白海鋒，李麗娟，項(xiàng)珍龍，王博涵，殷旭旺，徐宗學(xué)，沈紅保，問思恩

(1．大連海洋大學(xué)水產(chǎn)與生命學(xué)院，遼寧省水生生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 大連116023;2．陜西省水產(chǎn)研究所，陜西 西安710086;3．北京師范大學(xué)水科學(xué)研究院，北京100875)

涇河發(fā)源于寧夏自治區(qū)涇源縣六盤山，流經(jīng)甘肅省東北部進(jìn)入陜西省，在西安市高陵縣陳家灘匯入渭河，是渭河流域的最大支流。涇河干流全長(zhǎng)為455．1 km，流域面積為4．54萬 km2，占渭河流域面積的1/3。

浮游動(dòng)物是水域生態(tài)系統(tǒng)中重要的生物組成部分，在食物鏈、物質(zhì)轉(zhuǎn)化、能量流動(dòng)、信息傳遞等水域生態(tài)過程中起著至關(guān)重要的作用［1-2］，對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)的容納量及生物資源補(bǔ)充量可產(chǎn)生顯著影響［3］。目前，對(duì)河流水生態(tài)環(huán)境的評(píng)價(jià)多以魚類、底棲動(dòng)物和著生藻類等［4-11］為采樣對(duì)象，而對(duì)浮游動(dòng)物的關(guān)注較少［12］。在水域生態(tài)系統(tǒng)中，浮游動(dòng)物包括的種類較多，世代交替時(shí)間較短，對(duì)環(huán)境變化的響應(yīng)較為敏感，同時(shí)浮游動(dòng)物的采集方便快捷［13-14］，其通常被作為指示河流水環(huán)境質(zhì)量特征的極佳類群。目前，有關(guān)在渭河流域的涇河水系中對(duì)浮游動(dòng)物的調(diào)查研究?jī)H見于涇河上游寧夏段［15］。本研究中，通過調(diào)查整個(gè)涇河水系浮游動(dòng)物的種類組成、現(xiàn)存量和多樣性指數(shù)等，對(duì)涇河浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)特征和水體質(zhì)量進(jìn)行研究和初步評(píng)價(jià)，以期為渭河流域乃至黃河流域水生態(tài)系統(tǒng)的健康評(píng)價(jià)和漁業(yè)管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 采樣時(shí)間及點(diǎn)位設(shè)置

于2012年10月，根據(jù)涇河水系在渭河流域的地形地勢(shì)特點(diǎn)，在涇河共設(shè)置15個(gè)斷面 (J1～J4、J8、J10～J12、J14～J20)并進(jìn)行樣品采集，斷面分別設(shè)置在干流和支流上，其中干流設(shè)置10個(gè)斷面，支流設(shè)置5個(gè)斷面，每個(gè)斷面設(shè)置一個(gè)采樣位點(diǎn) (圖1、表1)。

1.2 方法

圖1 涇河水系采樣點(diǎn)位圖示Fig.1 Location of sampling sites in Jinghe River system

表1 涇河水系采樣點(diǎn)位的經(jīng)緯度和海拔Tab.1 Longitude，latitude and altitude of sampling sites in Jinghe River system

1．2．1 樣品的采集與觀測(cè) 用采水器在設(shè)定的各斷面不同水層采混合水樣100 L，經(jīng)25#浮游生物網(wǎng)過濾，收集過濾樣品于100 mL標(biāo)本瓶中，同時(shí)加入體積分?jǐn)?shù)為4%～5%的甲醛溶液固定保存［16］。固定后的樣品帶回實(shí)驗(yàn)室靜置24 h后虹吸濃縮至30 mL。依據(jù)文獻(xiàn) ［17-23］中的方法，在100～400倍生物顯微鏡 (Olympus-CX21)下進(jìn)行種類鑒定，并記錄種類密度。浮游植物的樣品采集、種類鑒定和密度計(jì)算依據(jù)文獻(xiàn)［17］。

1．2．2 水環(huán)境理化性質(zhì)的測(cè)定 各采樣點(diǎn)的水溫(WT)、電導(dǎo)率 (CON)、鹽度 (SAL)、溶解氧(DO)、pH和飽和度 (SAT)用水質(zhì)分析儀 (YSI ProPlus 85)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定;水深 (WD)、流速 (CV)和流量 (FlO)用流速儀 (FP111)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定;河寬 (CW)用激光測(cè)距儀 (YHJ-200J)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定。在各樣點(diǎn)采集2個(gè)平行水樣 (各2 L)，置于保溫箱中低溫 (4℃)保存，于48 h內(nèi)運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)方法［24］測(cè)定懸浮物 (SS)和總?cè)芙夤腆w(TDS)含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

