李清濯，華躍洲，杜成棟，何尚衛(wèi)，吳召仕，潘繼征①

(1.中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所/ 湖泊與環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210008；2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；3.蘇州科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215009)

浮游生物是水生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)、能量流動(dòng)以及水生態(tài)平衡起著至關(guān)重要的作用[1]。浮游生物群落結(jié)構(gòu)對(duì)水體中環(huán)境因素的變化極為敏感，是衡量水體富營(yíng)養(yǎng)化程度和水生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)的重要生物指標(biāo)之一[2-3]。不同水體中浮游生物群落結(jié)構(gòu)的主要影響因子存在差異，分為非生物因素(如水溫[4]、營(yíng)養(yǎng)鹽[5]等)和生物因素(如捕食、競(jìng)爭(zhēng)[6]等)。研究浮游生物的群落結(jié)構(gòu)特征及其影響因素有助于準(zhǔn)確評(píng)估水體環(huán)境質(zhì)量變化及明確治理目標(biāo)，并對(duì)后續(xù)水體生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)具有重要參考意義。

太湖西山島位于太湖東側(cè)，是我國(guó)淡水湖泊中最大的島嶼。西山島上河道眾多、分布密集。島內(nèi)絕大部分河道連通太湖，是太湖健康生態(tài)系統(tǒng)維護(hù)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和生態(tài)屏障之一。隨著西山島經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人類活動(dòng)的不斷加強(qiáng)，西山島河網(wǎng)的水質(zhì)也持續(xù)惡化。2021年，蘇州市吳中區(qū)發(fā)布了《太湖生態(tài)島發(fā)展規(guī)劃思路》，指出要開展生態(tài)環(huán)境修復(fù)和生態(tài)綜合整治，以逐步優(yōu)化西山島全域水質(zhì)。目前針對(duì)太湖浮游生物的研究主要集中于太湖湖區(qū)及湖濱帶[7-8]，太湖島嶼西山島河網(wǎng)浮游生物的研究尚鮮見報(bào)道。秋季是太湖地區(qū)浮游生物密度和生物量較高的時(shí)期[7,9]。受太湖水位影響，河道多為往復(fù)流動(dòng)，汛期受到梅雨季節(jié)大量降水影響，河道處于順流狀況；到了秋季汛后期，太湖水位仍然較高，湖水倒灌而入，水流以滯留為主。在此水利條件下河道形成了復(fù)雜的水質(zhì)條件和水生態(tài)環(huán)境，故了解這一時(shí)期浮游生物群落的變化對(duì)認(rèn)識(shí)太湖與西山島河網(wǎng)水環(huán)境之間的作用關(guān)系極其重要。

該研究調(diào)查了太湖西山島河網(wǎng)中的浮游生物群落結(jié)構(gòu)特征，分析了浮游生物空間分布特征及其與水環(huán)境因子之間的關(guān)系，可為太湖西山生態(tài)島河網(wǎng)水環(huán)境和水生態(tài)健康評(píng)價(jià)提供依據(jù)，對(duì)太湖生態(tài)島的建設(shè)和太湖生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 采樣點(diǎn)布設(shè)及采樣時(shí)間

根據(jù)西山島河網(wǎng)水體類型和生境特點(diǎn)，將河網(wǎng)分為城鎮(zhèn)區(qū)、水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)和農(nóng)業(yè)區(qū)河道3個(gè)類別，共設(shè)置34個(gè)采樣點(diǎn)位(圖1)。其中，S1～S13為城鎮(zhèn)區(qū)河道，是西山島金庭鎮(zhèn)中心的主要河道。S14～S16為水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)河道，2018年以前為太湖大閘蟹的養(yǎng)殖基地，現(xiàn)逐步騰退整治為農(nóng)田和生態(tài)濕地。S17～S34為農(nóng)業(yè)區(qū)河道，以園地、林地、耕地為主。樣品采集和分析時(shí)間為2020年10—11月。

