濟南市雪野湖浮游生物群落結構特征及多樣性分析

徐珊 于莉 徐秋云 陳聰 白海鋒

摘要為了解濟南市湖庫水生生物資源狀況，有效保護城市水生態環境，于2021年秋季對雪野湖開展了浮游生物調查。結果顯示，共采集到浮游植物6門40種，其中綠藻門種類數最多，占浮游植物總種類數的35.00%，浮游植物密度和生物量平均值分別為10.06×106 cell/L、12.88 mg/L，優勢種有5種。采集到浮游動物4類13種，其中輪蟲種類數最多，占浮游動物總種類數的38.46%，浮游動物密度和生物量平均值分別為1.93 個/L、0.013 mg/L，優勢種有5種。浮游植物和浮游動物Shannon-Wiener多樣性指數平均值分別為1.554、1.556，Pielou均勻度指數平均值分別為0.467、0.966，Margalef豐富度指數平均值分別為1.059、2.873。生物多樣性指數水質評價表明，湖區水質整體處于中污染狀態，污染程度存在區域差異。

關鍵詞浮游生物；群落結構；生物多樣性；水質評價；雪野湖

中圖分類號X 17文獻標識碼A

文章編號0517-6611（2023）24-0056-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.24.013

Analysis of Plankton Community Structure and Its Diversity in Xueye Lake of Jinan City

XU Shan，YU Li，XU Qiuyun et al

（Jinan Hydrology Office，Jinan，Shandong 250013）

AbstractIn order to understand the status of aquatic resources in the lake and reservoir，and effectively protect the urban water ecological environment，the plankton in Xueye Lake was investigated in the autumn of 2021.The results showed that there were a total of 40 species of phytoplankton belonging to 6 phyla，among which chlorophyta accounted for 35.00% of the total phytoplankton species，and the average density and average biomass of phytoplankton were 10.06×106 cells/L and 12.88 mg/L，respectively.There were 5 dominant species in phytoplankton.A total of 13 zooplankton species belonging to 4 groups were identified，in which the number of rotifera species was the most，accounting for 38.46% of the total zooplankton species，and the average density and average biomass of zooplankton were 1.93 ind./L and 0.013 mg/L，respectively.There were 5 dominant species in zooplankton.The average ShannonWiener diversity index of phytoplankton and zooplankton were 1.554 and 1.556，the average Pielou evenness index of phytoplankton and zooplankton were 0.467 and 0.966，the average Margalef richness index of phytoplankton and zooplankton were 1.059 and 2.873，respectively.The water quality evaluation of the diversity index showed that the water quality of the Xueye Lake was in the state of medium pollution，and the pollution degree was different in every research area.

Key wordsPlankton;Community structure;Biodiversity;Water quality assessment;Xueye Lake

浮游生物是湖泊、水庫等水域的主要生產者和消費者，是水生態系統中重要的組成部分［1］。浮游生物的種類組成和數量分布在理化參數的影響下呈現出廣泛的時空變化［2］，這種變化通常被認為是由環境參數例如溫度、水流、光照、溶解氧、營養鹽等的上行效應和濾食性魚類、濾食性底棲動物等的下行效應控制，這些因子發生變化將在一定程度上影響浮游生物群落結構，改變其多樣性。浮游生物不僅是影響湖庫水體透明度的主要因素，也是湖庫水生態修復的關鍵因素。浮游生物具有采集方便、對環境變化敏感等特點，對維持健康的水生生態系統至關重要，因此常被作為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］。

濟南市雪野湖為山區丘陵型湖庫，是一座集防洪、工農業供水、水產養殖、旅游科普等多功能于一體的大型水利工程。雪野湖湖面開闊，岸線曲折，四周群山環抱，周邊有諸多河流水系，其中通天河和嬴汶河為大汶河的上游支流，是雪野湖的主要匯水河流，受區域降水量和上游來水量的影響，湖區水位全年變化幅度較大［4］。近年來，隨著雪野湖周邊城市化速度的加快，人類劇烈的社會活動、過度的養殖捕撈、嚴重的水質污染和大氣污染等對湖區生態環境造成了重大影響，導致浮游生物的生存環境發生了變化，群落結構出現了演替［5］。該研究于2021年9—10月對雪野湖浮游生物進行調查分析，探索浮游生物群落組成、優勢種變化、密度空間分布及其多樣性，以期為濟南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調查區概況與采樣點設置

