、枝角類2種和橈足類3種；2019年優勢種中，橈足類4種、輪蟲3種和原生動物1種。除無節幼體()外，優勢度指數較高(Y≥0.1)的種類有長肢秀體溞()、長額象鼻溞()、曲腿龜甲輪蟲()、裂足臂尾輪蟲(2017,2019年)。

表1 2017-2019年瀾滄江小灣庫區浮游動物優勢度指數及優勢種

2.1.3 浮游動物群落結構特征指數變化

如圖4所示，2017-2019年Shannon-Wiener多樣性指數的變化范圍分別為0.063～0.247、0.049～0.282、0.075～0.270，干流多樣性指數均值分別為0.187、0.199、0.206，支流分別為0.156、0.140、0.141；Pielou均勻度指數變化范圍分別為0.036～0.107、0.013～0.081、0.022～0.079，干流均勻度指數均值分別為0.081、0.057、0.06，支流為0.680、0.040、0.041，以上均處于重污染狀態；Margalef豐富度指數的變化范圍為1.603～2.646、1.022～4.340、0.596～2.680，干流豐富度均值分別為2.093、2.728、1.633，支流為1.936、2.638、1.607，2017年整體處于中污染狀態，2018年干流L1、L5、L7處于輕污染狀態，2019年干流L5處于重污染狀態，其余各采樣點均處于中污染狀態，且干流污染程度均小于支流黑惠江。

圖4 2017-2019年瀾滄江小灣庫區各采樣點浮游動物群落結構特征指數

2.2 小灣庫區水環境因子及水質綜合評價

水質理化因子時空變化結果如表2所示，WT范圍為21.45～33.80 ℃，干流瀾滄江水溫略低于支流黑惠江；pH值范圍為6.84～9.52，庫區水質整體偏堿性；SD范圍為0.20～1.35 m，采樣點L1、L2透明度最低。TSS范圍為0.50～32.50 mg/L，干流瀾滄江高于支流黑惠江，且各采樣點變化顯著。

表2 2017-2019年瀾滄江小灣庫區水體理化指標

如圖5所示，2017-2019年綜合營養指數()分別為56.61、60.58、61.59，呈整體逐年上升趨勢。從干流瀾滄江9個采樣點來看，2017年有1個采樣點處于中營養狀態，2個采樣點處于中度富營養狀態，其余6個采樣點均處于輕度富營養狀態；2018年有6個采樣點處于中度富營養狀態，其余3個采樣點處于輕度富營養狀態；2019年有5個采樣點處于中度富營養狀態，其余4采樣點處于輕度富營養狀態。從支流黑惠江6個采樣點來看，處于輕度富營養化水平的采樣點數量分布狀況為2017年3個、2018年5個、2019年1個，其余采樣點均處于中度富營養化水平。DW綜合營養指數值呈上升趨勢，呈輕度富營養-中度富營養水平。

圖5 2017-2019年瀾滄江小灣庫區各采樣點綜合營養指數及水質評價

3 討論

3.1 小灣庫區浮游動物群落結構特征

浮游動物作為水域生態環境中的初級消費者，同時受到水生動物和浮游植物的影響，浮游植物的豐度、生物量和種類組成直接影響著浮游動物的種類組成和分布。本次調查共鑒定出浮游動物4門54種，其種類組成以輪蟲占比最高(55.56%)。輪蟲具有生長繁殖速度快等特點，能在很短時間內達到較高的豐度，且能快速適應河流水文條件和理化環境的變化。相關研究表明，浮游動物豐度與生物量隨著水體營養水平的上升而增加，得益于小型浮游動物如輪蟲數量的增加。本次調查中，輪蟲豐度與生物量呈逐年上升趨勢，可能與小灣庫區夏季外源污染嚴重有關，導致水體富營養化程度較高，不利于大型浮游動物生長繁殖，這與張佳敏等的研究結果相似。

浮游動物群落結構的穩定性與優勢種種類數和豐度關系尤為重要，優勢種種類越多，優勢度越小，代表著群落結構越復雜、穩定。本研究中2017-2019年夏季浮游動物優勢種分別為10、12、8種，以裂足臂尾輪蟲、曲腿龜甲輪蟲、針簇多肢輪蟲、長刺異尾輪蟲為主要優勢種群。其中臂尾輪蟲屬、龜甲輪蟲屬、多肢輪蟲屬多出現在富營養化水體中，為典型富營養化水體指示物種，異尾輪蟲屬多出現在貧營養水體中，為典型貧營養水體指示物種。且小灣庫區優勢種種類數偏低，群落結構單一，穩定性差，表明小灣庫區生態結構不穩定，富營養化程度有升高趨勢，相似結果在漢城湖和微山湖中也有體現。