圖1 采樣點(diǎn)分布Fig.1 Distribution of sampling points

1.2 樣品采集及分析方法

1.2.1水體樣品采集與水質(zhì)指標(biāo)測(cè)定

采用多參數(shù)水質(zhì)測(cè)定儀(YSI,美國(guó))現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定河流表層水樣的溫度(WT)、pH值、溶解氧(DO)濃度、氧化還原電位(ORP)、礦化度(TDS)和電導(dǎo)率(EC)等環(huán)境參數(shù)。采用采水器采集水面以下0.5 m深處的水樣，倒入聚乙烯瓶中低溫保存，48 h內(nèi)運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室分析測(cè)定。參照文獻(xiàn)[10]中的方法，測(cè)定水樣中的化學(xué)需氧量(CODCr)、總氮(TN)、氨氮(NH4+-N)、總磷(TP)、溶解性正磷酸鹽(SRP)和葉綠素a(Chl-a)濃度。

1.2.2水體樣品采集與浮游植物鑒定

取1 L水面以下0.5 m深處的水樣倒入聚乙烯瓶中，并添加φ=15‰的魯哥試劑進(jìn)行固定，靜置48 h后吸去上清液，將剩余水樣濃縮至30 mL。選取面積為20 mm×20 mm、容量為0.1 mL的計(jì)數(shù)框，在顯微鏡下進(jìn)行鑒定和計(jì)數(shù)[11]。

1.2.3水體樣品采集與浮游動(dòng)物鑒定

輪蟲樣品的采集和處理方法與浮游植物相同。選取1 mL計(jì)數(shù)板，在顯微鏡下鑒定和計(jì)數(shù)。枝角類、橈足類樣品采用水面以下0.5 m深處10 ～50 L水樣，經(jīng)25號(hào)浮游生物網(wǎng)過濾后，把過濾物放入50 mL標(biāo)本瓶中，并添加φ=7%的甲醛溶液固定，靜置48 h后吸去上清液，將剩余水樣濃縮至30 mL。選取1 mL計(jì)數(shù)板，在顯微鏡下鑒定和計(jì)數(shù)[12-13]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

1.3.1多樣性指數(shù)

生物群落特征采用物種優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(Y)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H′)、Margalef豐富度指數(shù)(D)、Pielou均勻度指數(shù)(J)表述。

(1)物種優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(Y)

Y=fi×ni/N。

(1)

式(1)中，ni為第i種的數(shù)量；N為群落中所有種的數(shù)量；fi為該種在各點(diǎn)位出現(xiàn)的頻率。其中Y≥0.02的判定為優(yōu)勢(shì)種。

(2)Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H′)

H′=∑ni/N×lnni/N。

(2)

(3)Margalef豐富度指數(shù)(D)

D=(S-1)/lnN。

(3)

式(3)中，S為樣品中的種類數(shù)。

(4)Pielou均勻度指數(shù)(J)

J=H′/lnS。

(4)

1.3.2水質(zhì)狀況評(píng)價(jià)

采用對(duì)數(shù)型冪函數(shù)普適指數(shù)公式計(jì)算河道水體營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)綜合指數(shù)(E)[14]。選取Chl-a、TP、SRP、TN、NH4+-N和DO濃度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，并根據(jù)方法對(duì)應(yīng)的富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(表1)評(píng)價(jià)各監(jiān)測(cè)斷面水體營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)。

(5)

式(5)中，E為營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)綜合指數(shù)；Wj為第j種指標(biāo)的歸一化權(quán)重值，將各指標(biāo)視作等權(quán)重；Ej為第j種指標(biāo)的富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)普適指數(shù)；xj為第j種指標(biāo)的規(guī)范值，計(jì)算方法見文獻(xiàn)[14]；n為評(píng)價(jià)指標(biāo)個(gè)數(shù)。

1.3.3統(tǒng)計(jì)分析

使用SPSS 25.0和Origin 2019軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和作圖，太湖西山島河網(wǎng)采樣點(diǎn)分布圖在ArcGIS 10.2軟件中繪制。對(duì)河道中的浮游生物物種進(jìn)行篩選(物種在各采樣點(diǎn)出現(xiàn)的頻率≥30%，且至少1個(gè)采樣點(diǎn)的相對(duì)密度≥1%[15])，將篩選物種密度數(shù)據(jù)和環(huán)境因子數(shù)據(jù)分別進(jìn)行Hellinger轉(zhuǎn)換和標(biāo)準(zhǔn)化后，使用R語言中的vegan包對(duì)篩選物種數(shù)據(jù)和環(huán)境因子進(jìn)行去趨勢(shì)分析(DCA)。DCA結(jié)果表明，排序軸梯度最大值均小于3，故對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性冗余分析(RDA)。營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)綜合指數(shù)(E)≤20為貧營(yíng)養(yǎng)，>20～39.42為中營(yíng)養(yǎng)，>39.42～61.29為富營(yíng)養(yǎng)，>61.29～76.28為重富營(yíng)養(yǎng)，>76.28～99.77為極富營(yíng)養(yǎng)。

