淮南采煤沉陷區(qū)內(nèi)小型塌陷湖泊輪蟲(chóng)群落結(jié)構(gòu)特征*

王曉萌，易齊濤，2，徐　鑫，李　慧，章　磊

(1：安徽理工大學(xué)地球與環(huán)境學(xué)院，淮南 232001)

(2：中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心，北京 100085)

淮南采煤沉陷區(qū)內(nèi)小型塌陷湖泊輪蟲(chóng)群落結(jié)構(gòu)特征*

王曉萌1，易齊濤1，2**，徐鑫1，李慧1，章磊1

(1：安徽理工大學(xué)地球與環(huán)境學(xué)院，淮南 232001)

(2：中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心，北京 100085)

摘要：在淮南潘謝礦區(qū)內(nèi)設(shè)置3個(gè)水文生態(tài)環(huán)境條件差異較大的小型煤礦塌陷湖泊研究站點(diǎn)，分別為潘謝潘集站(PXPJ)、潘謝顧橋站(PXGQ)和潘謝謝橋站(PXXQ)，于2013-2014年4個(gè)季度分別對(duì)這3個(gè)湖泊的輪蟲(chóng)群落結(jié)構(gòu)組成特征及水生態(tài)環(huán)境因子影響因素進(jìn)行分析.共觀察到輪蟲(chóng)15屬32種，其中PXPJ站點(diǎn)13屬25種，PXGQ站點(diǎn)13屬24種，PXXQ站點(diǎn)11屬20種.3個(gè)塌陷湖泊輪蟲(chóng)群落結(jié)構(gòu)具有較大的時(shí)空分布差異，主要優(yōu)勢(shì)種為曲腿龜甲輪蟲(chóng)、羅氏異尾輪蟲(chóng)、前節(jié)晶囊輪蟲(chóng)、卜氏晶囊輪蟲(chóng)和針簇多肢輪蟲(chóng).PXPJ、PXGQ、PXXQ站點(diǎn)輪蟲(chóng)豐度范圍分別為500~2800、950~3350、400~3900ind./L，3個(gè)站點(diǎn)Shannon-Wiener多樣性性指數(shù)的平均值分別為2.71、2.68和2.54，體現(xiàn)了塌陷湖泊β中污染型水質(zhì)環(huán)境的特點(diǎn).輪蟲(chóng)群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子的冗余分析結(jié)果表明：水溫、電導(dǎo)率和營(yíng)養(yǎng)鹽等環(huán)境因子對(duì)淮南采煤塌陷湖泊的輪蟲(chóng)群落結(jié)構(gòu)影響較大.

關(guān)鍵詞：采煤沉陷區(qū)；塌陷湖泊；輪蟲(chóng)；水環(huán)境因子

*國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41202242)和中國(guó)博士后科學(xué)基金項(xiàng)目(2014M560127)聯(lián)合資助.2014-08-04收稿；2014-12-04收修改稿.王曉萌(1993~)，女，碩士研究生；E-mail：wxsprout2014@sina.com.

安徽省淮南市是我國(guó)重要的煤炭基地之一，由于采煤造成了大面積土地沉陷和積水，調(diào)查資料表明淮南礦區(qū)2010年沉陷區(qū)面積約140km2，積水區(qū)面積占30%~50%，并呈快速擴(kuò)張的趨勢(shì)，預(yù)計(jì)至2020年淮南沉陷區(qū)面積將增至200km2以上，可儲(chǔ)備約7×108~10×108m3的淡水資源，對(duì)區(qū)域社會(huì)、經(jīng)濟(jì)及環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展意義重大[1].根據(jù)淮南市政府和淮南礦業(yè)集團(tuán)規(guī)劃，淮南采煤沉陷積水區(qū)將建成集防洪、漁業(yè)活動(dòng)、工農(nóng)業(yè)供水、生態(tài)濕地等綜合功能于一體的大型平原水庫(kù)或湖泊群.

受礦區(qū)煤炭開(kāi)采邊界限制和人為改造活動(dòng)因素影響，沉陷區(qū)水域分別形成了水塘、湖泊、濕地或平原水庫(kù)等不同景觀類水體，其中以小型塌陷湖泊水體為主(單體面積范圍一般為1~10km2).這些塌陷湖泊地處農(nóng)業(yè)活動(dòng)中心區(qū)域或城鎮(zhèn)生態(tài)恢復(fù)帶上，分別執(zhí)行著水源保護(hù)地、漁業(yè)活動(dòng)區(qū)、濕地生態(tài)恢復(fù)區(qū)等不同的水體功能，水質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)狀況差異較大[2]，從而導(dǎo)致浮游生物群落結(jié)構(gòu)對(duì)湖泊生態(tài)環(huán)境表現(xiàn)出不同的響應(yīng)情況.從區(qū)域尺度來(lái)看，小型塌陷湖泊與礦區(qū)水文生態(tài)環(huán)境密切相關(guān)，各分礦區(qū)水文情勢(shì)、生態(tài)環(huán)境與人為活動(dòng)等相關(guān)特征很大程度將會(huì)在區(qū)內(nèi)湖泊生態(tài)系統(tǒng)中得以體現(xiàn)，湖泊生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能表征、其對(duì)水體富營(yíng)養(yǎng)化進(jìn)程響應(yīng)過(guò)程和機(jī)制及相關(guān)生態(tài)環(huán)境效應(yīng)，是礦區(qū)生態(tài)環(huán)境重建、恢復(fù)及評(píng)價(jià)理論中面臨的重要科學(xué)問(wèn)題.

