王慧博 ，黃曉麗 ，吳計生 ，都雪 ，王秋實 ，宋聃 ，霍堂斌

（1.中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黑龍江水產(chǎn)研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部黑龍江流域漁業(yè)資源與環(huán)境重點(diǎn)野外科學(xué)觀測試驗站，黑龍江 哈爾濱 150070；2.松遼水環(huán)境科學(xué)研究所，吉林 長春 130021）

關(guān)鍵字：浮游生物；底棲動物；群落結(jié)構(gòu)；面源污染

農(nóng)業(yè)面源污染是由農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中溶解或固體的污染物，從非特定的地域，在降水和徑流沖刷作用下進(jìn)入水體，引起的水體污染[1,2]。我國農(nóng)業(yè)面源污染較嚴(yán)重，在農(nóng)業(yè)農(nóng)村部提出的“農(nóng)業(yè)面源污染整治實施辦法”政策落實后，農(nóng)業(yè)面源污染情況有所好轉(zhuǎn)，但總體仍不樂觀[3]。內(nèi)蒙古呼倫貝爾市莫力達(dá)瓦達(dá)斡爾族自治旗（以下簡稱莫力達(dá)瓦旗）的某水庫，距莫力達(dá)瓦旗市區(qū)約97.5km，近巴彥鄂溫克民族鄉(xiāng)和奎勒河鎮(zhèn)，右鄰嫩江縣，主要功能為灌溉、防洪。水庫面積 1.5 km2，坐標(biāo) 124°38'E，49°21'N，海拔高度 220.0～451.1 m；年平均氣溫 0～0.3℃，年平均降水量460～50 mm，年平均日照時數(shù)227 h，年有效積溫 1900～2100℃，無霜期 105～125d。水庫淤泥沉積嚴(yán)重，兩岸基本都為農(nóng)田，農(nóng)業(yè)面源污染是影響其水質(zhì)和水生生物生存的首要因素。

浮游生物是水域生態(tài)系統(tǒng)中的重要組成部分，在物質(zhì)轉(zhuǎn)化、能量流動、信息傳遞等生態(tài)過程中起重要作用[4-6]。浮游生物群落結(jié)構(gòu)，如物種組成、生物多樣性等直接或間接地影響水域生態(tài)系統(tǒng)[7]，能綜合反映出較長時間內(nèi)水體的污染結(jié)果；不少浮游生物種類還是環(huán)境污染和水體富營養(yǎng)化的指示生物[8-10]。底棲動物也是水生態(tài)系統(tǒng)生物群落的關(guān)鍵組分，是水生生物食物鏈（網(wǎng)）的中間環(huán)節(jié)，特別是其對生境的選擇和適應(yīng)的特性，已成為水環(huán)境狀況的重要指示生物類群，是水域生態(tài)系統(tǒng)研究的熱點(diǎn)之一，在生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能及能量學(xué)中扮演重要的角色，是營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)和能量向更高營養(yǎng)級流動的重要通道[11]。關(guān)于莫力達(dá)瓦市水域浮游生物和底棲動物的研究尚未見報道。本研究通過調(diào)查莫力達(dá)瓦旗某水庫浮游生物和底棲動物群落的結(jié)構(gòu)，監(jiān)測水庫水環(huán)境污染狀況，以期對呼倫貝爾小型水庫水資源保護(hù)與合理利用提出建議和指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 采樣時間與采樣點(diǎn)

2018年7月在莫力達(dá)瓦旗某水庫泥沙淤積較嚴(yán)重，底質(zhì)均為厚淤泥底質(zhì)，共設(shè)置5個采樣點(diǎn)（圖1），采集浮游生物和底棲動物樣品。

