劉成士 黃 燕 劉 瑜 劉 忱 邵曉陽(yáng)①

(1. 杭州師范大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院 杭州 310036; 2. 浙江省環(huán)境保護(hù)科學(xué)設(shè)計(jì)研究院 杭州 310007)

輪蟲(chóng)是淡水浮游生物的重要組成部分之一, 是許多魚(yú)類(lèi)的主要餌料, 以真核類(lèi)細(xì)菌和原生動(dòng)物為食, 在水生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能及生物生產(chǎn)力中具有重要意義(Herzig, 1987; Lim et al, 1997)。通常輪蟲(chóng)占浮游動(dòng)物生產(chǎn)量的10%—40%(Herzig, 1987), 輪蟲(chóng)不僅在淡水生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能、能量傳遞以及物質(zhì)轉(zhuǎn)換上具有重要意義(劉建康, 1999), 同時(shí)也是環(huán)境的重要指示生物(Sláde?ek, 1983)。公開(kāi)的研究成果表明,輪蟲(chóng)的群落結(jié)構(gòu)與水體水質(zhì)有密切關(guān)系(謝平等,1996; 溫新利等, 2004), 輪蟲(chóng)對(duì)水環(huán)境變化有較強(qiáng)的敏感性, 輪蟲(chóng)群落結(jié)構(gòu)的生態(tài)特征可作為水質(zhì)評(píng)價(jià)的依據(jù)。國(guó)內(nèi)外有關(guān)輪蟲(chóng)生態(tài)學(xué)的研究已積累了較多的資料(Aare, 1983; Sláde?ek, 1983; 宗志祥等, 1993;Duggan et al, 2001; 李共國(guó)等, 2003; 周淑蟬等, 2006),但針對(duì)青山水庫(kù)輪蟲(chóng)群落結(jié)構(gòu)的研究公開(kāi)報(bào)道的比較少。

杭州市青山水庫(kù)位于杭嘉湖平原與浙西山區(qū)交界處、東苕溪主干南苕溪中下游, 距杭州市40 km, 距臨安市8 km。水庫(kù)集雨面積603 km2, 總庫(kù)容2.13億m3,是以防洪為主, 結(jié)合灌溉、發(fā)電等綜合利用的大Ⅱ型水庫(kù), 是杭州市重要的飲用水備用水源地。近些年,庫(kù)區(qū)人類(lèi)活動(dòng)加劇和區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展, 生活、工業(yè)等點(diǎn)源污染, 農(nóng)業(yè)、水土流失等面源污染, 以及庫(kù)區(qū)周?chē)姆康禺a(chǎn)開(kāi)發(fā)等, 對(duì)水庫(kù)的水質(zhì)影響較大。因此,對(duì)水庫(kù)的水質(zhì)變動(dòng)與水生生物群落演替之間的關(guān)系進(jìn)行長(zhǎng)期跟蹤研究和分析就顯得尤為必要。本文調(diào)查了 2012—2013年青山水庫(kù)春、夏、秋、冬四個(gè)季節(jié)輪蟲(chóng)的密度、生物量、優(yōu)勢(shì)種以及生物多樣性的動(dòng)態(tài)變化, 并探究了青山水庫(kù)輪蟲(chóng)群落結(jié)構(gòu)特征與水質(zhì)的關(guān)系, 從水質(zhì)理化指標(biāo)、綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)、輪蟲(chóng)物種生物多樣性指數(shù)等多個(gè)角度評(píng)價(jià)了青山水庫(kù)水質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)狀況, 旨在為青山水庫(kù)水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)和水質(zhì)保障提供基礎(chǔ)資料。

1 材料與方法

1.1 采樣點(diǎn)設(shè)置

根據(jù)青山水庫(kù)水域形狀(岸線、庫(kù)灣)、主要支流入口、大壩位置、周邊情況(交通、居民、農(nóng)田等)、以及水深等情況設(shè)置9個(gè)采樣點(diǎn)。樣點(diǎn)分布如圖1。

圖1 樣點(diǎn)分布圖Fig.1 Distribution of sampling sites in Qingshan reservoir QSH代表采樣點(diǎn)

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

野外采樣每個(gè)樣點(diǎn)根據(jù)透明度等距離分表層、中層、下層, 定量樣品用5 L采水器在不同水層分別采集水樣, 倒入25號(hào)(Φ=64 μm)浮游生物網(wǎng)過(guò)濾, 收集濾過(guò)液注入60 mL標(biāo)本瓶, 加3 mL福爾馬林溶液搖勻后保存。野外采集、觀察、監(jiān)測(cè)方法依據(jù)《淡水浮游生物研究方法》(郭智明, 1984)和《湖泊生態(tài)調(diào)查觀測(cè)與分析》(馮建社等, 1997)執(zhí)行, 物種鑒定主要依據(jù)《淡水微型生物圖譜》(郭智明, 1984)。