浮游動(dòng)物密度 (D)［17］、Shannon-Weiner物種多樣性指數(shù) (H)［25］、Pielou物種均勻度指數(shù)(J)［26］計(jì)算公式如下:

其中:D為浮游動(dòng)物密度 (ind．/L);V為水樣體積 (L);Vs為水樣濃縮體積 (mL);Va為計(jì)數(shù)體積(mL);n為計(jì)數(shù)個(gè)體 (ind．);Pi為第 i個(gè)物種的個(gè)體數(shù) (ni)與所有種類個(gè)體數(shù) (N)的比值;Hmax=log2S，S為水樣中總種類數(shù)。

浮游動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種由物種在各采樣斷面出現(xiàn)的頻率和其個(gè)體數(shù)量共同確定，通常以優(yōu)勢(shì)度 (Y)表示，其計(jì)算公式為

其中:Y為優(yōu)勢(shì)度;fi為第i個(gè)物種出現(xiàn)的頻率。通常以 Y≥ 0．02時(shí)確定為優(yōu)勢(shì)種［27］。

浮游動(dòng)物常見種由物種在各斷面出現(xiàn)的頻率(f)確定，通常以f＞65%時(shí)確定為常見種［28］。

用Canoco 4．5軟件進(jìn)行水環(huán)境參數(shù)和浮游動(dòng)物群落典范對(duì)應(yīng)分析 (Canonical correspondence analysis，CCA)。進(jìn)行 CCA分析時(shí)，水環(huán)境參數(shù)(除pH以外)和浮游動(dòng)物相對(duì)密度都進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)數(shù) ［lg(x+1)］轉(zhuǎn)換。采用SPSS 19．0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 浮游動(dòng)物種類組成及現(xiàn)存量

本次調(diào)查中，涇河水系共鑒定出浮游動(dòng)物28屬42種 (表2)，其中原生動(dòng)物2屬3種，占浮游動(dòng)物總物種數(shù)的7．14%;輪蟲23屬36種，占總物種數(shù)的85．72%;橈足類3屬3種，占總物種數(shù)的7．14%，枝角類未鑒定出(圖2)。

涇河水系浮游動(dòng)物密度為 0．9 ～36．0 ind．/L，平均值為8．5 ind．/L，浮游動(dòng)物總密度主要取決于輪蟲的密度，輪蟲密度占總密度的80．03%。浮游動(dòng)物生物量為0．001 1～0．042 5 mg/L，平均值為0．009 7 mg/L，輪蟲生物量占總生物量的83．34%(圖3，表3)，這表明，輪蟲處于涇河水系浮游動(dòng)物生物量的主導(dǎo)地位。

表2 涇河水系浮游動(dòng)物種類組成Tab.2 Species composition of zooplankton in Jinghe River system

圖2 涇河水系浮游動(dòng)物種類組成Fig.2 Species composition of zooplankton in Jinghe River system

2.2 優(yōu)勢(shì)種和常見種

圖3 涇河水系浮游動(dòng)物各類群的密度和生物量百分比Fig.3 Percentage of density and biomass for different zooplankton in Jinghe River system

涇河水系豐水期出現(xiàn)浮游動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種8種，原生動(dòng)物2種，輪蟲5種，無節(jié)幼體1種 (表4)。其中污前翼輪蟲Proales sordida優(yōu)勢(shì)度最高，為0．147，其次為彎趾椎輪蟲Notommata cyrtopus和球形砂殼蟲Difflugia globulosa，優(yōu)勢(shì)度分別為0．095和0．092。常見種有4種，分別為球形砂殼蟲、舞躍無柄輪蟲 Accomorpha saltans、凸背巨頭輪蟲Cephalodella gibba和污前翼輪蟲。優(yōu)勢(shì)種長(zhǎng)圓砂殼蟲Difflugia oblonga、螺形龜甲輪蟲Keratella cochlearis、彎趾椎輪蟲和無節(jié)幼體未能成為常見種。

表3 涇河水系浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)特征值Tab.3 Characteristic value of community structure of zooplankton in Jinghe River system

表4 涇河水系浮游動(dòng)物的優(yōu)勢(shì)種和常見種Tab.4 Dominant and common species of zooplankton in Jinghe River system

2.3 浮游動(dòng)物聚類分析

利用浮游動(dòng)物密度對(duì)涇河水系15個(gè)采樣位點(diǎn)的浮游動(dòng)物進(jìn)行聚類分析，系統(tǒng)聚類方法采用最短距離法。從圖4可見，分析選定標(biāo)尺為18，涇河水系浮游動(dòng)物密度組成可分為4大類群:J1、J2、J10、J11、J12、J14、J15、J18、J20為第1類，J17和J19為第2類，J3、J4、J16為第3類，J8為第4類。