2 結(jié)果與分析

2.1 環(huán)境因子特征

各類型河道水質(zhì)參數(shù)特征和綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)結(jié)果如表1和圖2所示。

表1 各類型河道水質(zhì)參數(shù)特征

圖2 營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)(E)指數(shù)Fig.2 Evaluation results of nutritional status

太湖西山島河網(wǎng)pH平均值為6.41，整體為弱酸性。各類型河道水體ORP和DO濃度差別不大，平均值分別為210.24 mV和4.94 mg·L-1。其他環(huán)境因子在不同類型的河道中存在一定的差異。農(nóng)業(yè)區(qū)河道水體EC、TDS、CODCr和Chl-a濃度整體較低，但氮、磷營(yíng)養(yǎng)物濃度較高；水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)河道與之呈現(xiàn)相反的規(guī)律，水體EC、TDS、CODCr整體較高，氮、磷營(yíng)養(yǎng)物濃度較低；城鎮(zhèn)區(qū)河道水體介于兩者之間，但水體中TDS、NH4+-N和Chl-a濃度整體高于前2類河道水體。根據(jù)GB 1318—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》和綜合營(yíng)養(yǎng)評(píng)價(jià)結(jié)果，河網(wǎng)水質(zhì)總體評(píng)價(jià)為劣Ⅴ類，均處于富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)。

2.2 浮游植物群落特征

2.2.1浮游植物物種組成與優(yōu)勢(shì)種

調(diào)查共鑒定出浮游植物68種，隸屬于6門56屬。綠藻種類最多，有27種，占總種數(shù)的39.71%；其次是硅藻，有21種，占30.88%；藍(lán)藻9種，占13.24%；甲藻和裸藻種類較少，分別為3種和4種。就河道類型而言，城鎮(zhèn)區(qū)河道共鑒定出35種，平均種類數(shù)最多；水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)和農(nóng)業(yè)區(qū)河道各27種，平均種類數(shù)較接近且較少(圖3和表2)。各地區(qū)優(yōu)勢(shì)種整體相似(表3)，微囊藻(Microcystissp.)占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，全區(qū)優(yōu)勢(shì)度為0.55，各地區(qū)優(yōu)勢(shì)度也在0.5以上。

圖3 各類型河道浮游植物種類占比Fig.3 Ratio of phytoplankton species in different types of waterway

2.2.2浮游植物密度與生物量

河網(wǎng)中浮游植物密度變化范圍為1.59×105～1.37×107L-1，均值為1.32×106L-1,其中城鎮(zhèn)區(qū)樣點(diǎn)S8密度最高，為1.37×107L-1。城鎮(zhèn)區(qū)樣點(diǎn)密度與農(nóng)業(yè)區(qū)樣點(diǎn)密度之間差異性顯著(P<0.05)。浮游植物密度呈現(xiàn)城鎮(zhèn)區(qū)河道>農(nóng)業(yè)區(qū)河道>水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)河道的規(guī)律(圖4～5)。其中，城鎮(zhèn)區(qū)樣點(diǎn)平均密度最高，為2.46×106L-1，是水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)(4.54×106L-1)的5.42倍。藍(lán)藻密度在各類型河道中均占比最高，占總藻密度的71.10%，其次是綠藻門(14.48%)。

表2 各采樣點(diǎn)浮游植物種類比例

浮游植物生物量變化范圍為0.02～5.20 mg·L-1，平均值為0.72 mg·L-1。城鎮(zhèn)區(qū)樣點(diǎn)S1和S2的生物量最高，均超過4.50 mg·L-1。其次為S7和S8，均在2.50 mg·L-1左右，其他采樣點(diǎn)(除S5外)生物量均不超過1 mg·L-1。各類型河道中浮游植物生物量具有顯著的空間差異(P<0.05)。浮游植物生物量呈現(xiàn)城鎮(zhèn)區(qū)河道>水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)河道>農(nóng)業(yè)區(qū)河道的空間分布特征。硅藻門生物量在城鎮(zhèn)區(qū)河道和農(nóng)業(yè)區(qū)河道占比最高，分別為34.22%和49.69%；裸藻門生物量在水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)河道占比最高(21.86%)；綠藻門生物量在城鎮(zhèn)區(qū)河道也有較高的占比(26.43%)。

