鞠永富, 于洪賢, 于　婷, 柴方營(yíng), 姚允龍, 張延成, 費(fèi)　滕, 夏凌云

1 東北林業(yè)大學(xué),哈爾濱　150040 2 黑龍江省水利廳,哈爾濱　150040

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西泉眼水庫(kù)夏季浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)特征及水質(zhì)評(píng)價(jià)

鞠永富1,2, 于洪賢1,*, 于婷2, 柴方營(yíng)2, 姚允龍1, 張延成1, 費(fèi)滕1, 夏凌云1

1 東北林業(yè)大學(xué),哈爾濱150040 2 黑龍江省水利廳,哈爾濱150040

西泉眼水庫(kù);浮游動(dòng)物;群落結(jié)構(gòu);水質(zhì)評(píng)價(jià)

生物與環(huán)境之間相互作用,是環(huán)境決定了生物種群或群落的結(jié)構(gòu)特征,反之,生物群落結(jié)構(gòu)的變動(dòng)也可以客觀地反映出環(huán)境的變化規(guī)律[1]。浮游動(dòng)物是水生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)消費(fèi)者,它們對(duì)不同水體的敏感性和適應(yīng)能力不同,分析其群落結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和變化規(guī)律,對(duì)水環(huán)境的優(yōu)劣能做出初步的判斷[2- 3]。

西泉眼水庫(kù)是黑龍江省規(guī)模最大的綜合型水庫(kù)之一,哈爾濱市備用水源地。近年來(lái),該水庫(kù)污染的報(bào)道較多[4- 6],其點(diǎn)源污染主要有上游的制藥廠、鋼鐵廠等企業(yè)排污;面源污染主要有上游村屯和城鎮(zhèn)的生活污水和農(nóng)業(yè)污染等;旅游污染主要有金泉、帽兒山和松峰山等旅游景區(qū)。本文于2010年夏季調(diào)查研究了西泉眼水庫(kù)浮游動(dòng)物的群落結(jié)構(gòu)特點(diǎn),運(yùn)用多種生態(tài)學(xué)方法評(píng)價(jià)了其水質(zhì),并應(yīng)用典范對(duì)應(yīng)分析法分析了浮游動(dòng)物與環(huán)境因子的相關(guān)性,為西泉眼水庫(kù)漁業(yè)資源開(kāi)發(fā)和水污染治理提供一定的理論基礎(chǔ)。

圖1　西泉眼水庫(kù)采樣點(diǎn)分布Fig.1　Distribution of sampling points in Xiquanyan Reservoir

1　材料與方法

1.1采樣時(shí)間和位置

2010年夏季采集浮游動(dòng)物樣品。西泉眼水庫(kù)屬河道型水庫(kù),在上中下游共布設(shè)9個(gè)采樣點(diǎn)(圖1)。S1為阿什河入庫(kù)口左,S2為阿什河入庫(kù)口中,S3為阿什河入庫(kù)口右,S4為黃泥河入庫(kù)口,S5為庫(kù)心左,S6為庫(kù)心中,S7為庫(kù)心右,S8為雙龜山,S9為大壩出水口。

1.2樣品的采集與處理

樣品采集、鑒定、豐度與生物量的計(jì)算等均按照《淡水浮游生物調(diào)查技術(shù)規(guī)范》執(zhí)行。各理化指標(biāo)中,透明度(SD)用塞奇氏盤(pán)測(cè)定,DO(溶解氧)、溫度(WT)、電導(dǎo)率(COND)、pH(pH值)、水深(Depth)、濁度(TUR)、Chla(葉綠素a)和氯化物(Cl-)用YSI6600便攜式水質(zhì)測(cè)定儀在采樣現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定,TN(總氮)、TP(總磷)和CODMn(高錳酸鹽指數(shù))等理化指標(biāo)數(shù)據(jù)由哈爾濱市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站提供。

