濟(jì)南市魚類功能群及其與水環(huán)境因子的關(guān)系

曹龍智

(1．聊城市水文局，山東 聊城 252000;2．濟(jì)南市水文局，山東 濟(jì)南 250014)

河流生態(tài)系統(tǒng)是近些年來水生生態(tài)學(xué)研究的熱點，涉及生物、水利、環(huán)境、生態(tài)等多個領(lǐng)域[1-2]。河流作為連接陸地和海洋的重要一環(huán)，有著很好的流動性;魚類作為高級營養(yǎng)等級的水生生物類群，對維持河流生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性起著重要的作用[3]。魚類群落對不同的河流生態(tài)環(huán)境有著不同的響應(yīng)能力[3]，并對河流生態(tài)監(jiān)測有著重要的作用[4]。

近些年來，魚類群落已被廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外河流生態(tài)系統(tǒng)的監(jiān)測與評價中。以魚類群落的功能性特征(營養(yǎng)結(jié)構(gòu)、環(huán)境耐受性、產(chǎn)卵類型和水層分布)為基礎(chǔ)，可把魚類群落分為不同類型功能群[5]。魚類功能群的劃分能更加準(zhǔn)確和客觀地表現(xiàn)出魚類與不同水環(huán)境因子的相關(guān)性，在河流生態(tài)學(xué)中有著十分積極的意義。目前歐洲、南美洲和非洲對魚類功能群研究相對深入，國內(nèi)對于魚類功能群的研究主要針對海洋地區(qū)[6]和山區(qū)[7]河流魚類，對于內(nèi)陸淡水流域內(nèi)的魚類功能群季節(jié)性差異變化的研究較少[8]。

本次調(diào)查研究以濟(jì)南地區(qū)魚類群落為研究對象，分析了春夏秋3個季節(jié)中魚類群落時空分布，研究了影響2015年魚類功能群的主要環(huán)境因子和水質(zhì)情況，以期為濟(jì)南地區(qū)不同季節(jié)水體的研究和保護(hù)提供有效依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 濟(jì)南地區(qū)概況及采樣點位設(shè)置

濟(jì)南市下轄6區(qū)、3縣和1市，面積為8227 km2，按地形分為北部臨黃河水帶、中部山前平原帶和南部丘陵山區(qū)帶。區(qū)域內(nèi)有黃河水系、小清河水系以及徒駭馬頰河水系三大水系，承擔(dān)著濟(jì)南泄洪、排澇、通航、灌溉、排污等重要任務(wù)。境內(nèi)主要山峰有長城嶺、跑馬嶺、梯子山、黑牛寨等。根據(jù)濟(jì)南地區(qū)不同的自然地貌，于2015年5月、8月和11月選取了20個省市級水環(huán)境監(jiān)測點進(jìn)行樣品的采集[9]，采樣點分布如圖1所示，采樣點名稱見表1。

圖1 采樣點分布

表1 采樣點名稱

1.2 魚類樣品采集及鑒定

將每個采樣點上下游共400 m的河長范圍設(shè)置為采樣區(qū)域，采樣人員2人一組，一人負(fù)責(zé)使用電魚器電魚，另一人將被電暈的魚用抄網(wǎng)抄起后放入桶中，采樣時間設(shè)定為30 min。對易于辨認(rèn)和鑒定的種類現(xiàn)場鑒定和計數(shù)，使用臺秤稱量，記錄不同物種的數(shù)量與質(zhì)量，保存部分魚類個體標(biāo)本，其余的放回河中。對于不易辨認(rèn)的物種和未知種類，用1%～2%的甲醛溶液處理，用紗布包好后置于塑料樣品袋中并標(biāo)記，加入10%的甲醛溶液保存。魚類樣品全部鑒定到種[10-12]。

1.3 水體理化指標(biāo)的測定

水體理化指標(biāo)采取現(xiàn)場和實驗室相結(jié)合的方式測定。現(xiàn)場主要用水質(zhì)分析儀(YSI ProPlus 85)測試靈活性較高和操作性較高的指標(biāo)，如水溫、電導(dǎo)率、溶解氧(DO)和pH值，用渾濁度監(jiān)測儀(XZ-1A)測量水體濁度(SS)。每個點位采集2 L水樣，低溫保存，48h內(nèi)送回實驗室根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)方法測定總磷(TP)、總氮(TN)、鈣離子(Ca2+)、氯離子(Cl-)、氨氮(NH3-N)、總堿度(ALK)、總硬度(TD)和高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)和亞硝酸鹽氮(NO-2-N)[13-14]。