水溫、濁度、pH值、溶解氧、電導(dǎo)率、氨氮、葉綠素含量現(xiàn)場(chǎng)用YSI 6600多功能水質(zhì)檢測(cè)儀直接測(cè)得; 透明度現(xiàn)場(chǎng)用透明度盤(pán)直接測(cè)量; 總磷、總氮及化學(xué)需氧量用采樣瓶取水樣100 mL帶回實(shí)驗(yàn)室測(cè)得(總氮用島津 TOC分析儀測(cè)得, 測(cè)量精度為0.05 mg/L;總磷和化學(xué)需氧量用國(guó)標(biāo)法測(cè)得)。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

根據(jù)中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站制定的《湖泊(水庫(kù))富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法及分級(jí)技術(shù)規(guī)定》, 運(yùn)用綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法對(duì)青山水庫(kù)水質(zhì)狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。計(jì)算公式為:

公式中: TLI(Σ)—綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù);

Wj—第j種參數(shù)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的相關(guān)權(quán)重;

TLI(j)—代表第j種參數(shù)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)。

為避免使用單一多樣性指數(shù)造成的評(píng)價(jià)分析偏差, 同時(shí)運(yùn)用 Simpson多樣性指數(shù)(D)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H)、Margalef豐富度指數(shù)(Dmg)、Pielou均勻度指數(shù)(J)對(duì)輪蟲(chóng)群落特征進(jìn)行分析。計(jì)算公式分別為(Spatharis et al, 2011):

式中: S為生物的種類(lèi)數(shù); N為群落的個(gè)體總數(shù); ni為第i種的個(gè)體數(shù); Pi為第i種占總樣品量的個(gè)體比例。

優(yōu)勢(shì)種是根據(jù)物種的出現(xiàn)頻率及個(gè)體數(shù)量來(lái)確定, 用優(yōu)勢(shì)度來(lái)表示。優(yōu)勢(shì)度計(jì)算公式(Mchaughton,1967):

公式中: ni為第i種的個(gè)體數(shù), N為所有種類(lèi)總個(gè)體數(shù),fi為第i種的出現(xiàn)頻率。Y＞0.02的種類(lèi)定為優(yōu)勢(shì)種。

利用SPSS 19.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析以及利用Sigmaplot 10.0軟件進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 青山水庫(kù)水環(huán)境參數(shù)變化

對(duì)照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局頒布的《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)分析青山水庫(kù)水質(zhì)檢測(cè)指標(biāo)的變化動(dòng)態(tài)(圖 2), 溶解氧年均值達(dá)到了 I—II類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)(5.10 mg/L),總磷屬于I—II類(lèi)(0.074 mg/L), COD(24.21 mg/L)、氨氮(14.27 mg/L)與總氮(3.79 mg/L)均超過(guò) V 類(lèi)標(biāo)準(zhǔn),青山水庫(kù)水質(zhì)受氨氮、總氮、COD的影響較大。根據(jù)上述理化指標(biāo)綜合分析的結(jié)果, 青山水庫(kù)水質(zhì)處于 V類(lèi)標(biāo)準(zhǔn), 只能適用于農(nóng)業(yè)用水及一般景觀要求水域。

2.2 青山水庫(kù)輪蟲(chóng)群落結(jié)構(gòu)分析

2.2.1 種類(lèi)組成、優(yōu)勢(shì)種及污染指示種 經(jīng)分析鑒定, 共發(fā)現(xiàn)輪蟲(chóng)30種, 屬于單巢目9個(gè)科10屬。輪蟲(chóng)污染指示種共 17種, 其中 o-寡污性為 3種, 占17.6%; o-β 中污性為 6 種, 占 35.3%; β-中污性為 5 種,占 29.4%; β-α 中污性為 2 種, 占 11.8%; α-中污性為 1種, 占5.9%。從指示不同污染等級(jí)的輪蟲(chóng)種類(lèi)占總數(shù)的比例看, 各級(jí)中污性種類(lèi)種類(lèi)占大多數(shù)。群落組成中, 常見(jiàn)種有針簇多肢輪蟲(chóng)(Polyarthra trigla)、長(zhǎng)肢多肢輪蟲(chóng)(P. dolichoptera)、前節(jié)晶囊輪蟲(chóng)(Asplanchna priodonala)、卜氏晶囊輪蟲(chóng)(A. brightwelli)裂足臂尾輪蟲(chóng)(Brachionus diversicornis)和壺狀臂尾輪蟲(chóng)(B.urceus)。春季優(yōu)勢(shì)種為長(zhǎng)肢多肢輪蟲(chóng)和針簇多肢輪蟲(chóng);夏季、秋季和冬季優(yōu)勢(shì)種都是針簇多肢輪蟲(chóng)。全年水平上, 青山水庫(kù)優(yōu)勢(shì)物種是針簇多肢輪蟲(chóng), 為β-中污類(lèi)型指示種, 由此可見(jiàn), 青山水庫(kù)水質(zhì)有一定程度的富營(yíng)養(yǎng)化, 處于中度污染狀態(tài)(表1)。

