大清河流域浮游动物的落特征研究

第42卷第3期2021年 5月
水生态学杂志JournalofHydroecologyVol.42,
No.3May
 2021DOI:10.15928/j
.16743075.201911220291  收稿日期:
20191122  修回日期:20200223基金项目:国家自然科学基金(31672264
)。作者简介:陈佳林,1993年生,男,硕士研究生,主要从事水生生物多样性研究。E mail:cj
l550594951@163.com通信作者:王茜,1971年生,女,副教授,博士,主要从事水生动物及昆虫分子系统学研究。E mail:wqg
t1999@163.com大清河流域浮游动物的落特征研究
陈佳林,余海军,王 茜
(天津农学院水产学院,天津市水生生态及养殖重点实验室,天津 300384
)摘要:研究浮游动物落特征,评价水质状况,为大清河流域的生态系统修复提供科学依据。2018年5月和8月,在大清河流域25个采样点采集浮游动物样品,分析种类组成、密度以及优势种,利用多样性等指数和聚类分析的方法,分析其落特征。大清河流域水体中共调查到浮游动物18属28种,其中种数最多的为轮虫16种,占总种数的57.14%;最少的为桡足类4种,占14.29%;2次调查浮游动物平均密度分别为643.08个/L(5月)和715.20个/L(8月);优势种为前节晶囊轮虫(犃狊狆犾犪狀犮犺狀犪狆狉犻狅犱狅狀狋犪)、壶状臂尾轮虫(犅狉犪犮犺犻狅狀狌狊狌狉犮犲狌狊)、萼花臂尾轮虫(犅狉犪犮犺犻狅狀狌狊犮犪犾狔犮犻犳犾狅狉狌狊)、针簇多肢轮虫(犘狅犾狔犪狉狋犺狉犪狋狉犻犵犾犪)、直额裸腹蟤(犕狅犻狀犪狉犲犮狋犻狉狅狊狋狉犻狊)、近邻剑水蚤(犆狔犮犾狅狆狊狏犻犮犻狀狌狊)等。利用Shannon Wiener指数、Pielou指数、Margalef指数和优势度指数计算大清河流域浮游动物多样性指数,
结果表明大清河流域浮游动物多样性较差,综合评价其水质为中重度污染。聚类分析将大清河流域2个月25个站点分别聚为9和7个类。关键词:大清河流域;浮游动物;多样性分析;落特征
中图分类号:X171.4  文献标志码:A  文章编号:16743075(2021)03007207
  大清河流域位于海河流域中部,
西起太行山区,东至渤海湾,北界永定河,南临子牙河。流域面积45131km2,
流经山西、河北、北京和天津4省市。大清河流域对冀中平原乃至海河流域都有着举足轻重的地位,对维护华北地区的生态平衡和气候调节起到关键作用(王秀兰等,1999;2000
)。浮游动物是一类在水中营浮游性生活的动物类(方艳红等,2018),是鱼类和其他经济动物的重要饵料,对渔业的发展具有重要意义(封得华等,2018
)。它们既对环境变化敏感,又在食物链中起承上启下的作用(胡智东,2017),既可以通过上行效应影响渔业资源的变动,也可通过下行效应调控初级生产力(沈海琪等,2020)。浮游动物在物质转化、能量流动等生态过程中起着重要作用,其种类组成和多样性特征能反映出水体健康程度和状态(Parketal,2007),因此可作为反映水环境变化的指示生物(Taverninietal,2010;Echanizetal,2006)。本文拟利用多样性等指数和聚类分析的方法对浮游动物落特征进行分析,进而评价大清河流域的水质,为
聂鲁达
大清河流域的生态系统修复提供一定的科学依据。
1 材料与方法
1.1 采样时间与地点
分别于2018年5月和8月在大清河流域设25个采样点进行2次采样(表1)。
