清潩河(許昌段)浮游生物群落結構及其與環境因子關系

安婉玉,郝子垚,黎亞輝,于魯冀,

(1.鄭州大學 生態與環境學院,鄭州 450001;2.鄭州大學 環境政策規劃評價研究中心,鄭州 450000;3.河南中孚實業股份有限公司,鄭州 451252)

浮游植物和浮游動物是水生態食物網的重要組成部分,構成了水生態系統物質循環的基礎,對維持食物網豐富性及穩定性具有重要作用［1-2］.浮游生物個體微小、生命力強、繁殖速度快,對環境因子的變化十分敏感,具有較好的指示作用,能夠間接反映河流生態系統的生態演替及其他生態過程.目前,對于河流浮游生物的研究主要涉及浮游生物多樣性及群落特征［3］、水環境監測［4］、水質評價［1］及新技術的開發利用［2］等.研究浮游生物群落對環境變化的響應過程,對受損河流的生態健康狀況評估與管理具有重要意義.

清潩河屬于淮河流域沙潁河水系,是許昌市防洪、排澇、納污的重要河流,污染負荷比高達90%以上,是典型的強人工干擾河流［5］.且河道內閘門眾多、結構復雜,河流碎片化嚴重,縱向連通性較差,兼具流量短缺和環境污染等問題.經過一系列水環境綜合整治及河流生態修復工作,清潩河水質已得到明顯改善,但水生生物結構尚未完全恢復,通過對清潩河(許昌段)水質及浮游生物狀況進行調查,分別采用綜合水質標識指數和多樣性指數對清潩河(許昌段)進行水質評價,以期為清潩河流域水生生物多樣性的恢復及水生態系統的健康發展提供依據.

1 材料與方法

1.1 研究區域概況與樣點設置

清潩河位于東經113°35′～114°05′、北緯33°51′～34°11′,是淮河流域沙潁河水系最大的支流,發源于新鄭西溝草原,于長葛官廳鄉進入許昌,并于鄢陵縣陶城閘匯入潁河.清潩河(許昌段)為資源性缺水河段,年均氣溫14.3 ℃,年均降水量727.5 mm,豐水期(每年6-9月)降水量占年均降水量的70%.全長79 km,流域面積1 584 km2,主要支流有灞陵河、小泥河、小洪河和石梁河等,由于缺乏自然徑流的匯入,支流多為季節性河流.2021年7月,基于河流等級,從上游到下游共選取3個調查河段(13個點位)進行采樣,詳見附圖Ⅰ.

分別為:清潩河干流河段(Q1～Q6);一級支流小泥河河段(X1～X5);二級支流灞陵河河段(B1和B2),灞陵河在X3處匯入小泥河.

1.2 環境因子測定、浮游生物采集與鑒定

浮游植物、原生動物及輪蟲的定性樣品采用25#浮游生物網采集,現場加入體積分數5%甲醛固定;定量樣品采集后現場加入體積分數1%魯哥試劑固定.枝角類和橈足類定性樣品用13#浮游生物網采集,固定方法同上;定量樣品加入體積分數5%甲醛試劑,樣品帶回實驗室4 ℃保存,浮游植物使用光學顯微鏡鑒定與計數,鑒定主要參考文獻［7-9］.

1.3 綜合水質標識指數和多樣性指數計算

1.4 典范對應分析

采用Cannoco 5.0軟件進行典范對應分析,將浮游生物優勢種密度數據及環境數據進行lg (x+1)轉化(pH除外)［13］,并進行去趨勢對應分析(Detrended Correspondence Analysis,DCA),同時使用蒙特卡羅檢驗排除貢獻較小的環境因子.經DCA分析,干流浮游動物選擇CCA分析,干流浮游植物、支流浮游植物及支流浮游動物選擇RDA分析.采用Excel 2019、SPSS 25、Origin 2018及Cannoco 5.0軟件進行數據分析及作圖.

2 結 果

2.1 環境因子

2.2 浮游生物群落結構

2.2.1種類及密度

本次調查共檢出浮游植物8門19目40科95屬204種,其中綠藻門、硅藻門、藍藻門和裸藻門分別為83、67、35、12種,分別占總種數的40.69%、32.84%、17.16%和5.88%;甲藻門和黃藻門各有3種和4種,分別占總種類數的1.47%和0.98%;隱藻門和金藻門僅檢出1種,占總種數的0.49%.浮游植物密度變化范圍在20.61×104～473.70×104L-1,平均密度126.13×104L-1,不同河段浮游植物群落結構差異較大(圖1).其中,干流硅藻優勢明顯,密度貢獻占比高達65.42%;支流綠藻占優勢,且在灞陵河匯入后小泥河綠藻的密度占比明顯增加,浮游植物密度也明顯升高,均值由77.23×104L-1增至268.50×104L-1,但在X5點位,浮游植物密度呈大幅下降,且主要物種由綠藻轉變為硅藻.

本次調查共檢出浮游動物4門12目31科48屬88種,其中,輪蟲和原生動物占優勢,種類占比達43.18%、27.27%,而枝角類和橈足類種類數相當,分別占15.91%、13.64%.浮游動物密度變化范圍在5～191 L-1,平均密度60 L-1,不同河段浮游動物群落密度及物種組成具有一定的差異性(圖2).干流以原生動物、橈足類為主,分別占45.21%和32.25%;灞陵河則以橈足類及枝角類為主;小泥河以輪蟲為主,但在灞陵河匯入后,枝角類占比有所增加,同時物種數量呈驟增又驟減的趨勢.