1.4 魚類功能類群劃分

主要依據(jù)魚類不同物種的特征，如食性、棲息地利用、環(huán)境耐受性、生活史和營養(yǎng)結(jié)構(gòu)等[15-16]，參照魚類功能群的研究成果與濟(jì)南地區(qū)的實際情況，將濟(jì)南地區(qū)魚類按營養(yǎng)結(jié)構(gòu)、環(huán)境耐受性、產(chǎn)卵類型和水層分布劃分為4個類群。依據(jù)魚類食性及攝食習(xí)慣(營養(yǎng)結(jié)構(gòu))可分為雜食性功能群、肉食性功能群、植食性功能群和昆蟲食性功能群4種;依據(jù)魚類對水體環(huán)境的耐受適應(yīng)程度(環(huán)境耐受性)可分為耐污功能群、中等耐污功能群和敏感性功能群3種;根據(jù)魚類的產(chǎn)卵類型可分為黏性卵功能群、浮性卵功能群、筑巢產(chǎn)卵功能群和特殊產(chǎn)卵功能群4種;根據(jù)魚類棲息水層(水層分布)可分為中上層功能群、中下層功能群和底層功能群3種。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

采用香濃維納指數(shù)和均勻度指數(shù)分析魚類群落特征，使用Biodiversity pro計算其數(shù)值;不同季節(jié)的魚類群落數(shù)據(jù)采用SPSS 17．0對物種數(shù)、密度、多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析。采用除趨勢對應(yīng)分析(detrended correspondence analysis，DCA)方法篩選確定水環(huán)境影響因子，再采用主成分分析(principal component analysis，PCA)篩選出主要的水環(huán)境因子，最后采用典范對應(yīng)分析(canonical correspondence analysis，CCA)法對魚類群落結(jié)構(gòu)及水環(huán)境因子進(jìn)行相關(guān)性分析。DCA、PCA和CCA分析均使用Canoco 4．5，除pH以外，所有水環(huán)境數(shù)據(jù)和魚類密度數(shù)據(jù)均進(jìn)行對數(shù)轉(zhuǎn)換。

2 結(jié)果與分析

2.1 濟(jì)南市魚類群落分析

2．1．1 魚類群落特征

濟(jì)南地區(qū)3個季節(jié)共鑒定出魚類物種數(shù)6目34種，各季節(jié)均以鯉形目為主。春季魚類物種數(shù)最多(34種)，秋季魚類物種數(shù)最少(24種)。春季鯉形目物種數(shù)最高(23種)，其次為鱸形目(5種)，其他目物種數(shù)相對較少。夏季鯉形目物種數(shù)最高(20種)，其次為鱸形目(6種)，其他目物種數(shù)相對較少。秋季鯉形目物種數(shù)最高(18種)，其他目物種數(shù)相對較少。就密度而言，3個季節(jié)均以鯉形目為主，春夏秋季鯉形目密度分別占總密度的87．85%、86．65%和86．71%，3個季節(jié)中，其他物種密度均相對較少(表2)。