1.2 样品的采集与处理1.2.1 定性样品 以25号浮游生物网在水体表层以约0.5m/s的速度呈∞字状拖曳5min,将滤取的样品放入标本瓶中,加4%甲醛溶液固定(孟伟等,2011),在显微镜下进行浮游动物种类鉴定(韩茂森等,1980;王家楫,1961;赵文,2005)。1.2.2 定量样品 轮虫采集使用5L有机玻璃采水器,根据采样点的深度,每隔0.5m采集混合水样1L,加入1%鲁哥试液固定带回实验室,沉淀48h后浓缩并定容到60mL,然后吸取1mL的浓缩液注入1mL计数框中,在10×20的放大倍数下计数2次,取其平均值。按下式换算单位体积中轮虫的个体数量:
犖=(犞s×狀)/(犞×犞a)①
式中:犖为1L水样中浮游动物的个体数(个/L);犞为采样体积(L);犞s为沉淀体积(mL);犞a为计算体积(mL);狀为计数所得的个体数。枝角类与桡足类定量采集使用5L有机玻璃采水器,根据采样点的深度,每个样品每隔0.5m采集混合水样20L,用25号浮游生物网过滤浓缩,
收集
的样品用4%的甲醛溶液固定,浓缩的样品带回实
验室后用于全部计数。
表1 大清河流域采样点位置
犜犪犫.1 犔狅犮犪狋犻狅狀狅犳狊犪犿狆犾犻狀犵狊犻狋犲狊犻狀狋犺犲犇犪狇犻狀犵犚
犻狏犲狉犫犪狊犻狀
1.3 数据分析及评价方法
1.3.1 数据分析方法 利用Shannon Wiener多样性指数(犎′)、Margale
f丰富度指数(犇)、Pielou均匀度指数(犑)以及优势度指数(犢)对大清河流域浮游动物落多样性进行描述,计算公式如下:
Shannon Wiener多样性指数(犎′
):犎′(犛)=∑犛
犻=1
犘犻log2犘犻
②Marg
alef物种丰富度指数(犇):犇=(犛-1)/ln犖③Pielou均匀度指数(犑):犑=犎′/ln犖④
浮游动物优势度(犢)
:犢=(犖/犖)×犳犻⑤式中:犛为浮游动物种类的总数目;犘犻为第犻种个体数占总个体数的比例;犖为所有个体的总数;犖犻为第犻种的个体数;犳犻为该种在各样品中的出现频率。
数据统计和聚类分析采用统计软件PRIMER6.0进行处理分析。1.3.2 评价标准 Shannon Wiener多样性指数(犎′)的评价标准,犎′:0~1为重度污染;1~2为中
度污染;2~3为轻度污型;>3为清洁水体(吴晓敏等,2018
)。Marg
alef丰富度指数(犇)的评价标准,犇:0~1为重度污染;1~3为中度污染;>3为轻度污染或无污染(吴晓敏等,2018
)。Pielou均匀度指数(犑)的评价标准,犑:0~0.3为重度污染;0.3~0.5为中度污染;0.5~0.8为轻度污染;0.8~1为清洁或无污染(黄春霞等,2018
)。物种优势度(犢)采用McNaug
hton指数,表示动物落中某一物种在其中所占优势的程度,若犢≥0.02,则认定该物种为优势种(徐兆礼等,1995
)。2 结果与分析
2.1 浮游动物的种类组成
共检出浮游动物18属28种,其中轮虫10属16种,占浮游动物总种数的57.14%;枝角类5属6种,占21.43%;桡足类3属4种,占14.29%。5月、8月,3大类种数组成均是轮虫种数所占比例最高、枝角类次之、桡足类最少。见图1。
图1 浮游动物种数组成比例
犉犻犵.1 犜犪狓犪狉犪狋犻狅犮狅犿狆狅狊犻狋犻狅狀狅犳狋犺犲狕狅狅狆
犾犪狀犽狋狅狀犮狅犿犿狌狀犻狋狔
2.2 浮游动物的密度组成及分布
