淄博市烏河浮游動物多樣性調查

石 愷,曾 丹,陳 琪,商穎欣,王 剛

(1.淄博市水文中心,山東淄博 255000;2.大連海洋大學水產與生命學院,遼寧大連 116023)

烏河發源于山東省淄博市臨淄區辛店街道矮槐樹村的棉花山、打虎山等山丘區,全長60km,淄博境內河段長20.85km,河床寬30m～50m,流域面積160.03km2。烏河流經臨淄區的鳳凰鎮、朱臺鎮、起鳳鎮多個鄉鎮后匯入小清河,烏河主要功能為承擔汛期排澇和部分生活污水處理后的排放,是北方較為典型的城鎮河流[1]。烏河流域屬半濕潤半干旱的大陸性氣候區,全年平均氣溫12.3℃～13.1℃,極端最高氣溫42.1℃(7月份),極端最低氣溫-23.2℃(1月份)。年平均日照時數為1871hrs,年平均霜凍期120d,年平均降水量為550.6mm～750.0mm,全年64.1%的降水量集中在夏季(6月～8月),年平均蒸發量為1000mm～1300mm,年平均風速3.3m/s。烏河流域降水量高度集中7月～8月份,極易形成“春旱、夏澇、晚秋又旱的氣候特征”,全年有73.1%的雨量集中在汛期6月～9月份[2]。近年來,隨著烏河周邊城鎮化速度的加快,人類聚集和工農業發展致使水質富營養化和大氣污染以及地下水水位下降等因素對烏河生態環境造成了重大影響,導致水生生物的生存環境發生了變化,其群落結構出現了不同程度演替,生物多樣性呈下降趨勢。為此,為有效修復河流生態環境,改善民生,還人民群眾一個美麗的烏河,當地政府對烏河實施了綜合治理,并將其列入全區為民辦的十件實事之一。

浮游動物是水生生物重要的組成部分,是水生態系統中重要的初級消費者,對水環境變化敏感,通過食物鏈的“上行-下行效應”響應環境變化和調節生態系統平衡。浮游動物是生態系統進行營養轉化、能量流動和信息傳遞等生態過程中重要的環節,是評價水環境質量變化與水生態系統健康的重要指示生物[3]。因此,了解和掌握浮游動物群落結構特征和多樣性,可以更有利于調整和保護河流水生態系統,以便于更好地為人類提供可持續的高質量生態服務[4]。基于此,2022年9月對烏河浮游動物群落和多樣性進行了調查,以期為淄博地區水生生物資源的保護和水生態健康評價提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 調查時間及調查點位

根據烏河的水文、地勢及地貌特征,于2022年9月對烏河淄博段浮游動物進行了分布特征調查,此次調查共設置5個調查斷面(W1～W5)(圖1)。其中,調查斷面W1、W2位于河流下游,調查斷面W3、W4位于河流中游,調查斷面W5位于河流上游。每個調查斷面采集3個平行樣,共采集水樣15個。

圖1 烏河調查斷面示意

1.2 浮游動物樣品采集與鑒定

根據烏河水流及水深的具體情況,在各調查斷面對浮游動物進行定性和定量采樣。定性樣品用25 #浮游生物網采集,在水面下0.5m處呈“∞”型拖拽。定量樣品使用5L有機玻璃采水器采集,在每個采樣點采集中上層水樣,取1L進行輪蟲和原生動物定量,加入1%體積魯哥氏液固定。用采水器取中上層水樣50L進行枝角類和橈足類的定量,用25#浮游生物網過濾濃縮后加入4%的甲醛溶液現場固定,所有樣品帶回實驗室沉淀24hrs后濃縮并定容到20mL～30mL。在實驗室參照相關文獻[5-7]進行鏡檢、分類與計數。

1.3 數據處理與分析

1.3.1 浮游動物群落多樣性

采用Shannon- Weiner多樣性指數(H′)、Pielou均勻度指數(J)對浮游動物物種進行分析。計算公式:

H′=-∑Pilog2PiJ=H′/log2S

式中,Pi為第i種的個體數與總個體數的比值;S為樣品中總種類數。

1.3.2 浮游動物群落優勢種和常見種

優勢種的確定采用優勢度(Y),計算公式:

Y=(Ni/N)fi

式中:Ni為第i種生物的個體數,N為所有種類的總個體數,fi為某種浮游生物出現的頻率。Y≥0.02的物種確定為優勢種,f≥65%的物種確定為常見種。

1.3.3 生物多樣性指數水質評價標準

生物多樣性指數水質評價標準如表1,可分為5個等級[8]。

表1 生物多樣性指數水質評價標準

2 調查結果

2.1 浮游動物群落組成

烏河共鑒定出浮游動物4類50種。其中輪蟲有32種,占總種類64.00%;原生動有7種,占總種類數14.00%;橈足類有7種,占總種類數14.00%;枝角類有4種,占總種類數8.00%(圖2)。浮游動物種類組成在不同調查斷面上存在差異,其中種類數最多的調查斷面是W1,有33種;調查斷面W5種類數最少,有11種(圖3)。

