朱為菊， 馬浩晨, 譚海珍

(瓊臺師范學(xué)院 a. 理學(xué)院; b. 熱帶生物多樣性與資源利用實驗室， 海南 海口 571127)

0 引言

輪蟲是淡水后生浮游動物中種類最豐富的類群，是水生經(jīng)濟(jì)動物的重要餌料資源，是水域生態(tài)系統(tǒng)食物鏈的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[1]。由于輪蟲對水體環(huán)境變化敏感，其群落結(jié)構(gòu)的變化能反映水環(huán)境的現(xiàn)狀，對水質(zhì)現(xiàn)狀具有一定的指示作用[2]。水體中輪蟲的群落結(jié)構(gòu)變化受溫度、水體營養(yǎng)狀態(tài)等因素的影響，因此探究輪蟲群落結(jié)構(gòu)與水環(huán)境因子之間的關(guān)系，對水環(huán)境狀況評價、保護(hù)及其生態(tài)修復(fù)具有重要的意義。目前國內(nèi)外對輪蟲群落動態(tài)變化及其水質(zhì)指示與評價的研究主要集中在河流[3-5]、湖泊[6-7]、水庫[8-9]等水體，對于位于熱帶地區(qū)的城市景觀湖輪蟲群落結(jié)構(gòu)的研究缺少相應(yīng)的探索。

城市景觀湖是城市水體系統(tǒng)的重要組成部分，在水資源積蓄、區(qū)域環(huán)境調(diào)節(jié)及其城市的美化等方面起到一定的作用，然而隨著城市化進(jìn)程的加快，景觀湖水體面臨著較大的污染壓力，導(dǎo)致水環(huán)境質(zhì)量惡化，因此加強(qiáng)城市景觀湖生態(tài)監(jiān)測，有助于對水體環(huán)境狀況的科學(xué)研判提供理論依據(jù)。

紅城湖是?？谑兄行某菂^(qū)重要景觀湖，對于調(diào)節(jié)區(qū)域氣候起到非常重要的作用，但是由于周邊人口密集，湖區(qū)富營養(yǎng)化程度高，水質(zhì)堪憂。關(guān)于紅城湖浮游生物的研究，僅見朱為菊等[10]關(guān)于紅城湖浮游植物群落結(jié)構(gòu)和水質(zhì)因子進(jìn)行研究，而對于輪蟲群落結(jié)構(gòu)特征未見報道。2016—2017年課題組對紅城湖輪蟲群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，了解群落結(jié)構(gòu)特征，為湖區(qū)改造進(jìn)行樣品的采集、理化數(shù)據(jù)的分析為該湖泊未來的水生態(tài)維護(hù)及構(gòu)建提供科學(xué)的根據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況及樣點設(shè)置

紅城湖位于海南省?？谑协偵絽^(qū)，湖水面積33 hm2，平均水深2.5 m，東西長約800 m，南北長約500 m，地理坐標(biāo)位置為110°20.521′—110°20.737′E，20°0.315′—20°0.439′N。根據(jù)紅城湖的湖泊特征，設(shè)置7個采樣點(S1—S7)，S1至S6點為靠近沿岸的點位，S7點為湖中心點位，如圖1所示。

圖1 2016—2017紅城湖浮游植物樣品采集樣點Fig. 1 Sampling sites in Hongcheng lake during 2016—2017

1.2 樣品采集與分析

輪蟲采集與鑒定：利用25#浮游生物網(wǎng)收集定性標(biāo)本，將網(wǎng)放入研究水域淺表至水面下0.5 m處拖動多次，等水濾盡后扭轉(zhuǎn)生物網(wǎng)閥門，緩緩將采集到的樣品收到50 mL的標(biāo)本瓶中，收集完樣品之后，加入4%甲醛溶液進(jìn)行現(xiàn)場固定，帶回實驗室鏡檢觀察。定量標(biāo)本的采集用1 L有機(jī)玻璃采水器于水面以下0.5 m處采集水樣1 000 mL置于采樣瓶中。隨即按照1.5%體積比加入魯哥氏液(Lugol)固定，固定完畢后將樣品帶回實驗室靜置48 h，利用虹吸法緩緩吸去上清液定容至50 mL，加入4%甲醛溶液保存。使用1 mL浮游動物計數(shù)框來對定量樣品計數(shù)，再在10×10倍的光鏡下利用全片計數(shù)完成鑒定計數(shù)[11]。

水質(zhì)指標(biāo)的測定：利用便攜式水質(zhì)分析儀測定水溫(WT)、pH值和電導(dǎo)率(Cond)，使用塞氏透明度盤測定水體的透明度(Tran)，并現(xiàn)場取1 L水樣帶回實驗室(現(xiàn)場測完相應(yīng)數(shù)據(jù)后，取1 L該湖泊水樣帶回實驗室，進(jìn)行下一步的數(shù)據(jù)測定),24 h內(nèi)測定水體的總氮(TN)、總可溶性氮(TSN)、總磷(TP)、可溶性正磷酸鹽(SRP)、可溶性總磷酸鹽(TSP)，具體操作方法參照文獻(xiàn)[12]。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