圖2 理化因子的時(shí)間變化規(guī)律Fig.2 Time variation of physical and chemical factors

2.2.2 輪蟲(chóng)現(xiàn)存量分析 青山水庫(kù)輪蟲(chóng)密度的季節(jié)變化: 夏季＞春季＞秋季＞冬季。夏季密度最大, 各采樣點(diǎn)的平均密度為 326 ind./L, 密度的最大峰值出現(xiàn)在8號(hào)采樣點(diǎn), 為1218 ind./L。該采樣點(diǎn)共發(fā)現(xiàn)25種, 其中縱長(zhǎng)異尾輪蟲(chóng)、卜氏晶囊輪蟲(chóng)和褶皺臂尾輪蟲(chóng)均以較高的密度出現(xiàn), 分別為292、292、194 ind./L。密度最小峰值出現(xiàn)在5號(hào)采樣點(diǎn), 為36 ind./L, 該采樣點(diǎn)僅發(fā)現(xiàn)針簇多枝輪蟲(chóng)單一種。其余采樣點(diǎn)輪蟲(chóng)的密度均在200 ind./L左右波動(dòng)。春季的平均密度為242 ind./L, 密度最大值出現(xiàn)在 4號(hào)采樣點(diǎn), 密度為450 ind./L, 最小值出現(xiàn)在2號(hào), 密度為50 ind./L; 秋季和冬季的密度均較低, 平均密度只有 65 ind./L和52 ind./L, 這可能與秋冬兩季水溫降低、日照時(shí)間縮短、濾食性魚(yú)類(lèi)越冬前因營(yíng)養(yǎng)儲(chǔ)備而大量攝食、以及一些種類(lèi)的輪蟲(chóng)繁殖期結(jié)束準(zhǔn)備進(jìn)入或處于休眠狀態(tài)有關(guān)?？赵陂g分布上, 8號(hào)采樣點(diǎn)全年平均密度最大, 年平均密度為360 ind./L, 1號(hào)和2號(hào)采樣點(diǎn)最低,分別是56 ind./L和58 ind./L(圖3)。

輪蟲(chóng)生物量變化趨勢(shì)基本與密度一致, 各季節(jié)平均生物量分別為: 0.0178、0.0294、0.01和0.0063 mg/L。

2.2.3 輪蟲(chóng)群落生物多樣性指數(shù) 輪蟲(chóng)群落結(jié)構(gòu)的季節(jié)變化, Simpon多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)變化趨勢(shì)基本吻合, 從春季至冬季依次遞減, 且變化比較平緩, 春季分別為 0.91和 0.96, 冬季分別為 0.43和0.49; Margalef多樣性指數(shù)和Shannon-Wiener指數(shù)變化趨勢(shì)基本一致, 相較于前兩個(gè)指數(shù), 變化起伏較大,大小順序?yàn)橄募荆敬杭荆厩锛荆径? 最高夏季為 1.88和1.70, 最低冬季僅為0.49和0.65, 最高值和最低值相差較大; 在空間水平上, 四種生物指數(shù)的最低值均出現(xiàn)在5號(hào)站點(diǎn), 而最高值則均出現(xiàn)了兩次峰值, 分別在3號(hào)點(diǎn)和8號(hào)點(diǎn)均出現(xiàn)了一次峰值(圖4)。多樣性指數(shù)的空間變化, D與J的變化趨勢(shì)、M與H變化趨勢(shì)是基本吻合的。

表1 青山水庫(kù)輪蟲(chóng)優(yōu)勢(shì)度及污染指示種Tab.1 The pollution indicator species of rotifer in Qingshan reservoir

圖4 輪蟲(chóng)生物多樣性指數(shù)的時(shí)空變化Fig.4 The temporal and spatial variations in biotic indices of rotifers

表2 青山水庫(kù)輪蟲(chóng)群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子相關(guān)性分析Tab.2 Correlation of rotifers community structure and environmental factors in Qingshan reservoir

2.2.4 輪蟲(chóng)群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子相關(guān)性 依據(jù)各個(gè)季節(jié)中 9個(gè)站點(diǎn)的數(shù)據(jù)對(duì)青山水庫(kù)各樣點(diǎn)理化指標(biāo)與輪蟲(chóng)密度、生物量以及多樣性指數(shù)進(jìn)行SPSS相關(guān)性分析(表2), 表中數(shù)據(jù)為Person相關(guān)性系數(shù)。

