淡水排放對杭州灣濕地浮游動物群落分布的影響

李共國 屠霄霞 王佩兒 王自磐 廖何朝興 楊季芳

(1.浙江萬里學(xué)院生物與環(huán)境學(xué)院, 寧波 315100; 2.寧波市微生物與環(huán)境工程重點實驗室, 寧波 315100;3.德國Alfred Wegener 極地與海洋研究所, 不來梅港 27570)

慈溪市杭州灣濕地是中國八大咸水濕地之一,位于杭州灣跨海大橋附近, 是我國長江口以南最大的連片淤積型灘涂, 目前正遭受來自陸地工農(nóng)業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖和城鎮(zhèn)生活等污水排放的污染[1]。近年來,一些學(xué)者開展了海灣浮游生物群落特征與水體富營養(yǎng)之間的相關(guān)性研究[2—5], 而另一些則研究了水文變化[6—8]和淡水排放等[9—11]對半咸水河口、港灣等浮游動物群落生態(tài)的影響。但對于往復(fù)性的不規(guī)則半日潮灘涂濕地的浮游動物群落生態(tài)及其受淡水排放影響的研究未見報道。浮游動物是海洋生態(tài)系統(tǒng)中的主要的次級生產(chǎn)者, 其動態(tài)變化對灘涂濕地的結(jié)構(gòu)功能、漁業(yè)資源及環(huán)境質(zhì)量產(chǎn)生重要的調(diào)控作用[12]。目前, 灘涂濕地浮游動物的相關(guān)資料尚屬空白。本文試圖通過周年調(diào)查杭州灣南岸灘涂濕地內(nèi)陸排水區(qū)和非排水區(qū)浮游動物的群落結(jié)構(gòu), 探討內(nèi)陸排水對群落分布的影響, 為杭州灣南岸灘涂濕地漁業(yè)管理、環(huán)境監(jiān)測和生態(tài)綜合治理提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 站位布設(shè)與采樣方法

根據(jù)杭州灣南岸灘涂濕地的生態(tài)環(huán)境特點, 自靠近外海開始選取典型的受農(nóng)業(yè)面源排污(S1)、內(nèi)陸水產(chǎn)養(yǎng)殖排污(S2)、城鎮(zhèn)生活污水排污(S3)、杭州灣跨海大橋東側(cè)(S4)和西側(cè)(S5)設(shè)置 5個采樣斷面,每個采樣斷面又分別設(shè)高潮位(SH)和中潮位(SM)2個采樣站(高、中潮位間距約100 m), 共10個采樣站(圖 1)。采樣斷面的地理位置 S1： E 121°30.99 N 30°13.21, S2： E 121°26.29 N 30°17.71, S3： E 121°21.59 N 30°20.57, S4： E 121°10.74 N 30°20.77,S5： E 121°08.56 N 30°19.52。2010 年 4 月至 2011 年1月逐季采樣, 采樣和計數(shù)按 《淡水浮游生物研究方法》[13]進行, 定量樣品用2.50 L采水器分別于該樣站上、下水層, 各采10 L水樣, 用25號篩絹制成的浮游生物網(wǎng)(網(wǎng)孔孔徑 64 μm)過濾濃縮, 當(dāng)即用5%甲醛溶液固定, 帶回實驗室鏡檢。溫度、鹽度、pH、溶解氧等環(huán)境參數(shù)用標定好的YSI 6000 水質(zhì)分析儀進行現(xiàn)場測定。營養(yǎng)鹽(TN、NH4-N、NO2-N、NO3-N、SiO3-Si、PO4-P、CODM)樣品取樣和分析,參考國家海洋局(1975) 文獻進行測定。

圖1 各采樣斷面及其站位分布Fig.1 Distribution of the sampling stations

1.2 標本鑒定與計算方法

輪蟲種類按《中國淡水輪蟲志》[14]鑒定, 生物量(濕重)按體積法[15]統(tǒng)計; 枝角類和橈足類分別按中國動物志(淡水枝角類)和(淡水橈足類)[16—18]鑒定,生物量分別按各自的體長-體重回歸方程式[19,20]計算。橈足幼體和成體數(shù)量按該種橈足類成體出現(xiàn)頻率乘以樣本總數(shù)計算。浮游動物物種豐富度按Margalef指數(shù)計算公式：d= (S? 1) / lnN,S為群落種類數(shù),N為群落密度。

