濟(jì)南地區(qū)水域春、秋兩季浮游動物群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子的關(guān)系

商書芹+李萌+王博涵+郭偉++曹龍智+王瑾

摘要：為了解濟(jì)南地區(qū)水域浮游動物群落結(jié)構(gòu)特征，于2015年春季（5月）和秋季（11月）對濟(jì)南地區(qū)水域24個采樣點(diǎn)位進(jìn)行了采樣調(diào)查。結(jié)果表明，兩季節(jié)共鑒定出浮游動物50種，春季浮游動物共計(jì)4類46種，以枝角類為主，平均密度為3 421.67 ind./L；秋季浮游動物共4類34種，以輪蟲為主，平均密度為1 68667ind./L。春季浮游動物香農(nóng)威納指數(shù)平均值為1.89，均勻度指數(shù)平均值為0.76，秋季浮游動物香農(nóng)威納指數(shù)平均值為1.92，均勻度指數(shù)平均值為0.74，典范對應(yīng)分析結(jié)果顯示：春季總硬度和電導(dǎo)率是影響浮游動物群落的主要環(huán)境因子，秋季總氮和氨氮及總堿度是影響浮游動物群落的主要環(huán)境因子。通過綜合分析得出結(jié)論，濟(jì)南地區(qū)水域呈中度污染。

關(guān)鍵詞：濟(jì)南；浮游動物；多樣性指數(shù)

浮游動物是水域生態(tài)系統(tǒng)中重要的組成部分。淡水浮游動物主要由原生動物、輪蟲、枝角類和橈足類組成，具有種類多、分布廣、繁殖速度迅速等特點(diǎn)[1]。浮游動物在生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)、能量流動和信息傳遞中起著重要作用，浮游動物群落多樣性是生態(tài)系統(tǒng)重要的評價(jià)指標(biāo)，其種類和密度及多樣性指數(shù)等群落結(jié)構(gòu)特征是評價(jià)水環(huán)境的重要標(biāo)準(zhǔn)，能夠準(zhǔn)確地反映出生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境的好壞[2]。浮游動物經(jīng)常被用作水體污染的重要指示物種，在環(huán)境監(jiān)測及環(huán)境保護(hù)中起著重要作用[3]。

近年來由于人類活動、生活污水排放等原因，破壞了濟(jì)南地區(qū)生態(tài)環(huán)境。近年來對濟(jì)南地區(qū)河流浮游動物群落結(jié)構(gòu)研究相對較少，因此，本文以濟(jì)南地區(qū)作為研究區(qū)域，分析了2015年濟(jì)南水域春季和秋季浮游動物群落結(jié)構(gòu)特征，并應(yīng)用浮游動物群落密度及多樣性指數(shù)等來評價(jià)濟(jì)南地區(qū)水體狀況，希望能夠?yàn)闈?jì)南地區(qū)水質(zhì)健康評價(jià)提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1采樣點(diǎn)位設(shè)置及樣品采集與處理

濟(jì)南市位于山東省中西部，南依泰山，北跨黃河，背山面水，分別與西南部的聊城、北部的德州和濱州、東部的淄博、南部的泰安和萊蕪交界。從地形上濟(jì)南市可分為三帶：北部臨黃帶，中部山前平原帶，南部丘陵山區(qū)帶；山地丘陵3 000多km2，平原5 000 km2。最高海拔1 108.4 m，最低海拔5 m，南北高差1 100多米。三個區(qū)域水網(wǎng)密集，水生態(tài)系統(tǒng)類型復(fù)雜，代表性的水生態(tài)類型有泉水、河流、水庫、湖泊、濕地、城市水控閘壩等。于2015年春季和秋季兩個季節(jié)對濟(jì)南地區(qū)進(jìn)行采樣調(diào)查，根據(jù)濟(jì)南實(shí)地具體狀況，在濟(jì)南區(qū)域選擇具有代表性的24個采樣點(diǎn)位（圖1）。使用采水器在各水層采混合水樣100 L，用25號浮游生物網(wǎng)過濾，將濾取過的樣本放入100 mL標(biāo)本瓶中，加4%～5%的甲醛溶液固定[4]。固定的樣本在室內(nèi)靜止24 h后虹吸上清液，濃縮至50 mL。在100～400倍Olympus—CX21生物顯微鏡下鑒定浮游動物種類，記錄個體密度。浮游動物種類鑒定參考主要根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[4-5]。