分析結(jié)果表明, 溫度和溶解氧是影響青山水庫(kù)輪蟲(chóng)群落結(jié)構(gòu)演替的主要因素。輪蟲(chóng)密度與溶解氧呈極顯著正相關(guān)(R=0.451, P＜0.01), 生物量與溫度呈顯著正相關(guān)(R=0.490, P＜0.05)。四種生物多樣性指數(shù)都與溫度呈極顯著正相關(guān), 并且除了均勻度外的其它三個(gè)指數(shù)都與溶解氧呈極顯著正相關(guān)。通過(guò)SPSS多元回歸分析, 輪蟲(chóng)群落結(jié)構(gòu)不只受單一理化因子的影響, 多種理化因子的交叉、共同作用產(chǎn)生的影響較大。Margalef多樣性指數(shù)受溫度、氨氮和總氮的共同影響最大(R=0.837, P＜0.01), Simpson多樣性指數(shù)受溫度、氨氮和pH的共同影響最大(R=0.701, P＜0.01),Shannon-Wiener指數(shù)受溫度和氨氮的共同影響最大(R=0.875, P＜0.01), 均勻度指數(shù)受溫度、氨氮和溶解氧的共同作用最大(R=0.864, P＜0.01)。

2.3 聚類(lèi)和主成分分析

依據(jù)各個(gè)站點(diǎn)輪蟲(chóng)群落的密度、生物量和生物多樣性指數(shù)對(duì)青山水庫(kù)庫(kù)區(qū)進(jìn)行系統(tǒng)聚類(lèi)分析(圖 5),得到結(jié)果: 青山水庫(kù)庫(kù)區(qū)采樣點(diǎn)可分為四大類(lèi), 其中,上游1號(hào)和2號(hào)采樣點(diǎn)為第一類(lèi), 4號(hào)、5號(hào)、6號(hào)、7號(hào)和9號(hào)采樣點(diǎn)為第二類(lèi), 3號(hào)和8號(hào)采樣點(diǎn)各自自成一類(lèi)。這與庫(kù)區(qū)的地形結(jié)構(gòu)、人為活動(dòng)影響的實(shí)際情況比較符合。1號(hào)和2號(hào)位于上游起始位置, 水位較淺且水體泥沙量較大, 枯水期庫(kù)底暴露; 4號(hào)、5號(hào)和6號(hào)都是屬于庫(kù)灣區(qū)域, 均有山澗溪流匯入, 水質(zhì)特征較為一致; 3號(hào)和8號(hào)分別為上游入庫(kù)、下游出庫(kù)與主庫(kù)區(qū)的交匯水域, 水的動(dòng)力作用對(duì)水域水質(zhì)的影響與其它采樣點(diǎn)有較大差異。

主成分分析統(tǒng)計(jì)分析(表 3), 因子 1、2、3和 4特征根值均大于1, 4個(gè)因子累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到82.68 %,基本包含了全部指標(biāo)具有的數(shù)據(jù)信息, 可以較準(zhǔn)確地反映各站點(diǎn)的水質(zhì)狀況。按4個(gè)主成分的方式重新計(jì)算, 得到因子載荷矩陣, 則第一主成分因素為水溫、溶解氧、pH, 第二主成分因素為電導(dǎo)率、葉綠素和總磷, 第三主成分因素為濁度和透明度, 第四主成分因素為氨氮和總氮、COD。青山水庫(kù)主成分分析表明影響水體水質(zhì)的主要因素是氨氮和總氮、COD。

圖5 青山水庫(kù)各采樣點(diǎn)輪蟲(chóng)群落聚類(lèi)樹(shù)狀圖Fig.5 Cluster dendrogram of rotifers community at all sampling points in Qingshan reservoir

表3 主成分統(tǒng)計(jì)信息表Tab.3 Statistics of the principal component analysis

2.4 青山水庫(kù)水質(zhì)評(píng)價(jià)

2.4.1 富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)綜合評(píng)價(jià) 為避免單一因子評(píng)價(jià)的不足, 依據(jù)中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站《湖庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法及分級(jí)技術(shù)規(guī)定》采用綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法對(duì)青山水庫(kù)水體營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)進(jìn)行分析。在本次評(píng)價(jià)過(guò)程中, 綜合考慮了葉綠素(Chal)、總磷(TP)、總氮(TN)、化學(xué)需氧量(COD)、透明度(SD)五項(xiàng)指標(biāo)。 采用0—100的一系列連續(xù)數(shù)字對(duì)湖泊營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)進(jìn)行分級(jí):在同一營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)下, TLI(∑)指數(shù)值越高, 其營(yíng)養(yǎng)程度越嚴(yán)重。評(píng)價(jià)結(jié)果表明, 青山水庫(kù)所有采樣點(diǎn)均屬于中度富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)(表4)。