輪蟲(chóng)作為浮游動(dòng)物的重要組成部分之一，處于食物網(wǎng)的中間環(huán)節(jié)，起著承上啟下的作用.它一方面可以作為捕食者調(diào)控浮游植物、原生動(dòng)物和細(xì)菌等生物的數(shù)量，另一方面可以作為魚(yú)類的開(kāi)口餌料和食物來(lái)源，同時(shí)輪蟲(chóng)繁殖迅速，物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)效率較高，在水生態(tài)系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)中起著重要作用[3-4].目前，國(guó)內(nèi)已有不少有關(guān)輪蟲(chóng)與環(huán)境因子關(guān)系的研究，從中可以發(fā)現(xiàn)在不同湖泊中影響輪蟲(chóng)群落結(jié)構(gòu)的環(huán)境因子主要包括水體理化特征、營(yíng)養(yǎng)鹽和甲殼類浮游動(dòng)物等，如夏品華等[5]研究表明水溫、氨氮、電導(dǎo)率和pH是影響紅楓湖水庫(kù)冬、春季輪蟲(chóng)分布的主要因子，舒婷婷等[6]在對(duì)玄武湖的研究中發(fā)現(xiàn)pH、浮游甲殼動(dòng)物豐度、總懸浮物和總?cè)芙庑缘怯绊懴募据喯x(chóng)水平分布的重要因子，其他湖泊中也有諸多相關(guān)研究.有關(guān)塌陷湖泊輪蟲(chóng)方面的研究仍然較為欠缺，此前，金顯文等[7]研究發(fā)現(xiàn)淮北煤礦塌陷水體的輪蟲(chóng)群落結(jié)構(gòu)變化特征與其他富營(yíng)養(yǎng)化水體顯著不同.由于區(qū)域地理氣候方面的差異，淮南與淮北礦區(qū)塌陷湖泊水化學(xué)特征存在顯著差異[8]，進(jìn)而可能造成水生態(tài)系統(tǒng)包括輪蟲(chóng)在內(nèi)的生物群落結(jié)構(gòu)方面的差異.此外，淮南采煤塌陷湖泊相比淮北具有更大的水域規(guī)模和初級(jí)生產(chǎn)力[9]，具有較大的漁業(yè)生產(chǎn)潛力，輪蟲(chóng)數(shù)量的變動(dòng)很大程度上會(huì)影響魚(yú)類的存活率，通過(guò)研究湖泊中輪蟲(chóng)群落結(jié)構(gòu)與水質(zhì)環(huán)境因子之間的關(guān)系，可以對(duì)淮南塌陷湖泊漁業(yè)資源的合理開(kāi)發(fā)和管理利用提供科學(xué)依據(jù).與此同時(shí)，輪蟲(chóng)對(duì)水質(zhì)變化反應(yīng)敏感，常作為水質(zhì)變化的指示因子，監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)水體的污染程度和營(yíng)養(yǎng)狀況.因此對(duì)淮南礦區(qū)塌陷湖泊輪蟲(chóng)群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究不僅可以深入理解這一區(qū)域性水域生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征及其對(duì)礦區(qū)水生態(tài)環(huán)境因子響應(yīng)情況，而且可以比較兩淮礦區(qū)的區(qū)域性差異，為礦區(qū)水生態(tài)環(huán)境重建、恢復(fù)與保護(hù)提供基礎(chǔ)資料和相關(guān)理論指導(dǎo).

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況與站點(diǎn)

選取潘謝礦區(qū)內(nèi)塌陷湖泊為研究對(duì)象.潘謝礦區(qū)也是淮南煤礦基地中沉陷面積最大、積水最為集中的區(qū)域，其位于安徽省淮河北岸的沖擊平原，礦區(qū)東西長(zhǎng)近58km，南北寬為6~25km，面積約為865km2.礦區(qū)內(nèi)地表水系較為發(fā)達(dá)，天然河道有西淝河、港河、黑河、濟(jì)河、泥河和架河，人工河道有永幸河，均由西北向東南流入淮河.分別在礦區(qū)潘謝東部的潘集礦區(qū)(PXPJ)、中部的顧橋礦區(qū)(PXGQ)和西部的謝橋礦區(qū)(PXXQ)內(nèi)各選1個(gè)小型塌陷湖泊站點(diǎn)為研究對(duì)象進(jìn)行相關(guān)研究(圖1).

圖1 淮南潘謝礦區(qū)沉陷積水區(qū)及研究湖泊站點(diǎn)分布Fig.1 Distribution of the subsidence areas and studied lakes around the Panxie coal mine area around Huainan

3個(gè)小型塌陷湖泊沉陷積水歷史及水文條件均存在較大差異，其中PXPJ站點(diǎn)位于潘集礦區(qū)西北側(cè)，與流經(jīng)礦區(qū)的河流泥河常年相通；PXGQ站點(diǎn)位于顧橋礦西北側(cè)，水體較為封閉(無(wú)入湖河流)；而PXXQ站點(diǎn)位于謝橋礦西北側(cè)沉陷區(qū)內(nèi)，其通過(guò)節(jié)制閘與其南邊的濟(jì)河連通，在汛期接納濟(jì)河季節(jié)性引水.3個(gè)塌陷湖泊均為失地農(nóng)民所利用進(jìn)行漁業(yè)活動(dòng)，每年有魚(yú)苗投放，但一般無(wú)餌料和肥料施加，3個(gè)湖泊面積、水深、容積及形成年齡等具體信息見(jiàn)表1.

