赤水河云南段秋冬季浮游動物多樣性分析

石教旭 楊 麗 陳廷琴 陳 悅 田 虹 楊萬嬌

（昭通學(xué)院，云南 昭通 657000）

0 引言

浮游動物是一類體型微小，需要借助顯微鏡才能觀察清楚其外部形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在水中營浮游性生活的水生動物［1-2］。浮游動物在水生態(tài)系統(tǒng)的食物鏈中通常處于第二營養(yǎng)級，是河流生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行物質(zhì)循環(huán)和能量流動的重要環(huán)節(jié)。其既作為魚類和其他水生動物的天然優(yōu)質(zhì)餌料，影響魚類和其他水生生物的種群分布；又以水中浮游植物、細(xì)菌、碎屑等為食，不僅起到調(diào)控浮游植物種類組成和數(shù)量的作用，而且具有凈化水體的功能［3-5］。此外，浮游動物的種類組成和數(shù)量會隨水環(huán)境的變化而變化。因此，浮游動物也可用作水環(huán)境監(jiān)測和評價的指標(biāo)［6-7］。

2005年，長江上游珍稀特有魚類國家級自然保護(hù)區(qū)由國務(wù)院批準(zhǔn)成立。2017年，為深入貫徹落實(shí)《中共中央 國務(wù)院關(guān)于加快推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的意見》，作為長江上游南岸的一級支流，同時是長江上游珍稀特有魚類國家級自然保護(hù)區(qū)重要組成部分的赤水河，于2017年1月1日開始實(shí)施為期10 a的全面禁漁［8-9］。赤水河源于云南省昭通市鎮(zhèn)雄縣赤水源鎮(zhèn)，流經(jīng)滇、黔、川3省，于四川省合江縣匯入長江。其流域至今未修建過水壩，仍然保持著自然流態(tài)，氣候條件適宜，水質(zhì)良好，為長江上游的部分珍稀特有魚類及其他水生生物提供了良好的棲息或產(chǎn)卵條件［10］。但在禁漁前，部分釀酒廠、畜牧養(yǎng)殖場及農(nóng)村污水的排放，使得赤水河污染問題日益嚴(yán)重，生物多樣性受到嚴(yán)重威脅［10］。禁漁后，在各級政府及社會各界的共同努力下，該流域環(huán)境得到了一定的改善，生物多樣性也得到了一定程度的恢復(fù)［11］。筆者通過調(diào)查分析赤水河云南段浮游動物的種類組成、優(yōu)勢種和多樣性，從而對該流域浮游動物群落分布特征和水質(zhì)進(jìn)行討論，以期為該河流生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測、生態(tài)修復(fù)及保護(hù)該河段的珍稀特有魚類提供理論指導(dǎo)和科學(xué)依據(jù)［12］。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 采樣點(diǎn)分布及采樣時間

野外采樣按照《河流水生生物調(diào)查指南》［13］進(jìn)行，共采樣兩次，采樣時間分別為2021年11月（秋季）和2022年1月（冬季）。根據(jù)干支流情況及城鎮(zhèn)分布情況，在鎮(zhèn)雄縣赤水源鎮(zhèn)、果珠鄉(xiāng)、大灣鎮(zhèn)和坡頭鎮(zhèn)境內(nèi)共設(shè)置6個采樣點(diǎn)（見表1）。

表1 赤水河云南段采樣地點(diǎn)坐標(biāo)

1.2 浮游動物采集與處理

赤水河云南段浮游動物樣品采集包含定性樣品采集和定量樣品采集。為減少誤差，在同一個采樣點(diǎn)采樣時遵循定量樣品應(yīng)在定性樣品前采集的原則［3］。

1.2.1 定性樣品的采集與處理。枝角類、橈足類定性樣品用13號浮游生物網(wǎng)采集，原生動物、輪蟲和無節(jié)幼體的定性樣品用25號浮游生物網(wǎng)采集，使網(wǎng)口在水下50 cm處作“∞”字形緩慢拖曳采集。現(xiàn)場將枝角類和橈足類樣品用體積分?jǐn)?shù)為40%的甲醛溶液固定，用量為水樣體積的4%；原生動物和輪蟲樣品用魯哥氏液固定，用量為水樣體積的1.5%。將樣品帶回實(shí)驗(yàn)室后，在光學(xué)顯微鏡下完成物種鑒定，優(yōu)勢種類鑒定到種，其他種類至少鑒定到屬。種類鑒定主要依據(jù)《水生生物學(xué)》［14］《中國淡水生物圖譜》［15］等書籍。

