松花江哈爾濱段浮游動物群落結(jié)構(gòu)特征與水質(zhì)評價*

鞠永富，于洪賢，于 婷，柴方營，姚允龍，于 鵬

(1：東北林業(yè)大學(xué), 哈爾濱 150040) (2：黑龍江省水利廳, 哈爾濱 150001)

松花江哈爾濱段浮游動物群落結(jié)構(gòu)特征與水質(zhì)評價*

鞠永富1,2，于洪賢1**，于 婷2，柴方營2，姚允龍1，于 鵬1

(1：東北林業(yè)大學(xué), 哈爾濱 150040) (2：黑龍江省水利廳, 哈爾濱 150001)

2012年對松花江哈爾濱段浮游動物群落結(jié)構(gòu)進行調(diào)查研究，并結(jié)合理化指標評價法對水質(zhì)進行評價. 結(jié)果顯示: 共鑒定出浮游動物40種,其中原生動物9種,輪蟲27種,枝角類2種,橈足類2種；污染指示種34種，其中寡污性為10種，o-β中污性為6種，β-中污性為9種，β-α中污性為4種，α-中污性為5種；全年平均豐度為1042.0 ind./L，生物量為0.078 mg/L.常見種有萼花臂尾輪蟲(Brachionusquadridentatus)、螺形龜甲輪蟲(Keratellacochlearis)和針簇多肢輪蟲(Polyarthratrigla), 均為中污染指示種；各樣點污染程度在季節(jié)變化和全年變化中均表現(xiàn)一致，總體是上游水質(zhì)優(yōu)于下游，季節(jié)污染程度是夏季>秋季>春季. 整體評價結(jié)果顯示，松花江哈爾濱段水體已處于中富營養(yǎng)水平、中度污染狀態(tài). 本研究結(jié)果可為松花江水質(zhì)生態(tài)評價、水環(huán)境監(jiān)測及水資源管理提供重要的理論依據(jù).

松花江哈爾濱段；浮游動物；群落結(jié)構(gòu)；水質(zhì)評價

水生態(tài)指標評價法是指利用水生生物的指示作用評價水體污染的一種生態(tài)學(xué)評價法，與理化評價法相比，具有投入少、監(jiān)測頻次低、連續(xù)性好等特點，是對環(huán)境質(zhì)量狀況的真實評價，也是水環(huán)境質(zhì)量評價的發(fā)展趨勢，對水生態(tài)的恢復(fù)具有十分重要的意義. 浮游動物作為指示生物能夠反映水體水質(zhì)狀況[1-3]，其群落結(jié)構(gòu)與水體富營養(yǎng)化程度密切相關(guān)[4-5]. 松花江發(fā)源于吉林省長白山天池，其哈爾濱段上游始于三家子，下游止于大頂子山，有阿什河、呼蘭河兩個一級支流. 2005年松花江水污染事件暴發(fā)后，對其研究逐漸增多. 孟伯陽等[6]、樊慶鋅等[7]運用灰色關(guān)聯(lián)分析法與模糊綜合評價法，對松花江不同斷面和時期進行了評判，結(jié)果顯示不同水期對水環(huán)境質(zhì)量有關(guān)聯(lián)影響，不同斷面水環(huán)境質(zhì)量的差異則主要取決于支流污染源匯入以及水體稀釋、降解自凈作用; 宮凱悅[8]從底泥重金屬含量、多元統(tǒng)計分析和污染程度及風(fēng)險評價3個方面，綜合分析了松花江哈爾濱段沉積物的重金屬污染特性，結(jié)果表明松花江哈爾濱段各重金屬含量除臨近何家溝排污口采樣點外，沿上游到下游呈逐漸升高的趨勢. 各重金屬之間濃度比較結(jié)果為Zn>Cr>Pb>Cu>Ni>Cd; 李靜文[9]、孫洋陽等[10]對松花江哈爾濱段的研究表明，溫度升高、溶解氧不足、氧化還原電位過低及劇烈擾動會促進底泥中有機質(zhì)及氨氮的釋放，而溫度升高、pH的降低都會抑制底泥對氨氮的吸附. 已有研究均以理化指標研究為主，本文通過對松花江哈爾濱段浮游動物進行調(diào)查研究，運用生態(tài)學(xué)分析法，并結(jié)合理化指標評價法對其水質(zhì)進行評價，以期為松花江哈爾濱段水質(zhì)生態(tài)評價和水環(huán)境監(jiān)測提供科學(xué)依據(jù).