1.2 樣品采集與測(cè)定

于2013-2014年分別對(duì)PXPJ、PXGQ和PXXQ站點(diǎn)分4個(gè)季度進(jìn)行采樣和分析，在每個(gè)研究站點(diǎn)設(shè)置7~9個(gè)水質(zhì)采樣點(diǎn)，每個(gè)水質(zhì)采樣點(diǎn)用有機(jī)玻璃采水器采取表層水樣保存待分析.水質(zhì)調(diào)查及分析的指標(biāo)包括：水溫(Tem)、電導(dǎo)率(EC)、透明度(SD)、pH、溶解氧(DO)、堿度(Alk)、總懸浮顆粒物(TSS)、化學(xué)需氧量(CODCr)、總氮(TN)、總磷(TP)、葉綠素a(Chl.a).水溫、pH、DO用pH儀(YSI pH100)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，SD用賽氏盤(pán)測(cè)定.水質(zhì)分析方法主要參照相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行[10]，其中堿度用酸堿指示劑滴定法測(cè)定，TN濃度用堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法測(cè)定，TP濃度用鉬酸銨分光光度法測(cè)定，COD濃度采用重鉻酸鉀法測(cè)定，Chl.a濃度用分子熒光法分析測(cè)定.

表1 淮南潘謝礦區(qū)3個(gè)塌陷湖泊水體的主要特征

在各站點(diǎn)湖心附近設(shè)置3個(gè)浮游生物采樣點(diǎn)，采集浮游植物和浮游動(dòng)物.浮游植物和輪蟲(chóng)定性樣品采集用25#(網(wǎng)孔直徑64μm)浮游生物網(wǎng)在水體表層中以“∞”字型來(lái)回?fù)迫。痈栺R林固定，部分樣品作活體觀察，用于鑒定種類.對(duì)于定量樣品，用5L有機(jī)玻璃采水器根據(jù)水深在上、中、下層采集進(jìn)行混合，然后裝入1000ml的采集瓶，分別加入魯哥試劑和少量福爾馬林，沉淀48h后濃縮定容至50ml.甲殼類定性樣品采集用13#(網(wǎng)孔直徑112μm)浮游生物網(wǎng)在水體表層中以“∞”字型來(lái)回?fù)迫?，加福爾馬林固定，部分樣品作活體觀察，用于鑒定種類.對(duì)于定量樣品，用5L有機(jī)玻璃采水器根據(jù)水深在上、中、下層采取水樣進(jìn)行混合，經(jīng)25#(64μm)浮游生物網(wǎng)過(guò)濾，加福爾馬林固定.浮游生物種類鑒定及觀察計(jì)數(shù)參考文獻(xiàn)[11].

1.3 數(shù)據(jù)分析方法

運(yùn)用浮游動(dòng)物Jaccard相似性指數(shù)(X)[12]、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H′)[13]、均勻度指數(shù)(J)和優(yōu)勢(shì)種的優(yōu)勢(shì)度(Y)對(duì)塌陷湖泊輪蟲(chóng)進(jìn)行生態(tài)學(xué)分析評(píng)價(jià)，各指數(shù)計(jì)算公式分別為：

式中，ni為站位中i物種的個(gè)數(shù)，N為站點(diǎn)中輪蟲(chóng)總個(gè)數(shù)，fi為i物種在各站點(diǎn)中出現(xiàn)的頻率，S為站點(diǎn)中輪蟲(chóng)總種數(shù)，a為站點(diǎn)A中出現(xiàn)的輪蟲(chóng)種類數(shù)，b為站點(diǎn)B中出現(xiàn)的輪蟲(chóng)種類數(shù)，c為站點(diǎn)A和站點(diǎn)B中都出現(xiàn)的輪蟲(chóng)種類數(shù).

采用SPSS 16.0軟件對(duì)不同湖泊站點(diǎn)及不同季節(jié)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性分析；選擇3個(gè)站點(diǎn)中相對(duì)密度>2%的輪蟲(chóng)代表種進(jìn)行環(huán)境因子影響分析，將輪蟲(chóng)豐度值和理化數(shù)據(jù)通過(guò)lg(x+1)轉(zhuǎn)換使數(shù)據(jù)趨于正態(tài)分布，用Canoco 4.5軟件對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行去趨勢(shì)對(duì)應(yīng)分析(detrended correspondence analysis，DCA)，得出第一軸的梯度長(zhǎng)為2.109，因此選擇典型冗余分析(redundancy analysis，RDA)并通過(guò)蒙特卡羅置換檢驗(yàn)(monte carlo permutation test)對(duì)環(huán)境因子進(jìn)行篩選，繪制物種與環(huán)境因子關(guān)系圖[14-15].