表2 濟(jì)南地區(qū)不同季節(jié)魚類群落分布特征

由表3可見，夏季魚類種類數(shù)平均值最高(6．41種)，最高點位為J1(并渡口)，物種數(shù)為13種;秋季魚類種類數(shù)平均值最低(4．30種)，最高點位為J1，物種數(shù)為11種。夏季魚類密度平均值最高(80．06尾)，最高點位為J17(垛石街)，魚類密度為408尾;春季魚類密度平均值最低(29．85尾)，最高點位為J1，魚類密度為69尾。春季魚類生物量平均值最高(497．10 g)，最高點位為J15(杏林水庫)，魚類生物量為 2786．00 g;秋季魚類生物量平均值最低(378．20 g/L)，最高點位為 J3(黃巢水庫)，魚類生物量為1653．00 g/L。夏季香濃維納指數(shù)平均值最高(1．92)，最高點位為J1，香濃維納指數(shù)為3．58;秋季香濃維納指數(shù)平均值最低(1．41)，最高點位為J1，香濃維納指數(shù)為2．75。春季均勻度指數(shù)平均值最高(0．78)，最高點位為 J1，均勻度指數(shù)為0．92;秋季均勻度指數(shù)平均值最低(0．73)，最高點位為J11(大明湖)，均勻度指數(shù)為0．97。3個季節(jié)中濟(jì)南地區(qū)魚類群落在物種數(shù)和香濃維納指數(shù)上呈現(xiàn)顯著差異(P＜0．05)，魚類密度、生物量和均勻度指數(shù)均沒有顯著差異(P ＞0．05)。

2．1．2 魚類功能群劃分

根據(jù)濟(jì)南地區(qū)魚類的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)、環(huán)境耐受性、產(chǎn)卵類型和水層分布對魚類功能群進(jìn)行劃分，結(jié)果如表4所示。根據(jù)營養(yǎng)結(jié)構(gòu)劃分出雜食性魚類16種，植食性魚類3種，昆蟲食性魚類9種，肉食性魚類6種;根據(jù)環(huán)境耐受性劃分出耐污種17種，中等耐污種1種，敏感性種5種，其他類型魚類11種;按產(chǎn)卵類型劃分出黏性卵魚類17種，浮性卵魚類6種，筑巢產(chǎn)卵魚類4種，特殊產(chǎn)卵魚類3種，其他類型魚類4種;按水層分布共劃分出生活在中上層魚類6種，中下層魚類8種，底層魚類17種。

表3 濟(jì)南地區(qū)不同季節(jié)魚類群落結(jié)構(gòu)特征

表4 濟(jì)南地區(qū)魚類物種及功能群類型

2.2 魚類功能群結(jié)構(gòu)特征及其與水環(huán)境因子的關(guān)系

2．2．1 不同季節(jié)魚類功能群結(jié)構(gòu)

濟(jì)南地區(qū)魚類功能群的季節(jié)差異性如表5所示。從營養(yǎng)結(jié)構(gòu)來看，雜食性魚類密度在秋季占比最高，植食性和肉食性魚類密度在秋季較高，昆蟲食性魚類密度在夏季最高;從環(huán)境耐受程度來看，敏感性魚類密度在春季最高，耐污型魚類密度在夏季最高，中等耐污型魚類密度在秋季最高;從產(chǎn)卵類型來看，黏性卵魚類和筑巢產(chǎn)卵魚類密度在春季最高，特殊產(chǎn)卵和浮性卵魚類密度在秋季最高;從水層分布來看，夏季生活在中下層和底層的魚類密度最高，秋季生活在中下層的魚類密度最高。

2．2．2 不同季節(jié)水環(huán)境因子之間的關(guān)系

濟(jì)南地區(qū)3個季節(jié)水環(huán)境因子如表6(表中數(shù)據(jù)以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”的形式表示)所示。由表6可見，濟(jì)南地區(qū)夏季平均水溫最高(27．83℃)，秋季最低(13．79℃)。3個季節(jié)水體pH平均值分別為8．06、8．03 和8．13，水體均呈弱堿性。 3 個季節(jié)中，春季電導(dǎo)率最高，夏季最低;春季SS、ALK、TD、NH3-N、-N 平均質(zhì)量濃度最高，Cl-、TN、CODMn最低;夏季 CODMn平均質(zhì)量濃度最高，Ca2+、ALK、TD、DO、-N、TP最低;秋季Ca2+、Cl-、TN、DO 和TP 平均質(zhì)量濃度最高，NH3-N最低。3個季節(jié)中水體渾濁度相對較高，DO質(zhì)量濃度相對較低，CODMn和TN質(zhì)量濃度較高，3個季節(jié)水環(huán)境因子之間無顯著相關(guān)性(P ＞0．05)。