1 材料和方法

1.1 采樣時間和地點

于2012年春季(5月)、夏季(7月)和秋季(10月)，根據(jù)松花江哈爾濱段各樣點所具有的代表性，共設(shè)置9個斷面(用S1～S9表示)(圖1)，每個斷面設(shè)兩個樣點，即斷面的右岸(或者左岸)和中間.

圖1 松花江哈爾濱段樣點分布(S1為三家子，S2為金河灣濕地公園，S3為二水源，S4為水泥廠，S5為呼蘭河口，S6為大亮子，S7為卜家口屯，S8為大頂子山黃魚圈，S9為大頂子山黃魚圈下)Fig.1 Distribution of sampling sites in Harbin section of Songhua River

1.2 樣品采集與數(shù)據(jù)處理

樣品的采集、鑒定及豐度和生物量的計算等均參照《淡水浮游生物調(diào)查技術(shù)規(guī)范》[11]. 現(xiàn)場采集水樣帶回實驗室，參照《湖泊富營養(yǎng)化調(diào)查規(guī)范》[12]進行溶解氧(DO)、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)、五日生化需氧量(BOD5)、氨氮(NH3-N)、總氮(TN)和總磷(TP)濃度測定分析，其中DO濃度用疊氮化鈉改良法測定， CODMn用高錳酸鹽指數(shù)法測定， BOD5用稀釋接種法測定，NH3-N濃度用納氏試劑法測定，TN濃度用過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法測定，TP濃度用過硫酸鉀消解-鉬銻抗分光光度法測定.

水生態(tài)學(xué)評價方法包括現(xiàn)存量法和常見種指示生物法[13-14]. 浮游動物現(xiàn)存量主要是指豐度和生物量，豐度<1000 ind./L為貧營養(yǎng)，1000～3000 ind./L為中營養(yǎng)，>3000 ind./L為富營養(yǎng)；生物量<1 mg/L為貧營養(yǎng)，1～3 mg/L為中營養(yǎng)，>3 mg/L為富營養(yǎng). 有研究指出,污染系統(tǒng)和河流不同污染帶的指示生物種類都對環(huán)境有特殊的要求，只有當水體中存在這些環(huán)境條件的前提下，這種指示生物種類才能生存[15]，因此可用對水質(zhì)具有指示作用的生物來監(jiān)測和評價水體的污染狀況.

水質(zhì)理化指標評價包括單因素評價法[16]和綜合污染指數(shù)法[17]. 單因素評價法是以DO、CODMn、BOD5、NH3-N、TN和TP 6個指標作為單因素評價因子，參照《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 3838-2002)評價各樣點各季節(jié)水質(zhì).

綜合污染指數(shù)評價法表達式為：

P=1/n∑Pi

(1)

Pi=Ci/Coi

(2)

式中，P為綜合污染指數(shù)，Pi為污染物單項污染指數(shù)，Ci為污染物監(jiān)測值(mg/L)，Coi為污染物標準值(mg/L).P<0.8表示清潔，0.8～1.0表示輕污染，1.0～2.0表示中污染，>2.0表示重污染[17].

