浙江省太湖流域原生動物四季群落結(jié)構(gòu)及水質(zhì)評價

張 敏, 陳瑋東, 茆傳奇, 劉 忱, 邵曉陽

(1. 杭州師范大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，浙江 杭州 310036; 2. 臨安市漁業(yè)漁政管理站，浙江 臨安 311300)

浙江省太湖流域原生動物四季群落結(jié)構(gòu)及水質(zhì)評價

張 敏1, 陳瑋東2, 茆傳奇1, 劉 忱1, 邵曉陽1

(1. 杭州師范大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，浙江 杭州 310036; 2. 臨安市漁業(yè)漁政管理站，浙江 臨安 311300)

為了解浙江省太湖流域原生動物群落結(jié)構(gòu)特征及水質(zhì)狀況，于2013年7月、10月及2014年1月、4月對該流域的原生動物及水體主要理化因子進(jìn)行了調(diào)查分析.采用理化指標(biāo)評價、種類組成、種群數(shù)量、優(yōu)勢種群、Margalef多樣性指數(shù)和Shannon-Wiener多樣性指數(shù)等參數(shù)，比較了流域中各不同水系不同季節(jié)的水質(zhì)狀況.結(jié)果表明:原生動物的豐度年均值為(1 997.19±1 323.23)ind./L；生物量年均值為(62.50±40.95)μg/L.各水系多樣性指數(shù)d平均值在0.74～1.27之間，多樣性指數(shù)H′平均值在0.52～0.83之間，多樣性指數(shù)D平均值在0.71～1.61之間，多樣性指數(shù)J′平均值在0.56～0.77之間.流域受污染程度的順序為運(yùn)河水系>合溪水系>東苕溪水系>西苕溪水系.

浙江省太湖流域；原生動物；群落結(jié)構(gòu)；水質(zhì)評價

原生動物在水生生物物質(zhì)循環(huán)和能量流動中扮演了極為重要的角色[1-3]，對于維持生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可持續(xù)性有不可替代的作用[4].原生動物種類多、分布廣、數(shù)量大，是在各種自然水環(huán)境中最原始、最低等的單細(xì)胞動物，每個生命體僅由單個細(xì)胞組成[5].由于原生動物結(jié)構(gòu)和功能上的特征，它們對生存環(huán)境條件的變化十分敏感，因此許多種類被認(rèn)為是水體污染的指示生物.水域中原生動物的群落結(jié)構(gòu)變化對于研究各類河流湖泊等水域的健康狀況具有重要意義[1-13].徐潤林等對珠江的原生動物群落與水質(zhì)進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)水質(zhì)惡化地區(qū)的原生動物群落明顯被破壞[1]；陳紅等對杭州沼澤性水域原生動物群落變化規(guī)律的研究發(fā)現(xiàn)原生動物的群落結(jié)構(gòu)因水質(zhì)的變化而變化[7].因此，原生動物被廣泛地應(yīng)用于監(jiān)測水域環(huán)境及水質(zhì)評價中[1-6].可見，原生動物群落結(jié)構(gòu)的研究是水質(zhì)監(jiān)測的一項重要內(nèi)容.

浙江省境內(nèi)太湖流域位于浙江省北部，流域面積12 273 km2，約占太湖流域面積的1/3.太湖流域水資源擔(dān)負(fù)著周邊地區(qū)居民生活、工業(yè)用水供給以及農(nóng)業(yè)灌溉等重大責(zé)任，且風(fēng)景優(yōu)美、物產(chǎn)豐富、航運(yùn)便利，對周圍的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展有不可忽視的作用.但隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，水資源保護(hù)措施卻相對滯后，水環(huán)境明顯惡化，目前浙江省太湖流域的水生態(tài)污染狀況不容樂觀.本文對浙江省境內(nèi)太湖流域的原生動物群落結(jié)構(gòu)、數(shù)量組成及水體主要理化因子進(jìn)行調(diào)查和分析，旨在為后期對太湖流域制定生態(tài)修復(fù)方案提供數(shù)據(jù)支持.

1 材料與方法

1.1 采樣時間與樣點(diǎn)設(shè)置

2013年7月、10月及2014年1月、4月，結(jié)合浙江省太湖流域的河流水質(zhì)特點(diǎn)及污染源狀況，在主要河道共設(shè)置了33個采樣點(diǎn)(圖1)，其中：合溪水系5個，東苕溪水系12個，運(yùn)河水系13個，西苕溪水系3個.