運用R軟件的Rstudio運行窗口進(jìn)行分析，先對物種做去趨勢對應(yīng)分析(DCA)，然后進(jìn)行典型相關(guān)分析(CCA)或冗余分析(RDA)。

2 結(jié)果與分析

2.1 輪蟲群落結(jié)構(gòu)時空變化特征分析

本研究共鑒定輪蟲18種，發(fā)現(xiàn)輪蟲密度呈現(xiàn)一定的時間和空間的差異(圖2)。

圖2 紅城湖輪蟲細(xì)胞密度時空化圖Fig. 2 Spatio-temporal change of rotifers cell density in Hongcheng lake

在2016年11月輪蟲密度在50～433 個/L范圍內(nèi)浮動，平均值為275 個/L，密度最高值在S6樣點，最低值在S1樣點。2017年3月輪蟲密度在17～1 000 個/L之間波動，平均值為319 個/L，密度最高值在S4樣點，最低值在S5和S6樣點。2017年7月輪蟲密度在17～233 個/L之間波動，平均值為81 個/L，密度最高值在S3樣點，最低值在S1和S2樣點。在此次研究中，輪蟲的種類數(shù)與其他研究相比較少[13-14]，且優(yōu)勢種中普遍為耐污種、中污帶指示種，這些輪蟲的出現(xiàn)指示水體有朝富營養(yǎng)化發(fā)展的趨勢，其原因可能是該湖位于?？谑袇^(qū)，面臨較大的生活污染，存在著底泥重金屬含量較高的問題[10,15]。有研究表明，輪蟲的食物來源較廣，如藻類、自養(yǎng)鞭毛蟲、細(xì)菌及其腐殖質(zhì)均可作為其食物來源，也使得輪蟲分布較廣。多數(shù)學(xué)者研究表明，溫度變化影響著輪蟲的群落結(jié)構(gòu)，雖然紅城湖全年水溫變動幅度較窄，但是輪蟲的密度仍然呈現(xiàn)一定的時空變化。研究發(fā)現(xiàn)輪蟲的密度在2017年3月達(dá)到最高、7月最低，其原因可能是春季隨著氣溫的增高，水溫隨之升高，浮游植物大量生長，輪蟲的食物增多而開始增殖；而夏季可能會存在輪蟲間的種間競爭。從空間來看，輪蟲密度較高的樣點生境特點主要為種植水草和水域較為開闊的區(qū)域，水草為輪蟲的生長提供了庇護(hù)場所[16]。

2.2 優(yōu)勢種分析

以輪蟲相對豐度>2%定義為優(yōu)勢種，本次研究發(fā)現(xiàn)輪蟲優(yōu)勢種有13種(見表1)，2016年11月優(yōu)勢種數(shù)目最多，有9種；2017年3月優(yōu)勢種為9種；2017年7月優(yōu)勢種數(shù)目最少，有5種。疣毛輪蟲(Synchaeta sp.)在3個月份中均為優(yōu)勢種；微齒角突臂尾輪蟲(B.angularisbidens)僅在2016年11月為優(yōu)勢種；圓筒異尾輪蟲(T.cylindrica)、角突臂尾輪蟲(B.angularis)、裂痕龜紋輪蟲(A.fissa)、晶囊輪蟲(Asplanchnasp.)在2016年11月和2017年3月均為優(yōu)勢種；鼠異尾輪蟲(T.rattus)在2017年3月和7月為優(yōu)勢種；熱帶龜甲輪蟲(K.tropica)和十字龜甲輪蟲(K.cruciformis)僅在2017年7月為優(yōu)勢種。分析可知，紅城湖的輪蟲優(yōu)勢種多是廣溫性種類和暖溫性種類[17]，疣毛輪蟲(Synchaetasp.)、晶囊輪蟲(Asplanchnasp.)在2016年11月、2017年3月、2017年7月都是優(yōu)勢種，與龐雨佳等人的研究一致[18]，紅城湖浮游植物中以藍(lán)藻、綠藻、硅藻居多，有研究指出晶囊輪蟲(Asplanchnasp.)能以這些藻類為食[19]。研究發(fā)現(xiàn)雙棘萼花臂尾輪蟲(B.calyctiflorusamphiceros)在2017年7月為第一優(yōu)勢種。鄭金秀等[20]研究發(fā)現(xiàn)螺形龜甲輪蟲是富營養(yǎng)化的指示種，能在富營養(yǎng)化的湖泊中全年占據(jù)優(yōu)勢地位，在紅城湖水體中十字龜甲輪蟲(K.cruciformis)和熱帶龜甲輪蟲(K.tropica)僅在2017年7月為優(yōu)勢種，這也說明水體在夏季面臨較大的富營養(yǎng)化的壓力。紅城湖浮游動物優(yōu)勢種種類數(shù)在2016年11月和2017年3月均為9種，高于2017年7月，大多數(shù)研究表明浮游植物優(yōu)勢種種類數(shù)目多且優(yōu)勢度小，則群落結(jié)構(gòu)會更復(fù)雜且穩(wěn)定。這說明了夏季紅城湖浮游動物群落結(jié)構(gòu)簡單且不穩(wěn)定，這可能與水體的溫度和其他環(huán)境因子的變化有密切的關(guān)系。