雪野湖（36°24′～36°27′N，117°30′～117°38′E）位于山東省濟南市萊蕪區北部，處于大汶河上游，距離濟南市中心46 km，其流域面積444.0 km2，水域面積12.5 km2，蓄水量2.21×108m3，平均水位為 232.8 m［6］。雪野湖氣候屬暖溫帶大陸性季風氣候，四季分明，溫差較大，年平均氣溫11.0～13.0 ℃，年極端最高氣溫為39.2 ℃（7月），極端最低氣溫為-21.8 ℃（1月），年降水量為760.9 mm，年平均最大風速為13.5 m/s。根據雪野湖的水文、地勢及地貌特征，于2021年9—10月對湖區浮游生物資源進行了分布特征調查，此次調查共設置6個調查區域（X1～X6）（圖1）。其中，X1 和X3位于湖上游的湖叉區，X2位于湖上游的通天河入湖區，X4和X5分別位于湖中游和下游的敞水區，X6 位于湖下游的碼頭區（嬴汶河的入湖處）。每個區域設置3個平行采樣點，共設置采樣點12個。

1.2浮游生物采集與鑒定

根據雪野湖水流及水深的具體情況，參照《內陸水域漁業自然資源調查手冊》在各調查點對浮游植物和浮游動物進行定性和定量采樣。浮游植物定性用25#浮游生物網采集，在水面下0.5 m處呈“∞”型拖拽；定量樣品用5 L有機玻璃采水器在水面下0.5 m處采集水樣1 L，定性、定量樣品現場加入1.5%（V/V）魯哥試劑固定，將收集的樣品帶回實驗室靜置沉淀24 h后濃縮至30 mL待檢。浮游植物的細胞計數在400倍生物顯微鏡下進行，種類鑒定參照相關文獻［7］進行。

浮游動物采集使用5 L有機玻璃采水器，在每個采樣點采集中上層水樣并均勻混合，從混合水樣中取1 L對輪蟲和原生動物進行定量采集，加入1%（V/V）魯哥試劑固定，帶回實驗室沉淀24 h后濃縮并定容到30 mL。枝角類與橈足類定量樣品用采水器取均勻混合水樣50 L，用25#浮游生物網過濾濃縮，用4%甲醛溶液現場固定后帶回實驗室鏡檢、分類與計數，種類鑒定參照相關文獻［8-9］進行。

1.3數據處理與分析

1.3.1浮游生物群落多樣性。采用Shannon-Wiener多樣性指數（H′）、Pielou均勻度指數（J）和Margalef 豐富度指數（D）對浮游生物物種進行分析［10］。計算公式如下：

H′=-（Pilog2Pi）（1）

Pi=ni/N（2）

J=H′/H′max（3）

H′max=log2S （4）

D=（S-1）/log2N（5）

式中：Pi為第i種的個體數與總個體數的比值；ni為第i種個體數；N為所有種個體數；S為樣品中總種類數。

浮游生物多樣性指數水質評價標準如表1所示，可分為5個等級［11］。

1.3.2浮游生物群落優勢種與常見種。優勢種的確定采用優勢度（Y），計算公式如下：

Y=（Ni/N）fi（6）

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［12］。

2結果與分析

2.1浮游生物種類組成

雪野湖共鑒定出浮游植物6門40種，綠藻門最為豐富，有14種，占總種類數的35.00%，其次是硅藻門12種，占比為30.00%，藍藻門7種，占比為17.50%，隱藻門3種，占比為7.50%，裸藻門2種，占比為5.00%，甲藻門2種，占比為5.00%（表2和圖2a）。各調查區的浮游植物門類組成和物種數存在差異，其中種類數最多的是調查區X5（25種），最少的是調查區X2（8種），平均每個調查區有10種。