1.2水體理化性質(zhì)的測定

對各采樣點(diǎn)位的水體理化性質(zhì)進(jìn)行測定，測定水溫（Temp）、pH、溶解氧 （DO）、電導(dǎo)率（Cond），各位點(diǎn)位采集2 L水樣，低溫保存，48 h內(nèi)送回實(shí)驗(yàn)室根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)方法測定氨氮（NH3-N）、鈣離子（Ca2+）、氯離子（Cl-）、硬度（TD）、堿度（ALK）、總氮（TN）、總磷（TP）和高錳酸鉀指數(shù)（CODMn） [6]。

1.3數(shù)據(jù)分析和處理

計(jì)算香農(nóng)威納指數(shù)（H'）、均勻度指數(shù)（J）來研究浮游動物多樣性[7-8]。

（1） 香農(nóng)威納指數(shù)（H'）：H'=-Σ（ni/N）×log2（ni/N）

（2） 均勻度指數(shù)（J）：J=H'/lns

式中：s為浮游動物的種類數(shù)；N為浮游動物的總密度，ni為第i種的密度，fi為第i種出現(xiàn)的頻率。

香農(nóng)威納指數(shù)指數(shù)評價(jià)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)：0～1為重度污染、1～3為中度污染、>3為輕度或無污染

采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)分析2個季節(jié)環(huán)境因子的相關(guān)性以及與代表性浮游動物之間的相關(guān)性。各采樣點(diǎn)位篩選出的水環(huán)境因子和浮游動物群落數(shù)據(jù)在Canoco 4.5軟件上進(jìn)行典范對應(yīng)分析（Canonical correspondence analysis，CCA）。

應(yīng)用浮游動物密度進(jìn)行CCA分析時(shí)，先進(jìn)行除趨勢對應(yīng)分析（Detrended correspondence analysis，DCA），得出物種的單峰響應(yīng)值（梯度SD），SD>2，即可進(jìn)行CCA，否則采用冗余度分析（Redundancy analysis，RDA），并對數(shù)據(jù)進(jìn)行999次蒙特卡洛置換檢驗(yàn)（Monte Carlo permutation test），以判定顯著影響浮游動物群落空間分布特征的環(huán)境因子。在進(jìn)行CCA分析之前，除pH以外，所有水體環(huán)境數(shù)據(jù)和浮游動物密度數(shù)據(jù)均進(jìn)行數(shù)據(jù)對數(shù)轉(zhuǎn)換[log10（x+1）][9]。

1.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

香農(nóng)威納指數(shù)指數(shù)和均勻度指數(shù)計(jì)算用Biodiversity Profession 2.0完成，Canoco 4.5上進(jìn)行CCA的分析，濟(jì)南地區(qū)圖在ArcMap 9.3上完成。

2結(jié)果及分析

2.1春季和秋季浮游動物群落結(jié)構(gòu)特征

濟(jì)南地區(qū)兩季節(jié)共鑒定出浮游動物共4類50種，春季種類相比秋季較多，其中春季46種，秋季34種。春季共鑒定出浮游動物4類，其中輪蟲種類最多，共18種，占種類組成的39.31%；其次為原生動物，共14種，占3044%；枝角類8種，橈足類6種，分別占17.39%和13.04%；秋季共鑒定出浮游動物4類，其中輪蟲最多，為15種，占種類組成的44.11%；其次為枝角類，共9種，占26.47%；原生動物與橈足類均為4種，占14.71%（表1）。