2.2.2優勢種

根據浮游植物優勢度計算結果,共篩選出優勢種2門12種(附表Ⅱ),干流6種,支流9種.干流優勢種以硅藻為主,尖針桿藻為絕對優勢種;支流優勢種以綠藻為主,四尾柵藻為絕對優勢種;四尾柵藻、簡單舟形藻及漢斯冠盤藻在干流及支流均為優勢種,說明三者在清潩河(許昌段)占據優勢種.整體來看,干流及支流浮游植物優勢種差異性較大.根據浮游動物優勢度計算結果,共篩選出優勢種4門8種(附表Ⅲ),干流4種,支流6種.干流優勢種以橈足類為主,瘤棘砂殼蟲、近鄰劍水蚤為絕對優勢種;支流優勢種以輪蟲為主,壺狀臂尾輪蟲和微型裸腹溞為絕對優勢種;透明劍水蚤和近鄰劍水蚤為干流及支流的優勢種,兩者在清潩河(許昌段)占據優勢種.

2.2.3多樣性指數

分別對清潩河13個采樣點浮游植物及浮游動物的Margalef豐富度指數(D)、Shannon-Wiener多樣性指數(H′)、Pielou均勻度指數(J)進行計算,詳見圖3.各點位浮游生物多樣性指數波動較大,但H′和J表現出一致的空間變化趨勢.對比浮游生物密度分布情況(圖1和2),發現多樣性指數與浮游生物密度呈鑲嵌分布,即在密度的高值區,浮游生物多為高密度的單一種群組成.除此之外,浮游植物與浮游動物多樣性指數波動范圍也有所不同,但其表征的水體健康狀況結果一致.兩者H′值分別介于2.31～3.72、0.96～2.75,均值分別為3.04、2.05;J值分別介于0.59～0.89、0.35～0.97,均值均為0.75;D值分別介于2.99～5.81、1.41～6.19,均值分別為4.04、4.47,結合相關評價標準(附表Ⅳ),可見清潩河(許昌段)整體水質類型為清潔-寡污型,部分點位為β-中污染型.

2.3 浮游生物群落結構與環境因子關系

2.3.1浮游植物與環境因子相關性分析

2.3.2浮游動物與環境因子相關性分析

在典范對應分析排序中,經過篩選,干流共確定2個環境因子,前兩軸物種-環境相關系數分別為0.996 3、0.827 9,累計解釋了100%的浮游動物優勢種變化信息;支流共確定4個環境因子,前兩軸物種-環境相關系數分別為0.999 8、0.999 4,累計解釋了99.50%的浮游動物優勢種變化信息,表明排序結果可信.蒙特卡羅檢驗結果顯示(圖5),甲藻(P=0.006)是影響干流浮游動物優勢種密度變化的極顯著影響因子.在干流,簡弧象鼻溞、瘤棘砂殼蟲同甲藻生物量呈顯著正相關,透明溫劍水蚤、近鄰劍水蚤同TSS呈正相關關系;在支流,萼花臂尾輪蟲、壺狀臂尾輪蟲同金藻生物量正相關,其余優勢種則同隱藻呈不同程度正相關關系.

3 討 論

3.1 浮游生物群落結構

本次調查共鑒定出浮游植物8門95屬204種,平均密度1.26×106L-1,群落結構為綠藻-硅藻-藍藻型;優勢種2門12種,以綠藻和硅藻為主;浮游動物4門48屬88種,平均密度60 L-1,群落結構以輪蟲、原生動物為主;優勢種4門8種,以輪蟲、橈足類為主.課題組于2013-2015年研究數據顯示,清潩河共檢出浮游植物8門111種,群落結構為綠藻-硅藻-藍藻型,優勢種以綠藻、硅藻為主;浮游動物42種,群落結構以輪蟲為主,優勢種以輪蟲為主［14］.對比研究發現清潩河(許昌段)浮游植物群落結構保持不變,浮游動物群落則由以輪蟲為主變為以輪蟲、原生動物為主,浮游生物鑒出物種數有大幅提升,表明清潩河經過水環境綜合整治,水質得到了明顯改善;浮游生物鑒出物種數量得到大幅提升,這可能與研究區域范圍相關,本次調研區域較前期范圍廣、調查點位更多;浮游植物優勢種未發生明顯改變,而浮游動物優勢種則出現了寡污物種瘤棘砂殼蟲［15］,表明清潩河水質的改善.

3.2 浮游生物群落結構特征與環境因子關系

4 結 論

(1)清潩河(許昌段)共檢出浮游植物8門95屬204種,群落結構為綠藻-硅藻-藍藻型,優勢種以綠藻和硅藻為主;檢出浮游動物4門48屬88種,群落結構以輪蟲、原生動物為主,優勢種以輪蟲為主;浮游生物優勢種多為富營養指示種,說明研究區內水體仍有富營養化風險.

(2)水質標識指數評價結果表明研究河段水質良好,部分點位為輕度污染;生物多樣性指數顯示研究河段為清潔-寡污型,部分點位為β-中污染型,兩者結果具有較好的一致性.

附 錄

附圖Ⅰ、附表Ⅰ～Ⅳ見電子版(DOI:10.16366/j.cnki.1000-2367.2023.05.017).