從密度數(shù)據(jù)來看，城鎮(zhèn)區(qū)樣點(diǎn)平均密度最高，以藍(lán)藻門為主；從生物量數(shù)據(jù)來看，城鎮(zhèn)區(qū)樣點(diǎn)平均生物量也最高，其中硅藻門和綠藻門占優(yōu)。

表3 各類型河道浮游植物優(yōu)勢(shì)種及優(yōu)勢(shì)度

圖4 各采樣點(diǎn)浮游植物密度與生物量Fig.4 Density and biomass of phytoplankton at different sampling points

圖5 各類型河道浮游植物平均密度與生物量Fig.5 Average density and biomass of phytoplankton in different types of waterway

2.2.3浮游植物多樣性指數(shù)

河網(wǎng)各河道的浮游植物多樣性指數(shù)如圖6所示,Shannon-Wiener指數(shù)(H′)變化范圍在0.15～2.39之間，均值為1.28。最大值出現(xiàn)在水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)樣點(diǎn)S16，最小值在農(nóng)業(yè)區(qū)樣點(diǎn)S17。Margalef豐富度(D)指數(shù)變化趨勢(shì)與H′較為一致，變化范圍在0.28～2.22之間，均值為1.05，最大值出現(xiàn)在城鎮(zhèn)區(qū)樣點(diǎn)S7，最小值在城鎮(zhèn)區(qū)樣點(diǎn)S12。均勻度指數(shù)(J)各點(diǎn)位的變化幅度較小，均值為0.48，最大值出現(xiàn)在農(nóng)業(yè)區(qū)樣點(diǎn)S21為0.79，最小值出現(xiàn)在農(nóng)業(yè)區(qū)樣點(diǎn)S17,為0.07。整體而言，城鎮(zhèn)區(qū)河道H′、D和J指數(shù)較高，農(nóng)業(yè)區(qū)河道最低。

圖6 各采樣點(diǎn)浮游植物多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)和豐富度指數(shù)Fig.6 Diversity index, evenness index and richness index of phytoplankton at different sampling points

2.3 浮游動(dòng)物群落特征

2.3.1浮游動(dòng)物物種組成與優(yōu)勢(shì)種

調(diào)查共鑒定出浮游動(dòng)物30種，其中輪蟲23種，占總物種數(shù)的76.67%；枝角類4種,占13.33%；橈足類3種，占10%。從不同河道類型來看，水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)河道共鑒定出18種，種類數(shù)最少；城鎮(zhèn)區(qū)和農(nóng)業(yè)區(qū)河道分別為25和26種，種類數(shù)較多(圖7、表4～5)。優(yōu)勢(shì)種在城鎮(zhèn)區(qū)和農(nóng)業(yè)區(qū)河道以輪蟲、橈足類為主，在水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)河道以輪蟲類為主(表5)。

2.3.2浮游動(dòng)物密度和生物量

浮游動(dòng)物密度變化范圍在0.53～521.33 L-1之間，均值為113.93 L-1，其中城鎮(zhèn)區(qū)樣點(diǎn)S8密度最高，農(nóng)業(yè)區(qū)樣點(diǎn)S31密度最低(圖8)。水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)與農(nóng)業(yè)區(qū)樣點(diǎn)密度之間具有顯著的差異性(P<0.05)。浮游動(dòng)物密度和物種組成呈現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)河道>城鎮(zhèn)區(qū)河道>農(nóng)業(yè)區(qū)河道的規(guī)律(圖9)。輪蟲密度在城鎮(zhèn)區(qū)(58.28%)和水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)(63.14%)河道占據(jù)優(yōu)勢(shì)，橈足類在農(nóng)業(yè)區(qū)河道占比最高(52.57%)。

圖7 各類型河道浮游動(dòng)物種類比例Fig.7 Ratio of zooplankton species in different types of waterway