圖2 浮游動物種類組成

圖3 浮游動物種類空間變化

浮游動物群落組成中共出現優勢種4種,其中輪蟲有3種:萼花臂尾輪蟲(Brachionuscalyciflorus)、角突臂尾輪蟲(Brachionusangularis)和曲腿龜甲輪蟲(Keratellavalga);橈足類1種:無節幼體(Nauplius)。優勢度最高的是曲腿龜甲輪蟲(優勢度0.226)。常見種有7種,除了4種優勢種外,還包括球形砂殼蟲(Difflugiaglobulosa)、長圓疣毛輪蟲(Synchaetaoblonga)和橈足幼體(Copepodite),三種的出現頻率均為80%(表2)。

表2 浮游動物優勢種及常見種

2.2浮游動物密度和生物量

浮游動物密度范圍為32.5ind./L～1558.0ind./L,平均密度為492.4ind./L,密度主要取決于輪蟲,輪蟲密度占浮游動物總密度的79.47%,其次是橈足類,密度占比為18.03%,原生動物密度占比為2.17%,枝角類密度相對較小,占比為0.32%(圖4)。浮游動物密度在調查斷面存在差異,調查斷面W1密度最高,調查斷面W4密度最低(圖5)。

圖4 浮游動物密度空間占比

圖5 浮游動物密度空間變化

浮游動物生物量變化范圍為0.053mg/L～5.361mg/L,平均生物量為1.309mg/L,輪蟲生物量占總生物量的63.45%,橈足類占比為32.70%,枝角類生物量占比為3.82%,原生動物生物量相對較小,占比為0.02%(圖6)。浮游動物生物量在調查斷面存在差異,調查斷面W1生物量最大,調查斷面W4生物量最小(圖7)。

圖6 浮游動物生物量空間占比

圖7 浮游動物生物量空間變化

2.3 浮游動物多樣性

烏河浮游動物Shannon-Wiener多樣性指數(H′)變化區間為1.711～3.236,平均值為2.590,最高值出現在調查斷面W1,最小值出現在調查斷面W5(圖8)。Pielou均勻度指數(J)變化區間為0.444～0.784,平均值為0.617。最高值出現在調查斷面W4,最小值出現在調查斷面W2(圖8)。參照生物多樣性指數水質評價標準,依據浮游動物Shannon-Wiener多樣性指數和Pielou均勻度指數,烏河秋季(9月份)水質整體受到輕度污染。

3 分析與討論

浮游動物在水域生態系統中有著十分重要的地位,其對水質變化比較敏感,其數量、種類易受水體生態環境影響,不僅可作為指示性生物進行水體污染監測,而且對污染物有指示、富集及轉化作用,因此,在水域生態系統中浮游動物對水環境凈化和水生態毒性分解具有重要作用[9]。該調查共鑒定浮游動物50種,以輪蟲和橈足類占主導,優勢種主要為角突臂尾輪蟲、萼花臂尾輪蟲、曲腿龜甲輪蟲,其種類組成具有典型的北方河流浮游動物群落結構特征[10]。浮游動物種類數相比大于同一區域的小清河濟南段的浮游動物種類數[11],與山東省濟南市其它湖庫和濕地浮游動物種類調查結果[12]相比存在差異,種類組成的差異主要在于不同水體在特定時期可能會演替出不同的生物群落結構。從研究結果可以看出,烏河浮游動物個體小型化比較明顯,浮游動物主要以小型輪蟲為主,分析原因可能與烏河水域生態環境中的營養鹽結構的變化有關。在全球氣候變暖的背景下,水溫的提升和氮磷比例的變化給浮游生物的生長繁殖提供了適宜的條件,小型浮游生物的生長周期短,繁殖速度快,對水體中生態位的占領具有絕對優勢,因此,其大量繁殖抑制大型浮游生物的生長繁殖,最終導致浮游生物的種類朝著小型化發展[13]。

種群多樣性是衡量生物群落是否穩定的方式之一。一般可通過多種指數來表示,Margalef豐富度指數比較依賴物種數,能充分反映物種種類的分布情況,Shannon-Wieaver多樣性指數一般用于判斷群落結構的復雜程度,Pielou均勻度指數則判斷各物種個體數量分配的均勻程度[14]。該調查結果顯示,烏河浮游生物多樣性指數變化范圍在1.711～3.236,平均值為2.590,整體處于相對較高水平,根據浮游動物水質評價標準[8]顯示該流域水質處于輕污染狀態,與徒駭河流域[15]水體狀況相比水環境質量相對較低,而與徒駭河濟南段[16]的水體相比質量基本一致,2005年宋尚波[17]通過采用理化指標評價烏河水環境質量為Ⅴ類,該次調查結果與其相比水質量得到了大幅提高。從烏河水域水環境質量狀態時間序列來看,烏河目前的水質相比2010年之前均有提高,這表明加強烏河水文連通、增加烏河水量、減少生活污水排放在一定程度上可有效改善烏河流域的污染狀況。

2010年烏河進行河道綜合治理,治理河道全長30km,通過清淤除污、更換河水、堤岸綠化美化、修葺橋梁棧道等措施,恢復了昔日風景秀麗的面貌。工程治理完成后,烏河水質得到了極大改善,兩岸環境大幅提升,實現了“人在花中走,魚在水中游”的目標,區域人民生活質量普遍提高。目前,烏河已成為淄博重要的城郊濕地休閑地,也是淄博市重要的水生態治理展示基地、科普宣教基地。因此,研究河流水生生物群落結構及其多樣性可為淄博市水生態保護和區域高質量發展提供支撐。