1.2 樣品的采集與處理

用5L有機(jī)玻璃采水器，分別采集各采樣點(diǎn)水面下0.5m處和距水底0.5m處的2個水樣，將各水層水樣等量混合得到1L混合水樣，樣品均用魯哥氏碘液固定、染色，帶回實驗室內(nèi)，用沉淀法經(jīng)48h沉淀后，吸出上清液，留存30mL濃縮液用于鑒定浮游植物。浮游動物中原生動物、輪蟲等小型浮游動物采樣方法同浮游植物；枝角類和橈足類用5L有機(jī)玻璃采水器采集各采樣點(diǎn)水面下0.5m處和距水底0.5m處的2個水樣，將各水層水樣等量混合得20L混合水樣，之后用13#浮游生物網(wǎng)進(jìn)行過濾，經(jīng)5%的甲醛溶液固定后，用沉淀法留存30mL濃縮液用于鑒定。底棲動物泥底斷面定量樣本采用1/16 m2彼得遜采泥器，泥樣用40目和60目分樣篩過濾，樣品先用體積分?jǐn)?shù)為4%的甲醛溶液固定，帶回實驗室后再移入體積分?jǐn)?shù)為75%的酒精中保存，進(jìn)行鑒定、計數(shù)。

圖1 莫力達(dá)瓦旗某水庫采樣點(diǎn)分布圖Fig.1 Locations of sampling sites of a reservoir in Morin Dawa Daur Autonomous Banner

根據(jù)《淡水浮游生物研究方法》[12,13]進(jìn)行浮游生物定性、定量鑒定；根據(jù)《中國淡水藻類—系統(tǒng)、分類及生態(tài)》鑒定浮游植物；浮游動物根據(jù)《微型生物監(jiān)測新技術(shù)》[14]鑒定原生動物，根據(jù)《中國淡水輪蟲志》[15]鑒定輪蟲，根據(jù)《中國動物志》（淡水枝角類）[16]鑒定枝角類，根據(jù)《中國動物志》（淡水橈足類）[17]鑒定橈足類；根據(jù)《中國小蚓科研究》、《水生昆蟲學(xué)》、《遼河流域底棲動物監(jiān)測》[18-20]鑒定底棲動物種類與數(shù)量。

1.3 指標(biāo)選取及其計算公式

用優(yōu)勢度評價浮游生物和底棲動物優(yōu)勢種。其計算公式為：Y=fi×Pi，式中：Y 為優(yōu)勢度；fi為第 i種物種的出現(xiàn)頻率；Pi為第i種物種個體數(shù)量占總個體數(shù)量的比例。將Y＞0.02的物種定為優(yōu)勢種[21]。

利用Shannon-Wiener多樣性指數(shù)和Margalef豐富度指數(shù)，研究浮游生物和底棲動物群落物種的多樣性。

1.4 群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子關(guān)系的分析方法

用物種豐度反映浮游生物和底棲動物種類與環(huán)境因子的關(guān)系。對物種豐度數(shù)據(jù)和除pH外的水環(huán)境因子數(shù)據(jù)進(jìn)行 lg（x+1）轉(zhuǎn)換[22]；然后，對數(shù)據(jù)進(jìn)行去趨勢對應(yīng)分析，檢驗典范對應(yīng)分析單峰模型排序和冗余分析單峰模型排序哪種更適宜分析數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)兩者都適宜；本文選擇采用典范對應(yīng)分析方法，利用Canoco5.0軟件，進(jìn)行物種—環(huán)境因子關(guān)系排序，用雙序圖表示排序結(jié)果。

2 結(jié)果與分析

2.1 浮游生物、底棲動物的種類組成

在莫力達(dá)瓦旗某水庫5個采樣點(diǎn)共鑒定出浮游植物6門15屬18種及變種，其中硅藻門5屬6種，種數(shù)最多，占總種類數(shù)的33.3%；裸藻門次之，3屬4種，占22.2%；綠藻門2屬3種，占16.7%；藍(lán)藻門和甲藻門都為2屬2種，各占11.1%；隱藻門1屬1種，占5.6%。各采樣點(diǎn)的浮游植物數(shù)量分布見圖2，1#采樣點(diǎn)采集到的浮游植物數(shù)量最多。

