魏 營，解宜興，毛 盼，田明珠，廖 巍，向 華，袁 鴻，吳小麗

(1. 湖南張家界大鯢國家級自然保護區(qū)事務中心，湖南 張家界 427400； 2.湖南省森林草原防火監(jiān)測調度評估中心，湖南 長沙 410004； 3.長沙環(huán)境保護職業(yè)技術學院，湖南 長沙 410004； 4.貴州大學動物科學學院，貴州 貴陽 550000； 5.湖南省林業(yè)科學院，湖南 長沙 410004； 6.洞庭湖流域生態(tài)系統(tǒng)管理與水資源可持續(xù)利用國際科技合作基地，湖南 長沙 410004)

河流具有諸多生態(tài)服務功能，是人類生存和發(fā)展的重要基礎[1]。浮游動物作為河流生態(tài)系統(tǒng)中的重要組成部分，與其他水生動物相比，具有個體較小、數(shù)量多、繁殖速度快、代謝旺盛等特點，其群落結構能提早反映水質變化[2-4]，是連接水生生態(tài)系統(tǒng)中初級生產(chǎn)者與高級消費者的紐帶，具承上啟下的作用[5]。浮游動物通過排泄和分泌作用，對水域生態(tài)系統(tǒng)中有機質的分解、能量流動和物質循環(huán)有重要作用[6]。部分種類的浮游動物對污染物較為敏感[7]，隨著污染物的增加，浮游動物群落結構及分布特征將改變。因此，浮游動物為監(jiān)測水環(huán)境的健康指標之一，且被廣泛應用于水體的健康評價[8-9]。

湖南張家界大鯢國家級自然保護區(qū)(以下簡稱保護區(qū))境內水資源豐富，主要河流為澧水和溇水及其支流、暗河和泉水。近年來關于保護區(qū)的河流水質調查主要集中在大鯢(Andriasdavidianus)保護、水電站拆除等方面對水質的影響[10-12]，缺乏獨自以浮游生物群落結構對保護區(qū)水環(huán)境影響的調查。本文研究保護區(qū)河流浮游動物的種類組成、密度、群落結構等特征，并運用浮游動物相關指數(shù)評價保護區(qū)內河流水質狀況，為保護區(qū)內大鯢棲息地和食源生物保護提供理論參考和依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

保護區(qū)位于湖南省西北部張家界境內(109°40′—111°20′E、28°52′—29°48′N)，地處于云貴高原凸起與洞庭湖沉降結合地帶，地勢西部高東部低[13]，有中國第一個國家森林公園——張家界國家森林公園[14]。屬亞熱帶山原型季風濕潤氣候，年平均氣溫13.4 ℃，年平均最高氣溫24.3 ℃，相對濕度77%，水資源充沛，天然溶洞、暗河、泉水等眾多，是中國大鯢的重要種源地[15]。境內河流縱橫，主要以澧水和溇水為主，水質清澈，河流沿岸植被繁茂，物種豐富，非常適合大鯢及其它珍稀動植物的生長繁衍。

2 研究方法

2.1 采樣點設置

2021年6—7月，在保護區(qū)內共設置24個采樣點(見圖1)，對溪河浮游動物進行調查。根據(jù)采樣點的特殊性，將其分為三個區(qū)域，其中Z2、Z3、Z10、Z11、Z13、Z14、Z15和Z16為出苗點區(qū),Z7、Z8、Z9、Z12、Z17 、Z23和Z24為電站水庫區(qū),Z1、Z4、Z5、Z6、Z18、Z19、Z20、Z21和Z22為村莊區(qū)。

圖1 浮游動物采樣點Fig.1 Zooplankton sampling point

2.2 樣品采集與處理

浮游動物定量采集：使用采水器在采樣點采集水樣50 L，通過25號浮游生物網(wǎng)過濾，將濾取的樣本放入50 mL標本瓶中，加入體積分數(shù)為4%～5%的甲醛溶液固定[16]，標上記號。浮游動物定性采集：使用25號浮游生物網(wǎng)，在水面下0.5 m 內作“∞”狀緩慢拖曳采集5 min，放入50 mL標本瓶中固定，標上記號。將采集的樣品帶回實驗室，參照相關資料[17-18]在10 × 40 倍光學顯微鏡(Leica DM500)下進行鑒定和計數(shù)。