2.4.2 生物多樣性指數(shù)評(píng)價(jià) 輪蟲(chóng)生物多樣性指數(shù)常用于水質(zhì)評(píng)價(jià)(熊金林等, 2003; Yoshida et al,2003), 本文利用輪蟲(chóng)群落的 Simpson多樣性指數(shù)(D)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H)、Margalef豐富度指數(shù)(Dmg)對(duì)青山水庫(kù)水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià), 評(píng)價(jià)結(jié)果表明, 三種生物多樣性指數(shù)對(duì)水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果基本一致,青山水庫(kù)水質(zhì)處于多污型-α中污型之間(表5)。

表4 青山水庫(kù)各個(gè)站點(diǎn)的綜合營(yíng)養(yǎng)指數(shù)Tab.4 The overall nutrition index of each site in Qingshan reservoir

表5 輪蟲(chóng)群落生物多樣性指數(shù)對(duì)水質(zhì)的評(píng)價(jià)Tab.5 The assessment of water quality based on rotifers community biodiversity

根據(jù)評(píng)價(jià)過(guò)程中出現(xiàn)的一些問(wèn)題, 對(duì)三種多樣性指數(shù)的適用性提出一些觀點(diǎn): 首先, 多樣性指數(shù)比較適用于一些環(huán)境較穩(wěn)定的水體, 如相對(duì)封閉的湖泊、水庫(kù)或者水流較緩、受外界影響小的河流等。郭智明提出對(duì)于流速大、流程長(zhǎng)、底質(zhì)變化多的河流利用多樣性指數(shù)進(jìn)行生物評(píng)價(jià)是不適宜的(郭智明,1984)。其次, 許多水體都不同程度受到外界的擾動(dòng),很難達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài), 輪蟲(chóng)群落結(jié)構(gòu)也在不斷地變化。利用多樣性指數(shù)較為客觀地評(píng)價(jià)一個(gè)水體的水質(zhì)狀況, 需要盡可能地進(jìn)行周期性地連續(xù)采樣, 在完成一個(gè)調(diào)查周期后, 將指數(shù)值取平均, 這樣的結(jié)果會(huì)比較客觀。本文的研究就以年為周期分四個(gè)季度進(jìn)行采樣。最后, 由于每種指數(shù)的計(jì)算原理和方法均不相同,評(píng)價(jià)的側(cè)重點(diǎn)也會(huì)有所不同。比較可行地是運(yùn)用多種指數(shù)并且結(jié)合理化指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。馮建社等認(rèn)為利用不同生物指數(shù)對(duì)水體進(jìn)行評(píng)價(jià)有時(shí)會(huì)存在一定差異, 因此實(shí)際評(píng)價(jià)中不能僅根據(jù)一種指數(shù)結(jié)果就輕易下結(jié)論, 應(yīng)綜合考慮并結(jié)合理化監(jiān)測(cè)結(jié)果, 才能得到符合實(shí)際的結(jié)論(馮建社等, 1997)。