表4 各類型河道浮游動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種及優(yōu)勢(shì)度

浮游動(dòng)物生物量變化范圍在6.00×10-5～5.64 L-1之間，平均值為0.87 mg·L-1，最大值出現(xiàn)在農(nóng)業(yè)區(qū)樣點(diǎn)S20，最小值出現(xiàn)在樣點(diǎn)S32，其他有25個(gè)點(diǎn)位的生物量小于1 mg·L-1。浮游動(dòng)物生物量呈現(xiàn)農(nóng)業(yè)區(qū)河道>水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)河道>城鎮(zhèn)區(qū)河道的規(guī)律，橈足類是各類型河道生物量的主要貢獻(xiàn)者。

從密度數(shù)據(jù)來看，水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)樣點(diǎn)平均密度最高，以橈足類為主；從生物量數(shù)據(jù)來看，農(nóng)業(yè)區(qū)樣點(diǎn)平均生物量最高，同樣橈足類占優(yōu)。

表5 各采樣點(diǎn)浮游動(dòng)物種類比例

2.3.3浮游動(dòng)物多樣性指數(shù)

河網(wǎng)各河道的浮游動(dòng)物多樣性指數(shù)如圖10所示。Shannon-Wiener指數(shù)(H′)均值為1.32，城鎮(zhèn)區(qū)樣點(diǎn)S7的H′指數(shù)最高，為2.23。由于農(nóng)業(yè)區(qū)樣點(diǎn)S28和S31僅檢出1種無節(jié)幼體，導(dǎo)致其H′指數(shù)為0。Margalef豐富度指數(shù)(D)均值為2.40;農(nóng)業(yè)區(qū)樣點(diǎn)S32最高,達(dá)15.49，這主要是由于該點(diǎn)位的總密度較低引起的。最低值同樣出現(xiàn)在農(nóng)業(yè)區(qū)樣點(diǎn)S28和S31(0)。與浮游植物類似，浮游動(dòng)物的均勻度變化幅度也較小，均值為0.61，最大值出現(xiàn)在城鎮(zhèn)區(qū)樣點(diǎn)S4,為0.84，最小值出現(xiàn)在S28和S31(0)。總體而言，水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)樣點(diǎn)H′和J指數(shù)較高，城鎮(zhèn)區(qū)樣點(diǎn)其次，農(nóng)業(yè)區(qū)樣點(diǎn)最低。D指數(shù)農(nóng)業(yè)區(qū)樣點(diǎn)最高，水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)樣點(diǎn)次之，城鎮(zhèn)區(qū)樣點(diǎn)最低。

2.4 浮游生物密度與環(huán)境因子的關(guān)系

浮游植物RDA分析結(jié)果(圖11、表6)顯示，前2軸可以解釋總方差的50.17%，軸1和軸2的特征根分別為0.056和0.028，解釋率分別占總解釋率的48.95%和23.96%。

采用蒙特卡洛置換檢驗(yàn)評(píng)估環(huán)境因子與物種群落組成相關(guān)的顯著性，結(jié)果表明水溫、ORP、CODCr、Chl-a濃度與軸1呈正相關(guān)，DO濃度、TN濃度、NH4+-N濃度、TP濃度和pH值與軸1呈負(fù)相關(guān)(表7)。水溫和Chl-a濃度與軸2呈正相關(guān)，其余環(huán)境因子呈負(fù)相關(guān)。浮游植物群落結(jié)構(gòu)的變化與ORP、CODCr、TN濃度、Chl-a濃度和NH4+-N濃度顯著相關(guān)(P<0.05)。

將浮游植物密度(PHY)作為生物因子，與環(huán)境因子一起對(duì)浮游動(dòng)物群落進(jìn)行RDA分析，結(jié)果顯示，前2軸可以解釋總方差的32.85%，軸1和軸2的特征根分別為0.038和0.036，解釋率分別占總解釋率的29.50%和27.16%(圖12、表8)。蒙特卡洛置換檢驗(yàn)結(jié)果(表9)表明，ORP、CODCr、TN濃度和TP濃度與軸1呈正相關(guān)，其他環(huán)境因子與軸1呈負(fù)相關(guān)。ORP、TN濃度、NH4+-N濃度、Chl-a濃度和TP濃度與軸2呈正相關(guān)，其余環(huán)境因子與其呈負(fù)相關(guān)。浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的變化與水溫、Chl-a濃度、NH4+-N濃度和pH值4種環(huán)境因子顯著相關(guān)(P<0.05)，與浮游植物密度變化極顯著相關(guān)(P<0.01)。從圖12可以看出，農(nóng)業(yè)區(qū)河道和水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)河道聚集于第1、2象限，TP濃度、TN濃度和NH4+-N濃度是影響其水體浮游動(dòng)物分布的主要環(huán)境因子；城鎮(zhèn)河道聚集于第3、4象限，WT、CODCr和pH值是其主要的影響因子。