1.3 數(shù)據(jù)處理

用 DPS數(shù)據(jù)處理軟件[21]進行顯著性差異檢驗,以及各采樣站營養(yǎng)鹽年均濃度與浮游動物群落指標平均值之間的相關(guān)性分析。

2 結(jié)果

2.1 水體水質(zhì)理化指標

非排水區(qū)水體除pH、鹽度以及高潮位的NO3-N、SiO3-Si和CODMn含量略高于排水區(qū)的外, 水質(zhì)的其他參數(shù)均以排水區(qū)較高, 特別是營養(yǎng)鹽 NH4-N、NO2-N和PO4-P含量尤為突出, NH4-N、NO2-N含量在排水區(qū)和非排水區(qū)的差異達到了顯著水平, 排水區(qū)中潮位PO4-P含量比非排水區(qū)中潮位也將近高出1倍(表1)。另外, 排水區(qū)中潮位的各種營養(yǎng)鹽濃度均高于高潮位, 特別是中潮位 NH4-N、NO2-N和 PO4-P含量分別高出高潮位25.22%、32.54% 和29.00%。非排水區(qū)高、中潮位間營養(yǎng)鹽濃度相差幅度較小。

2.2 浮游動物群落種類組成及其優(yōu)勢種

經(jīng)周年調(diào)查, 共記錄浮游動物38種, 其中輪蟲15種, 枝角類 4種, 橈足類 19種(表 2)。除短角蠕形猛水蚤(Horsiella brevicornis)發(fā)現(xiàn)于非排水區(qū)域外, 其余浮游動物均出現(xiàn)在排水區(qū)域。輪蟲、枝角類和劍水蚤等淡水種類在非排水區(qū)域分布較少, 但哲水蚤、猛水蚤種類在排水和非排水區(qū)域分布相當(dāng)。排水區(qū)域浮游動物年平均密度為88.89 ind./L, 高潮區(qū)和中潮區(qū)均中以輪蟲為主, 占 71.40%, 其次為橈足類, 占 27.30%, 枝角類僅占 1.30%。非排水區(qū)域浮游動物年平均密度僅 4.21 ind./L, 以橈足類為主,高潮區(qū)和中潮區(qū)分別占 73.50%和 88.20%, 其次為輪蟲, 高潮區(qū)和中潮區(qū)分別占 26.50%和 7.80%。根據(jù)種群的年均密度, 排水區(qū)域各類浮游動物的優(yōu)勢種為萼花臂尾輪蟲(Brachionus calyciflorus)、短尾秀體 溞 (Diaphanosoma brachyurum)、臺灣溫劍水蚤(Thermocyclops taihokuensis)、湯匙華哲水蚤(Sinocalanus dorrii)和三角大吉猛水蚤(Tachidius triangularis), 它們均為淡水種類, 且多以中潮區(qū)的種群密度較高; 而非排水區(qū)域僅橈足類形成穩(wěn)定種群, 較常見的種群有四刺窄腹劍水蚤(Limnoithona tetraspina)、中華哲水蚤(Calanus sinicus)和跛足猛水蚤(Mesochra), 它們均為咸淡水種類。

表1 杭州灣南岸灘涂濕地采樣站水體水質(zhì)參數(shù)(平均值±標準差)Tab.1 Water quality parameters in the sampling stations in the southern coastal wetlands of the Hangzhou Bay (mean ± SD)

表2 杭州灣南岸灘涂濕地浮游動物的種類組成和種群密度Tab.2 Composition of Zooplankton species composition and average density in the southern coastal wetlands of Hangzhou Bay (ind./L)

2.3 浮游動物生物量的時空變化

排水區(qū)域浮游動物群落年均生物量, 以中潮位(0.41 mg/L)>高潮位(0.30 mg/L), 以哲水蚤為主, 其次為輪蟲; 而非排水區(qū)域則以高潮位(0.10 mg/L)>中潮位(0.03 mg/L), 高潮位中以哲水蚤占絕對優(yōu)勢(94.80%), 中潮位中除哲水蚤(60.00%)外, 猛水蚤生物量也占20.00%(圖2)。