3 討論

3.1 影響輪蟲(chóng)群落結(jié)構(gòu)的環(huán)境因子

水溫、溶解氧、葉綠素、pH、營(yíng)養(yǎng)鹽等是影響輪蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育、群落組成和數(shù)量變化等極為重要的環(huán)境因子, 是影響輪蟲(chóng)分布的重要因素。雖然諸多理化因子均與輪蟲(chóng)的發(fā)生及其季節(jié)變化有一定的相關(guān)性,但多數(shù)學(xué)者都認(rèn)為決定輪蟲(chóng)種類(lèi)季節(jié)演替的首要因子是水溫(李共國(guó)等, 2003; Arora et al, 2003; 溫新利等, 2004)。金瓊貝等(1991)認(rèn)為在 20—30°C, 隨溫度升高, 輪蟲(chóng)種類(lèi)數(shù)會(huì)不斷增加; 武漢東湖的長(zhǎng)期研究顯示, 輪蟲(chóng)總數(shù)的高峰一般出現(xiàn)在20°C以上的水溫;溫瑞塘河輪蟲(chóng)密度主要受到水溫變化的影響, 兩者呈顯著正相關(guān)(肖佰財(cái)?shù)? 2012)。隨溫度上升, 輪蟲(chóng)卵的發(fā)育時(shí)間縮短, 在豐富的食物供給條件下, 使種群周轉(zhuǎn)加快, 導(dǎo)致種群密度迅速增加, 因此輪蟲(chóng)總數(shù)的高峰一般出現(xiàn)在20°C以上(章宗涉等, 1991)。夏、秋季水體中的藻類(lèi)、動(dòng)物尸體等在細(xì)菌的作用下, 很快形成碎屑(林婉蓮等, 1984)。在25°C時(shí), 壺狀臂尾輪蟲(chóng)的產(chǎn)卵量顯著高于其它各溫度下的產(chǎn)卵量, 種群的凈生殖率和內(nèi)稟增長(zhǎng)率最大(席貽龍等, 2000)。一些以碎屑為主要食物的輪蟲(chóng)因有豐富的食物而大量繁殖; 同時(shí), 另一些以藻類(lèi)、碎屑為主要食物的種類(lèi)也得到相應(yīng)的增長(zhǎng)。本研究中顯示, 青山水庫(kù)輪蟲(chóng)密度和生物量高峰出現(xiàn)在夏、秋季, 與以往研究相一致。除水溫外, 溶解氧也是一個(gè)影響輪蟲(chóng)群落演替的重要因素, Herzig(1987)提出, 在許多水體分層的富營(yíng)養(yǎng)化湖泊中, 溶解氧的不足可以限制輪蟲(chóng)的發(fā)生。本研究中, 通過(guò)對(duì)環(huán)境因子與輪蟲(chóng)群落結(jié)構(gòu)相關(guān)性分析得知, 輪蟲(chóng)密度、生物量以及生物多樣性指數(shù)均與水溫和溶解氧呈顯著正相關(guān), 水溫和溶解氧是影響青山水庫(kù)輪蟲(chóng)發(fā)生的主要因素, 這與以往研究相一致。

3.2 水質(zhì)評(píng)價(jià)

輪蟲(chóng)發(fā)育時(shí)間快, 生命周期短, 能較為迅速地反映環(huán)境的變化, 被認(rèn)為是很好的指示生物, 一般可根據(jù)湖泊中的輪蟲(chóng)種類(lèi)演替來(lái)推測(cè)湖泊(水庫(kù))營(yíng)養(yǎng)型的變化。國(guó)內(nèi)外學(xué)者用輪蟲(chóng)評(píng)價(jià)水體污染狀況的文章較多(宗志祥等, 1993; 張琦等, 1997; 林育真等, 1998;饒小珍等, 2000), Duggan等(2001)證實(shí)了不同營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)的水體會(huì)出現(xiàn)不同的輪蟲(chóng), 認(rèn)為針簇多肢輪蟲(chóng)和獨(dú)角聚花輪蟲(chóng)等在低營(yíng)養(yǎng)水體更容易生長(zhǎng), 萼花臂尾輪蟲(chóng)和長(zhǎng)三肢輪蟲(chóng)等更喜于在富營(yíng)養(yǎng)水平水體中生存。還有研究認(rèn)為小型浮游輪蟲(chóng)在貧營(yíng)養(yǎng)水體中更有競(jìng)爭(zhēng)力, 而大型浮游輪蟲(chóng)更喜于出現(xiàn)在富營(yíng)養(yǎng)水體中(Gannon et al, 1978; Yoshida et al, 2003)。一般認(rèn)為, 富營(yíng)養(yǎng)湖泊典型指示種是: 臂尾輪屬、裂痕龜紋輪蟲(chóng)、溝痕泡輪蟲(chóng)、圓筒異尾輪蟲(chóng)、長(zhǎng)三肢輪蟲(chóng)、暗小異尾輪蟲(chóng)、螺形龜甲輪蟲(chóng)、矩形龜甲輪蟲(chóng)、真翅多肢輪(Gannon et al, 1978)。青山水庫(kù)臂尾輪屬5種, 其中春季1種, 冬季出現(xiàn)了4種, 秋季和冬季分別出現(xiàn)2種; 暗小異尾輪蟲(chóng)也是青山水庫(kù)的常見(jiàn)種, 可能對(duì)低溫比較敏感, 僅在春季和夏季出現(xiàn), 在9個(gè)采樣點(diǎn)的出現(xiàn)頻率為50%。這些富營(yíng)養(yǎng)水體的指示種在青山水庫(kù)出現(xiàn)頻率高,證明青山水庫(kù)存在一定程度的富營(yíng)養(yǎng)化趨勢(shì)。