圖1 浙江省太湖流域地理位置及樣點(diǎn)分布圖Fig. 1 The location of the in Taihu Lake basin in ZhejiangProvince and sampling sites

1.2 樣品采集與物種鑒定

每個斷面設(shè)3個采樣點(diǎn)，每個采樣點(diǎn)根據(jù)透明度等距離分表層、中層、下層，用采水器分別采樣5 L，混合裝入15 L水桶，混勻后取1.5 L裝入塑料瓶，現(xiàn)場加魯哥氏液固定，帶回駐地靜置48 h，抽取上清液，沉淀轉(zhuǎn)入500 mL容器靜置24 h，抽取上清液后，再將沉淀轉(zhuǎn)入80 mL標(biāo)本瓶，加3 mL福爾馬林搖勻后保存以備鏡檢.

物種鑒定主要依據(jù)：《微型生物監(jiān)測新技術(shù)》[9]、《淡水浮游生物圖譜》[10]和《淡水浮游生物研究方法》[11].

1.3 數(shù)據(jù)分析與處理

依據(jù)公式：Y=(ni/N)×fi計算物種優(yōu)勢度.式中：ni為種類i的個體數(shù)；N為所有種類的總個體數(shù)；fi為種類i在采樣點(diǎn)中的出現(xiàn)頻率，將Y≥0.02的種類定為優(yōu)勢種.

采用Margalef豐富度指數(shù)(d)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H′)、Simpson多樣性指數(shù)(D)和Pielou均勻度指數(shù)(J′)對群落結(jié)構(gòu)和組成特點(diǎn)進(jìn)行分析.Margalef指數(shù)反映了群落物種的豐富程度，Pielou指數(shù)反映了群落中物種間個體均勻分布的程度，Shannon-Wiener指數(shù)綜合了物種豐富性和均勻性兩方面的影響，反映了群落結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，計算公式如下：

d=(S-1)/lnN，H′=-∑(ni/N)log2(ni/N),
D=1-∑(ni/N)2，J′=H′/log2S.

式中：S為群落中物種的數(shù)目，N為總個體數(shù)，ni為第i種的個體數(shù).

原生動物不同污染程度指示種及功能營養(yǎng)類群按照沈韞芬等[9]《微型生物監(jiān)測新技術(shù)》進(jìn)行劃分.原生動物的分類系統(tǒng)參見文[14-15].

1.4 水體理化指標(biāo)分析

現(xiàn)場用YSI6600V2型多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測儀(美國)測定表層(0.2～0.3m)及中下層(≈1m)的水溫(WT)、電導(dǎo)率(SpCond)、溶解氧(DO)等水質(zhì)指標(biāo)，水化學(xué)樣品的采集、保存與測定詳細(xì)步驟參考《水與廢水監(jiān)測分析方法》[12].

2 結(jié)果與分析

2.1 水體理化評價指標(biāo)

浙江省太湖流域各水系理化指標(biāo)分析結(jié)果見表1.各水系的差別較大，西苕溪水系的溶解氧(10.28mg/L)高于其他3個水系，懸浮物(SS)明顯低于其他3個水系；運(yùn)河水系的葉綠素a含量最高(1.26μg/L).從總氮、總磷來看，西苕溪水系含量最低，運(yùn)河水系最高.可以說明運(yùn)河水系的營養(yǎng)水平要高于其他3個水系，西苕溪水系營養(yǎng)水平最低.根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB3838—2002》，各水系的總氮與氨氮均超過Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn).

表1 水體理化特征Tab. 1 The chemical and physical parameters

注：表中數(shù)值為各理化參數(shù)的平均值，括號內(nèi)數(shù)為范圍.

2.2 原生動物種類組成及優(yōu)勢種

此次調(diào)查研究33個采樣斷面共鑒定與分析出原生動物100種.春季共有原生動物41種，隸屬于4綱25屬.其中裸藻綱6屬18種，纖毛蟲綱11屬14種，寡毛綱5屬6種，鞭毛蟲綱3屬3種.主要種類為裸藻綱和纖毛蟲綱，祼藻在所有樣本中所占比例最高，優(yōu)勢種為大彈跳蟲Halteriagrandinella、淡水筒殼蟲Tintinnidiumfluviatile、尖尾異眼紐蟲Heteronemadiscomorphum等環(huán)境污染指示生物.夏季鏡檢鑒定原生動物40種，隸屬于6綱24屬.其中植鞭毛綱19種，動鞭毛綱2種，肉足中綱4種，纖毛蟲綱15種.主要種類為植鞭毛綱和纖毛蟲綱，祼藻在所有樣本中所占比例最高，而優(yōu)勢種類中出現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)錐滴蟲Trepomonasrotans、淡水筒殼蟲Tintinnidiumfluviatile等環(huán)境污染指示生物，特別是旋轉(zhuǎn)錐滴蟲Trepomonasrotans的出現(xiàn)，表示所處水體已屬多污性級別.秋季鏡檢鑒定共有原生動物42種，隸屬于4綱29屬.其中纖毛綱14屬17種，植鞭毛綱7屬15種，肉足中綱6屬8種，裸藻綱2屬2種，主要種類為植鞭毛綱和纖毛蟲門，祼藻在所有樣本中所占比例最高，優(yōu)勢種為旋轉(zhuǎn)錐滴蟲Trepomonasrotans、淡水筒殼蟲Tintinnidiumfluviatile、寬扁眼Phacuspleuronestes、長尾扁眼蟲Phacuslongicauda等環(huán)境污染指示生物.冬季共有原生動物39種，隸屬于9綱27屬.其中植鞭毛綱5屬11種，寡毛綱2屬8種，肉足蟲綱4屬6種，多膜綱4屬5種.主要種類為植鞭毛綱和肉足蟲綱，多膜綱的物種密度在所有樣本中所占比例最高，優(yōu)勢種類中出現(xiàn)了大彈跳蟲Halteriagrandinella、尖尾異眼紐蟲Heteronemaacus等環(huán)境污染指示生物.常年存在的種有大彈跳蟲、淡水筒殼蟲、近軸眼蟲Euglenaproxima、扭曲異眼紐蟲Heteronematortum、彎曲漂眼蟲Astasiacurvata、王氏似鈴殼蟲Tintinnidiumwangi、旋回俠盜蟲Strobilidiumgyrans、旋轉(zhuǎn)錐滴蟲、鐘形鐘蟲Vorticellacampanula.