排水區(qū)域群落生物量在春季形成高峰, 主要為哲水蚤, 其次是以輪蟲為主的秋、冬季, 夏季生物量進入低谷。非排水區(qū)域群落生物量的季節(jié)變化由哲水蚤決定, 春、秋季較高, 夏季和冬季較低(圖3)。

2.4 浮游動物群落分布特征

在各采樣斷面中, 以排水區(qū)域的 S2-S3斷面中潮位浮游動物密度、生物量的平均值及其標準差較大, 其中, 浮游動物密度及其標準差以S2M站最大;生物量平均值以S2M站最大, 標準差則以S3M站最大。S2斷面的種類數(shù)和物種豐富度最高, S3斷面的高潮位雖有較多的群落種類, 但物種豐富度最低。排水區(qū)域的S1斷面和非排水區(qū)域的S4-S5斷面的群落指標差異不大(表3)。浮游動物群落生態(tài)指標與環(huán)境營養(yǎng)因子之間的關(guān)系密切, 群落種類數(shù)、密度、生物量分別隨著 NH4-N、NO2-N、PO4-P、CODMn值的增大而顯著或極顯著地增大; 群落密度和種類數(shù)隨著 TN含量的升高而顯著增大, 物種豐富度則與 NO3-N、SiO3-Si含量之間有顯著的正相關(guān)性(表 4)。

圖2 排水區(qū)(A)和非排水區(qū)(B)不同潮位各類浮游動物的生物量分布Fig.2 Distributions of population biomass in different tide level in the discharge area (A) and non-discharge area (B)

圖3 排水區(qū)(A)和非排水區(qū)(B)各類浮游動物生物量的季節(jié)變化Fig.3 Seasonal changes of population biomass in the discharge area (A) and non-discharge area (B)

表3 杭州灣南岸灘涂濕地浮游動物種類數(shù)、密度(ind./L)、生物量(mg/L)和物種豐富度(平均值±標準差)Tab.3 Number of zooplankton species, density (ind./L), biomass (mg/L) and species richness in the southern coastal wetlands of Hangzhou Bay (mean ± SD)

表4 浮游動物群落指標與水質(zhì)參數(shù)之間的相關(guān)系數(shù)Tab.4 Correlations between number of zooplankton species, density, biomass, species richness and water parameters