2.3 數(shù)據(jù)分析

2.3.1 浮游動物豐度

浮游動物豐度計算公式為：

(1)

式中：N為浮游動物豐度(ind·L-1)，V為采樣體積(L)，Vs為沉淀體積(mL)，Va為計數(shù)體積(mL)，n為計數(shù)所獲得的個體數(shù)[19]。

2.3.2 多樣性指數(shù)及優(yōu)勢種分析

以浮游動物Shannon-Wiener多樣性指數(shù)度指數(shù)，S為樣品中的種類總數(shù)，Pi為第i種浮游動物的個體數(shù)(ni)與總個體數(shù)(N)的比值(ni/N)，N為浮游動物總個體數(shù)。

(H′)[20]、Margalef豐富度指數(shù)(D)[21]和Pielou均勻度指數(shù)(J)[22]對保護區(qū)浮游動物多樣性和河流水質進行生物學評價(水質評價指標見表1)。各指數(shù)計算公式為：

表1 多樣性指數(shù)對水質評價的標準Tab.1 Diversity index evaluation criteria for water quality指數(shù)范圍級別評價狀態(tài)水體污染程度H'>3豐富物種種類豐富,個體分布均勻清潔2

(2)

D=(S-1)/lnN

(3)

J=H′/log2S

(4)

式(2)～(4)中：H′為Shannon-Wienwe種類多樣性指數(shù)，D為Margalef豐富度指數(shù)，J為Pielou均勻

根據(jù)優(yōu)勢度指數(shù)(Y)≥ 0.02[23]確定為浮游動物的優(yōu)勢種，描述浮游動物群落特征。優(yōu)勢度指數(shù)(Y)計算公式為：

Y=Pi×fi

(5)

式中：Pi為第i種浮游動物豐度與樣品中浮游動物總豐度的比值(ni/N)，fi為第i種浮游動物在各采樣點出現(xiàn)的頻度。

3 結果與分析

3.1 種類組成

本次保護區(qū)河流浮游動物調查共鑒定出29種，隸屬4門(類)21屬(表2)。其中，原生動物門種類最多，有6屬13種，占總種類數(shù)的44.83%；輪蟲種類次之，有9屬10種，占總種類數(shù)的34.48%；枝角類和橈足類種類較少，均只有3屬3種，均占總種類數(shù)的10.34%。

表2 張家界大鯢國家級自然保護區(qū)溪河浮游動物名錄Tab.2 Zooplankton species in Zhangjiajie Giant Salamander National Nature Reserve門(類)屬種腎形蟲屬(Colpoda)似腎形蟲(Colpoda simulans)簡變蟲屬(Vahlkampfia)簡簡變蟲(Vahlkampfia vahlkampfia)刺胞蟲屬(Acanthocystis)短須刺胞蟲(Acanthocystis brevicirhis)瓶砂殼蟲(Difflugia urceolata)褐砂殼蟲(Difflugia avellana)砂殼蟲屬(Difflugia)冠砂殼蟲(Difflugia corona)原生動物門(Protozoa)球形砂殼蟲(Difflugia globulosa)叉口砂殼蟲(Difflugia gramen)半圓表殼蟲(Arcella hemisphaerica)表殼蟲屬(Arcella)盤狀表殼蟲(Arcella discoides)彎凸表殼蟲(Arcella gibbosa)普通表殼蟲(Arcella vulgaris)多核變形蟲屬(Pelomyxa)池沼多核變形蟲(Pelomyxa palustris)臂尾輪蟲屬(Brachionus)裂足臂尾輪蟲(Brachionus diversicornis)萼花臂尾輪蟲(Brachionus calyciflorus)間盤輪蟲屬(Dissotrocha)尖刺間盤輪蟲(Dissotrocha aculeata)豬吻輪蟲屬(Dicranophorus)尾豬吻輪蟲(Dicranophorus caudatus)輪蟲(Rotifer)異尾輪蟲屬(Trichocerca)鼠異尾輪蟲(Trichocerca rattus)巨頭輪蟲屬(Cephalodella)小鏈巨頭輪蟲(Cephalodella catellina)水輪蟲屬(Epiphanes)椎尾水輪蟲(Epiphanes senta)晶囊輪蟲屬(Asplanchna)蓋氏晶囊輪蟲(Asplanchna girodi)須足輪蟲屬(Euchlanis)大肚須足輪蟲(Euchlanis dilatata)腹尾輪蟲屬(Gastropus)腹尾輪蟲(Gastropus sp.)象鼻溞屬(Bosmina)柯氏象鼻溞(Bosmina coregoni)枝角類(Cladocera)平直溞屬(Pleuroxus)光滑平直溞(Pleuroxus laevis)秀體溞屬(Diaphanosoma)缺刺秀體溞(Diaphanosoma aspinosum)中劍水蚤屬(Mesocyclops)廣布中劍水蚤(Mesocyclops leuckarti)橈足類(Copepoda)華哲水蚤屬(Sinocalanus)湯匙華哲水蚤(Sinocalanus dorrii)無節(jié)幼體