2 研究結(jié)果

2.1 調(diào)查期間水質(zhì)特征

調(diào)查期間PXPJ站點(diǎn)TP、TN和Chl.a濃度的季節(jié)變化范圍分別為0.085~0.120mg/L、0.79~2.08mg/L和8.5~40.8mg/m3；PXGQ站點(diǎn)TP、TN和Chl.a濃度均比PXPJ站點(diǎn)低，TP季節(jié)變化范圍為0.038~0.140mg/L，TN濃度季節(jié)變化范圍為0.63~1.44mg/L，Chl.a濃度季節(jié)變化范圍為12.2~38.7mg/m3；PXXQ站點(diǎn)TP濃度相對(duì)較低，季節(jié)變化范圍為0.010~0.076mg/L，TN濃度相對(duì)較高，季節(jié)變化范圍為1.73~5.37mg/L，春、夏季從濟(jì)河引水帶來(lái)了豐富的營(yíng)養(yǎng)鹽，其Chl.a濃度高達(dá)60mg/m3.總體上3個(gè)湖泊水體Chl.a濃度均較高，體現(xiàn)了富營(yíng)養(yǎng)湖泊的典型特征.PXPJ由于泥河外源負(fù)荷的長(zhǎng)期輸入，使其TP濃度要遠(yuǎn)高于PXGQ和PXXQ站點(diǎn)，而TN濃度大小順序?yàn)镻XXQ站點(diǎn)>PXPJ站點(diǎn)>PXGQ站點(diǎn)(表2).

表2 淮南潘謝采煤沉陷區(qū)內(nèi)3個(gè)小型塌陷湖泊水質(zhì)指標(biāo)

2.2 3個(gè)塌陷湖泊輪蟲(chóng)種類組成特征

3個(gè)塌陷湖泊4個(gè)季度調(diào)查期間總共觀察到輪蟲(chóng)15屬32種，其中PXPJ站點(diǎn)13屬25種，PXGQ站點(diǎn)13屬24種，PXXQ站點(diǎn)11屬20種(表3).PXPJ站點(diǎn)主要由多肢輪屬、龜甲輪屬和晶囊輪屬構(gòu)成，春、秋、冬季針簇多肢輪蟲(chóng)最多，優(yōu)勢(shì)度分別為0.42、0.25和0.42，夏季羅氏異尾輪蟲(chóng)最多(Y=0.29)；PXGQ站點(diǎn)主要為多肢輪屬、龜甲輪屬和晶囊輪屬，春、夏和秋季針簇多肢輪蟲(chóng)最多，優(yōu)勢(shì)度分別為0.53、0.31和0.31，冬季螺形龜甲輪蟲(chóng)最多(Y=0.51)；PXXQ站點(diǎn)主要為多肢輪屬、龜甲輪屬和臂尾輪屬，春、夏、秋和冬季分別以曲腿龜甲輪蟲(chóng)、前翼輪蟲(chóng)、針簇多肢輪蟲(chóng)和螺形龜甲輪蟲(chóng)為主，優(yōu)勢(shì)度依次為0.50、0.42、0.30和0.32.

3個(gè)塌陷湖泊輪蟲(chóng)優(yōu)勢(shì)種組成的季節(jié)分布如圖2所示.PXPJ站點(diǎn)輪蟲(chóng)第1優(yōu)勢(shì)種為針簇多肢輪蟲(chóng)、羅氏異尾輪蟲(chóng)，分別占年平均豐度的34.7%、12.9%，其中針簇多肢輪蟲(chóng)在秋季豐度較高(950ind./L)，羅氏異尾輪蟲(chóng)在夏季豐度較高(750ind./L)；PXGQ站點(diǎn)輪蟲(chóng)第1優(yōu)勢(shì)種為針簇多肢輪蟲(chóng)、螺形龜甲輪蟲(chóng)，分別占年平均豐度的31.0%、14.2%，其中針簇多肢輪蟲(chóng)在夏季豐度較高(1100ind./L)，螺形龜甲輪蟲(chóng)在冬季豐度較高(950ind./L)；PXXQ站點(diǎn)輪蟲(chóng)第1優(yōu)勢(shì)種為曲腿龜甲輪蟲(chóng)、針簇多肢輪蟲(chóng)和前翼輪蟲(chóng)屬，分別占年平均豐度的24.4%、20.2%和13.5%，其中曲腿龜甲輪蟲(chóng)在秋季豐度較高(500ind./L)，針簇多肢輪蟲(chóng)在秋季豐度較高(1050ind./L)，前翼輪蟲(chóng)屬在夏季豐度較高(1650ind./L).

表3 研究區(qū)內(nèi)3個(gè)小型塌陷湖泊鑒定的輪蟲(chóng)種類*

*+++為優(yōu)勢(shì)種，++為常見(jiàn)種，+為少見(jiàn)種.

圖2 3個(gè)塌陷湖泊輪蟲(chóng)優(yōu)勢(shì)種組成的季節(jié)動(dòng)態(tài)Fig.2 Seasonal dynamics of rotifer dominant species in the three subsided lakes in the research area

2.3 3個(gè)塌陷湖泊輪蟲(chóng)豐度季節(jié)變化

3個(gè)塌陷湖泊4個(gè)季度輪蟲(chóng)豐度的變化趨勢(shì)一致，均值差異分析結(jié)果表明，輪蟲(chóng)豐度在不同季節(jié)之間的差異顯著(P<0.05)，夏、秋季輪蟲(chóng)豐度要遠(yuǎn)高于冬、春季(圖3)，而3個(gè)湖泊站點(diǎn)之間的差異不顯著(P>0.05).具體來(lái)看，PXPJ站點(diǎn)輪蟲(chóng)豐度范圍為500~2800ind./L，夏季輪蟲(chóng)豐度最大，冬季輪蟲(chóng)豐度最小，多肢輪蟲(chóng)屬在春、秋和冬季均占較大比例，豐度分別為3500、1050和150ind./L，占輪蟲(chóng)總豐度的58.3%、37.7%和30.0%，異尾輪蟲(chóng)屬在夏季占較大比例，豐度高達(dá)1100ind./L，占輪蟲(chóng)總豐度的39.3%.