2.3 原生動物豐度和生物量的變化

2.3.1 各水系中原生動物豐度和生物量的差異

各水系之間以及水系內(nèi)各樣點(diǎn)之間原生動物豐度和生物量差異較大(圖2、圖3).其中原生動物的豐度變動為(244～4 488)ind./L，平均為(1 997.19±1 323.23)ind./L；生物量變動為(11.3～133.9)μg/L，平均為(62.5±40.95)μg/L.

對不同水系的原生動物豐度進(jìn)行比較可以看出：各水系年均豐度以運(yùn)河水系為最高，為(3 766±682.63)ind./L；合溪水系第二，年均值為(2 128.25±741.81)ind./L；其次為東苕溪水系，年均值為(1 596.5±542.05)ind./L；西苕溪水系遠(yuǎn)低于其他水系，為(498±198.06)ind./L.

不同水系間原生動物生物量差異也較大，各水系原生動物生物量年均值同樣為運(yùn)河水系>合溪水系>東苕溪水系>西苕溪水系，年均值分別為(113.375±22.59)、(67.725±26.33)、(54.025±23.57)、(14.87±4.34)μg/L.

2.3.2 各水系原生動物豐度和生物量的季節(jié)變化

四條水系原生動物豐度和生物量的季節(jié)變化比較明顯(圖2、圖3)，各季節(jié)豐度和密度的總量均為夏季>秋季>春季>冬季.

圖2 各水系原生動物豐度季節(jié)變化Fig. 2 Each river protozoa abundance seasonal change

圖3 各水系原生動物生物量季節(jié)變化Fig. 3 Each river protozoan biomass seasonal variation

2.3.3 生物多樣性指數(shù)

圖4 各水系原生動物物種多樣性Fig. 4 Each river protozoan species diversity

多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)反映群落中生物種類組成豐富度和各物種數(shù)量分配平均化程度，多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)大，表明群落構(gòu)成復(fù)雜、物種之間種群數(shù)量分配均等，群落穩(wěn)定性好.用多樣性指數(shù)分析太湖流域原生動物群落多樣性，結(jié)果表明，京杭大運(yùn)河水體生物多樣性指數(shù)明顯高于其他水系，其次為合溪水系，再次為東苕溪水系，西苕溪水系最低.多樣性指數(shù)d平均值在0.74～1.27之間，多樣性指數(shù)H′平均值在0.52～0.83之間，多樣性指數(shù)D平均值在0.71～1.61之間，多樣性指數(shù)J′平均值在0.56～0.77之間.如圖4所示.

2.4 原生動物豐度與環(huán)境因子的相關(guān)性分析

對原生動物豐度、總磷、總氮、COD、溶解氧、pH等10個環(huán)境因子進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果見表2.可以看出，該流域內(nèi)與原生動物豐度相關(guān)性顯著的主要環(huán)境因子為溶解氧與水溫，其中，原生動物豐度與溶解氧呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與水溫呈正相關(guān).

3 討 論

3.1 原生動物豐度與水體富營養(yǎng)程度的關(guān)系

原生動物豐度是判斷水體營養(yǎng)化程度的重要指標(biāo)，由于耐污種類在污染嚴(yán)重的水體中形成優(yōu)勢種群，因此具有高的個體豐度[2,7].根據(jù)原生動物密度小于1 000 ind/L為貧營養(yǎng)，1 000～3 000 ind/L為中營養(yǎng)，大于3 000 ind/L為富營養(yǎng)的生物指數(shù)評價標(biāo)準(zhǔn)[9]，浙江省太湖流域各水系采樣點(diǎn)原生動物密度大部分

表2 原生動物豐度與水環(huán)境因子之間的相關(guān)關(guān)系Tab. 2 The relationship between the protozoa abundance and the environmental variables

注：**在0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)，*在0.05水平(雙側(cè))上顯著相關(guān).