濟(jì)南地區(qū)春季浮游動物密度范圍在0～33 480.00 ind./L，平均值為3 421.67 ind./L。中上游地區(qū)浮游動物密度較高，密度最高的點(diǎn)位為J22，密度值為33 480.00 ind./L。春季浮游動物群落主要由枝角類組成，占浮游動物群落總密度的65.15%，其次密度高的是輪蟲，占26.15%，橈足類與原生動物密度相對較低，分別占6.56%和2.14%。秋季浮游動物密度范圍在0～13 280.00 ind./L，平均值為1 686.67 ind./L。各點(diǎn)位密度相差不大，中下游地區(qū)密度較高，密度最高點(diǎn)位為J15，密度值13 28000 ind./L。浮游動物主要由輪蟲組成，密度比春季有所下降，輪蟲密度最高，占浮游動物總密度的51.90%，其次為枝角類，占31.98%，橈足類與原生動物密度相對較低，分別占14.72%和140%。 （表2和圖2）。表1不同季節(jié)浮游動物的種類組成及其所占比例

時(shí)期原生動物輪蟲 枝角類 橈足類 種類占百分比%種類占百分比%種類占百分比%種類占百分比%種類合計(jì)春季1430.441839.13817.39613.0446秋季514.711544.11926.47514.7130表2不同季節(jié)浮游動物的密度組成及其所占比例

時(shí)期 原生動物 輪蟲 枝角類 橈足類占百分比%占百分比%占百分比%占百分比%春季2.1426.1565.156.56秋季1.4051.9031.9814.72

濟(jì)南地區(qū)春季與秋季香農(nóng)威納指數(shù)與均勻度指數(shù)相差不大。香農(nóng)威納指數(shù)數(shù)值在1～2之間的采樣點(diǎn)位較多。春季香農(nóng)威納指數(shù)平均值為1.89，中部地區(qū)香農(nóng)威納指數(shù)較高，香農(nóng)威納指數(shù)最高點(diǎn)位J6，數(shù)值為3.37，均勻度指數(shù)平均值為0.76，中下游地區(qū)均勻度指數(shù)較高，最高值位于J24；秋季香農(nóng)威納指數(shù)平均值為1.92，中下游地區(qū)香農(nóng)威納指數(shù)較高，香農(nóng)威納指數(shù)最高點(diǎn)位J20，數(shù)值為3.00，均勻度指數(shù)平均值為0.74，中下游地區(qū)均勻度指數(shù)較高，最高值位于J1（圖3）。

2.2浮游動物群落結(jié)構(gòu)特征與環(huán)境因子關(guān)系

濟(jì)南春季溫度較高，平均溫度在21 ℃，秋季溫度降低，平均水溫在19.78 ℃，兩個季節(jié)水體均偏堿性（表3），兩個季節(jié)中pH值、總硬度、溶解氧及總磷含量相差不大，春季總堿度、氨氮含量高于秋季，其他環(huán)境因子含量均低于秋季。

3討論

本次調(diào)查濟(jì)南地區(qū)春季及秋季浮游動物共鑒定出4類50種，從各季節(jié)種類組成來看，輪蟲占絕對的優(yōu)勢，春季與秋季均以輪蟲種類最多，分別為18種與15種，占總物種數(shù)的39.13%和4411%。從各物種密度來看，輪蟲與枝角類為主要物種，春季枝角類密度占絕對優(yōu)勢，占總密度的65.15 %，秋季輪蟲密度占絕對優(yōu)勢，占浮游動物總密度的51.9%。春季浮游動物密度平均值要高于秋季，原因可能是由于春季溫度升高，食物、水溫、光照等條件充足，為浮游動物提供了良好的生活環(huán)境，適合浮游動物生長繁殖，而秋季溫度下降，各方面條件都達(dá)不到春季標(biāo)準(zhǔn)，浮游動物生活環(huán)境質(zhì)量下降，導(dǎo)致浮游動物的種類與數(shù)量下降。

研究表明，浮游生物多樣性指數(shù)在一定程度可以鑒定水質(zhì)狀況，物種多樣性是判斷群落重要性的基礎(chǔ)。當(dāng)物種的種類越多，各物種分布越均勻，物種的多樣性指數(shù)就越大，水質(zhì)越良好[7-8]。濟(jì)南地區(qū)春季與秋季多數(shù)采樣點(diǎn)位香農(nóng)威納指數(shù)數(shù)值為1～2之間，平均值分別為1.89和1.92，根據(jù)香農(nóng)威納指數(shù)（H'）值，0～1為重度污染、1～3為中度污染、>3為輕度或無污染，我們得出結(jié)論：濟(jì)南地區(qū)春季與秋季水體呈中度污染。