3.2 浮游動物豐度

本次對保護區(qū)河流浮游動物的調查發(fā)現(xiàn)浮游動物平均豐度為3 ind·L-1。電站水庫Z24(長潭河水電站)和出苗點Z2(桑植縣六耳口出苗點)采樣點浮游動物豐度相對較大，分別為12、10 ind·L-1，其它采樣點浮游動物豐度都較小(圖2)。

圖2 各采樣點浮游動物豐度Fig.2 Zooplankton abundance in various sampling points

3.3 優(yōu)勢種

本次調查發(fā)現(xiàn)保護區(qū)河流浮游動物優(yōu)勢種有3種，其中，原生動物2種，為叉口砂殼蟲與球形砂殼蟲；橈足類1種，為廣布中劍水蚤。球形砂殼蟲的優(yōu)勢度最高(Y=0.648 0)，廣布中劍水蚤的優(yōu)勢度最低(Y=0.060 3)(表3)。

表3 浮游動物優(yōu)勢種Tab.3 Zooplankton dominant species優(yōu)勢種Y叉口砂殼蟲(Difflugia gramen)0.185 9球形砂殼蟲(Difflugia globulosa)0.648 0廣布中劍水蚤(Mesocyclops leuckarti)0.060 3

3.4 多樣性指數(shù)及水質評價

保護區(qū)河流浮游動物Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H′)較低，Pielou均勻度指數(shù)(J)較高(表4)。Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H′)在1.15～3.13之間，各采樣點的平均值為1.70，村莊區(qū)的平均值>電站水庫區(qū)的>出苗點區(qū)的；Margalef豐富度指數(shù)(D)在0.37～1.85之間，各采樣點的平均值為0.72，村莊區(qū)的平均值>出苗點區(qū)的>電站水庫區(qū)的；Pielou均勻度指數(shù)(J)在0.65～0.99之間，各采樣點的平均值為0.83，村莊區(qū)的平均值=電站水庫區(qū)的>出苗點區(qū)的。根據(jù)Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H′)評價，村莊區(qū)、出苗點區(qū)與電站水庫區(qū)除個別采樣點的多樣性指數(shù)>2外，絕大多數(shù)采樣點的多樣性指數(shù)位于1～2之間，因此水體總體為中度污染型水體。