圖3 研究區(qū)內(nèi)3個(gè)小型塌陷湖泊輪蟲(chóng)豐度季節(jié)動(dòng)態(tài)Fig.3 Seasonal dynamic of rotifer abundance in the three subsided lakes of the research area

PXGQ站點(diǎn)輪蟲(chóng)豐度范圍為950~3350ind./L，多肢輪蟲(chóng)屬在春、夏和秋季均占較大比例，豐度分別為500、1250和1300ind./L，占輪蟲(chóng)總豐度的52.6%、37.3%和40.6%，龜甲輪蟲(chóng)屬在冬季占較大比例，豐度高達(dá)1450ind./L，占輪蟲(chóng)總豐度的78.4%.

PXXQ站點(diǎn)輪蟲(chóng)豐度在400~3900ind./L之間，龜甲輪蟲(chóng)屬在春、冬季占較大比例，豐度分別為200、1100ind./L，占輪蟲(chóng)總豐度的50.0%、59.5%，前翼輪蟲(chóng)屬在夏季占較大比例，豐度高達(dá)1650ind./L，占輪蟲(chóng)總豐度的42.3%，多肢輪蟲(chóng)屬在秋季占較大比例，豐度為1050ind./L，占輪蟲(chóng)總豐度的29.6%.

表4 研究區(qū)內(nèi)3個(gè)小型塌陷湖泊

2.4 3個(gè)塌陷湖泊輪蟲(chóng)多樣性與相似性

2.4.1 多樣性比較3個(gè)站點(diǎn)Shannon-Wiener多樣性指數(shù)均值分別為2.71、2.68和2.54(表4)，站點(diǎn)之間差異較小.PXPJ站點(diǎn)多樣性指數(shù)季節(jié)變化范圍為2.50~3.41，夏季最高，而春季最低；PXGQ站點(diǎn)多樣性指數(shù)季節(jié)變化范圍為1.95~3.22，秋季最高而冬季最低；PXXQ站點(diǎn)多樣性指數(shù)季節(jié)變化范圍為1.94~3.16，夏、秋季較高，而春、冬季最低.

2.4.2 相似性比較調(diào)查期間3個(gè)站點(diǎn)4個(gè)季度輪蟲(chóng)相似性指數(shù)X變化范圍為0.06~0.63(表5)，PXPJ、PXGQ和PXXQ站點(diǎn)相似性指數(shù)變化范圍分別為0.14~0.25、0.22~0.63和0.18~0.53，差別較大，相似性較差或一般；3個(gè)站點(diǎn)在各季節(jié)具有一定的相似性，春、夏季PXPJ和PXGQ站點(diǎn)相似性指數(shù)最高，相似性指數(shù)均為0.52，秋季PXGQ和PXXQ站點(diǎn)相似性指數(shù)最高(X=0.50)，冬季PXPJ與PXGQ、PXGQ與PXXQ站點(diǎn)之間相似性指數(shù)最高(X=0.50).

表5 研究區(qū)內(nèi)3個(gè)小型塌陷湖泊不同季節(jié)輪蟲(chóng)相似性指數(shù)

2.5 輪蟲(chóng)群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子的相互關(guān)系

根據(jù)輪蟲(chóng)出現(xiàn)的頻率，選取12種主要的輪蟲(chóng)進(jìn)行典型冗余分析(RDA)，分別為溝痕泡輪蟲(chóng)、羅氏異尾輪蟲(chóng)、前節(jié)晶囊輪蟲(chóng)、長(zhǎng)三肢輪蟲(chóng)、針簇多肢輪蟲(chóng)、萼花臂尾輪蟲(chóng)、前額犀輪蟲(chóng)、裂痕龜紋輪蟲(chóng)、曲腿龜甲輪蟲(chóng)、前翼輪蟲(chóng)屬、疣毛輪蟲(chóng)屬、舞躍無(wú)柄輪蟲(chóng).通過(guò)RDA前選和蒙特卡羅置換檢驗(yàn)(Monte Carlo permutation test)確定Tem、EC、pH、Alk、TP、TN和Chl.a共7個(gè)環(huán)境因子.

表6 研究區(qū)內(nèi)3個(gè)小型湖泊輪蟲(chóng)和

從RDA分析結(jié)果可以看出(表6)，第1軸的特征值為0.416，說(shuō)明環(huán)境梯度較大，適于排序分析.第1軸環(huán)境因子解釋物種變異的49.5%，前4軸共解釋物種變異的96.1%.