1.3數(shù)據(jù)處理與分析 1.3.1水質(zhì)評(píng)價(jià)方法

本研究運(yùn)用多種水生態(tài)學(xué)和理化分析法評(píng)價(jià)了西泉眼水庫(kù)水質(zhì)污染情況,水生態(tài)學(xué)法包括現(xiàn)存量法[7- 8]、優(yōu)勢(shì)種指示法[9]、多樣性指數(shù)法[10]、輪蟲(chóng)生物指數(shù)法[11]、E/O指數(shù)法[11]、肥度指數(shù)法[11];理化分析法是根據(jù)國(guó)內(nèi)外各種分級(jí)方法[12],得出一個(gè)新的水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)作為本次的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(表1)。

1.3.2典范對(duì)應(yīng)分析法

浮游動(dòng)物種類(lèi)分布情況受環(huán)境因子影響,采用典范對(duì)應(yīng)分析(Canonical correspondence analysis,CCA)方法評(píng)價(jià)其影響強(qiáng)度,運(yùn)用Cancoo 4.5軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,得出浮游動(dòng)物群落及其與環(huán)境因素之間的關(guān)的相關(guān)性[13]。CCA分析要求兩個(gè)數(shù)據(jù)矩陣,一個(gè)是豐度數(shù)據(jù)矩陣,一個(gè)是環(huán)境數(shù)據(jù)矩陣。為減少機(jī)會(huì)種對(duì)群落結(jié)構(gòu)的干擾,種類(lèi)數(shù)據(jù)要經(jīng)過(guò)篩選,選擇相對(duì)豐度>1%,出現(xiàn)頻率>25%的種類(lèi),符合條件的采樣點(diǎn)有S2、S4、S5、S6、S8和S9,與此對(duì)應(yīng)的浮游動(dòng)物有27種。

表1　水體水質(zhì)狀況評(píng)價(jià)參數(shù)指標(biāo)及分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

2　結(jié)果

2.1浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)

共鑒定出浮游動(dòng)物4門(mén)33屬56種(表2)。其中,原生動(dòng)物9屬14種,占25.0%;輪蟲(chóng)15屬29種,占52.0%;枝角類(lèi)3屬4種,占7.0%;橈足類(lèi)6屬9種,占16.0%。S5種類(lèi)數(shù)量最多,占總數(shù)的58.9%,S1最少,占17.9%,種類(lèi)數(shù)量各采樣點(diǎn)排序是S5>S4>S9>S8>S6>S2>S7>S3>S1,均以輪蟲(chóng)占優(yōu)勢(shì),且?guī)煨膮^(qū)采樣點(diǎn)數(shù)量多于河口區(qū)。

浮游動(dòng)物豐度和生物量見(jiàn)表2。

浮游動(dòng)物豐度平均為46.13個(gè)/L,S4貢獻(xiàn)量最大(350.80個(gè)/L),貢獻(xiàn)率為84.5%,S1最小(2.15個(gè)/L),貢獻(xiàn)率僅為0.5%。輪蟲(chóng)豐度貢獻(xiàn)量最大(70.4%),枝角類(lèi)最小(5.2%)。其中,原生動(dòng)物平均為9.53個(gè)/L,S4最高(82.05個(gè)/L),S1最低(0.20個(gè)/L);輪蟲(chóng)平均為32.48個(gè)/L,S4最高(263.25個(gè)/L),S8最低(0.47個(gè)/L);枝角類(lèi)平均為1.33個(gè)/L,S5最高(2.70個(gè)/L),S2最低(0.45個(gè)/L);橈足類(lèi)平均為2.79個(gè)/L;S5下最高(8.50個(gè)/L),S1上最低(0.15個(gè)/L)。

表2　浮游動(dòng)物現(xiàn)存量、生物多樣性及污染等級(jí)評(píng)價(jià)