共鑒定出浮游動物13屬16種。其中撓足類種類數(shù)最多，6屬9種，占總種類數(shù)的56.3%；原生動物4屬4種，占25.0%；輪蟲2屬2種，占12.5%；枝角類1屬1種，占6.3%。從圖2中看出，橈足類在各采樣點(diǎn)中占極大優(yōu)勢。僅在1#和2#采樣點(diǎn)采集到底棲動物2目3科3種，其中環(huán)節(jié)動物1種，占33.3%；水生昆蟲 2 種，占 66.7%，3#、4#、5#采樣點(diǎn)沒有采集到底棲動物。

根據(jù)浮游生物出現(xiàn)的頻率和豐度，以優(yōu)勢度Y＞0.02為界來確定優(yōu)勢種，莫力達(dá)瓦旗某水庫浮游植物優(yōu)勢度在0.02～0.19之間，浮游動物優(yōu)勢度在0.05～0.07之間，底棲動物優(yōu)勢度在0.02～0.32之間，優(yōu)勢種見表1。

2.2 浮游生物、底棲動物的豐度、生物量

各采樣點(diǎn)的浮游生物豐度和生物量顯著不同，其中1#采樣點(diǎn)顯著高于其他采樣點(diǎn)。水庫浮游植物的總平均豐度為45.36×104ind./L，其中，藍(lán)藻門的豐度最高32.40×104ind./L，硅藻門和甲藻門次之，3.36×104ind./L，裸藻門 3.12×104ind./L，綠藻門2.16×10 ind./L，隱藻門0.96×104ind./L。浮游植物的總平均生物量為15.3192 mg/L，同樣為藍(lán)藻門最高，14.9947 mg/L，甲藻門次之為 0.1548 mg/L，裸藻門0.0936 mg/L，硅藻門0.0534 mg/L，隱藻門0.0192 mg/L，綠藻門的生物量最低，為0.0035 mg/L。浮游動物的總平均豐度為787.19 ind./L，其中，原生動物的豐度最多為726.00 ind./L，輪蟲54.00 ind./L，枝角類0.01 ind./L，橈足類7.18 ind./L。浮游動物的總平均生物量為0.3914 mg/L。橈足類最高為0.3331 mg/L，輪蟲次之，為0.0294 mg/L，原生動物0.0284 mg/L，枝角類0.0005 mg/L。

表1 莫力達(dá)瓦旗某水庫浮游生物及底棲動物優(yōu)勢種Tab.1 Dominant species of the plankton and zoobenthos in a reservoir in Morin DawaDaur Autonomous Banner

圖2 莫力達(dá)瓦旗某水庫各采樣點(diǎn)浮游生物和底棲動物種類組成、數(shù)量分布及豐度生物量變化Fig.2 Species composition,quantity distribution and changes in abundance and biomass of the plankton and zoobenthosin a reservoir in Morin Dawa Daur Autonomous Banner

調(diào)查期間，僅1#和2#斷面采集到底棲動物，底棲動物總平均豐度為83.2 ind./m2，環(huán)節(jié)動物數(shù)量最高為67.2 ind./m2，水生昆蟲為16 ind./m2。底棲動物總平均生物量為0.240 g/m2，環(huán)節(jié)動物為0.216 g/m2，水生昆蟲為0.024 g/m2。

2.3 浮游生物、底棲動物多樣性指數(shù)分析

浮游生物和底棲動物的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)（H'）和Margalef豐富度指數(shù)（D）結(jié)果顯示，各采樣點(diǎn)Shannon-Wiener指數(shù)均值為1.62，變化范圍為 0.32～2.85；Margalef指數(shù)均值為 1.233，變化范圍為0.36～2.02。兩種指數(shù)均為4#采樣點(diǎn)最低，其次是2#采樣點(diǎn)較低，1#采樣點(diǎn)最高。

浮游生物及底棲動物多樣性指數(shù)水質(zhì)評價標(biāo)準(zhǔn)見表2。綜合多樣性指數(shù)判斷：水庫水環(huán)境質(zhì)量屬于α-中度污染。