浮游動物共鑒定出4類13種，其中輪蟲有5種，占總種類數的38.46%，原生動物有5種，占比為38.46%，枝角類有1種，占比為7.69%，橈足類有2種，占比為15.39%（表2和圖2b）。浮游動物種類組成在不同調查點位上存在差異，其中種類數最多的調查區是X1（6種），最少的調查區是X4（2種）、X5（2種）、X6（2種），平均每個調查區有3.5種。

2.2浮游生物密度與生物量

雪野湖浮游植物密度和生物量空間變化及組成占比如圖3所示。浮游植物密度為61.41×104～2 473.57×104 cell/L，

平均值為1 005.80×104 cell/L，其中藍藻門密度占比最高，占浮游植物總密度的92.06%，其次是綠藻門，占比為5.07%，硅藻門占比第三，隱藻門占比第四，占比分別為1.52%、1.19%，裸藻門和甲藻門占比較小，合計占比為0.16%。調查區X6的浮游植物密度相對最大（2 473.57×104 cell/L），其中藍藻門密度占比最高，占X6浮游植物總密度的90.62%;調查區X3的浮游植物密度相對最?。?1.41×104 cell/L），藍藻門密度占比最高，占X3浮游植物總密度的50.11%。

浮游植物生物量為2.09～56.98 mg/L，平均值為12.88 mg/L，其中藍藻門占比最大，為77.46%，其次是硅藻門，占比為11.93%，綠藻門占比第三，隱藻門占比第四，占比分別為 5.66%、3.33%，裸藻門和甲藻門占比較小，合計占比為1.62%。調查區X2的浮游植物生物量相對最大（56.98 mg/L），其中藍藻門生物量占比最高，占X2浮游植物總生物量的97.77%；調查區X3的浮游植物生物量相對最?。?.09 mg/L），其中硅藻門生物量占比最高，占X3浮游植物總生物量的93.77%。

雪野湖浮游動物密度和生物量空間變化及組成占比如圖4所示。浮游動物密度為0.80～4.00個/L，平均值為1.93個/L，其中輪蟲密度占比最高，占浮游動物總密度的34.48%，其次是原生動物，占比為31.04%，橈足類占比第三，為20.69%，枝角類占比最小，為13.79%。調查區X1的浮游動物密度相對最大（4.00個/L），其中輪蟲密度占比最高，占X1浮游動物總密度的50.00%；調查區X4、X5的浮游動物密度相對最小（均為0.80個/L），其中原生動物和輪蟲密度各占X4總密度的50.00%，原生動物和枝角類密度各占X5總密度的50.00%。

浮游動物生物量0.001～0.047 mg/L，平均值為0.013 mg/L，其中枝角類占比最大，為41.74%，其次是橈足類，占比為31.30%，輪蟲占比第三，為26.87%，原生動物占比最小，為0.09%。調查區X2的浮游動物生物量相對最大（0.047 mg/L），其中枝角類生物量占比最高，占X2浮游動物總生物量的51.06%；調查區X3的浮游動物生物量相對最?。?.001 mg/L），其中原生動物生物量占比最高，占X3浮游動物總生物量的100%。

2.3浮游生物優勢種與常見種

從表3可以看出，雪野湖浮游生物優勢種有10種，其中浮游植物優勢種5種，全部屬于藍藻門，主要包括微小平裂藻（Merismopedia tenuissima）、不定微囊藻（Microcystis incerta）、兩棲顫藻（Oscillatoria amphibia）、小席藻（Phormidium tenus）、類顫藻魚腥藻（Anabaena osicellariordes）；浮游動物優勢種有5種，其中原生動物1種（球形砂殼蟲Difflugia globulosa），輪蟲2種（緣板龜甲輪蟲Keratella? ticinensis、前節晶囊輪蟲Asplachna priodonta），枝角類1種（長額象鼻溞Bosmina longirostirs），橈足類1種（臺灣溫劍水蚤Cyclops strennus）。雪野湖浮游生物常見種有3種，其中浮游植物常見種2種，主要包括嚙蝕隱藻（Cryptomonas erosa）、類顫藻魚腥藻（Anabaena osicellariordes），浮游動物常見種1種，即球形砂殼蟲（Difflugia globulosa）。