表1 紅城湖輪蟲優(yōu)勢種相對豐度Tab. 1 The relative abundance of the dominant rotifers in Hongcheng lake

2.3 浮游動物優(yōu)勢種群落與環(huán)境因子的關(guān)系

通過對優(yōu)勢種相對豐度進(jìn)行DCA分析發(fā)現(xiàn)，最大梯度長均大于3，因此選用單峰典范對應(yīng)分析(CCA)進(jìn)行排序。根據(jù)紅城湖輪蟲群落結(jié)構(gòu)和CCA分析可知，軸1(CCA1)的解釋度為38%,軸2(CCA2)的解釋度為28%。通過篩選可知pH值(P<0.001)、電導(dǎo)率(P<0.001)為顯著解釋性的環(huán)境變度。水體pH值與軸1呈正相關(guān)，電導(dǎo)率與軸1呈負(fù)相關(guān)，TSN和TP與軸2呈負(fù)相關(guān)(圖3)。CCA分析顯示，紅城湖浮游動物優(yōu)勢種的變化受水體的溫度、電導(dǎo)率、pH值、總可溶性氮、總磷的影響。雙棘萼花臂尾輪蟲(B.calyctiflorusamphiceros)、鼠異輪蟲(T.rattus)與pH值成正相關(guān)，晶囊輪蟲(Asplanchnasp.)與TP成正相關(guān)，疣毛輪蟲(Synchaetasp.)與TSN成正相關(guān)，十字龜甲輪蟲(K.cruciformis)、熱帶龜甲輪蟲(K.tropica)與Cond成正相關(guān)。

圖3 紅城湖輪蟲優(yōu)勢種與環(huán)境因子CCA分析Fig. 3 CCA analysis of the dominant rotifers and environmental factors in Hongcheng lake

輪蟲群落的分布與環(huán)境因子的關(guān)系密切相關(guān)，其中多數(shù)學(xué)者的研究發(fā)現(xiàn)，溫度是影響輪蟲分布的主要因素之一[20]。雖然在熱帶地區(qū)水溫的季節(jié)變化幅度小，但是晶囊輪蟲(Asplanchnasp.)、鼠異尾輪蟲(T.rattus)和雙棘萼花臂尾輪蟲(B.calyctiflorusamphiceros)在溫度較高的夏季數(shù)量較高。本研究發(fā)現(xiàn)影響紅城湖輪蟲優(yōu)勢種群落的主要因子為水體的pH值和電導(dǎo)率，這與夏品華等[21]的研究結(jié)果一致。水體理化因子的影響首先體現(xiàn)在浮游植物的生長情況，通過影響其生長狀況，間接對以浮游植物為食的輪蟲產(chǎn)生影響[22]。多數(shù)研究表明，氮磷營養(yǎng)鹽的濃度是影響浮游動物群落動態(tài)變化的重要因素[23]。本研究CCA分析顯示，總可溶性氮和總磷是輪蟲優(yōu)勢種的影響因子，尤其是長三肢輪蟲(F.longisela)、晶囊輪蟲(Asplanchna)與TP成正相關(guān)，臂尾輪蟲(Brachionus)、疣毛輪蟲(Synchaeta)與TSN成正相關(guān)。在水體富營養(yǎng)化進(jìn)程中，氮磷營養(yǎng)鹽濃度是其主要指標(biāo)，這也說明了長三肢輪蟲、晶囊輪蟲、臂尾輪蟲、疣毛輪蟲能指示水體的富營養(yǎng)化程度。龔森森等[14]研究發(fā)現(xiàn)，廣營養(yǎng)型的廣布多肢輪蟲在營養(yǎng)鹽較高的水體中較易形成優(yōu)勢種類。

3 結(jié)論

紅城湖輪蟲種類數(shù)較少，群落具有一定的時空變化，且優(yōu)勢種多為耐污種、中污帶指示種，水溫、水體的理化指標(biāo)影響輪蟲群落結(jié)構(gòu)的變化。紅城湖輪蟲群落結(jié)構(gòu)較為簡單且不穩(wěn)定，指示紅城湖水體有富營養(yǎng)化趨勢。建議相關(guān)部門定時開展生態(tài)環(huán)境監(jiān)測，并增加水生生物指標(biāo)對水環(huán)境進(jìn)行評價。湖邊可適當(dāng)種植水生植物，增加輪蟲的生活場所，進(jìn)而增加水生生物的種類，有助于推動紅城湖水生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

2019—2020年紅城湖區(qū)進(jìn)行了工程改造，包括底泥疏浚、水生植物的栽種及沿岸道路硬化等措施。改造后的湖區(qū)生態(tài)狀況穩(wěn)定需要1～2年時間。因此有必要在2022—2023年跟蹤湖區(qū)改造后生物指標(biāo)及理化指標(biāo)的變化情況，比較湖區(qū)改造前后紅城湖水體生態(tài)環(huán)境狀況的變化情況。