在2 000～3 000 ind/L，運(yùn)河水系大部分在3 000 ind/L以上，西苕溪全年都小于1 000 ind/L.綜合太湖流域水質(zhì)理化指標(biāo)的測定結(jié)果可以看出，浙江省太湖流域水體大部分為中營養(yǎng)，而西苕溪水系為貧營養(yǎng)，運(yùn)河水系為富營養(yǎng).溫度是原生動物豐度的主要限制因子[9]，浙江省太湖流域原生動物豐度與水溫呈正顯著相關(guān)，在溫度較低的冬季，原生動物豐度平均僅為夏季的一半，可見水溫是該流域原生動物豐度的主要限制因子.

3.2 原生動物群落結(jié)構(gòu)的分布差異

水體營養(yǎng)化程度是影響原生動物豐度的重要原因，陳立婧等[6]對明珠湖的研究發(fā)現(xiàn)，總氮和總磷是影響明珠湖原生動物生態(tài)特征分布的主要因子.浙江省太湖流域全年原生動物豐度均表現(xiàn)為運(yùn)河水系>合溪水系>東苕溪水系>西苕溪水系，這主要是由于運(yùn)河水系受城市工業(yè)和生活污水的影響，而合溪水系采樣點(diǎn)兩岸有農(nóng)田，導(dǎo)致水體的營養(yǎng)鹽增加，從而使原生動物豐度增加，這與武漢東湖[16]、天津漢沽穩(wěn)定塘[17]的結(jié)果類似.

3.3 原生動物多樣性指數(shù)與水質(zhì)評價

多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)反映群落中生物種類組成豐富度和各物種數(shù)量分配平均化程度.浙江省太湖流域大多數(shù)采樣點(diǎn)的原生動物的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)介于1.0～3.0之間，根據(jù)生物多樣性指數(shù)評價標(biāo)準(zhǔn)，大多數(shù)采樣點(diǎn)的水體均受到污染，且多數(shù)處于重污染或中污染狀態(tài).Margalef物種豐富度指數(shù)(D)和Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H′)低，主要是一些采樣點(diǎn)的原生動物種類只有1～2種，一些采樣點(diǎn)為單優(yōu)勢種，如果按照Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(0～1為重污染，1～3為中污染，大于3為輕污染或者無污染)以及Pielou均勻指數(shù)(0～0.3為重污染，0.3～0.5為中污染，0.5～0.8為輕污染或者無污染)評價該水系水體營養(yǎng)化水平，則會得出不一樣的結(jié)論.所以，應(yīng)結(jié)合太湖流域水體原生動物種類少和部分水體單優(yōu)勢種的特征，進(jìn)行比較客觀的評價.綜合可以說明浙江省太湖流域水體健康狀態(tài)多以中度污染為主，流域受污染程度的順序為運(yùn)河水系>合溪水系>東苕溪水系>西苕溪水系.

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The Community Structure of Protozoa and the Evaluation of Water Quality in Taihu Lake Basin in Zhejiang Province

ZHANG Min1, CHEN Weidong2, MAO Chuanqi1, LIU Chen1, SHAO Xiaoyang1

(1. College of Life and Environmental Sciences, Hangzhou Normal University, Hangzhou 310036, China; 2. Lin’an City Fisheries Fishery Management Station, Lin’an 311300, China)

In order to understand the characteristics of protozoan community structure and water quality of Taihu Lake basin in Zhejiang Province, the protozoa as well as water physical and chemical factors were investigated in July 2013, October 2013 and January 2014, April 2014. Using the physical and chemical indicators, species composition, population, dominant populations, Margalef diversity index and Shannon-Wiener diversity index and other parameters,the water quality of each river system in different seasons was compared. And the results showed thatthe annual average of protozoa abundance was (1 997.19+1 323.23) ind./L, the average of biomass was (62.5+40.95)μg/L. The average of diversity index d was between 0.74～1.27, the average of diversity index H′ was between 0.52～0.83, the average of diversity index D was between 0.71～1.61, the average of diversity index J′ was between 0.56～0.77.The order of contaminated degree was Jinghang River>Hexi River>East Tiaoxi River>West Tiaoxi River.

Taihu Lake basin in Zhejiang Province; protozoa; community structure; water quality evaluation

2016-03-30

邵曉陽(1960—)，男，副教授，主要從事淡水生態(tài)學(xué)研究. E-mail: shaoxyhz@163.com

10.3969/j.issn.1674-232X.2017.01.017

Q145+.2； X826

A

1674-232X(2017)01-0069-06