溝痕泡輪蟲(chóng)、羅氏異尾輪蟲(chóng)、裂痕龜紋輪蟲(chóng)以及前翼輪蟲(chóng)屬與水溫和電導(dǎo)率呈正相關(guān)，前節(jié)晶囊輪蟲(chóng)、針簇多肢輪蟲(chóng)和舞躍無(wú)柄輪蟲(chóng)主要受TP濃度的影響，萼花臂尾輪蟲(chóng)、曲腿龜甲輪蟲(chóng)與TN濃度、Alk呈正相關(guān)，長(zhǎng)三肢輪蟲(chóng)則主要受SD的影響(圖4).總體來(lái)看，影響湖泊中輪蟲(chóng)群落結(jié)構(gòu)的主要環(huán)境因子為T(mén)em、EC、TN濃度和TP濃度.

圖4 輪蟲(chóng)優(yōu)勢(shì)種與環(huán)境因子的冗余分析(Pom：溝痕泡輪蟲(chóng)，Tr：羅氏異尾輪蟲(chóng)，Asp：前節(jié)晶囊輪蟲(chóng)，F(xiàn)i：長(zhǎng)三肢輪蟲(chóng)，Pol：針簇多肢輪蟲(chóng)，Br：萼花臂尾輪蟲(chóng)，Rh：前額犀輪蟲(chóng)，An：裂痕龜紋輪蟲(chóng)，Ke：曲腿龜甲輪蟲(chóng)，Asc：舞躍無(wú)柄輪蟲(chóng)，Sy：疣毛　　　輪蟲(chóng)屬，Pr：前翼輪蟲(chóng)屬)Fig.4 Redundancy analysis between dominate species of rotifer and environmental factors

3 討論

3.1 輪蟲(chóng)群落結(jié)構(gòu)對(duì)淮南塌陷湖泊生態(tài)環(huán)境的指示作用

輪蟲(chóng)對(duì)環(huán)境反應(yīng)敏感，常常作為水體的指示生物，因此在評(píng)價(jià)水體營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)和污染狀況等方面受到廣泛的關(guān)注[16-17].首先，一般湖泊中常用生物多樣性指數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)水體的污染情況，Shannon-Wiener多樣性指數(shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分為3級(jí)：0~1表示重度污染；1~3表示中度污染，其中1~2為α中污染，2~3為β中污染；>3表示輕度污染或無(wú)污染[18].PXPJ、PXGQ和PXXQ站點(diǎn)輪蟲(chóng)多樣性指數(shù)指示為β中污染，表明淮南塌陷湖泊水體已經(jīng)受到了一定程度的污染，這與水質(zhì)理化指標(biāo)表征的結(jié)果一致.

其次，隨著水體富營(yíng)養(yǎng)化程度的加劇，采煤塌陷區(qū)水體中浮游動(dòng)物的種類呈明顯下降趨勢(shì)，PXXQ站點(diǎn)輪蟲(chóng)種數(shù)低于PXPJ和PXGQ站點(diǎn)，PXXQ站點(diǎn)在引水期間由周圍濟(jì)河引入了污染物濃度較高的河水，特別是有機(jī)物和氨氮濃度較高，可能對(duì)輪蟲(chóng)的群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了一定的影響.

再次，從具體的指示物種來(lái)看，富營(yíng)養(yǎng)化湖泊的輪蟲(chóng)主要指示種包括臂尾輪屬、裂痕龜紋輪蟲(chóng)、溝痕泡輪蟲(chóng)、扁平泡輪蟲(chóng)、圓筒異尾輪蟲(chóng)、暗小異尾輪蟲(chóng)、長(zhǎng)三肢輪蟲(chóng)、螺形龜甲輪蟲(chóng)、矩形龜甲輪蟲(chóng)和針簇多肢輪蟲(chóng)[19-22]，而3個(gè)小型塌陷湖泊的優(yōu)勢(shì)種多為多肢輪屬、異尾輪屬和龜甲輪屬，進(jìn)一步指示出塌陷湖泊水體的富營(yíng)養(yǎng)化特征.湖泊富營(yíng)養(yǎng)化進(jìn)程能夠顯著提高輪蟲(chóng)第1優(yōu)勢(shì)種的優(yōu)勢(shì)度[23]，PXPJ站點(diǎn)第1優(yōu)勢(shì)種為多肢輪屬(Y=0.42)，PXGQ站點(diǎn)第1優(yōu)勢(shì)種為多肢輪屬(Y=0.53)，PXXQ站點(diǎn)第1優(yōu)勢(shì)種為龜甲輪蟲(chóng)(Y=0.50)，在群落中占較高比例.

從兩淮區(qū)域角度來(lái)看，淮北2個(gè)采煤塌陷湖泊南湖、乾隆湖一年內(nèi)共分別鑒定到輪蟲(chóng)9屬14種、15屬27種，第一優(yōu)勢(shì)種均為多肢輪蟲(chóng)屬和異尾輪蟲(chóng)屬[24]，這與本研究的結(jié)果基本一致，可能體現(xiàn)了塌陷湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的影響；南湖、乾隆湖輪蟲(chóng)年平均豐度分別為198.4、1916ind./L，其Shannon-Wiener多樣性指數(shù)平均值分別為0.67、1.99，遠(yuǎn)低于本研究的3個(gè)湖泊，可見(jiàn)采煤塌陷湖泊輪蟲(chóng)的種類和多樣性隨著水體營(yíng)養(yǎng)鹽濃度水平的升高呈現(xiàn)上升趨勢(shì).有研究者曾經(jīng)提出，在不同水體中任何一個(gè)因素的差異都將導(dǎo)致現(xiàn)存輪蟲(chóng)群落結(jié)構(gòu)的不同[25].除了兩淮區(qū)域地理氣候具有差異性，南湖TN、TP濃度分別為0.56、0.06mg/L， 乾隆湖TN、TP濃度分別為0.98、0.15mg/L，營(yíng)養(yǎng)鹽濃度和比例與本研究中的湖泊差異也較為明顯.此外，淮北塌陷湖泊堿度比較大，也可能影響輪蟲(chóng)群落結(jié)構(gòu)變化[26].在以上多種因素的影響下，淮南與淮北塌陷湖泊輪蟲(chóng)群落結(jié)構(gòu)既表現(xiàn)出一定的共性，又有所差異.