大清河流域5月浮游动物密度(见图2)为21~2211个/L,平均643.08个/L,其中最大值和最小值分别在14、7和10号样点;8月浮游动物密度(见图3)为20~4630个/L,平均715.20个/L,其中最大值和最小值分别在17号样点和9号样点。按种类划分:5月轮虫密度为12~2190个/L,平均592.44个/L,其中最大值和最小值分别在14号样
72021年第3期           陈佳林等,大清河流域浮游动物的落特征研究
图2 大清河流域5月浮游动物密度水平分布犉犻犵.2 犣狅狅狆犾犪狀犽狋狅狀犱犲狀狊犻狋狔犱犻狊狋狉犻犫狌狋犻狅狀犻狀狋犺犲犇犪狇犻狀犵
犚犻狏犲狉犫犪狊犻狀犻狀犕犪狔
点和7号样点;枝角类密度为0~174个/L,平均28.92个/L,最大值在11号样点,2、9、15、16和17号样点均未采集到;桡足类密度为0~93个/L,平均21.72个/L,最大值在1号样点,10、12和18号样点均未采集到。8月轮虫密度为20~4340个/L,平均611.2个/L,其中最大值和最小值分别在17号样点和9号样点;枝角类密度为0~200个/L,平均28个/L,最大值在14号和19号样点,2、3、5、7、8、9、10、12、17、18、20、21和22号样点均未采集到;桡足类密度为0~340个/L,平均76个/L,最大值在14号样点,1、3、9、10、12和18号样点均未采集到
图3 大清河流域8月浮游动物密度水平分布
犉犻犵.3 犣狅狅狆犾犪狀犽狋狅狀犱犲狀狊犻狋狔犱犻狊狋狉犻犫狌狋犻狅狀犻狀狋犺犲犇犪狇犻狀犵
犚犻狏犲狉犫犪狊犻狀犻狀犃狌犵狌狊狋
2.3 优势种
根据优势度(犢)的计算公式,大清河流域中浮
游动物的优势度见表2。大清河流域中浮游动物优
势种的数量达到11种,按类划分,轮虫优势种数
量最多,共有7种;其次是枝角类,共有3种;桡足类
最少,仅1种;按采样时间划分,5月和8月浮游动
物的优势种的数量均为9种,其种类组成在2个月
均为轮虫>枝角类>桡足类;而优势度均为桡足类
>轮虫>枝角类。5月和8月共同出现的优势种有
前节晶囊轮虫、壶状臂尾轮虫、萼花臂尾轮虫、角突
臂尾轮虫、针簇多肢轮虫、直额裸腹蟤、近
邻剑水蚤。
表2 大清河流域浮游动物优势种
犜犪犫.2 犇狅犿犻狀犪狀狋狊狆犲犮犻犲狊狅犳狕狅狅狆犾犪狀犽狋狅狀犻狀狋犺犲犇犪狇犻狀犵犚犻狏犲狉犫犪狊犻狀
浮游动物种类类别
优势种优势度
5月8月5月8月
1前节晶囊轮虫犃狊狆犾犪狀犮犺狀犪狆狉犻狅犱狅狀狋犪轮虫√√0.100.052壶状臂尾轮虫犅狉犪犮犺犻狅狀狌狊狌狉犮犲狌狊轮虫√√0.080.143萼花臂尾轮虫犅狉犪犮犺犻狅狀狌狊犮犪犾狔犮犻犳犾狅狉狌狊轮虫√√0.070.124蒲达臂尾轮虫犅狉犪犮犺犻狅狀狌狊犫狌犱犪狆犲狊狋犻犲狀狊犻狊轮虫√0.19
5角突臂尾轮虫犅狉犪犮犺犻狅狀狌狊犪狀犵狌犾犪狉犻狊轮虫√√0.030.026花箧臂尾轮虫犅狉犪犮犺犻狅狀狌狊犮犪狆狊狌犾犻犳犾狅狉狌狊轮虫√0.037针簇多肢轮虫犘狅犾狔犪狉狋犺狉犪狋狉犻犵犾犪轮虫√√0.070.118简弧象鼻蟤犅狅狊犿犻狀犻犱犪犲犮狅狉犲犵狅狀犻枝角类√0.32
9直额裸腹蟤犕狅犻狀犪狉犲犮狋犻狉狅狊狋狉犻狊枝角类√√0.080.0310长肢秀体蟤犇犻犪狆犺犪狀狅狊狅犿犪犾犲狌犮犺犾犲狌犫犲狉犵犻犪枝角类√0.0711近邻剑水蚤犆狔犮犾狅狆狊狏犻犮犻狀狌狊桡足类√√0.920.48
2.4 生物多样性分析及水质评价
大清河流域各采样点浮游动物多样性指数及评价结果如表3。