圖4 涇河水系浮游動(dòng)物群落類樹形聚類Fig.4 Clustering dendrogram of zooplankton community in Jinghe River system

2.4 浮游動(dòng)物物種多樣性

從表3可以看出，涇河水系浮游動(dòng)物Shannon-Weiner多樣性指數(shù) (H)變化幅度不大，最大值出現(xiàn)在J15采樣點(diǎn)，指數(shù)值為3．29，最小值出現(xiàn)在 J17采樣點(diǎn)，指數(shù)值為1．53，平均值為2．38，除了J1、J15、J19三個(gè)斷面多樣性指數(shù)大于3以外，其余斷面均小于3。浮游動(dòng)物Pielou均勻度指數(shù) (J)變化幅度較小，平均值為0．75，除了J1、J12外，其余斷面均勻度指數(shù)均大于0．5。根據(jù)浮游生物多樣性指數(shù)水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) (表5)，綜合多樣性指數(shù)結(jié)果可判斷出涇河水系豐水期水環(huán)境質(zhì)量屬于β-中污染，個(gè)別采樣點(diǎn)位水質(zhì)屬于輕度污染。

表5 浮游生物多樣性指數(shù)水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)［29］Tab.5 List of water quality evaluation standards by plankton diversity index

2.5 浮游動(dòng)物群落與環(huán)境因子的CCA分析

依據(jù)涇河水系具體環(huán)境特征，將水環(huán)境因子分成水文環(huán)境因子和水物理環(huán)境因子。分別對(duì)兩大類環(huán)境因子與浮游動(dòng)物群落進(jìn)行典范對(duì)應(yīng)分析，結(jié)果顯示，水文環(huán)境因子的CCA中第一排序軸物種與環(huán)境參數(shù)之間的相關(guān)系數(shù)為0．958，第二排序軸物種與環(huán)境參數(shù)間的相關(guān)系數(shù)為0．943，排序能夠較好地反映出浮游動(dòng)物與水環(huán)境因子之間的相互關(guān)系。第一排序軸物種與海拔之間的相關(guān)系數(shù)最大，為0．596，第二排序軸物種與河寬之間的相關(guān)系數(shù)最大，為0．610(圖5-A)，這表明顯著驅(qū)動(dòng)涇河水系浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的水文環(huán)境因子是海拔和河寬 (P＜0．05)。水物理環(huán)境因子的CCA中第一排序軸物種與環(huán)境參數(shù)之間的相關(guān)系數(shù)為0．972，第一排序軸物種與水溫之間的相關(guān)系數(shù)最大，為-0．852(圖5-B)，這說明顯著驅(qū)動(dòng)涇河水系浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的水物理環(huán)境因子是水溫 (P＜0．01)。因此，海拔、河寬和水溫是顯著影響涇河水系浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的主要環(huán)境因子。

圖5 涇河水系浮游動(dòng)物群落與環(huán)境因子的典范對(duì)應(yīng)分析Fig.5 Canonical correspondence analysis of speciesenvironmental relationships in Jinghe River system

3 討論

3.1 涇河水系浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，涇河水系浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)在種類組成上與同一流域的北洛河水系相同［30］，主要以輪蟲為主，輪蟲有36種，占總種類數(shù)的85．72%。這與國內(nèi)對(duì)許多大型河流調(diào)查結(jié)果中浮游動(dòng)物的種類組成較為一致，具有典型的河流浮游動(dòng)物群落組成特征［31-32］。從現(xiàn)存量來看，輪蟲密度為100．95 ind．/L，占總密度的80．03%，相比生物量，原生動(dòng)物的百分比有較大幅度下降，而橈足類的比例有所上升，這主要是因?yàn)樵鷦?dòng)物體型較小，它們的相對(duì)濕體質(zhì)量較體型比較大的橈足類偏小。本次調(diào)查中，涇河水系相比北洛河水系的浮游動(dòng)物種類數(shù)少了3屬7種，而且在涇河水系沒有鑒定出枝角類，這可能是由于不同水系所處的地理環(huán)境存在差異所致。本調(diào)查結(jié)果與涇河水系寧夏段的調(diào)查結(jié)果［15］存在差異，原因可能是涇河水系的上游相對(duì)中下游海拔比較高，水溫相對(duì)偏低，這種環(huán)境對(duì)處于生態(tài)系統(tǒng)食物鏈最底層的細(xì)菌、浮游植物和浮游動(dòng)物的生長(zhǎng)發(fā)育不利。通過對(duì)浮游動(dòng)物密度進(jìn)行聚類，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，采樣斷面 J1、J11，J10、J14、J18，J17、J19，J3、J16之間具有較高的自然屬性，說明這樣的水環(huán)境具有相似的浮游動(dòng)物類群。