3.2 影響淮南塌陷湖泊輪蟲(chóng)群落結(jié)構(gòu)的主要因素

作為生態(tài)系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)中承上啟下的重要功能群，輪蟲(chóng)群落結(jié)構(gòu)主要受生物因素和非生物因素的影響.生物因素主要包括浮游植物、甲殼類浮游動(dòng)物和魚(yú)類，非生物因素主要包括水溫、溶解氧及其它水質(zhì)指標(biāo)等.生物因素中，浮游植物作為輪蟲(chóng)的食物之一，其對(duì)輪蟲(chóng)的影響不容忽視.

PXPJ站點(diǎn)浮游植物細(xì)胞豐度范圍為443×104~984×104cells/L，春、夏、秋季較高而冬季最低，以綠藻、硅藻和隱藻門(mén)內(nèi)的種類為主；PXGQ站點(diǎn)浮游植物細(xì)胞豐度范圍為190×104~1267×104cells/L，藍(lán)藻細(xì)胞豐度在夏季和秋季均占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，分別占藻類細(xì)胞總豐度的61.5%和46.2%，冬、春季浮游植物細(xì)胞豐度最??；而PXXQ站點(diǎn)浮游植物細(xì)胞豐度范圍為557×104~3192×104cells/L，從春季到冬季逐漸減小.總體上浮游植物和輪蟲(chóng)豐度在各站點(diǎn)和季節(jié)上變化均具有一致性，即各湖泊春夏季浮游生物豐度相對(duì)較高、冬春季相對(duì)較低的特點(diǎn)，PXXQ和PXGQ站點(diǎn)浮游植物和輪蟲(chóng)的豐度均高于PXPJ站點(diǎn)(圖5).

圖5 研究區(qū)內(nèi)3個(gè)小型塌陷湖泊浮游植物細(xì)胞豐度的季節(jié)分布Fig.5 Seasonal distribution of phytoplankton cell abundance in the three subsided lakes of the research area

盡管PXPJ站點(diǎn)水體營(yíng)養(yǎng)鹽濃度較高，但個(gè)體較小的綠藻、硅藻和隱藻在浮游植物群落結(jié)構(gòu)中占據(jù)較大比例，輪蟲(chóng)或甲殼類浮游動(dòng)物的捕食壓力可能使浮游植物豐度降低.此外，PXPJ、PXGQ和PXXQ站點(diǎn)甲殼類浮游動(dòng)物年平均豐度分別為8.7、25.95和39.2ind./L，3個(gè)塌陷湖泊每年投放大量的濾食性魚(yú)類(鰱、鳙魚(yú))，可能給甲殼類浮游動(dòng)物帶來(lái)較大的撲食壓力，加上湖泊水體中藍(lán)藻細(xì)胞豐度占據(jù)優(yōu)勢(shì)，其較大個(gè)體對(duì)甲殼類浮游動(dòng)物來(lái)說(shuō)并不是適合的食物，從而導(dǎo)致枝角類和橈足類豐度較小，使得輪蟲(chóng)食物競(jìng)爭(zhēng)或捕食壓力較弱，塌陷湖泊浮游植物和浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)體現(xiàn)了富營(yíng)養(yǎng)化湖泊營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)的典型特征[27].

從環(huán)境因素來(lái)看，3個(gè)湖泊輪蟲(chóng)豐度和優(yōu)勢(shì)種隨著季節(jié)變化明顯，且各湖泊之間相似性較低，可能主要體現(xiàn)了淮南塌陷湖泊水環(huán)境因子在時(shí)空分布上的差異.RDA分析結(jié)果表明，影響輪蟲(chóng)群落的主要環(huán)境因子為水溫、電導(dǎo)率、TN和TP.許多研究均指出水溫是影響輪蟲(chóng)生長(zhǎng)、發(fā)育、群落組成和豐度變化等極為重要的環(huán)境因子[28]，水溫升高，卵的發(fā)育時(shí)間縮短，種群周轉(zhuǎn)加快等能夠在短時(shí)間內(nèi)形成輪蟲(chóng)的豐度高峰[29]，加上食物的充足(由浮游植物細(xì)胞密度等表征)，塌陷湖泊輪蟲(chóng)豐度及群落結(jié)構(gòu)季節(jié)組成很好地體現(xiàn)了這些水質(zhì)因子的影響.此外，營(yíng)養(yǎng)鹽濃度和比例可能對(duì)輪蟲(chóng)群落結(jié)構(gòu)具有較大影響，主要表現(xiàn)為N、P可以通過(guò)影響浮游植物從而影響輪蟲(chóng)[30].此前相關(guān)研究表明[2]，3個(gè)塌陷湖泊中PXPJ和PXXQ站點(diǎn)浮游植物生長(zhǎng)主要受P限制，而PXGQ站點(diǎn)主要受N限制，這種差異會(huì)導(dǎo)致各湖泊浮游植物群落結(jié)構(gòu)組成變化進(jìn)而影響初級(jí)消費(fèi)者輪蟲(chóng)的群落結(jié)構(gòu)，RDA分析中主要表現(xiàn)為前節(jié)晶囊輪蟲(chóng)、針簇多肢輪蟲(chóng)和舞躍無(wú)柄輪蟲(chóng)主要受TP濃度影響，而萼花臂尾輪蟲(chóng)、曲腿龜甲輪蟲(chóng)主要受TN濃度影響.值得注意的是，生物因素和水環(huán)境因子對(duì)輪蟲(chóng)群落結(jié)構(gòu)的影響相互交叉，即通過(guò)營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)中的上行效應(yīng)(食物或環(huán)境等相關(guān)因素)或下行效應(yīng)(捕食壓力)來(lái)共同調(diào)控輪蟲(chóng)的物種組成和豐度變化，主要的調(diào)控過(guò)程與機(jī)制需要進(jìn)行更加深入的調(diào)查和研究.