大清河流域浮游动物Shannon Wiener指数5月0.35~1.83、8月0.23~2.18,Pielou均匀度指数(犑)5月0.09~0.32、8月0.03~0.34,丰富度指数(犇)5月0.30~1.39、8月0.12~1.44。3种指数得出大清河流域浮游动物多样性较低。
用生物多样性指数对水质进行评价,结果可知:轻污染的点位占比为2%,中污染占比为36%,重污染占比为62%,综合显示大清河流域5月和8月均处于中重度污染。
7第42卷第3期            水生态学杂志                 2021年5月
表3 大清河流域5月和8月各采样点浮游动物多样性指数及评价
犜犪犫.3 犣狅狅狆犾犪狀犽狋狅狀犱犻狏犲狉狊犻狋狔犻狀犱犻犮犲狊犪狀犱狑犪狋犲狉狇狌犪犾犻狋狔犲狏犪犾狌犪狋犻狅狀狅犳犲犪犮犺狊犪犿狆犾犻狀犵狆
狅犻狀狋犻狀狋犺犲犇犪狇犻狀犵犚犻狏犲狉犫犪狊犻狀犻狀犕犪狔犪狀犱犃狌犵
狌狊狋序号采样点5月
8月Shannon Wiener评价Margalef评价Pielou评价Shannon Wiener评价Margalef评价Pielou评价1祖村1.52中污染0.92重污染0.20重污染1.55中污染0.80重污染0.25重污染2紫荆关1.19中污染0.66重污染0.26重污染1.30中污染0.82重污染0.27重污染3郝家铺1.02中污染0.74重污染0.15重污染0.68重污染0.24重污染0.16重污染4北河店0.96重污染0.79重污染0.15重污染1.59中污染1.10中污染0.25重污染5平王0.94重污染0.63重污染0.20重污染1.95中污染1.13中污染0.31中污染6大因1.45中污染0
.80重污染0.29重污染1.38中污染0.81重污染0.28重污染7松山0.96重污染0.66重污染0.31中污染0.96重污染0.47重污染0.22重污染8安州府河1.42中污染1.01中污染0.24重污染1.80中污染1.11中污染0.33中污染9水堡0.35重污染0.30重污染0.11重污染0.00重污染0.00重污染0.00重污染10中唐梅0.60重污染0.33重污染0.20重污染0.56重污染0.27重污染0.15重污染11孝义河桥0.95重污染0.59重污染0.14重污染1.17中污染0.58重污染0.17重污染12王林口1.37中污染0.79重污染0.27重污染0.69重污染0.24重污染0.17重污染13北郭村1.39中污染0.93重污染0.32中污染1.02中污染0.83重污染0.17重污染14安里屯0.68重污染0.78重污染0.09重污染2.10轻污染1.21中污染0.28重污染15
联通华盛营销管理系统南堤路
0.95重污染0.50重污染0.16重污染1.30中污染0.55重污染0.24重污染16大丰堆镇东
0.82重污染0.56重污染0.15重污染1.19中污染0.46重污染0.18重污染17万家码头1.23中污染0.90重污染0.22重污染0.23重污染0.12重污染0.03重
污染18安新桥0.90重污染0.63重污染0.28重污染1.62中污染0.81重污染0.22重污染19泥李庄1.49中污染0.90重污染0.22重污染2.18轻污染1.22中污染0.30中污染20留通1.45中污染1.39中污染0.20重污染1.85中污染1.07中污染0.28重污染21光淀张庄1.32中污染1.08中污染0.18重污染1.62中污染0.90重污染0.24重污染22王家寨1.61中污染1.09中污染0.22重污染1.40中污染0.60重污染0.21重污染23圈头1.83中污染1.39中污染0.28重污染2.07轻污染1.31中污染0.34中污染24采蒲台1.62中污染1.17中污染0.32中污染1.68中污染1.00中污染0.28重污染25