3 討論

咸淡水交匯區(qū)鹽度的變異來自淡水河流的排放,且排放量與鹽度之間呈極顯著的負相關(guān)關(guān)系[22]。隨著內(nèi)陸淡水不斷排入濕地, 水體鹽度逐漸下降, 杭州灣灘涂濕地排水區(qū)浮游動物的淡水種類明顯增多,達73.00%(表2), 群落密度以輪蟲為主, 生物量以橈足類為主, 輪蟲和橈足類的第一優(yōu)勢種分別為萼花臂尾輪蟲和湯匙華哲水蚤, 這與杭州灣灘涂濕地的魚類以淡水種類最多, 且豐度最大的情形相一致[23];而非排水區(qū)群落種類則以半咸水種為主, 淡水種類僅占 44.40%, 群落密度和生物量均以橈足類為主,常見種為中華哲水蚤和跛足猛水蚤等。Medeiros,et al.[9]研究鹽度和淡水排放對巴西一個半干旱港灣輪蟲分布時發(fā)現(xiàn), 有大量淡水排入的雨季是影響輪蟲群落組成的主要因素, 而在高鹽度和干旱季節(jié), 輪蟲的種類豐度和密度均很低。灘涂濕地中輪蟲、枝角類、劍水蚤等淡水種類主要分布在鹽度含量最低(5.90‰)的S2斷面(水產(chǎn)養(yǎng)殖排污口), 可見, 水產(chǎn)養(yǎng)殖排出的廢水量最大, 同時攜帶的淡水浮游動物數(shù)量及其變動幅度也最大(表3); 從S3(生活排污口)斷面水體鹽度(7.30‰)及其下降情況, 推測其也有一定量的排水量, 盡管S3斷面的群落種類數(shù)和密度明顯低于S2斷面, 但其群落生物量及其變動幅度最大,這與城鎮(zhèn)生活污水除排放生活營養(yǎng)物質(zhì)、排熱等適于生物生長繁殖外, 還可能受到其他不利于生物生長棲息的因素存在, 如對橈足類較為敏感的需氧廢水[10], S3斷面夏季DO值為全年最低3.84 mg/L, 橈足類生物量也降至谷底0.01 mg/L, 從而導(dǎo)致浮游動物種群劇烈波動, 這與Uriarte,et al.[11]對受污海灣的橈足類豐度和分布的研究結(jié)果相類似; S1(農(nóng)業(yè)排污口)斷面的鹽度達 8.80‰, 排水量最小, 浮游動物群落指標更接近于非排水區(qū)的S4-S5斷面。群落的季節(jié)變化可能與生物種群的季節(jié)適應(yīng)性和內(nèi)陸水源中浮游動物組成有關(guān), 非排水區(qū)群落生物量的季節(jié)變化為春>秋>夏>冬, 這與李強等[24]研究崇明東灘潮溝浮游動物數(shù)量分布的季節(jié)變化相一致, 而排水區(qū)秋冬季的群落生物量較大, 主要由輪蟲組成, 可能是輪蟲在夏秋季密度上升時, 受到養(yǎng)殖魚類的捕食,使其高峰期推遲到秋冬季出現(xiàn)有關(guān)[25]。

水文效應(yīng)和營養(yǎng)富集是決定沿海濕地浮游動物時空格局的主要因素[7,26]。潮溝是灘涂濕地重要的地貌形態(tài), 是連接鄰近水域生態(tài)系統(tǒng)和灘涂濕地生態(tài)系統(tǒng)的紐帶[24]。杭州灣灘涂濕地由內(nèi)河周期性排水沖刷形成的潮溝, 并被下海漁民利用成為灘涂上的通道, 由于靠近排水口(高潮位)的潮溝大而深,靠近大海(中潮位)的潮溝小而淺, 淡水排放的徑流易由位于中潮位淺小的潮溝漫向四周, 遂后被周而復(fù)始的潮汐帶至高潮位, 這種淡水排放模式類似于“淡水”潮汐作用于灘涂濕地, 并成為后者無機和有機物的來源[27]。一方面, “淡水”潮汐帶來的大量無機營養(yǎng)鹽、浮游細菌和藻類等, 通過食物鏈作用促使浮游動物(特別是哲水蚤)增殖[28]; 另一方面, “淡水”潮汐攜帶的營養(yǎng)鹽和淡水浮游動物首先釋放于中潮位灘涂中, 這直接導(dǎo)致主要排水?dāng)嗝鍿2和S3中潮位的水質(zhì)營養(yǎng)鹽濃度、浮游動物密度和生物量等都明顯大于高潮位, 并補充了濕地群落的豐度。由于淡水排放的無機和有機物隨時空變化極大, 特別是與淡水排放量、排放頻率以及物質(zhì)濃度等關(guān)系密切[27],濕地浮游動物群落豐度的上述兩種增量已很難評估。因此, 群落種類數(shù)、密度、生物量隨著NH4-N、NO2-N、PO4-P、CODMn濃度的增大而顯著或極顯著增大的原因, 可能并不僅僅是由這些生源要素和營養(yǎng)關(guān)系決定, 同時還受到排水?dāng)y帶量(營養(yǎng)鹽和淡水浮游動物)、潮溝徑流特征和潮汐共同影響的結(jié)果。隨著環(huán)境中有機物質(zhì)的降解, 硝化作用的推進, 生態(tài)環(huán)境不斷得到改善, 浮游動物的物種豐富度明顯上升, 從而使NO3-N含量與物種豐富度呈現(xiàn)出顯著的正相關(guān)性。當(dāng)然, 這里可能也有淡水浮游動物密度隨水文條件變化而被不斷稀釋, 提高了群落物種豐富度的因素。

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