2.4 浮游生物及底棲動物與環(huán)境因子的關(guān)系

由表3可知，莫力達(dá)瓦旗某水庫采樣日總氮含量平均為1.23 mg/L，超出《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）中Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)；總磷和氨氮平均含量分別為0.27mg/L和1.79mg/L，超出地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)。水庫平均水深4.5m，受面源污染影響，透明度平均僅為5cm，水質(zhì)渾濁。雨后水庫懸浮物增加，長時間不沉降，這種情況持續(xù)一周左右。采樣日平均水溫25℃。

表2 多樣性指數(shù)水質(zhì)評價標(biāo)準(zhǔn)Tab.2 List of water quality evaluation standards by diversity index

表3 莫力達(dá)瓦旗某水庫采樣日環(huán)境因子數(shù)據(jù)Tab.3 Factors of water environment in a reservoir in Morin Dawa Daur Autonomous Banner on the sampling day

表4 典范對應(yīng)分析中浮游生物和底棲動物種類代碼Tab.4 Codes of the plankton and zoobenthos species by Canonical Correspondence Analysis

對莫力達(dá)瓦旗某水庫18種浮游植物、16種浮游動物和3種底棲動物與環(huán)境因子進(jìn)行典范對應(yīng)分析，編碼見表4。在典范對應(yīng)分析的排序中，排序軸1和排序軸2的特征值分別為0.674和0.430，4個排序軸特征值總和為1.186，全部典范特征值總和為1.186，前兩軸共解釋浮游生物和底棲動物物種與環(huán)境因子關(guān)系的93.1%，物種和環(huán)境因子相關(guān)系數(shù)都達(dá)到1，表明排序較好地反映了出物種與環(huán)境因子間的關(guān)系。物種的兩個排序軸之間相關(guān)系數(shù)和環(huán)境因子的兩個排序軸之間的相關(guān)系數(shù)均分別為0，表明排序結(jié)果可靠[23-25]。

圖3 莫力達(dá)瓦旗某水庫浮游生物和底棲動物與水環(huán)境因子的典范對應(yīng)排序圖Fig.3 Ordination biplot of Canonical Correspondence Analysis between the plankton and zoobenthos species and water environmental factors in a reservoir in Morin Dawa Daur Autonomous Banner

由圖3可知，溫度和磷酸鹽含量是排序軸1的重要影響因子，與排序軸1顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.6405和0.4476；溫度和透明度是排序軸2的重要影響因子，其中水溫與排序軸2顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.5392；透明度與排序軸2顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.5684。典范對應(yīng)分析的排序結(jié)果表明，水溫、透明度和磷酸鹽含量是影響浮游生物和底棲動物群落結(jié)構(gòu)及其分布的主要環(huán)境因子。