2.4浮游生物多樣性與水質評價從圖5可以看出，雪野湖浮游植物Shannon-Wiener多樣性指數（H′）為0.272～3.083，平均值為1.554，最高值出現在X1調查區，最小值出現在X2調查區；浮游動物Shannon-Wiener多樣性指數（H′）為0.917～2.721，平均值為1.556，最高值出現在X1調查區，最小值出現在X6調查區。浮游植物Pielou均勻度指數（J）為0.091～0.928，平均值為0.467，最高值出現在X1調查區，最小值出現在X2調查區；浮游動物Pielou均勻度指數（J）為0.910～1.000，平均值為0.966，最高值出現在X3、X4、X5調查區，最小值出現在X2調查區。浮游植物Margalef 豐富度指數（D）為0.634～1.347，平均值為1.059，最高值出現在X3調查區，最小值出現在X2調查區；浮游動物Margalef 豐富度指數（D）為2.165～7.604，平均值為2.873，最高值出現在X3調查區，最小值出現在X2調查區。參照浮游生物多樣性指數水質評價標準，依據浮游植物和浮游動物多樣性指數、均勻度指數和豐富度指數，雪野湖秋季水質處于中污染狀態，各調查區水質狀況存在差異。

3討論與結論

3.1浮游生物群落結構變化特征

在水生生物種群中，浮游生物個體小、具有較短的生活史，對環境變化響應迅速，生活史過程與湖泊水庫的自然水文密切相關，其種類、密度和多樣性直接影響水域生態系統的結構和功能。隨著湖庫水體富營養化程度提高，浮游生物群落結構區域簡單，種類減少，數量增加，多樣性指數降低，生物群落穩定性下降［13］。此次調查發現雪野湖水體中浮游植物物種組成以綠藻和硅藻占主導，水體呈現出綠-硅藻型，浮游動物的種類數以小型浮游動物（原生動物、輪蟲）為主，這與國內已報道的相關湖泊、水庫、池塘等水體研究結果相似［14-16］。由于浮游植物中的綠藻和硅藻具有快速適應水環境變化等特點，浮游動物中的輪蟲具有孤雌生殖、生長周期短、對環境變化敏感等特點，使其能快速在水體中占據優勢。浮游生物群落結構趨于小型化的特征，很大程度上與湖區周邊城鎮發展及農業開發密切相關。此次調查分析共發現浮游生物優勢種10種，其中浮游植物優勢種主要為藍藻門種類，優勢種較為簡單；浮游動物優勢種相比2019年雪野湖調查結果，增加的種類主要是球形砂殼蟲、緣板龜甲輪蟲、前節晶囊輪蟲、臺灣溫劍水蚤等的種類。浮游植物出現的微囊藻和魚腥藻類均是水體富營養化的標志［17］，浮游動物出現的龜甲輪蟲和晶囊輪蟲類均為β-中污帶的指示物種［5］。浮游生物相比同一區域的大明湖［18］和小清河［19］，優勢種均較為豐富。優勢種間的差異主要與湖泊和河流所處的地理位置及生態環境有關。