2 結(jié)果與分析

2.1 群落結(jié)構(gòu)和水質(zhì)生態(tài)學(xué)評價

本次調(diào)查共鑒定出浮游動物40種，其中原生動物9屬9種，占22.5%；輪蟲15屬27種，占67.5%;枝角類2屬2種，占5.0%；橈足類2屬2種，占5.0%. 各樣點中，種類數(shù)量最多的是S4右樣點(21種)，占8.36%，其次是S6右樣點(18種)，占7.17%，最少的是S3右樣點(9種)，占3.58%. 污染指示種34種(表1)，其中寡污性種類10種，占29.41%；o-β中污性種類6種，占17.65%；β-中污性種類9種，占26.47%；β-α中污性種類4種，占11.76%；α-中污性種類5種，占14.71%. 中污性種類較多，可見松花江哈爾濱段水體已處于中度污染.

春季常見種包括萼花臂尾輪蟲、螺形龜甲輪蟲、長三肢輪蟲和小劍水蚤(Microcyclops)，均是富營養(yǎng)和中度富營養(yǎng)指示種；夏季常見種包括螺形龜甲輪蟲和針簇多肢輪蟲，是中度富營養(yǎng)指示種;秋季常見種包括小口鐘蟲、綠急游蟲、萼花臂尾輪蟲、螺形龜甲輪蟲和針簇多肢輪蟲，除綠急游蟲外，其余均為中度富營養(yǎng)指示種.

按豐度指標評價，松花江哈爾濱段春季S1右、S2右、S4右、S6右、S8左和S9右采樣點，夏季S1右采樣點，秋季S1右、S2中、S6中和S8左采樣點為中營養(yǎng)狀態(tài)，秋季S1中、S2右、S3中、S3右和S4中和S8中采樣點為富營養(yǎng)狀態(tài)，其余各點均為貧營養(yǎng)狀態(tài)；按生物量指標評價，3個季節(jié)中松花江哈爾濱段各樣點均為貧營養(yǎng)狀態(tài). 浮游動物春季、夏季和秋季豐度分別為903.9、215.4和2006.7 ind./L，生物量分別為0.121、0.029 和0.084 mg/L. 按豐度指標評價，松花江哈爾濱段水體污染程度最嚴重的是秋季，為中營養(yǎng)狀態(tài)，其次是春季和夏季，都為貧營養(yǎng)狀態(tài)；按生物量指標評價3個季節(jié)污染程度都為貧營養(yǎng)狀態(tài). 浮游動物全年平均豐度為1042.0 ind./L，生物量為0.078 mg/L，按豐度指標評價，水體已達到中營養(yǎng)狀態(tài)；按生物量指標評價，水體沒有達到中營養(yǎng)狀態(tài)(圖2).

圖2 松花江哈爾濱段浮游動物豐度和生物量Fig.2 The zooplankton abundance and biomass in Harbin section of Songhua River

浮游動物種類拉丁名污染等級頻率原生動物小口鐘蟲Vorticellamicrostomaα++王氏似鈴殼蟲Tintinnopsiswangio++陀螺俠盜蟲Strobilidiumveloxo+瓶累枝蟲Epistylisurceolataα+綠急游蟲Strombidumvirideo++大口表殼蟲Arcellamegastomaα+尖頂砂殼蟲Difflugiaacuminatao+輪蟲角突臂尾輪蟲Brachionusangularisβ?α+壺狀臂尾輪蟲Brachionusurceusβ?α+萼花臂尾輪蟲Brachionusquadridentatusβ?α+++裂足臂尾輪蟲Brachionusdiversicornisβ+螺形龜甲輪蟲Keratellacochlearisβ+++矩形龜甲輪蟲Keratellaquadrataβ+曲腿龜甲輪蟲Keratellavalgao?β+針簇多肢輪蟲Polyarthratriglaβ?α+++真翅多肢輪蟲polyarthraeurypteraα+長刺蓋氏輪蟲Kellicotticalongispinao?β+長三肢輪蟲Filinialongisetaα++邁氏三肢輪蟲Filiniamaiorβ+尖尾疣毛輪蟲Synchaetastylatao+長圓疣毛輪蟲Synchaetapectinataβ+羅氏腔輪蟲Lecaneludwigiio+共趾腔輪蟲Lecanesympodao+月形腔輪蟲Lecanelunao?β+前節(jié)晶囊輪蟲Asplanchnapriodontaβ+郝氏皺甲輪蟲Ploesomahudsonio?β+扁平泡輪蟲Pompholyxcomplanataβ+特異同尾輪蟲Diurellainsignisβ+圓筒異尾輪蟲Trichocercacylindricao?β+冠飾異尾輪蟲Trichocercalophoessao+縱長異尾輪蟲Trichocercaelongatao+腹足腹尾輪蟲Gastropushyptopuso+方塊鬼輪蟲Trichotriatetractico?β+四齒單趾甲輪蟲Monostylaquadridentataβ+