浮游動(dòng)物生物量平均為0.137mg/L,S5貢獻(xiàn)量最大(0.492mg/L),貢獻(xiàn)率為39.8%,S1樣點(diǎn)最小(0.008mg/L),貢獻(xiàn)率僅為0.6%。橈足類(lèi)貢獻(xiàn)最大(71.9%),原生動(dòng)物最小(2.7%)。其中,原生動(dòng)物平均為0.004mg/L,S4最高(0.033mg/L),輪蟲(chóng)平均為0.032mg/L,S4最高(0.259mg/L),其次是S5下(0.021mg/L),其它采樣點(diǎn)原生動(dòng)物和輪蟲(chóng)貢獻(xiàn)量極少;枝角類(lèi)為0.011mg/L,S9最高(0.061mg/L),S2最低(0.001mg/L);橈足類(lèi)為0.091mg/L,S5最高(0.456mg/L),S1最低(0.003mg/L)。

2.2水質(zhì)評(píng)價(jià)

該水庫(kù)浮游動(dòng)物豐度和生物量數(shù)值相對(duì)較小,無(wú)論是整體還是各采樣點(diǎn)數(shù)量值都沒(méi)有達(dá)到現(xiàn)存量評(píng)價(jià)法中污染的最低值。因此,以豐度和生物量作為評(píng)價(jià)指標(biāo),西泉眼水庫(kù)為貧營(yíng)養(yǎng)型水庫(kù)。

浮游動(dòng)物可以指示不同水體的污染程度,本文參照相關(guān)文獻(xiàn)[11,14- 18]共鑒定出污染指示種53種。其中,寡污性10種,占18.9%;o-β中污性5種,占9.4%;β-中污性15種,占28.3%;β-α中污性7種,占13.2%;α-中污性16種,占30.2%。從不同污染指示種類(lèi)數(shù)量占總種數(shù)的比例來(lái)看,西泉眼水庫(kù)水體處于中度污染水平。

西泉眼水庫(kù)夏季浮游動(dòng)物常見(jiàn)種共4種,包括針簇多肢輪蟲(chóng)Polyarthratrigla、白色大劍水蚤Macrocyclopsalbidus、爪哇小劍水蚤Microcyclopsjavanus和微刺小劍水蚤Microcyclopsinchoatus,所指示的污染類(lèi)型分別為β-α中污、α-中污、β-中污和β-中污;優(yōu)勢(shì)種共4種,包括褐砂殼蟲(chóng)Difflugiaavellana、長(zhǎng)三肢輪蟲(chóng)Filinialongiseta、針簇多肢輪蟲(chóng)和微刺小劍水蚤,優(yōu)勢(shì)度分別為0.05、0.05、0.09和0.05,所指示的污染類(lèi)型分別為o-寡污、α-中污、β-α中污和β-中污。綜合浮游動(dòng)物常見(jiàn)種和優(yōu)勢(shì)種污染指示等級(jí),西泉眼水庫(kù)已處于中等污染水平。

西泉眼水庫(kù)浮游動(dòng)物生物多樣性見(jiàn)表2。Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)(H′)平均為2.78,污染指示等級(jí)為β-中污染,其中S8指示污染程度最重(2.20),S2指示污染程度最輕(3.32);指示輕污染的采樣點(diǎn)有4個(gè),占總數(shù)的44.4%,β-中污染5個(gè),占55.6%,指示污染程度各采樣點(diǎn)排序是S8>S5>S6>S7>S9>S4>S3>S1>S2,且?guī)煨膮^(qū)污染程度高于河口區(qū)。Margalef 物種豐富度指數(shù)(M)平均為1.97,污染指示等級(jí)為α-中污染,其中S8指示污染程度最重(1.54),S1指示污染程度最輕(2.43);指示β-中污染4個(gè),占總數(shù)的44.4%,α-中污染5個(gè),占55.6%,指示污染程度各采樣點(diǎn)排序是S8>S7>S6>S5>S4>S3>S9>S2>S1,且?guī)煨膮^(qū)污染程度高于河口區(qū)。綜合生物多樣性指數(shù)看,西泉眼水庫(kù)水體已處于中等污染水平。