3 討論

3.1 浮游植物和浮游動(dòng)物群落特征分析

西山島河網(wǎng)秋季浮游植物種類組成主要以綠藻、硅藻、藍(lán)藻為主，與汾河太原河段[16]和蘇州河[17]等富營(yíng)養(yǎng)化河流結(jié)果相似，符合富營(yíng)養(yǎng)化水體的特征[18]。浮游植物各門類在不同類型的河道中所占比例相似，但種類數(shù)存在差異。城鎮(zhèn)區(qū)和農(nóng)業(yè)區(qū)河道種類數(shù)較多，水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)種類數(shù)較少。

圖8 各采樣點(diǎn)浮游動(dòng)物密度與生物量Fig.8 Density and biomass of zooplankton at different sampling points

圖9 各類型河道浮游動(dòng)物平均密度與生物量Fig.9 Average density and biomass of zooplankton in different types of waterway

圖10 各采樣點(diǎn)浮游動(dòng)物多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)和豐富度指數(shù)Fig.10 Diversity index, evenness index and richness index of zooplankton at different sampling points

浮游植物密度主要由藍(lán)藻、綠藻和硅藻貢獻(xiàn)，河網(wǎng)浮游植物密度整體差異性不顯著(P>0.05)。這是因?yàn)槲魃綅u河網(wǎng)主要受農(nóng)業(yè)或城市化活動(dòng)的影響，污染源類型較簡(jiǎn)單。此外河網(wǎng)河道均與太湖相通，水系連通性較高，造成整體空間異質(zhì)性較低[19]。但城鎮(zhèn)區(qū)河道與農(nóng)業(yè)區(qū)河道之間浮游植物密度具有顯著差異(P<0.05)。

圖11 浮游植物群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子RDA排序Fig.11 RDA sorting diagram of phytoplankton and environmental factors

表6 浮游植物與環(huán)境因子RDA分析結(jié)果

表7 浮游植物群落組成與環(huán)境因子的蒙特卡洛置換檢驗(yàn)結(jié)果

具體來看，城鎮(zhèn)區(qū)河道平均密度最高，藍(lán)藻、綠藻和硅藻占優(yōu)，主要優(yōu)勢(shì)種為微囊藻、細(xì)鞘絲藻、小環(huán)藻和小球藻，這與城鎮(zhèn)區(qū)河道(流經(jīng)金庭鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū))河流污染較為嚴(yán)重，水體富營(yíng)養(yǎng)化程度高，造成藍(lán)藻、綠藻等大量繁殖[20]相吻合。此外，城鎮(zhèn)區(qū)河道整體較長(zhǎng)，流速較快，適宜硅藻生長(zhǎng)[21]。農(nóng)業(yè)區(qū)河道平均密度其次，藍(lán)藻和綠藻占優(yōu)，主要優(yōu)勢(shì)種為微囊藻、細(xì)鞘絲藻、綠色顫藻和小球藻。這是因?yàn)檗r(nóng)業(yè)區(qū)河道較短和窄，部分存在斷頭浜的現(xiàn)象，水體交換能力差，富營(yíng)養(yǎng)化程度較高，利于藍(lán)藻、綠藻中耐污種的大量繁殖[22]。水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)河道平均密度最低，藍(lán)藻、綠藻和硅藻占優(yōu)，優(yōu)勢(shì)種類型較多，主要優(yōu)勢(shì)種為微囊藻、綠色顫藻、小環(huán)藻、小球藻和四尾柵藻。藍(lán)藻門的微囊藻在秋季河網(wǎng)中占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)地位，是農(nóng)村河道、湖庫(kù)水華常見的藻類，多出現(xiàn)于營(yíng)養(yǎng)水平較高的水體中[23]。同時(shí)，微囊藻會(huì)在水體中產(chǎn)生微囊藻毒素[24]，嚴(yán)重影響水生系統(tǒng)的安全，對(duì)灌溉和娛樂用水造成威脅。因此，政府有關(guān)部門應(yīng)加強(qiáng)河道浮游植物群落的監(jiān)控。