*出現(xiàn)頻率低于25%為+，25%～50%為++，高于50%為+++；o：寡污；o-β：o-寡污-β中污；β：β-中污；β-α：β-α中污；α：α-中污.

2.2 水質(zhì)理化指標評價

2.2.1 水質(zhì)理化單因素指標評價 根據(jù)水質(zhì)理化指標數(shù)據(jù)，對照《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 3838-2002)可以看出，松花江哈爾濱段各樣點污染程度在季節(jié)變化和全年變化中均表現(xiàn)一致(圖3)，總體為上游水質(zhì)優(yōu)于下游. 春季優(yōu)于Ⅲ類水質(zhì)標準(包括Ⅲ類)的共25個樣本，劣于Ⅲ類水質(zhì)的共11個樣本，分別占春季總數(shù)的69.44%和30.56%；夏季優(yōu)于Ⅲ類水質(zhì)標準(包括Ⅲ類)的共24個樣本，劣于Ⅲ類水質(zhì)的共12個樣本，分別占66.67%和33.33%；秋季優(yōu)于Ⅲ類水質(zhì)標準(包括Ⅲ類)的共32個樣本，劣于Ⅲ類水質(zhì)標準的共4個樣本，分別占88.89%和11.11%.各季節(jié)污染程度排序為夏季>春季>秋季. 松花江哈爾濱段3個季節(jié)優(yōu)于Ⅲ類水質(zhì)標準(包括Ⅲ類)的共計81個樣本，占總量的75%. 可見，松花江哈爾濱段全年水質(zhì)較好，滿足Ⅲ類水標準.

圖3 松花江哈爾濱段水質(zhì)理化因子污染等級Fig.3 The pollution grade in Harbin section of Songhua River based on environmental quality standards for surface water

圖4 松花江哈爾濱段水質(zhì)理化因子綜合污染指數(shù)評價Fig.4 The evaluation statistics of physical and chemical factors in Harbin section of Songhua River by the integrated pollution index

2.2.2 水質(zhì)理化因子綜合污染指數(shù)評價 根據(jù)各樣點水質(zhì)理化數(shù)據(jù)和綜合污染指數(shù)的污染等級評價標準評價松花江哈爾濱段全年水質(zhì)情況. 結(jié)果表明，春季P值在0.94～1.13之間，平均為1.04，除S2樣點為輕污染外，其他樣點均為中污染；夏季P值在1.41～1.87之間，平均為1.63，各樣點全部為中污染，秋季P值為0.82～1.15，平均為0.96，除S5和S6樣點為中污染外，其余各樣點均為輕污染；全年P(guān)值在1.06～1.38之間，平均為1.21，即水體為中污染. 從各樣點P值來看，3個季節(jié)各樣點污染程度均為S6>S5>S4>S3>S1>S2，總體為上游水質(zhì)優(yōu)于下游. 各季節(jié)污染程度排序為夏季>春季>秋季(圖4).