西泉眼水庫(kù)夏季浮游動(dòng)物貧-中營(yíng)養(yǎng)型(O)種類(lèi)有矩形龜甲輪蟲(chóng)Keratellaquadrata、溝痕泡輪蟲(chóng)Pompholyxsulcata、裂足臂尾輪蟲(chóng)Brachionusdiversicornis、蓋氏晶囊輪蟲(chóng)Asplanchnagirodi和簡(jiǎn)弧象鼻溞Bosminacoregoni;富-中營(yíng)養(yǎng)型(E)種類(lèi)有半圓表殼蟲(chóng)Arcellahemisphaerica、雜葫蘆蟲(chóng)Cucurbitellamespiliformis、針棘刺胞蟲(chóng)Acanthocystisaculeata、瓶累枝蟲(chóng)Epistylisurceolata、鐘蟲(chóng)屬Vorticellasp.、小口鐘蟲(chóng)Vorticellamicrostoma、太陽(yáng)球吸管蟲(chóng)Sphaerophryasoliformis、球形囊石蟲(chóng)Lithocullaglobosa、四角平甲輪蟲(chóng)Platyasquadricornis、椎尾水輪蟲(chóng)Epiphanessenta、真翅多肢輪蟲(chóng)Polyalthraeuryptera、長(zhǎng)三肢輪蟲(chóng)、長(zhǎng)足輪蟲(chóng)Rotariacitrina、模糊秀體溞Diaphanosomadubium、蟲(chóng)宿溫劍水蚤T(mén)hermocyclopsvermifer和粗壯溫劍水蚤T(mén)hermocyclopsdybowskii。經(jīng)計(jì)算,QB/T輪蟲(chóng)生物指數(shù)、E/O指數(shù)和肥度指數(shù)(E′)數(shù)值分別為2.0、3.2和2.28,水質(zhì)評(píng)價(jià)類(lèi)型分別為中度富營(yíng)養(yǎng)化、富營(yíng)養(yǎng)化和富營(yíng)養(yǎng)化。綜合3個(gè)指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果,西泉眼水庫(kù)水體已處于富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)。

按水質(zhì)理化指標(biāo)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)見(jiàn)表1、表3。其中以葉綠素a濃度指標(biāo)評(píng)價(jià)水庫(kù)水質(zhì)為中富營(yíng)養(yǎng)化水平,以TN濃度指標(biāo)評(píng)價(jià)為富營(yíng)養(yǎng)化水平,以TP濃度指標(biāo)評(píng)價(jià)為中富營(yíng)養(yǎng)化水平,以透明度指標(biāo)評(píng)價(jià)為中富營(yíng)養(yǎng)化水平,以溶解氧指標(biāo)評(píng)價(jià)為富營(yíng)養(yǎng)化水平。綜合各項(xiàng)水質(zhì)理化因子來(lái)看,西泉眼水庫(kù)夏季水體處于富營(yíng)養(yǎng)化水平。

表3　西泉眼水庫(kù)夏季水質(zhì)理化指標(biāo)

2.3典范對(duì)應(yīng)分析

圖2　浮游動(dòng)物與環(huán)境因子的CCA分析Fig.2　CCA analysis for the relationship between zooplankton community and environmental factors