該研究各調查區浮游植物密度為61.41×104～2 473.57×104cell/L，浮游動物密度為0.80～4.00個/L，浮游植物的生物量為2.09～56.98 mg/L，浮游動物的生物量為0.001～0.047 mg/L。與2019年雪野湖浮游生物的調查結果［5］相比較，此次調查獲得的浮游生物的密度和生物量相對偏低，但與同一區域的湖庫、河流和濕地［5］相比較，此次雪野湖浮游生物的密度和生物量相對較高。有研究表明，藍藻和輪蟲喜歡富營養環境，水體營養狀態的提升有利于藍藻和輪蟲種類密度的提高，硅藻、綠藻及枝角類喜還原性的中營養或貧營養的清潔水體，其對水環境的變化響應能力更為敏感，而大型藻類及橈足類受環境因子的影響相對較少［20］。該研究結果顯示浮游生物密度主要是由藍藻和輪蟲占比較大，大型藻類及浮游甲殼類密度所占比例相對較低。

3.2浮游生物多樣性及水環境質量初步評價

物種多樣性是衡量生物群落結構的基本特征之一，Shannon-Wiener多樣性指數主要反映生物群落結構的復雜性，是表示生物群落內種類多樣性的程度的量綱數值，通過結合生物種類、數量等參數比較客觀地反映生境對生物產生的綜合累積效應，多樣性指數在一定程度上可以反映水質好壞狀況，數值越大，表明浮游植物群落結構越穩定，水質相對較好，反之則相對較差［21］。Margalef豐富度指數用于對同一地點進行群落種類的多樣性比較，其值表示的水質類型與Shannon-Wiener多樣性指數接近，Pielou均勻度指數是實際多樣性與理論最大多樣性的比值，反映各個物種個體數目在群落中分配的均勻程度［22］。

此次調查發現，雪野湖生物多樣性指數和均勻度指數均相對較高，與2019年的調查結果相比多樣性指數和均勻度指數增加，豐富度指數降低；與同一區域的濕地調查結果相比，濟西濕地多樣性指數比雪野湖高46.45%［23］；與河流調查結果相比，徒駭河多樣性指數比雪野湖高84.97%［24］。多樣性指數的差異與湖區生境密不可分，生境發生變化，生物群落多樣性在空間上會隨之作出響應，以便較快適應新的生境。根據生物多樣性水質評價標準，雪野湖水質狀況為中污染，水環境質量與白云湖（β-中污染）、小清河（α-中污染）和濟西濕地（β-中污染）基本一致［5］；與以往調查結果［5］相比，雪野湖的浮游生物水質評價結果變化不大，水環境質量一直保持在α-中污染至β-中污染，表明湖區的水質在一定時期內受到污染，環境治理和生態保護亟待加強，以改善水環境質量提高水生生物多樣性。

3.3湖區水生態保護措施

雪野湖是濟南重要的水資源與水生態區，其水生態系統的健康直接關系到人類的發展。雪野湖區周邊主要為發展休閑度假旅游區，環湖地區主要分布國際航空園、國際度假區等旅游項目。雪野湖是濟南萊蕪區最大的地表水水源地，據資料分析，雪野湖庫區經過興利庫容，減少棄水，環境容量及儲水量有所提高，在保證現有工農業用水的情況下，每年還可以提供工業或城市供水2.54×107 m3［25］。近年來，由于湖庫調儲運行和自然環境變化以及湖濱灘地資源過度開發等原因，導致湖區自然生態系統逐漸退化。尤其是大壩建成后隨著河水流速的減緩，庫區內水體的自凈能力減弱，加之上游及庫區周邊人類活動產生的垃圾及污染物進入湖區，造成水體污染，水質量降低，生物群落減少，生態系統的平衡遭到破壞?；诖耍鶕焖w保護要求，應在湖區劃定分級保護區，在保護區禁止一切不利于保護生態系統水源涵養功能的經濟社會活動和生產方式，同時在湖區淺水區通過采取種植水生植物等手段，增強水體的生態調節能力。此外，在保護水資源和水環境的同時通過科學增殖放流，合理利用水體，以魚養水，實現更大的生態效益，為區域生態保護和高質量發展提供有力支撐。

參考文獻

［1］白海鋒，宋進喜，龍永清，等.紅堿淖浮游動物群落結構特征及其與環境因子的關系［J］.生態與農村環境學報，2022，38（8）：1064-1075.