3 討論

3.1 浮游生物、底棲動物群落結(jié)構(gòu)及水庫污染現(xiàn)狀

本研究水庫受面源污染影響透明度極低，雨后水中懸浮物增加且長時間不沉降。同時發(fā)現(xiàn)，水庫多數(shù)浮游植物水樣藻體上附有大量懸浮物，極大影響了浮游植物的光合作用[26]，水體中溶解氧含量不高，這解釋了雖然水庫氮、磷營養(yǎng)鹽含量高，但水庫浮游植物豐度和生物量卻不高。莫力達(dá)瓦旗年平均氣溫 1～3℃[27]，水庫年平均水溫 0～0.3℃。溫度于浮游生物的影響，不僅表現(xiàn)在浮游生物的種類組成上，更表現(xiàn)為對浮游生物的豐度和生物量上，水溫達(dá)到浮游生物生長的最適溫度時，初級生產(chǎn)力開始迅速上升，當(dāng)溫度低于其生長的最適溫度時，其生長繁殖速度均較低[28,29]。本研究7月采樣，水庫從5月水溫開始逐漸上升，到7月浮游生物并沒有達(dá)到最高豐度和生物量，北方寒冷氣候特點(diǎn)導(dǎo)致浮游植物豐度和生物量較低，也導(dǎo)致硅藻種類呈現(xiàn)較大優(yōu)勢。而7月采樣時平均水溫上升至25℃，硅藻在浮游植物種類中呈現(xiàn)較大優(yōu)勢，但在數(shù)量上硅藻的優(yōu)勢被藍(lán)藻取代。這是因為藍(lán)藻具有嗜高溫的特性，當(dāng)溫度為10℃時，硅藻占絕對優(yōu)勢，而當(dāng)溫度升高到24℃時，藍(lán)藻逐漸占更大優(yōu)勢[30]。浮游動物中橈足類種類較多，生物量較高。浮游植物為橈足類的生長、繁衍提供餌料，所以浮游植物豐度和生物量較低，也與橈足類處于生物量高峰相關(guān)。橈足類雖然種類最多，但都不為優(yōu)勢種，3個優(yōu)勢種都為原生動物或輪蟲。原生動物僅發(fā)現(xiàn)4種，輪蟲僅發(fā)現(xiàn)2種，二者種類較少，但豐度較高。底棲動物同樣僅發(fā)現(xiàn)3種，都為優(yōu)勢種。2#采樣點(diǎn)采集到的底棲動物數(shù)量最多，而羽搖蚊幼蟲Chironomus plumosus僅在2#采樣點(diǎn)發(fā)現(xiàn)且數(shù)量龐大，過大的攝食壓力導(dǎo)致2#采樣點(diǎn)浮游植物數(shù)量最少。搖蚊幼蟲通過改變沉積物結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)，抑制浮游植物的生長[31]，這也導(dǎo)致2#采樣點(diǎn)浮游植物數(shù)量較少。3#、4#、5#采樣點(diǎn)采集到的底泥中，沒有發(fā)現(xiàn)底棲動物，而1#和2#采樣點(diǎn)采集到的底棲動物優(yōu)勢種霍甫水絲蚓Limnodrilus hoffmeisteri和羽搖蚊幼蟲都為耐污指示種。從原生動物、輪蟲和底棲動物種類數(shù)可以看出，水庫生物物種較單一，這與農(nóng)業(yè)面源污染，水質(zhì)較差有關(guān)。多樣性指數(shù)分析表明：水庫水環(huán)境為α-中度污染。水庫兩岸基本都為農(nóng)田，化肥的施用及降雨可造成農(nóng)業(yè)面源污染，水庫氮、磷等營養(yǎng)鹽濃度總體偏高，農(nóng)業(yè)面源污染是影響其水質(zhì)的首要因素。浮游生物和底棲動物優(yōu)勢種中，多數(shù)種類像梅尼小環(huán)藻Cyclotella meneghiniana、銅綠微囊藻Microcystis aeruginosa，綠急游蟲 Strombidiu mviride、矩形龜甲輪蟲Keratella quadrata，底棲動物的霍甫水絲蚓、羽搖蚊幼蟲等，都為耐污種類，這也表明了水庫水環(huán)境質(zhì)量較差的污染現(xiàn)狀。

3.2 浮游生物、底棲動物與水環(huán)境因子的關(guān)系

典范對應(yīng)分析結(jié)果表明，莫力達(dá)瓦旗某水庫浮游生物和底棲動物與環(huán)境因子有顯著的相關(guān)性，水溫、透明度和磷酸鹽含量是影響浮游生物、底棲動物群落結(jié)構(gòu)及其分布的主要環(huán)境因子。