3 討論

3.1 浮游動物群落結(jié)構(gòu)特征對比分析

本研究與2011年數(shù)據(jù)相比較(表2)，原生動物種類數(shù)量相同,但豐度和生物量分別下降10倍,輪蟲種類數(shù)量下降1/3，豐度相差不大，但生物量較2011年下降15倍,枝角類和橈足類現(xiàn)存量差異不大. 3個年份各類浮游動物數(shù)量占總數(shù)的比例結(jié)構(gòu)較類似，但現(xiàn)存量差異較大，有研究表明，溫度是影響浮游動物種類和數(shù)量的主要因素[18]，松花江地處北溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，大陸性氣候特點非常明顯，冬季寒冷漫長，夏季炎熱多雨，春季干燥多風(fēng)，秋季很短，年內(nèi)溫差較大，多年平均氣溫為3～5℃. 對于浮游動物來說，夏、秋季水溫相對較高，食物來源相對充足，其繁殖較快，種群數(shù)量迅速增長，而冬季平均水溫僅為0.5℃，浮游動物現(xiàn)存量下降明顯，即我國北方冬季與其他各季節(jié)相比較，浮游動物種類和數(shù)量相差較大. 而在熱帶水體中[19]，由于水溫這一關(guān)鍵環(huán)境因子的季節(jié)變化幅度相對較小，且全年維持較高水平，因此其浮游動物群落的種類組成、豐度和生物量較為穩(wěn)定．

表2 松花江哈爾濱段不同年份浮游動物種類及現(xiàn)存量*

*2011年[20]、2012年(本研究)分別為春季、夏季和秋季數(shù)據(jù)，2013年為冬季數(shù)據(jù)[21].

與同一江段其他水生生物相比較，本研究中浮游動物豐度和生物量季節(jié)變化都是秋季高于夏季和春季，與浮游植物豐度和生物量季節(jié)變化基本一致[20]，但由于松花江流速較快，浮游動物和浮游植物的豐度和生物量相對較低，底棲動物豐度是春季高于秋季和夏季[22]，生物量季節(jié)變化及水質(zhì)評價結(jié)果與本研究基本一致.

與北方江河相比較，本研究與嫩江[23]、黑龍江[24]和烏蘇里江干流[25]浮游動物種類組成特點較為相似，均以小型類群為主，其中輪蟲種類最多，原生動物次之，橈足類和枝角類種類較少，這與國內(nèi)很多已知河流浮游動物群落結(jié)構(gòu)相似[26-27]. 由于輪蟲具有獨特的孤雌生殖方式，能在很短的時間內(nèi)達到很高的豐度，并且很快適應(yīng)河流中理化環(huán)境的改變和水文條件的波動，因此，在河流生境中浮游動物通常以輪蟲群落為主[28]. 其中，嫩江[23]各類浮游動物數(shù)量、豐度和生物量分別占總量的比例與本研究極其相似，各季節(jié)豐度變化都是秋季最高，春季其次，夏季最少，但各季節(jié)生物量變化有所不同，松花江是春季最高，夏季最低，嫩江與其相反.在優(yōu)勢種和常見種方面，嫩江[23]與松花江都是以輪蟲的種類最多，不同的是嫩江是以龜甲輪蟲居多，同時橈足類中有中華哲水蚤(Sinocalanusdorrii)、猛水蚤(Harpacticoidasp.)，枝角類中有小櫛溞(Daphniacristata)、僧帽溞(Daphniacucullata)、長額象鼻溞(Bosminalongirostris).同屬北溫帶的額爾古那河流域各河流雖然也是以輪蟲數(shù)量居多，占總種數(shù)的34.6%，但是體型相對較大的枝角類和橈足類占比分別為15.4%和26.9%，同時其浮游動物的密度和生物量也相對較高[29]. 有研究指出，魚類捕食、種類競爭、食物和水文條件是影響浮游動物群落結(jié)構(gòu)的主要原因.其中，由于水文條件的變化，特別是由降水導(dǎo)致的變化具有很強的隨機性，導(dǎo)致浮游動物群落季節(jié)和年際的隨機性[30]. 可見，即使在北方同一溫度帶中，不同河流受到諸多因素的綜合影響，其浮游動物群落結(jié)構(gòu)也不完全相同.