端村
1.52
中污染
1.22
中污染
0.21
ip调度系统
重污染
1.70
中污染
1.44
石油信息中污染
0.27
重污染
2.5 浮游动物落聚类分析
利用浮游动物的密度和生物量作为变量,利用PRIMER6.0软件进行系统聚类。大清河流域浮游
动物聚类分析Bray Curtis相似性系数为46%,根据Cluster分析结果,将大清河流域2个月25个站点分别聚为9和7个类。从5月聚类分析(图4)来看,11号样点为第1类,
5号样点为第2类,24、4
探头板
图4 大清河流域5月各采样点浮游动物聚类分析犉犻犵.4 犆犾狌狊狋犲狉犪狀犪犾狔狊犻狊狅犳狋犺犲狕狅狅狆犾犪狀犽狋狅狀犮狅犿犿狌狀犻狋狔
犻狀犕犪狔犻狀狋犺犲犇犪狇犻狀犵犚
犻狏犲狉犫犪狊犻狀19、3、25、22、23、20、21、1和12号样点为第3类;18
号样点为第4类;7号样点为第5类,6号样点为第6类;8、2和13号样点为第7类,10、9号样点为第8类,16、15、17和14号样点为第9类。从8月聚类分析(图5)来看25、20、8、23、14、5、22、21、24、16、19和18号样点为第1类,11、4和13号样点为第2类,7、2、15和6号样点为第3类,1号样点为第4类;17号样点为第5类;12和9号样点为第6类;1
图5 大清河流域8月各采样点浮游动物聚类分析犉犻犵.5 犆犾狌狊狋犲狉犪狀犪犾狔狊犻狊狅犳狕狅狅狆犾犪狀犽狋狅狀犮狅犿犿狌狀犻狋狔
犻狀犃狌犵狌狊狋犻狀狋犺犲犇犪狇犻狀犵犚
犻狏犲狉犫犪狊犻狀5
72021年第3期           陈佳林等,
大清河流域浮游动物的落特征研究
和3号样点为第7类。大清河流域聚类类较多,这与实际情况较为一致,大清河流域由诸多河流组成,如以南、北拒马河、小清河等支流为主的北支白沟河流域和以瀑河、漕河、府河等支流为主的南支赵王河流域等,交汇于白洋淀。这些河流地理环境差别较大,功能区的划分不同,受人为因素影响不同,生物组成亦有不同。从聚类分析来看,除却少数河流划分为同一类外,作为交汇点的白洋淀其淀区内的样点均出现在同一类中,如5月的第3类和8月的第1类。
3 讨论
大清河流域浮游动物种类和生物量均以轮虫为主,究其原因是大清河流域水体营养水平较高,有利于轮虫快速生长繁殖,使轮虫中的富营养种类和数量大量增加。与北方河流相比,本研究与滦河、永定河、沙颍河、妫水河、嫩江的浮游动物的落结构组成相似(刘盼盼等,2018;黎洁等,2011;张昊等,2013;林海等,2019),均以轮虫为主,枝角类和桡足类种类较少。由于轮虫
具有独特的孤雌生殖方式,发育快、生命周期短,能在短期内达到很高的丰度,并且很快适应河流中理化环境的变化,因此在河流生态环境中浮游动物通常以轮虫为主(周淑婵,2007)。不同的是妫水河以冠饰异尾轮虫(犜狉犻犮犺狅 犮犲狉犮犪犾狅狆犺狅犲狊狊犪)居多,嫩江以龟甲轮虫(犓犲狉犪狋犲犾犾犪)居多,大清河、永定河和滦河则以臂尾轮虫(犅狉犪 犮犺犻狅狀狌狊)、针簇多肢轮虫为主。Sladecek(1983)曾利用轮虫的指示类作为水体的污染等级划分,其中冠饰异尾轮多出现在贫营养水体,而龟甲轮虫、臂尾轮虫和多肢轮虫主要出现在富营养水体。李明德(1991)和陈光荣等(2008)也认为臂尾轮虫、多肢轮虫等数量增多是水体富营养的指示。此次研究中,大清河流域全年轮虫的种类和生物量均以臂尾轮虫为主,反映了大清河流域的水体全年均处于富营养化状态。