圖12 浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子RDA排序Fig.12 RDA sorting diagram of zooplankton and environmental factors

表8 浮游動(dòng)物與環(huán)境因子RDA分析結(jié)果

西山島河網(wǎng)浮游動(dòng)物種類組成主要以輪蟲為主，與大清河[25]、渭河[26]和灞河[27]等城市河流的浮游動(dòng)物種類組成特征相符。輪蟲具有個(gè)體小、周期短、發(fā)育快等特點(diǎn)，能快速適應(yīng)水體中理化環(huán)境的改變和水文條件的變化，因此在河湖生境中輪蟲常居優(yōu)勢(shì)地位[28]。從河道類型上來看，水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)河道種類數(shù)量明顯高于城鎮(zhèn)區(qū)和農(nóng)業(yè)區(qū)河道，優(yōu)勢(shì)種種類較多，群落結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定。這可能與周邊蟹塘養(yǎng)殖有關(guān)。養(yǎng)殖過程中魚、蟹未能攝食的餌料分解產(chǎn)生有機(jī)碎屑，為浮游動(dòng)物提供了良好的食物來源，利于其生長(zhǎng)[29]。

表9 浮游動(dòng)物群落組成與環(huán)境因子的蒙特卡洛置換檢驗(yàn)結(jié)果

在河網(wǎng)浮游動(dòng)物密度組成上，輪蟲和橈足類的總密度較高，以無節(jié)橈足幼體和輪蟲等小型浮游動(dòng)物為主，臂尾輪屬和龜甲輪屬等廣溫性物種[30]檢出較多，枝角類檢出的種類少且密度低，這可能與西山島河網(wǎng)秋季水溫有關(guān)。水溫被認(rèn)為是影響浮游動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育和物種組成的重要因子，也是影響浮游動(dòng)物空間分布的重要因素[31-32]。黃祥飛等[33]對(duì)武漢東湖輪蟲長(zhǎng)期的調(diào)查研究表明，輪蟲總數(shù)的高峰一般出現(xiàn)在20 ℃以上的水溫中。當(dāng)水溫超過20 ℃后，溞屬的數(shù)量通常較低[34]。秋季西山島河網(wǎng)水溫均在20 ℃以上，較高的水溫一定程度上影響了浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)。從河道類型上來看，水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)樣點(diǎn)密度與農(nóng)業(yè)區(qū)樣點(diǎn)密度之間具有顯著的差異性(P<0.05)。水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)樣點(diǎn)的平均密度高于其他2類河道，臂尾輪蟲屬、龜甲輪蟲屬和多肢輪蟲屬等富營(yíng)養(yǎng)水體指示物種占據(jù)該地區(qū)的優(yōu)勢(shì)地位[35-36]。農(nóng)業(yè)區(qū)樣點(diǎn)則以象鼻溞屬和劍水蚤屬等占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位。這是因?yàn)槭艿金B(yǎng)殖魚類的影響，個(gè)體較大的浮游動(dòng)物通常會(huì)被優(yōu)先捕食，因而水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)的種類數(shù)量和密度都以小型浮游動(dòng)物占優(yōu)，造成空間分布上的差異。

3.2 浮游植物和浮游動(dòng)物群落影響因素分析

浮游植物優(yōu)勢(shì)種與環(huán)境因子的冗余分析(RDA)結(jié)果表明，ORP、CODCr、TN濃度和NH4+-N濃度是主要影響西山島河網(wǎng)浮游植物分布的環(huán)境因子。其中，CODCr和氮濃度對(duì)浮游植物有顯著影響，并與藍(lán)藻門呈正相關(guān)關(guān)系。這可能是因?yàn)镃ODCr在一定程度上可反映水體中的有機(jī)質(zhì)含量[37]，而有機(jī)質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)鹽是浮游植物生長(zhǎng)繁殖的物質(zhì)基礎(chǔ)，其濃度影響著浮游植物的密度和生物量[38]，也會(huì)影響浮游植物群落結(jié)構(gòu)。此外在合適的濃度范圍內(nèi)，氮營(yíng)養(yǎng)鹽能促進(jìn)浮游植物密度的增加[39]，藻類也會(huì)優(yōu)先利用NH4+-N。NH4+-N濃度越高，越有利于藍(lán)藻門的生長(zhǎng)[40]。