2．2．3 不同季節(jié)魚類功能群與水環(huán)境因子的相關(guān)性

對濟(jì)南地區(qū)3個季節(jié)的水環(huán)境因子的主成成分析結(jié)果表明，春季篩選出的水環(huán)境因子為pH值、電導(dǎo)率、SS、Cl-和TD;夏季篩選出的水環(huán)境因子為pH值、電導(dǎo)率、SS、TP和TD;秋季篩選出的水環(huán)境因子為ALK、電導(dǎo)率、SS、TN和Cl-。電導(dǎo)率和 SS對3個季節(jié)都有一定影響，pH值對春季和夏季有一定影響，TD對春季和夏季有一定影響，Cl-對春季和秋季有一定影響。

運用典范對應(yīng)分析法對濟(jì)南地區(qū)不同季節(jié)魚類功能群與水環(huán)境因子相關(guān)性進(jìn)行分析，結(jié)果如圖2～4所示。從圖2可見，春季電導(dǎo)率對不同營養(yǎng)結(jié)構(gòu)功能群的影響最為明顯(P=0．03)，并對第二軸影響較大，與第二軸呈正相關(guān)關(guān)系，對雜食性和植食性魚類影響顯著。SS對不同環(huán)境耐受性功能群的影響最為明顯(P=0．04)，并對第一軸影響較大，與第一軸呈正相關(guān)關(guān)系，對耐污型魚類影響顯著。pH值對不同的產(chǎn)卵類型功能群影響最為明顯(P=0．04)，并對第二軸影響較大，與第二軸呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，對黏性卵魚類影響顯著。電導(dǎo)率對不同水層分布功能群的影響最為明顯(P=0．04)，并對第一軸影響較大，與第一軸呈正相關(guān)關(guān)系，對底層功能群影響顯著。

從圖3可見，夏季TP對不同營養(yǎng)結(jié)構(gòu)功能群的

圖2 春季魚類功能群與水環(huán)境因子的相關(guān)性

圖3 夏季魚類功能群與水環(huán)境因子的相關(guān)性

影響最為明顯(P=0．03)，并對第二軸影響較大，與第二軸呈正相關(guān)關(guān)系，對雜食性和昆蟲食性魚類影響顯著。電導(dǎo)率對不同環(huán)境耐受性功能群的影響最為明顯(P=0．04)，并對第一軸影響較大，與第一軸呈正相關(guān)關(guān)系，對耐污型和敏感性魚類影響顯著。TP對不同的產(chǎn)卵類型功能群影響最為明顯(P=0．04)，并對第二軸影響較大，與第二軸呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，對黏性卵和特殊產(chǎn)卵魚類影響顯著。TP對不同水層分布功能群的影響最為明顯(P=0．04)，并對第一軸影響較大，與第一軸呈正相關(guān)關(guān)系，對中下層功能群影響顯著。

圖4 秋季魚類功能群與水環(huán)境因子的相關(guān)性

從圖4可見，秋季對4個類群均是TN影響最為明顯，且都是對第二軸影響較大。對不同營養(yǎng)結(jié)構(gòu)功能群(P=0．03)，與第二軸呈正相關(guān)關(guān)系，對雜食性和植食性魚類影響顯著;對不同環(huán)境耐受性功能群(P=0．04)，與第二軸呈正相關(guān)關(guān)系，對耐污和敏感性魚類影響顯著;對不同產(chǎn)卵類型功能群(P=0．04)，與第二軸呈正相關(guān)關(guān)系，對黏性卵類型和浮性卵類型魚類影響顯著;對不同水層分布功能群(P=0．04)，與第二軸呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，對底層功能群和中下層功能群影響顯著。

3 討 論

很多研究[17-19]表明，魚類群落的香濃維納指數(shù)可以用來評價水環(huán)境的污染情況，其數(shù)值越大，代表水體環(huán)境質(zhì)量越好[17-19]。濟(jì)南地區(qū)春夏秋季魚類群落香濃維納指數(shù)和均勻度指數(shù)平均值相對較低(表3)，水體呈中度污染。