4 結(jié)論

1) 淮南3個(gè)塌陷湖泊中共鑒定到輪蟲(chóng)15屬32種，其中潘集站點(diǎn)13屬25種，顧橋站點(diǎn)13屬24種，謝橋站點(diǎn)11屬20種.3個(gè)湖泊站點(diǎn)輪蟲(chóng)群落結(jié)構(gòu)顯示出較大的時(shí)空變化特征，輪蟲(chóng)豐度夏、秋季要高于冬、春季，不同站點(diǎn)群落結(jié)構(gòu)差異較大.PXPJ站點(diǎn)第1優(yōu)勢(shì)種季節(jié)變化為：前翼輪蟲(chóng)屬(春季)→針簇多肢輪蟲(chóng)(夏季)→羅氏異尾輪蟲(chóng)(秋、冬季)；PXGQ站點(diǎn)第1優(yōu)勢(shì)種季節(jié)變化為：針簇多肢輪蟲(chóng)(春、夏、秋季)→螺形龜甲輪蟲(chóng)(冬季)；PXXQ站點(diǎn)第1優(yōu)勢(shì)種季節(jié)變化為：曲腿龜甲輪蟲(chóng)(春季)→前翼輪蟲(chóng)屬(夏季)→針簇多肢輪蟲(chóng)(秋季)→曲腿龜甲輪蟲(chóng)(冬季).

2) 3個(gè)塌陷湖泊由于水文生態(tài)環(huán)境條件的不同，輪蟲(chóng)多樣性、豐度和相似性體現(xiàn)出一定的差異.3個(gè)站點(diǎn)Shannon-Wiener多樣性指數(shù)均值分別為2.71、2.68、2.54，指示β中污染的塌陷湖泊生境.其中PXXQ站點(diǎn)輪蟲(chóng)豐度明顯高于PXPJ和PXGQ站點(diǎn)，3個(gè)湖泊水體富營(yíng)養(yǎng)化程度一致；RDA分析表明，淮南煤礦塌陷湖泊輪蟲(chóng)群落結(jié)構(gòu)的主要影響因素是水溫、電導(dǎo)率、TN和TP濃度.

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J.LakeSci.(湖泊科學(xué))， 2015， 27(4)： 657-666

?2015 byJournalofLakeSciences

Rotifer communities in the small lakes around Huainan coal mine subsidence areas

WANG Xiaomeng1， YI Qitao1，2， XU Xin1， LI Hui1& ZHANG Lei1

(1：SchoolofEarthandEnvironment，AnhuiUniversityofScienceandTechnology，Huainan232001，P.R.China)

(2：ResearchCenterforEco-environmentalSciences，ChineseAcademyofSciences，Beijing100085，P.R.China)

Abstract：Three small lakes at PXPJ site， PXGQ site and PXXQ site in the Huainan Panxie coal mine subsidence areas were chosen as research sites， which were characterized by different conditions in hydrology， ecological and environmental factors. The investigation of rotifer communities and aquatic environmental factors were conducted in the four seasons of 2013-2014 to address their relationship. A total of 32 species have been recorded， which belong to 15 genera. 25 species of the 13 genera at PXPJ site， 24 species of the 13 genera at PXGQ site， and 20 species of the 11genera at PXXQ site have been indentified. Keratella valga， Trichocerca rousseleti， Asplanchna priodonta， Asplanchna brightwelli， Polyarthra trigla Ehrenberg， Gosse were the dominate species in the lakes. Rotifer abundance were 500-2800ind./L at PXPJ site， 950-3350ind./L at PXGQ site， and 400-3900ind./L at PXXQ site. The average Shannon-Wiener diversity indexes for rotifer communities within the three studied sites were 2.71， 2.68 and 2.54 respectively， indicating β-type of medium pollution water quality in the aquatic zones.Redundancy analysis based on rotifer community and aquatic environmental factors showed that water temperature， conductivity and nutrient in the lakes are the main factors affecting the rotifer communities in those lakes.

Keywords：Coal mine subsidence areas； subsidence lakes； rotifer； aquatic environment factors

通信作者**；E-mail：yiqitao@163.com.

DOI10.18307/2015.0414