表4 浮游動物物種多樣性指數(shù)評價Tab.4 Evaluation of zooplankton index區(qū)域采樣點H'DJZ11.370.510.86Z41.190.420.75Z51.920.730.96Z61.630.870.70村莊Z181.220.440.77Z193.131.850.91Z202.060.810.89Z212.250.770.97Z221.150.980.72平均值1.77±0.610.82±0.430.84±0.10Z21.370.480.69Z31.861.090.66Z101.200.410.76Z111.560.460.99出苗點區(qū)Z131.500.540.95Z141.460.490.92Z152.651.380.88Z161.290.610.65平均值1.61±0.640.68±0.360.81±0.14Z71.920.880.96Z81.370.510.86Z91.170.370.74電站水庫區(qū)Z121.750.680.88Z171.660.710.83Z232.070.470.89Z241.940.780.75平均值1.70±0.330.63±0.180.84±0.08

4 結論與討論

4.1 結論

(1)本次對保護區(qū)河流浮游動物調查，共記錄浮游動物4門(類)21屬29種，其中原生動物種類數(shù)最多，占44.83%；其次為輪蟲，占34.48%。保護區(qū)河流浮游動物豐度各區(qū)域均較低。保護區(qū)河流浮游動物優(yōu)勢種較少，只有3個，以貧營養(yǎng)指示種為主(砂殼蟲屬)，說明河流營養(yǎng)鹽含量不高。

(2)保護區(qū)河流浮游動物多樣性整體不高，豐富度較低，均勻度較高。各區(qū)域中村莊區(qū)的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H′)平均值>電站水庫區(qū)的>出苗點區(qū)的。保護區(qū)河流水質整體評價為中度污染。

4.2 討論

(1)本次保護區(qū)河流浮游動物調查共鑒定出21屬29種，其中以原生動物和輪蟲為主，趨向小型化種類，這與國內眾多河流浮游動物種類組成結構的研究結果相似[3，24]。營養(yǎng)鹽滯留時間的長短和浮游動物群落結構分布狀況與水體紊動性的強弱有關[25]，豐水期河流水流急，急湍的水動力帶走大量營養(yǎng)鹽，從而影響浮游生物的生長和繁殖，該時間段采集的水樣浮游動物豐度低。季世琛等[26]的研究結果顯示庫區(qū)浮游動物豐度要遠遠大于河流區(qū)，而本文中河流各區(qū)浮游動物調查結果顯示電站水庫區(qū)存在浮游動物最大豐度采樣點，但多數(shù)采樣點的豐度都與其它區(qū)域相差不大，主要原因是保護區(qū)河流各區(qū)域水流都相對較急，庫區(qū)也不例外，浮游動物難以生存。在河流生境中輪蟲常居優(yōu)勢地位，一般以雌性為主[27]，在相對適宜的生存環(huán)境中雌性輪蟲孤雌生殖的繁殖方式利于輪蟲成為優(yōu)勢種群。而保護區(qū)河流浮游動物優(yōu)勢種群屬原生動物(叉口砂殼蟲、球形砂殼蟲)和橈足類(廣布中劍水蚤)，砂殼蟲屬是水體貧營養(yǎng)狀態(tài)的指示生物[28]，營養(yǎng)鹽匱乏導致多種繁殖方式的輪蟲進行兩性生殖，難以形成優(yōu)勢群體。

(2)利用浮游動物的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H′)、Margalef豐富度指數(shù)(D)和Pielou均勻度指數(shù)(J)對水質進行評價，保護區(qū)河流水質整體狀況為中度污染。王珊等[29]的研究認為，中度污染水體有物種豐富度較低、個體分布比較均勻等特點，保護區(qū)河流浮游動物豐富度指數(shù)與均勻度指數(shù)結果符合這一結論。保護區(qū)河流浮游動物優(yōu)勢種為貧營養(yǎng)指示生物，說明保護區(qū)溪河水體營養(yǎng)鹽貧乏，浮游動物多樣性與豐富度低。不同區(qū)域河流浮游動物的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H′)呈現(xiàn)出“村莊區(qū)的>電站水庫區(qū)的>出苗點區(qū)的”特點，原因可能是村莊人為活動較多，對河流的干擾較大(建壩、生活污水排放、牲畜糞便等)，建壩減緩河流流速，污水與畜類糞便排放給河流帶來外源營養(yǎng)鹽，浮游藻類豐度上升，從而導致浮游動物多樣性指數(shù)偏高。