北方氣候寒冷決定了溫度對水生生物的影響要高于其他地區(qū)。浮游植物球衣藻Chamydomonas globosa、小球藻Chlorella vulgaris、水棉Spirogyra Link和浮游動物橈足類的等刺溫劍水蚤Thermocyclops kawamurai、錐枝蒙鏢水蚤Mongolodiaptomus birulai與溫度呈顯著相關(guān)性。橈足類的生長既受內(nèi)在因素代謝率的影響,又受外界因素的影響，溫度是其中重要因素之一。在適溫范圍內(nèi)，橈足類的生長率隨溫度升高而加速[32,33]。而作為浮游甲殼動物主要食物來源，浮游植物影響橈足類的分布[34]。當(dāng)浮游植物的豐度增加到一定程度時，充足的食物來源為橈足類的生長繁殖提供有利條件，橈足類的豐度也隨之增加，而橈足類達(dá)到一定數(shù)量之后，浮游植物豐度會因攝食壓力而降低，這解釋了浮游植物、橈足類和溫度之間的顯著相關(guān)性。浮游植物微綠舟形藻Navicula viridula、變綠脆桿藻Fragilaria virescen和尖針桿藻Synedraacus的生態(tài)適應(yīng)相似，表現(xiàn)為更適宜水深和總氮含量高的生長環(huán)境，與透明度的相關(guān)性比其他物種高。這三種藻類都為硅藻，有研究認(rèn)為，硅藻密度分布與水流流速和透明度的相關(guān)程度明顯高于與營養(yǎng)鹽和溫度的相關(guān)程度，較低的透明度明顯抑制了浮游植物，尤其是硅藻的生長[35-37]。該水庫水質(zhì)渾濁，平均水深4.5m，平均透明度僅為5cm，藻體懸浮物的大量附著影響浮游植物的光合作用，直接導(dǎo)致透明度與浮游植物的相關(guān)性。浮游植物梅尼小環(huán)藻，浮游動物直刺北鏢水蚤Arctodiaptom ussalinus、跨立小劍水蚤Microcyclops varicans和無節(jié)幼體在排序圖中位置相近，表現(xiàn)出生態(tài)適應(yīng)上的相似性。它們更適宜氨氮含量較高的環(huán)境；浮游動物球形砂殼蟲Difflug iaglobulosa和矩形龜甲輪蟲在排序圖中位置相近，它們更適宜總氮含量較高的生長環(huán)境。氮、磷等營養(yǎng)鹽一般通過浮游植物間接影響浮游動物的生長與分布。水體中營養(yǎng)鹽含量的升高勢必引起浮游植物密度的增加，促進(jìn)浮游動物豐度的增加[38,39]。磷酸鹽含量是影響底棲動物豐度的主要環(huán)境因子，底棲動物霍甫水絲蚓、羽搖蚊幼蟲、幽蚊Chaoborus sp.和浮游植物肘狀針桿藻Synedra ulna在排序圖中位置相近。它們與磷酸鹽含量相關(guān)性顯著。研究發(fā)現(xiàn)，隨著溫度的升高，底棲動物如霍甫水絲蚓的磷酸鹽釋放率逐漸升高[40]。水絲蚓能顯著提高水體營養(yǎng)鹽水平，這些營養(yǎng)鹽被浮游植物利用后會促進(jìn)浮游植物的生長[41]，而浮游植物是底棲動物的可口餌料，底棲動物與浮游植物的依存關(guān)系離不開磷酸鹽等營養(yǎng)鹽濃度的高低變化。

3.3 小結(jié)

農(nóng)業(yè)面源污染使莫力達(dá)瓦旗某水庫浮游生物和底棲動物物種較單一，優(yōu)勢種多為耐污種類。多樣性指數(shù)分析表明：水庫水環(huán)境為α-中度污染。水溫、透明度和磷酸鹽含量是影響莫力達(dá)瓦旗某水庫浮游生物和底棲動物群落結(jié)構(gòu)及其分布的主要環(huán)境因子。應(yīng)加強(qiáng)水庫水環(huán)境保護(hù)工作，防止水庫生態(tài)環(huán)境進(jìn)一步惡化，保證呼倫貝爾水資源的合理利用。在農(nóng)民按照化肥質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)施肥的基礎(chǔ)上，針對水庫農(nóng)業(yè)面源污染情況，提出以下建議：（1）減少人類活動對沿岸帶的破壞和干擾，阻止泥沙向水庫運(yùn)動，水庫沿岸開展植被緩沖帶，維系河岸帶植被；（2）根據(jù)不同季節(jié)水文情況，科學(xué)合理調(diào)整水庫調(diào)度方式；（3）選擇合理方式開展水庫清淤工作，消除水庫的水生態(tài)環(huán)境潛在威脅。