濟(jì)南地區(qū)魚類群落共劃分為4個類群14種功能群，春季以黏性卵、筑巢產(chǎn)卵和敏感性功能群為主，夏季以昆蟲食性、耐污、中上層和底層功能群為主，秋季以雜食性、肉食性、植食性、浮性卵、中等耐污、特殊產(chǎn)卵和中下層功能群為主。濟(jì)南地區(qū)水體相對較為渾濁，底質(zhì)多為淤泥和石塊，水流量相對較小，TN、TP、CODMn含量相對較高，水體呈富營養(yǎng)化，水體中雜草和石塊較多，有利于魚類產(chǎn)卵，因此以黏性卵功能群為主，而泥鰍和鯽魚作為耐污種的代表物種，且為黏性卵魚類，成為占主導(dǎo)優(yōu)勢的魚類。生活在底層魚類多以櫛鰕虎魚和泥鰍等鯉形目為主，增加了魚類功能群的物種數(shù)量[20-22]。

濟(jì)南地區(qū)不同季節(jié)魚類功能群與水環(huán)境因子相關(guān)性分析結(jié)果表明，魚類功能群在不同季節(jié)表現(xiàn)出了一定的差異性。電導(dǎo)率是影響春季魚類功能群的主要環(huán)境因子，TP是影響夏季魚類功能群的主要環(huán)境因子，TN是影響秋季魚類功能群的主要環(huán)境因子。電導(dǎo)率和SS對3個季節(jié)的魚類功能群都有一定的影響，其中電導(dǎo)率主要影響春季魚類群落功能群，是評價水體純凈程度的一個重要指標(biāo)。水體越純凈，含鹽量就越小，電導(dǎo)率也越小。濟(jì)南地區(qū)水體電導(dǎo)率相對較高，且水體SS也較高，說明濟(jì)南地區(qū)水體相對渾濁，電導(dǎo)率主要對雜食性和植食性的魚類有影響，SS主要對耐污魚類有影響，代表物種主要有鯽魚和泥鰍。電導(dǎo)率對生活在底層的魚類也有一定的影響，與其呈正相關(guān)關(guān)系。pH值過高或者過低都會對魚類的呼吸有一定的影響，如影響魚的生長速度，嚴(yán)重時會導(dǎo)致魚類窒息死亡[23-24]。春季濟(jì)南地區(qū)水體偏弱堿性，且對黏性卵魚類影響顯著，代表物種主要為櫛鰕虎魚和鯽魚。TN和TP是衡量水體受營養(yǎng)物質(zhì)污染程度的重要指標(biāo)之一，與魚類群落的生長、繁殖密不可分[6，25-26];水體中氮、磷含量的增加，會使水體富營養(yǎng)化，導(dǎo)致魚類群落結(jié)構(gòu)變得簡單，使得魚類群落種類與密度都相對減少[6，27-28]。夏季TP對雜食性和昆蟲食性魚類有顯著的影響，代表物種為鯽魚和櫛鰕虎魚。TP對生活在中下層的黏性卵和特殊產(chǎn)卵魚類都有顯著影響，代表物種為鯽魚和彩鮍。電導(dǎo)率對耐污和敏感性魚類均有影響，代表物種為鯽魚和彩鮍。秋季TN對雜食性和植食性魚類有顯著影響，代表物種為餐和興凱鱊。TN對耐污和敏感性魚類影響顯著，代表物種為鯽魚和興凱鱊;TN對黏性卵和浮性卵魚類也有顯著影響，代表物種為泥鰍和烏鱧;TN也對生活在底層和中下層的魚類有一定的影響，并與其呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，代表物種為麥穗魚和鯽魚。

4 結(jié) 論

本次調(diào)查共發(fā)現(xiàn)魚類34種，以鯉形目為主。春季魚類物種數(shù)最高，秋季物種數(shù)最低。夏季魚類物種數(shù)、密度和香濃維納指數(shù)平均值最高，春季魚類生物量和均勻度指數(shù)平均值最高。共劃分出14種魚類功能群，春季主要以黏性卵、筑巢產(chǎn)卵和敏感性功能群為主，夏季主要以昆蟲食性、耐污、中上層和底層功能群為主，秋季主要以雜食性、肉食性、植食性、浮性卵、中等耐污、特殊產(chǎn)卵和中下層功能群為主。影響春季魚類功能群的主要環(huán)境因子是電導(dǎo)率，影響夏季魚類功能群的主要環(huán)境因子是TP，影響秋季魚類功能群的主要環(huán)境因子是TN。濟(jì)南地區(qū)水體受人為干擾嚴(yán)重，水體呈中度污染。