1.2.2 定量樣品的采集與處理。定量樣品用采水器采集，枝角類、橈足類每個樣點(diǎn)采集水樣10.0 L，再用25號浮游生物網(wǎng)過濾濃縮至0.1 L，原生動物、輪蟲和無節(jié)幼體每個采樣點(diǎn)采集水樣1.0 L；采集后的水樣固定方法與定性樣品固定方法相同；樣品帶回實(shí)驗(yàn)室后，運(yùn)用沉淀器、虹吸管等儀器將水樣進(jìn)行沉淀濃縮，然后計(jì)數(shù)。原生動物計(jì)數(shù)用0.1 mL計(jì)數(shù)框，在10×20放大倍數(shù)的顯微鏡下全片計(jì)數(shù)，每瓶樣品計(jì)數(shù)兩片。輪蟲計(jì)數(shù)用1.0 mL計(jì)數(shù)框全片計(jì)數(shù)，每瓶樣品計(jì)數(shù)兩片。枝角類、橈足類、無節(jié)幼體計(jì)數(shù)可用5.0 mL計(jì)數(shù)框?qū)悠贩秩舾纱稳坑?jì)數(shù)，定量樣品采集和分析方法參照《淡水浮游生物調(diào)查技術(shù)規(guī)范》（ SC/T 9402—2010）［16］。

水樣中浮游動物的數(shù)量計(jì)算公式為

式（1）中：N為1 L水樣中浮游動物的數(shù)量，單位為ind/L；v為樣品濃縮后的體積，單位為mL；V為采樣體積，單位為L；C為計(jì)數(shù)框體積，單位為mL；n為計(jì)數(shù)所獲得的個體數(shù)（兩片平均數(shù)），單位為ind。

1.3 數(shù)據(jù)處理分析方法

1.3.1 優(yōu)勢種分析方法。浮游動物優(yōu)勢種的確定要依據(jù)該種的優(yōu)勢度指數(shù)（Y），優(yōu)勢度指數(shù)大于0.02時表示該種為優(yōu)勢種。優(yōu)勢度指數(shù)的計(jì)算公式為［17］

式（2）中：Ni為第i種生物數(shù)量，N為生物個體總數(shù)，fi為第i種生物的出現(xiàn)頻率。

1.3.2 物種多樣性分析方法。物種多樣性指數(shù)是描述群落結(jié)構(gòu)特征的一個指標(biāo)，包括物種多樣性、物種豐富度及物種均勻度。此研究采取α-多樣性的3種多樣性指數(shù)（即Shannon多樣性指數(shù)、Margalef豐富度指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)）對赤水河云南段的浮游動物多樣性進(jìn)行分析。Shannon多樣性指數(shù)可估算群落多樣性的高低，用于描述個體出現(xiàn)的紊亂性和不確定性，不確定性越高，多樣性就越高；Margalef豐富度指數(shù)是以種的數(shù)目和全部種的個體總數(shù)表示物種多樣性，該指數(shù)是指一個群落或環(huán)境中物種數(shù)目的多少，反映了群落物種的豐富度，Margalef豐富度指數(shù)越大說明群落內(nèi)物種越豐富；Pielou均勻度指數(shù)反映出物種個體數(shù)分配的均勻程度，數(shù)值范圍在0～1，數(shù)值越大說明群落內(nèi)物種分布越均勻［10］。

Shannon多樣性指數(shù)計(jì)算公式為

Margalef豐富度指數(shù)計(jì)算公式為

Pielou均勻度指數(shù)計(jì)算公式為

式（3）至式（5）中：S為總物種數(shù)量，Ni為第i種生物數(shù)量，N為生物個體總數(shù)，Pi=Ni/N。

浮游生物多樣性指數(shù)評價標(biāo)準(zhǔn)：Shannon多樣性指數(shù)H′在0～1表示重度污染，在1～2表示α-中度污染，在2～3表示β-中度污染，H′>3表示輕度污染；Margalef豐富度指數(shù)D在0～1表示重度污染，在1～2表示α-中度污染，在2～3表示β-中度污染，D>3表示輕度污染；Pielou均勻度指數(shù)J在0～0.3表示重度污染，在0.3～0.4表示α-中度污染，在0.4～0.5為β-中度污染，J>0.5表示輕度污染［18-19］。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 浮游動物的種類組成