3　討論

3.1豐度與生物量不成比例的原因分析

一般情況下,豐度和生物量呈顯著正相關(guān),即豐度越高,生物量也越高[19]。本次調(diào)查共鑒定出56種浮游動(dòng)物,其中輪蟲(chóng)種數(shù)達(dá)29種,占總種數(shù)的52.0%,豐度貢獻(xiàn)率高達(dá)70.4%,生物量貢獻(xiàn)率為25.1%,而橈足類(lèi)9種,占總種數(shù)的16.0%,豐度貢獻(xiàn)率僅為6.0%,生物量貢獻(xiàn)率卻高達(dá)71.9%,即種類(lèi)數(shù)量和豐度貢獻(xiàn)率輪蟲(chóng)是橈足類(lèi)的3.2倍和5.4倍,生物量貢獻(xiàn)率橈足類(lèi)反是輪蟲(chóng)的2.86倍,與上述結(jié)論不一致。本次調(diào)查中,輪蟲(chóng)貢獻(xiàn)率最大的是長(zhǎng)三肢輪蟲(chóng)和針簇多肢輪蟲(chóng),其個(gè)體生物量都為0.003mg,而橈足類(lèi)貢獻(xiàn)率最大的是微刺小劍水蚤,其個(gè)體生物量為0.020mg,就個(gè)體生物量而言,微刺小劍水蚤是長(zhǎng)三肢輪蟲(chóng)和針簇多肢輪蟲(chóng)的6.67倍,又由于微刺小劍水蚤同樣是優(yōu)勢(shì)種,其數(shù)量也相對(duì)較多,所以出現(xiàn)了豐度和生物量呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)的現(xiàn)象。即可以得出,豐度貢獻(xiàn)量大且個(gè)體濕重較大,該種類(lèi)所屬類(lèi)群生物量有可能就大;若豐度貢獻(xiàn)量雖大,但個(gè)體濕重卻較小,該種類(lèi)所屬類(lèi)群生物量有可能就小。

3.2浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的變化分析

1998年和2005年,韓英[20]和李喆[21]對(duì)西泉眼水庫(kù)浮游動(dòng)物進(jìn)行了調(diào)查研究,兩次都鑒定出35種(屬),且除部分原生動(dòng)物和輪蟲(chóng)鑒定到種以外,枝角類(lèi)和橈足類(lèi)全部都鑒定到屬。本次調(diào)查基本都鑒定到種,在總種類(lèi)數(shù)要比前兩次多21種;1998年調(diào)查的枝角類(lèi)數(shù)量相對(duì)較多,有象鼻溞Bosminasp.、尖額溞AlonaBairdsp.、僧帽溞Daphnidaecucullata、秀體溞Diaphanosomasp.和大型溞Dapaaiamagna等中營(yíng)養(yǎng)水體指示種[11];2005年調(diào)查的原生動(dòng)物數(shù)量相對(duì)較多,為17種,其中砂殼蟲(chóng)屬Difflugia和表殼蟲(chóng)屬Arcelle數(shù)量占58.8%,大多為清潔類(lèi)指示物種[16],同時(shí)也出現(xiàn)了放射太陽(yáng)蟲(chóng)Actinophryssol、變形蟲(chóng)Amoebasp.的中營(yíng)養(yǎng)水體指示種[15];本次調(diào)查輪蟲(chóng)和橈足類(lèi)相對(duì)較多,輪蟲(chóng)為29種,其中有17種為中等以上營(yíng)養(yǎng)水體指示種,占58.6%;橈足類(lèi)為9種,大多為中營(yíng)養(yǎng)水體指示種。在優(yōu)勢(shì)種數(shù)量上呈現(xiàn)逐年減少的趨勢(shì),1998年最多,為12種,污染指示等級(jí)偏低,2005年優(yōu)勢(shì)種僅有原生動(dòng)物和橈足類(lèi),污染指示等級(jí)不顯著,2010年中污染指示種類(lèi)占57.0%,且都在中等污染等級(jí)以上;在豐度和生物量方面出現(xiàn)急劇下降趨勢(shì),豐度下降了270倍,生物量下降了55倍。西泉眼水庫(kù)1996年開(kāi)始蓄水,1998年水庫(kù)處于初建時(shí)期,面積廣大的淹沒(méi)區(qū)和集雨區(qū)提供了豐富的有機(jī)質(zhì)和無(wú)機(jī)鹽,為原生動(dòng)物的繁殖生存提供了優(yōu)越的環(huán)境條件,此時(shí)水體始終沒(méi)有形成溫躍層,物質(zhì)循環(huán)良好,無(wú)污染,也為浮游生物創(chuàng)造了良好的生態(tài)環(huán)境。雖然水庫(kù)在2010年時(shí)已經(jīng)經(jīng)過(guò)十幾年的穩(wěn)定運(yùn)行,水體已經(jīng)基本處于穩(wěn)定狀態(tài),但是隨著水庫(kù)上游人口和工廠數(shù)量的增加,以及大氣降水、降塵污染,還有近年庫(kù)區(qū)周?chē)糜螛I(yè)逐漸興起,給西泉眼水庫(kù)帶來(lái)了大量的外源性污染,水質(zhì)的變化使浮游動(dòng)物種群結(jié)構(gòu)失去了原有的動(dòng)態(tài)平衡,形成了新的種群結(jié)構(gòu)特征。