3.2 松花江哈爾濱段水質(zhì)污染源分析

各樣點中，S1樣點污染源主要是來自吉林省、齊齊哈爾市和大慶等地的工業(yè)排污，由于經(jīng)過水體的自凈作用此處污染程度明顯下降，污染程度較輕. S2樣點中水體經(jīng)過濕地生態(tài)系統(tǒng)的進一步凈化，水質(zhì)污染狀況明顯改善. S3樣點原本是哈爾濱市飲用水源地的進水口，但由于目前水源地已經(jīng)改為磨盤山水源地，管理水平大不如前，污染主要來自于捕魚、游釣等人類活動[20]. S4樣點位于市區(qū)下游，同時為阿什河入河口下游，污染源是多方面的，主要有沿江河城鎮(zhèn)生活排污，阿什河沿岸煉油廠、塑料加工廠工業(yè)廢水、廢渣排污，阿什河中上游農(nóng)業(yè)灌溉中的農(nóng)藥化肥等有毒、有害污水等. S5樣點污染更為復(fù)雜，主要是由肇蘭新河污水匯入造成的，肇東和大慶乙烯所排放的污水經(jīng)肇蘭新河二道河又匯入呼蘭河，造成呼蘭河嚴重污染. 另外，呼蘭縣的生活污水增多，一些企業(yè)至今不建污水處理設(shè)施等，也使得呼蘭河污染加劇[31]. S6樣點是綜合了市區(qū)、郊區(qū)、河口三地污染的所有特點，因此此處污染最為嚴重. 綜合水質(zhì)理化指標評價結(jié)果來看，松花江哈爾濱段上游整體水質(zhì)要好于下游，各樣點污染程度為S6>S5>S4>S3>S2>S1.

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Zooplankton community structure characters and water quality assessment in Harbin section of Songhua River

JU Yongfu1,2, YU Hongxian1**, YU Ting2, CHAI Fangying2, YAO Yunlong1& YU Peng1

(1:NortheastForestryUniversity,Harbin150040,P.R.China) (2:DepartmentofWaterResourcesofHeilongjiangProvince,Harbin150001,P.R.China)

In 2012, the zooplankton community structure in Harbin section of Songhua River was surveyed, and chemical index evaluation methods were used to assess the condition of water quality. A total of 40 species of zooplankton were found, including 9 species of protozoa, 27 species of Rotifera, 2 species of Cladocera, and 2 species of Copepoda. There are 34 species which could be treated as polluted indicators, in which 10 species are in light level, 6 species are in o-β in middle level, 9 species are in β middle level, 4 species are in β-α middle level, and 5 species are in α middle level. The annual average richness is 1042.0 ind./L, and the biomass is 0.078 mg/L. The common species areBrachionusquadridentatus,KeratellacochlearisandPolyarthratrigla, which are all mesosaprobity pollution indicators. The pollution degree of all kinds at the sample sites is consistent with the seasonal variation and the annual variation, where the water quality of the upstream is better than that of the downstream. The ordination of seasonal pollution degree from strong to weak levels is summer > autumn > spring. Overall evaluation results showed that, Harbin section of the Songhua River has been polluted in middle eutrophication level and in moderately polluted state. This study reflects that the current status of water quality objectively provides the important scientific basis for the Songhua River water quality and ecological assessment, water environment monitoring and water resources management.

Harbin section of Songhua River; zooplankton; community structure; water quality assessment

*黑龍江省科技攻關(guān)項目(GB09C103)資助. 2015-10-08收稿; 2016-07-25收修改稿. 鞠永富(1984～), 男, 博士研究生; E-mail: juyongfu@163.com.

; E-mail: china.yhx@163.com.