對赤水河云南段秋冬兩季浮游動物研究共發(fā)現(xiàn)4類16種（見表2、表3），16種浮游動物在秋、冬兩季均出現(xiàn)，沒有某種物種的增加或者減少。其中原生動物9種，占總物種數(shù)的56.20%；輪蟲4種，占總種類數(shù)的25.00%；枝角類2種，占總物種數(shù)的12.50%；橈足類1種，占總物種數(shù)的6.30%（見圖1）。秋、冬兩次調(diào)查調(diào)查結(jié)果均顯示，原生動物占比最高，在種類組成上占優(yōu)勢，其次為輪蟲，枝角類和橈足類所占比例較小。

圖1 赤水河云南段4類浮游動物種類組成占比

2.2 浮游動物的分布

由表2、表3可知，秋季時，S4位點(diǎn)物種數(shù)最多，含此次調(diào)查的全部物種16種，其次為S5位點(diǎn)14種，然后依次為S3位點(diǎn)12種，S6位點(diǎn)10種，S2位點(diǎn)7種，S1位點(diǎn)1種；冬季時，亦是S4位點(diǎn)物種數(shù)最多，有14種，然后依次為S5位點(diǎn)13種，S3位點(diǎn)12種，S6位點(diǎn)10種，S2位點(diǎn)5種，S1位點(diǎn)0種。秋、冬兩季6個位點(diǎn)的物種數(shù)排序結(jié)果相同。

表2 赤水河云南段秋季浮游動物種類名錄及分布情況

表3 赤水河云南段冬季浮游動物種類名錄及分布情況

2.3 浮游動物優(yōu)勢種

由表4可知，赤水河云南段秋、冬兩季調(diào)查出的浮游動物優(yōu)勢種共11種。兩季同為優(yōu)勢種的有9種，其中原生動物的優(yōu)勢種有針棘匣殼蟲、砂殼蟲、褐砂殼蟲和彎凸表殼蟲4種，輪蟲優(yōu)勢種有萼花臂尾輪蟲、前節(jié)晶囊輪蟲、螺形龜甲輪蟲和腔輪蟲4種，枝角類優(yōu)勢種有長額象鼻溞1種。原生動物圓殼蟲和片口砂殼蟲只在秋季為優(yōu)勢種。

表4 赤水河云南段浮游動物優(yōu)勢種

2.4 浮游動物多樣性分析

用Excel工作表計(jì)算出赤水河云南段浮游動物秋、冬兩季6個采樣點(diǎn)的Shannon多樣性指數(shù)、Margalef豐富度指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)并作圖（見圖2、圖 3）。

2.4.1 Shannon多樣性指數(shù)分析。由圖2、圖3可知，此次調(diào)查赤水河云南段6個位點(diǎn)的浮游動物除S1位點(diǎn)3種指數(shù)在秋、冬兩季均為0以外，S2～S6位點(diǎn)秋季浮游動物的Shannon多樣性指數(shù)分別為 1.877、2.329、2.553、2.497、2.218，均高于冬季1.472、2.303、2.427、2.391、2.150，表明秋季群落浮游動物多樣性高于冬季。除S1位點(diǎn)外，秋、冬兩季都是S4位點(diǎn)的Shannon多樣性指數(shù)最高，S2位點(diǎn)的Shannon多樣性指數(shù)最低。

圖2 秋季浮游動物多樣性指數(shù)

圖3 冬季浮游動物多樣性指數(shù)

2.4.2 Margalef豐富度指數(shù)分析。由圖 2、圖3可知，除 S1 位點(diǎn)外，秋季S4位點(diǎn)的Margalef豐富度指數(shù)（4.290）最高，S2位點(diǎn)的Margalef豐富度指數(shù)（2.606）最低；冬季S3位點(diǎn)的Margalef豐富度指數(shù)（4.504）最高，S2位點(diǎn)的Margalef豐富度指數(shù)（2.485）最低。

2.4.3 Pielou均勻度指數(shù)分析。由圖 2、圖 3可知，秋、冬兩季的Pielou均勻度指數(shù)（除S1位點(diǎn)）都在0.9～1.0，且秋季S2～S6位點(diǎn)Pielou均勻度指數(shù)分別為 0.970、0.937、0.921、0.946、0.963，均高于冬季0.915、0.927、0.920、0.932、0.934。秋季時S2位點(diǎn)的Pielou均勻度指數(shù)最高，S4位點(diǎn)的最低；冬季時S6位點(diǎn)的Pielou均勻度指數(shù)最高，S2位點(diǎn)的最低。