桡足类隶属节肢动物门甲壳纲桡足亚纲,是一小型甲壳动物,一般营浮游生活,是淡水及海洋重要的浮游动物之一(龚勋等,2019)。Xie(1998)研究浅水草型湖泊扁担塘桡足类落结构后认为,每个水体中桡足类的优势种都非常相似地集中到少数几个属或种,其他均为偶见种类。于洁等(2016)在2013年调查海河流域下游天津段发现的桡足类种类大多也为出现频率低的偶见种,出现频率高的几乎都集中在几个优势种上,其中近邻剑水蚤在一年四季都占优势。同时近邻剑水蚤被认为是水体富营养化的指示种类(于洁等,2016)。大清河流域同属海河流域,此次调查研究的结果表明,2次调查优势度最大的均为近邻剑水蚤,反映了大清河流域的水体全年均处于富营
月壤养化状态。生物多样性指数越大,表明水质越好(吴卫菊等,2014)。Shannon Weiner指数包含着种数和各种间个体分配均匀性2个成分,各种间个体分配越均匀,犎′值就越大;Pielou指数是落的实测多样性与最大多样性的比率;Margalef指数考虑的是落物种数量和总体密度。方慷等(2013)利用多个生物指数对大清河流域保定段城市河道水质进行了分析和比较,其中通过Shannon Wiener指数和Pielou指数所评价的水质状况均为中度污染。彭艳侠(2015)选用Shannon Wiener、Pielou和Margalef3种生物多样性指数分析了府河浮游生物的多样性,初步评价水体总体呈现中污型污染程度。邢晓光(2007)通过Shannon Wiener指数和Pielou指数对白洋淀水体污染进行了评价,结果显示:各采样点浮游动物Shannon Wiener指数与Pielou指数评价一致,与Margalef指数稍有不同,综合分析白洋淀水体状况处于中度污染。从本调查的结果来看,犎′值平均为1.29、犑值平均为0.22、犇值平均为0.81,3种指数所评价的水质状况基本一致,均显示2018年大清河流域的水质较差。造成现状的原因可归纳为:大清河流域污染源众多,主要是城市的污水排放、农药化肥的大量施用以及山区采矿业和乡镇企业的污染(王秀兰等,2000)。同时,河道周围植被不同程度的遭到破坏,使河流的自净能力降低。因此要恢复大清河流域的生态环境,改善水质,需建立污水处理厂,引导农民科学种田,同时保护和改善河道周边的植被,提高水体的自净能力。
参考文献
陈光荣,钟萍,张修峰,等,2008.惠州西湖浮游动物及其与水质的关系[J].湖泊科学,20(3):351356.
方慷,刘存歧,杨军,2013.大清河流域保定段城市河道浮游植物落结构及水质评价[J].水生态学杂志,34(3):25
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方艳红,方红伦,王文君,等,2018.岷江上游秋季浮游动物落结构及水平分布特征[J].水生态学杂志,39(6):30
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封得华,李萌,王瑾,等,2018.济南流域浮游动物落结构分布及时空格局[J].河北渔业,(11):4649.
龚勋,阚薇,2019.倒天河水库和碧阳湖夏秋季桡足类种类组
7第42卷第3期            水生态学杂志                 2021年5月

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