水溫、pH值、Chl-a濃度和NH4+-N濃度是影響浮游動(dòng)物分布的主要環(huán)境因子，浮游植物密度也顯著影響浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)，表明其受非生物因子和生物因子共同作用。RDA分析結(jié)果顯示，曲腿龜甲輪蟲、方形臂尾輪蟲、長(zhǎng)三肢輪蟲、長(zhǎng)額象鼻溞等多數(shù)優(yōu)勢(shì)種與水溫呈正相關(guān)關(guān)系，浮游動(dòng)物密度和生物量與水溫呈顯著正相關(guān)性(P<0.05)，這與上節(jié)中秋季西山島河網(wǎng)水溫適宜輪蟲生長(zhǎng)的分析結(jié)論一致。水體pH值同樣也具有密切影響，不同的浮游動(dòng)物其適宜生長(zhǎng)的pH值不同，造成物種組成差異。西山島河網(wǎng)水體pH值范圍在5.5～7.0之間，屬弱酸性水體，輪蟲種類較多，生物量小于橈足類。這可能是因?yàn)檩喯x在酸性水體中分布時(shí)呈現(xiàn)種類多數(shù)量少的規(guī)律[41]。

浮游動(dòng)物主要以浮游植物為食物來源，水體中浮游動(dòng)物的生長(zhǎng)發(fā)育與浮游植物的密度密切相關(guān)[42]。營(yíng)養(yǎng)鹽通過影響水中浮游植物的生長(zhǎng)進(jìn)而間接影響浮游動(dòng)物[43]。此外，Chl-a濃度是表征浮游植物生物量的重要指標(biāo)，因此Chl-a濃度與浮游動(dòng)物物種組成也有密切關(guān)系。輪蟲與Chl-a濃度呈正相關(guān)，橈足類與Chl-a濃度呈負(fù)相關(guān)，這可能是因?yàn)樗{(lán)藻大量爆發(fā)對(duì)浮游動(dòng)物的生長(zhǎng)發(fā)育、攝食產(chǎn)生較大影響，如微囊藻分泌的毒素會(huì)對(duì)大型浮游動(dòng)物產(chǎn)生毒害作用，致使水體浮游動(dòng)物小型化[44]。

除了上述環(huán)境因子的影響以外，浮游生物群落結(jié)構(gòu)還可能受到河網(wǎng)自身水動(dòng)力因素的影響。西山島河網(wǎng)與太湖水系連通性較高，夏秋季容易受到太湖湖水漲漫倒灌的影響。研究表明，秋季太湖湖區(qū)浮游植物群落主要包括藍(lán)藻門、綠藻門、硅藻門和隱藻門[45]，優(yōu)勢(shì)種以藍(lán)藻門的微囊藻屬為主[9,42]；浮游動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種以臂尾輪蟲屬、多肢輪蟲屬和劍水蚤屬[8,46]為主，這與秋季西山島河網(wǎng)浮游生物群落的結(jié)構(gòu)特征相近，因此太湖回水倒灌也可能是西山島浮游生物群落結(jié)構(gòu)形成的影響因素。

4 結(jié)論

秋季西山島河網(wǎng)34個(gè)采樣點(diǎn)共鑒定出浮游植物6門56屬68種，浮游動(dòng)物3類18屬30種。河網(wǎng)中綠藻種類最多，有27種，占39.71%，硅藻21種，占30.88%，藍(lán)藻、裸藻和甲藻分別為9種、4種和3種。浮游植物平均密度為1.32×106L-1，藍(lán)藻占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，浮游植物密度呈現(xiàn)城鎮(zhèn)區(qū)河道>農(nóng)業(yè)區(qū)河道>水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)河道的規(guī)律。ORP、CODCr、TN濃度和NH4+-N濃度是影響浮游植物群落結(jié)構(gòu)的主要因子。浮游動(dòng)物中輪蟲種類最多,達(dá)23種，占76.67%，枝角類4種占13.33%，橈足類占10%。浮游動(dòng)物平均密度為113.93 L-1，浮游動(dòng)物密度呈現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)河道>城鎮(zhèn)區(qū)河道>農(nóng)業(yè)區(qū)河道的規(guī)律。水溫、pH值、Chl-a濃度、浮游動(dòng)物密度和NH4+-N濃度是引起浮游動(dòng)物群落變化的主要因子。