［2］ SRICHANDAN S，BALIARSINGH S K，PRAKASH S，et al.Seasonal dynamics of phytoplankton in response to environmental variables in contrasting coastal ecosystems［J］.Environmental science and pollution research，2019，26（12）：12025-12041.

［3］ 劉麟菲，徐宗學，殷旭旺，等.濟南市不同區域水生生物與水環境因子的響應關系［J］.湖泊科學，2019，31（4）：998-1011.

［4］ 洪治中.山東萊蕪雪野湖水庫消落帶生態修復策略研究［J］.華中建筑，2014，32（3）：102-106.

［5］ 相華，殷旭旺，商書芹，等.城市水生態系統健康評價與修復對策研究［M］.北京：中國水利水電出版社，2021.

［6］ 韓國良.雪野湖水資源優化配置研究［D］.濟南：山東建筑大學，2022.

［7］ 胡鴻鈞，李堯英，魏印心，等.中國淡水藻類［M］.上海：上?？茖W技術出版社，1979.

［8］ 韓茂森，束蘊芳.中國淡水生物圖譜［M］.北京：海洋出版社，1995.

［9］ 趙文.水生生物學［M］.北京：中國農業出版社，2005.

［10］ 白海鋒，王怡睿，宋進喜，等.渭河浮游生物群落結構特征及其與環境因子的關系［J］.生態環境學報，2022，31（1）：117-130.

［11］ 鄭丙輝，田自強，張雷，等.太湖西岸湖濱帶水生生物分布特征及水質營養狀況［J］.生態學報，2007，27（10）：4214-4223.

［12］ 劉鋼，孟云飛，吳丹，等.青藏高原可魯克湖浮游動物群落結構特征與水質評價［J］.大連海洋大學學報，2018，33（3）：379-386.

［13］ 劉盼盼，王龍，王培，等.沙潁河流域浮游動物群落結構空間變化特征與水質評價［J］.水生生物學報，2018，42（2）：373-381.

［14］ 姜忠峰，李暢游，張生.呼倫湖浮游動物調查與水體富營養化評價［J］.干旱區資源與環境，2014，28（1）：158-162.

［15］ 楊毓鑫，杜春艷，錢湛，等.洞庭湖區南漢垸水體浮游植物群落結構特征及其影響因素［J］.環境科學研究，2020，33（1）：147-154.

［16］ 白祿軍，張子媛，王利，等.響水水庫浮游生物漁業資源分析［J］.大連海洋大學學報，2020，35（2）：280-287.

［17］ 國家環保局《水生生物監測手冊》編委會.水生生物監測手冊［M］.南京：東南大學出版社，1993.

［18］ 鄭琳琳，唐厚全，王兆軍，等.濟南大明湖景觀水體浮游植物調查及水質評價［J］.山東師范大學學報（自然科學版），2017，32（1）：135-138.

［19］ 相華，朱中竹，商書芹，等.小清河濟南段浮游動物群落結構空間變化特征［J］.河北漁業，2020（1）：38-43.

［20］ 張世羊，周巧紅，成水平，等.復合養殖系統中浮游動物種類豐度及其影響因素［J］.中國環境科學，2009，29（7）：745-750.

［21］ SHANNON C E，WEAVER W.The mathematical theory of communication［M］.Urbana：University of Illinois Press，1963.

［22］ PIELOU E C.Speciesdiversity and patterndiversity in the study of ecological succession［J］.Journal of theoretical biology，1996，10（2）：370-383.

［23］ 于志強，王帥帥.濟南市2016年浮游植物調查及水質評價［J］.治淮，2017（12）：73-74.

［24］ 賈麗，梁晶晶，商書芹，等.徒駭河濟南段浮游植物群落結構及多樣性研究［J］.江西水產科技，2021（1）：8-10.

［25］ 徐景起，楊學鳳，馬華倩.雪野水庫洪水資源利用及供水潛力分析［J］.山東水利，2014（2）：57-58.