根據(jù)浮游生物多樣性指數(shù)水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)涇河水系的水質(zhì)時(shí)發(fā)現(xiàn)，Shannon-Weiner多樣性指數(shù)顯示水質(zhì)為β-中污染，均勻度指數(shù)顯示水質(zhì)為輕度污染，這與北洛河水系以及渭河整個(gè)流域的水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果相似［30，33］。Pielou均勻度指數(shù) (J)是反映浮游動(dòng)物總個(gè)體數(shù)分配的均勻程度，J值范圍一般為0～1，J值越大表示種間個(gè)體數(shù)分布越均勻，相反，J值越小表示種間個(gè)體數(shù)分布越不均勻。從本次調(diào)查結(jié)果可以看出，除個(gè)別斷面的水質(zhì)處于輕度污染或無污染狀態(tài)外，涇河干流水環(huán)境污染程度比較嚴(yán)重，這與同期涇河水系水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果較一致［34］，需要重點(diǎn)加強(qiáng)水環(huán)境污染治理。

3.2 水環(huán)境因子對(duì)浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的影響

在水域生態(tài)系統(tǒng)中，環(huán)境因子對(duì)不同生物的作用各不相同，同時(shí)環(huán)境因子也不是孤立地對(duì)生物起作用，而是多個(gè)環(huán)境因子共同作用，在影響生物的多種環(huán)境因子中，存在起主導(dǎo)作用的因子［35］。同一河流不同區(qū)域水環(huán)境因子也大不相同，特別對(duì)開放型河流來說，不同的環(huán)境因子影響著不同生物的空間分布。從本研究中CCA結(jié)果可以明顯看出，涇河水系顯著驅(qū)動(dòng)浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的環(huán)境因子是水溫、海拔和河寬。河寬對(duì)浮游動(dòng)物的影響主要在于河道兩側(cè)的河漫灘，涇河水系主河道的河漫灘淹沒區(qū)在調(diào)查期間較多，恰恰所淹沒的河漫灘是浮游動(dòng)物繁殖的最佳場(chǎng)所，數(shù)量豐富的浮游動(dòng)物通過水體的交換對(duì)該河段的浮游動(dòng)物做出了較大的貢獻(xiàn)。在本次調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，J8、J12、J17三個(gè)采樣斷面浮游動(dòng)物的密度相對(duì)都比較大，但J8斷面流速相對(duì)較低 (0．15 m/s)，而 J12斷面河道相對(duì)較寬(47．5 m)，水流比較緩慢，此外，斷面J17附近存在較多靜水的淹沒區(qū)，分析認(rèn)為，這些緩流和靜水生境的存在大大降低了浮游動(dòng)物隨急流快速流出水體的可能。有研究表明，在淡水生態(tài)系統(tǒng)中浮游動(dòng)物的生物量與其所處的水環(huán)境中水滯留時(shí)間呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系［36］，這種關(guān)系的內(nèi)因可由一個(gè)簡(jiǎn)單的稀釋影響［37］解釋。龔迎春等［38］調(diào)查研究了西藏尼洋河流域浮游動(dòng)物的群落結(jié)構(gòu)后認(rèn)為，湍急的河段對(duì)浮游動(dòng)物的生存不適應(yīng)，而在河段兩岸的大部分河漫灘淹沒區(qū)水流較緩，沉水植物和腐殖質(zhì)較為豐富，很適合浮游動(dòng)物的生存和繁殖。這說明浮游動(dòng)物適宜生活于靜水水體中，而且穩(wěn)定的水體小環(huán)境對(duì)浮游動(dòng)物的分布起著更為重要的作用。

涇河水系浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)還主要受水溫和海拔變化的影響。涇河水系的大部分流域地處寧夏自治區(qū)的丘陵區(qū)和陜西省的關(guān)中北部地區(qū)，其中下游海拔高程最大相差達(dá)1416 m，從高海拔地區(qū)流下來的河水溫度比較低，對(duì)浮游動(dòng)物群落在各采樣斷面上的分布有較大影響。有研究表明，水溫對(duì)浮游動(dòng)物的生長(zhǎng)、繁殖、群落組成和數(shù)量變化等影響極為顯著，同時(shí)也是影響浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)空間格局的重要環(huán)境因子［39］，水溫可通過改變浮游動(dòng)物的生理狀態(tài)，影響其攝食、生長(zhǎng)、繁殖和休眠卵的孵化，從而影響浮游動(dòng)物數(shù)量和種類的變化［40-41］。此外，水溫通過直接作用于浮游植物的生長(zhǎng)和分布，上行效應(yīng)到浮游動(dòng)物，影響浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)和時(shí)空分布，這種解釋或許更能從內(nèi)因上說明水溫是影響涇河水系浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的主要環(huán)境因子。

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