物種多樣性是衡量群落穩(wěn)定性的一個(gè)重要尺度,也是反映水體營(yíng)養(yǎng)狀況的重要參數(shù)(Zhan et al,1991)。通常多樣性指數(shù)是反映豐富度和均勻度的綜合指標(biāo), 而物種豐富度可以用Shannon-Wiener指數(shù)、Simpson指數(shù)和Margalef指數(shù)等多種指數(shù)來(lái)表示。以往學(xué)者的研究表明, 應(yīng)使用2種或2種以上多樣性指數(shù)評(píng)價(jià)水質(zhì), 以確保評(píng)價(jià)結(jié)果的可信性(Hill, 1973;孫軍等, 2004)。故本研究利用Shannon-Wiener指數(shù)、Simpson指數(shù)和Margalef指數(shù)同時(shí)對(duì)青山水庫(kù)水質(zhì)狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。況琪軍等人在利用多樣性指數(shù)評(píng)價(jià)水體營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)時(shí)指出: 若H值為0—1則水體重污染, 1—3為中污染, 大于3為輕污染或無(wú)污染; Margalef豐富度指數(shù)Dmg值0—3為α—中污染, 3—4為β—中污染,4—5為輕度污染, 大于5為清潔水(況琪軍等, 2005)。本研究中, 基于H值和Dmg值分析結(jié)果, 青山水庫(kù)水質(zhì)處于中度—重度污染之間, 與輪蟲(chóng)群落優(yōu)勢(shì)種評(píng)價(jià)結(jié)果基本一致, 這也證實(shí)了水體環(huán)境可以影響輪蟲(chóng)種群或群落的結(jié)構(gòu)特征。根據(jù)輪蟲(chóng)群落結(jié)構(gòu)聚類(lèi)分析表明,青山水庫(kù)分為四大區(qū)域。主成分分析結(jié)果表明水質(zhì)的下降可能與營(yíng)養(yǎng)鹽的增加有關(guān), 特別是氮的輸入。

4 結(jié)論

綜合理化指標(biāo)、綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)、輪蟲(chóng)多樣性指數(shù)以及輪蟲(chóng)優(yōu)勢(shì)種、指示種等多種評(píng)價(jià)方法, 可以認(rèn)為在 2012—2013年調(diào)查期間, 青山水庫(kù)水質(zhì)屬于中度—重度污染之間, 營(yíng)養(yǎng)程度為中度富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài),青山水庫(kù)水環(huán)境污染存在加重的趨勢(shì)。因此, 迫切需要相關(guān)部門(mén)合作, 采取有效的措施來(lái)改善和保護(hù)青山水庫(kù)周邊區(qū)域的生物資源和水生態(tài)環(huán)境。綜合全部的調(diào)查分析結(jié)果, 采用理化指標(biāo)檢測(cè)分析與輪蟲(chóng)群落結(jié)構(gòu)特征評(píng)價(jià)水質(zhì)狀況, 得到的結(jié)果基本一致。因此, 本研究認(rèn)為輪蟲(chóng)群落結(jié)構(gòu)的時(shí)空動(dòng)態(tài)變化是可以作為青山水庫(kù)一個(gè)較為理想的水質(zhì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)。本文只對(duì)青山水庫(kù)輪蟲(chóng)群落結(jié)構(gòu)及水質(zhì)評(píng)價(jià)作了初步的研究與探討, 隨著對(duì)青山水庫(kù)水源地保育工作的不斷開(kāi)展、研究工作的不斷深入, 針對(duì)這一方面的研究也會(huì)更加系統(tǒng)完善。

馮建社, 肖 勇, 錢(qián)志光, 1997. 用浮游動(dòng)物及底棲動(dòng)物的種群結(jié)構(gòu)和數(shù)量分布評(píng)價(jià)河水水質(zhì)的研究. 內(nèi)蒙古環(huán)境保護(hù), 9(2): 35—37

劉建康, 1999. 高級(jí)水生生物學(xué). 北京: 科學(xué)出版社, 205

孫 軍, 劉東艷, 2004. 多樣性指數(shù)在海洋浮游植物研究中的應(yīng)用. 海洋學(xué)報(bào), 26(1): 62—75

李共國(guó), 虞左明, 2003. 千島湖輪蟲(chóng)群落結(jié)構(gòu)及水質(zhì)生態(tài)學(xué)評(píng)價(jià). 湖泊科學(xué), 15(2): 169—176

肖佰財(cái), 孫陸宇, 馮德祥等, 2012. 溫瑞塘河后生浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)及其與環(huán)境因子的關(guān)系. 水生態(tài)學(xué)雜志, 33(4):14—20

況琪軍, 馬沛明, 胡征宇等, 2005. 湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的藻類(lèi)生物學(xué)評(píng)價(jià)與治理研究進(jìn)展. 安全與環(huán)境學(xué)報(bào), 5(2): 87—91

張 琦, 陳菊芳, 杞 桑等, 1997. 廣東肇慶星湖浮游輪蟲(chóng)的調(diào)查及其與水質(zhì)關(guān)系的研究. 生態(tài)科學(xué), 16(2): 27—31