3 討論

3.1 浮游動物群落分布特征

余海英［20］在2007年對赤水河流域浮游動物的調(diào)查結(jié)果顯示，該流域共有111種浮游動物，其中以原生動物為主（有76種），然后依次是輪蟲28種、橈足類4種、枝角類3種。閔文武等［21］于2018年9月對赤水河流域進(jìn)行浮游動物采樣分析，檢測出浮游動物共52種，其中輪蟲最多（有33種），其次是原生動物11種，然后是橈足類6種，最后是枝角類3種。吳俁學(xué)等［22］于2019年12月對赤水河流域進(jìn)行浮游動物采樣分析，檢測出浮游動物共43種，其中以輪蟲為主（有26種），然后依次為原生動物12種，橈足類3種，枝角類2種。此次調(diào)查赤水河云南段浮游動物共檢測出16種，在種類組成上秋、冬兩季都以原生動物為主（9種），這與余海英2007年調(diào)查結(jié)果相似，其次是輪蟲（4種），然后是枝角類（2種），橈足類（1種）最少。此次調(diào)查的4類浮游動物的物種數(shù)均少于上述研究，這是由于上述研究調(diào)查的范圍都是整個赤水河流域，赤水河流經(jīng)地勢西南高、東北低，氣溫差異大，從上游到下游水溫逐漸升高［21］，中下游的貴州段和四川段適合更多的浮游動物生存，而此次調(diào)查的只是赤水河流域水溫最低的云南段，因此，調(diào)查到的浮游動物種類較少為正常。

3.2 赤水河云南段水質(zhì)評價

在此次調(diào)查分析赤水河云南段浮游動物的多樣性指數(shù)中，S1位點(diǎn)秋、冬兩個季節(jié)的Shannon多樣性指數(shù)、Margalef豐富度指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)都為零，該位點(diǎn)在秋季時僅檢測到針棘匣殼蟲一種浮游動物，其密度為0.5 ind/L，在冬季時沒有檢測到浮游動物。如果根據(jù)浮游動物多樣性指數(shù)評價標(biāo)準(zhǔn)評價S1位點(diǎn)的污染類型，3個指數(shù)的評價結(jié)果都是重度污染，而實(shí)際情況恰巧相反，S1位點(diǎn)處于赤水河源頭，在此次采樣中水質(zhì)最好。此次在S1位點(diǎn)幾乎沒有采集到浮游動物的原因可能有以下3方面。第一，此次采樣時間為2021年11月和2022年1月，采樣時此地已經(jīng)處于低溫時期，低溫不利于浮游動物的新陳代謝和生長繁殖；第二，秋末和冬季，浮游動物會因缺少食物而大量死亡；第三，赤水河是流動性河流，浮游動物沒有運(yùn)動能力或運(yùn)動能力弱，不能自主遷徙，只能隨河流流動［23］。因?yàn)镾1位點(diǎn)實(shí)際水質(zhì)情況與用多樣性指數(shù)評價標(biāo)準(zhǔn)評價的水質(zhì)情況嚴(yán)重不符，所以在前面分析多樣性指數(shù)時及在后面用多樣性指數(shù)評價水污染類型時，不對該點(diǎn)進(jìn)行分析。

根據(jù)浮游生物多樣性指數(shù)評價標(biāo)準(zhǔn)評價赤水河云南段秋、冬兩季各個樣點(diǎn)的污染類型。Shannon多樣性指數(shù)評價結(jié)果顯示，S2位點(diǎn)秋、冬兩季均為α-中度污染，S3、S4、S5、S6這4個位點(diǎn)秋、冬兩季均為β-中度污染。Margalef豐富度指數(shù)評價結(jié)果顯示，秋季時S2、S6兩位點(diǎn)為β-中度污染，S3、S4、S5這3個位點(diǎn)為輕度污染；冬季時，S2位點(diǎn)為α-中度污染，其余4個點(diǎn)均為輕度污染。Pielou均勻度指數(shù)評價結(jié)果顯示，5個位點(diǎn)在秋、冬兩季都是輕度污染。

近年來，在赤水河流域污染治理方面，云、貴、川3省努力踐行“綠水青山就是金山銀山”理念，為保護(hù)赤水河主動放慢工業(yè)發(fā)展步伐，減緩經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度，采取關(guān)閉煤礦、拆除小水電站、修建污水處理廠、退耕還林還竹等措施，集中一切力量對赤水河流域進(jìn)行生態(tài)修復(fù)和治理。雖然生態(tài)修復(fù)和治理取得了顯著的效果，但部分區(qū)域的治理還需要加大執(zhí)法力度和保護(hù)宣傳力度，讓“綠水青山就是金山銀山”理念深入人心。