3.2 小灣庫區水環境富營養綜合評價

一般認為浮游動物豐度與水體營養鹽呈正相關，水體污染狀況與浮游動物多樣性指數呈負相關。種類組成與群落結構能及時反映水體污染程度及預測污染發展趨勢，種類數增加、豐度降低和均勻度增加則表明水體污染狀況改善。

本次調查結果顯示，干流瀾滄江浮游動物的豐度與生物量均小于支流黑惠江，表明干流富營養化程度較支流低，這與吳嘉偉等通過浮游植物的富營養化評價結果有較好的一致性。其原因可能與小灣庫區周圍地形地貌及水文環境有關。環境因子及其他水生生物通過食物鏈作用均可以對浮游動物的豐度與生物量變化產生較大影響，支流水流較緩，透明度小于干流，加之周圍居民生活污水的外源營養輸入等導致支流氮磷營養鹽濃度較高，這一定程度上刺激了浮游植物生長繁殖，進而導致支流浮游動物豐度和生物量的增加。這與楊瀟等在鄱陽湖研究結果一致。此外，溫度也是影響浮游動物種類組成、豐度和生物量的關鍵因子之一。

用Shannon-Wiener多樣性指數()和Pielou指數()判斷2017-2019年夏季各采樣點水體均處于重污染狀態，Margalef豐富度指數()表明各采樣點水體處于輕污染-重污染狀態。Pielou指數小于0.5，表明浮游動物種類數少，均勻度較差，但豐富度較高。結果表示瀾滄江小灣庫區干流污染程度均小于支流，其原因可能是支流流速較緩，隨著水體營養水平的升高，導致生物多樣性和均勻度降低。本研究中浮游動物群落結構指數結果與蘭波等的研究結果呈現相同趨勢。

參考地表水環境質量標準，水體中TN、TP、COD等多項指標符合或超過Ⅲ類水標椎，由此推斷小灣庫區水體處于Ⅲ類水狀態，根據綜合營養指數、TP、TN、SD、COD五項結果顯示各采樣點水體處于輕度-中度富營養化狀態，這與魏洪祥等研究結果呈相同趨勢，且2018-2019年部分采樣點接近富營養化狀態，其原因可能是豐水期降雨量大，土壤營養鹽流入庫區，導致水體中營養物質含量增加，生物多樣性減少，使庫區富營養化程度逐年上升。

從以上分析評價結果可知，浮游動物豐度與生物量、群落結構特征指數(、、)及綜合營養指數()對水體富營養化程度評價結果略有差異，其原因可能是由于采樣時間處于夏季豐水期，降雨量較大，水位上升及地表徑流導致的營養鹽水平變化等理化因子導致；2018年小灣庫區拆圍，人工投放濾食性鰱鳙魚類，導致浮游動物群落逐漸小型化。經綜合多參數分析結果表明，小灣庫區整體處于中度富營養化-富營養化水平，且富營養化程度有升高趨勢，其中干流瀾滄江富營養化水平較支流黑惠江低，其中部分點位氮磷營養鹽含量較高，支流浮游植物和浮游動物密度均較高，初級生產力充足，可適當放養草食性、濾食性鰱鳙魚類，以達到控制浮游植物密度，充分利用水域中天然餌料資源，有效利用水體魚產力，達到減緩水體富營養程度的目的。

4 結論

通過浮游動物豐度生物量、群落結構特征指數及綜合營養指數可以反映出小灣庫區富營養化程度。瀾滄江小灣庫區于2017-2019年夏季共鑒定出浮游動物4門54種，其中以輪蟲為主要優勢種群，原生動物次之；支流黑惠江TN、TP含量較干流高，導致小灣庫區以小型浮游動物為主，且浮游動物豐度與生物量呈逐年上升趨勢，支流黑惠江豐度與生物量大于干流。基于浮游動物群落結構特征指數及綜合營養指數對小灣庫區進行水質評價，結果表明小灣庫區水質整體處于中度富營養化-富營養化水平。