林育真, 李玉仙, 郭沛涌等, 1998. 東平湖輪蟲(chóng)群落與水質(zhì)評(píng)價(jià). 山東師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 13(1): 63—67

林婉蓮, 劉鑫洲, 劉健康, 1984. 四種浮游生物的碎屑形成過(guò)程. 水生生物學(xué)集刊, 8(2): 133—140

金相燦, 屠清瑛, 章宗涉, 1990. 湖泊富營(yíng)養(yǎng)化調(diào)查規(guī)范(第二版). 北京: 中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社

金瓊貝, 盛連喜, 張 然, 1991. 溫度對(duì)浮游動(dòng)物群落的影響. 東北師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), (4): 103—111

周淑蟬, 黃祥飛, 唐 濤等, 2006. 香溪河庫(kù)灣輪蟲(chóng)現(xiàn)狀及水質(zhì)評(píng)價(jià)初探. 水生生物學(xué)報(bào), 30(1): 52— 57

宗志祥, 許崇任, 任久長(zhǎng)等, 1993. 洋河水庫(kù)輪蟲(chóng)群落用于水質(zhì)評(píng)價(jià)的研究. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 13(1): 101—106

饒小珍, 許友勤, 陳寅山, 2000. 福州內(nèi)河的輪蟲(chóng)與水質(zhì)污染評(píng)價(jià). 福建師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 16(1): 71—75

郭智明, 1984. 灤河十四個(gè)斷面大型底棲無(wú)脊椎動(dòng)物的調(diào)查和水質(zhì)評(píng)價(jià). 環(huán)境科學(xué), 5(4): 39—45

席貽龍, 黃祥飛, 2000. 溫度對(duì)壺狀臂尾輪蟲(chóng)實(shí)驗(yàn)種群動(dòng)態(tài)的影響. 海洋與湖沼, 31(1): 23—28

章宗涉, 黃祥飛, 1991. 淡水浮游生物研究方法. 北京: 科學(xué)出版社, 38—47

溫新利, 席貽龍, 張 雷等, 2004. 青弋江蕪湖段輪蟲(chóng)群落結(jié)構(gòu)和物種多樣性的初步研究. 生物多樣性, 12(4): 387—395

謝 平, 諸葛燕, 戴 莽等, 1996. 水體富營(yíng)養(yǎng)化對(duì)浮游生物群落多樣性的影響. 水生生物學(xué)報(bào), 20(增刊): 30—37

熊金林, 梅興國(guó), 胡傳林, 2003. 湖北四湖泊營(yíng)養(yǎng)類(lèi)型與輪蟲(chóng)群落的關(guān)系. 動(dòng)物學(xué)雜志, 38(6): 8—14

Aare M, 1983. Rotifers as indicators of lake types in Estonia.Hydrobiology, 104(1): 357—361

Arora J, Mehra N K, 2003. Seasonal dynamics of rotifers in relation to physical and chemical conditions of the river Yamurna (Delhi), India. Hydrobiologia, 491(1—3): 101—109

Duggan I C, Green J D, Shiel R J, 2001. Distribution of rotifers in North Island, New Zealand and their potential use as bioindicators of lake trophic state. Hydroblologia, 446—447(1): l55— l64

Gannon J E, Stemberger R S, 1978. Zooplankton (especially Crustaceans and rotifers) as indicators of water quality.Transactions of the American Microscopical Society, 97(1):16—35

Herzig A, 1987. The analysis of planktonic rotifer populations: A plea for long-term investigations. Hydrobiologia, 147(1):l63—180

Hill M O, 1973. Diversity and evenness: A unifying notation and its consequences. Ecology, 54(2): 427—432

Lim L C, Wong C C, 1997. Use of the rotifer, Brachionus calyciflorus Pallas, in freshwater ornamental fish larviculture.Hydrobiologia, 358(1—3): 269—273

Mchaughton S J, 1967. Relationship among functional prosperities of California grassland. Nature, 216: 168—169

Sláde?ek V, 1983. Rotifers as indicators of water quality.Hydrobiologia, 100(1): 169—201

Spatharis S, Roelke D L, Dimitrakopoulos P G et al, 2011.Analyzing the (mis) behavior of Shannon index in eutrophication studies using field and simulated phytoplankton assemblages. Ecological Indicators, 11(2): 697—703

Yoshida T, Urabe J, Elser J J, 2003. Assessment of ‘top-down’and ‘bottom-up’ forces as determinants of rotifer distribution among lakes in Ontario, Canada. Ecological Research, 18(6):639—650

Zhan Y T, Yang C S, Fan Z N, 1991. Study on interrelation between distribution of phytoplankton and water pollution in Fuqi River. China Environmental Sciences, 11(1): 29—33