3.3西泉眼水庫(kù)評(píng)水質(zhì)評(píng)價(jià)方法分析

由于浮游動(dòng)物種群結(jié)構(gòu)特征與環(huán)境因子的關(guān)系復(fù)雜,僅從生態(tài)學(xué)評(píng)價(jià)水質(zhì)還不夠全面,且有學(xué)者認(rèn)為評(píng)價(jià)水體的污染程度也不能單純以浮游生物種類(lèi)和數(shù)量為準(zhǔn),應(yīng)該從整個(gè)群落組成特征考慮,將生態(tài)學(xué)指標(biāo)與理化指標(biāo)結(jié)合起來(lái)綜合評(píng)價(jià),可獲得更為真實(shí)的評(píng)價(jià)結(jié)果[22]。本研究運(yùn)用了現(xiàn)存量法、指示生物法、多樣性指數(shù)法、輪蟲(chóng)生物指數(shù)法、E/O指數(shù)法和肥度指數(shù)法等多種生物學(xué)評(píng)價(jià)方法,并結(jié)合水質(zhì)理化指標(biāo)對(duì)西泉眼水庫(kù)夏季水體污染情況進(jìn)行了比較全面的分析研究,各項(xiàng)結(jié)果顯示,西泉眼水庫(kù)水體已處于中等污染狀態(tài),比較真實(shí)的反映了該水庫(kù)的現(xiàn)實(shí)污染情況。

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The zooplankton community structure and water quality of Xiquanyan Reservoir

JU Yongfu1,2, YU Hongxian1,*, YU Ting2, CHAI Fangying2,YAO Yunlong1, ZHANG Yancheng1, FEI Teng1, XIA Lingyun1

1NortheastForestryUniversity,Harbin150040,China2DepartmentofwaterresourcesofHeilongjiangProvince,Harbin150040,China

Xiquanyan Reservoir; zooplankton; community structure; water quality assessment

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(40830535);黑龍江省科技攻關(guān)項(xiàng)目(GB09C103)

2015- 01- 28; 網(wǎng)絡(luò)出版日期:2015- 12- 11

Corresponding author.E-mail: china.yhx@163.com

10.5846/stxb201501280226

鞠永富, 于洪賢, 于婷, 柴方營(yíng), 姚允龍, 張延成, 費(fèi)滕, 夏凌云.西泉眼水庫(kù)夏季浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)特征及水質(zhì)評(píng)價(jià).生態(tài)學(xué)報(bào),2016,36(16):5126- 5132.

Ju Y F, Yu H X, Yu T, Chai F Y,Yao Y L, Zhang Y C, Fei T, Xia L Y.The zooplankton community structure and water quality of Xiquanyan Reservoir.Acta Ecologica Sinica,2016,36(16):5126- 5132.

From the results, the water quality of Xiquanyan Reservoir was moderately polluted, and the eutrophication level was average. As an alternative source of drinking water for Harbin city, the water quality still requires improvement, and the water management and regulation should be enhanced.