北京潮白河水系浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)特征及水質(zhì)評(píng)價(jià)

董雅欠，趙文*，季世琛，魏杰，李博，時(shí)曉

(1.大連海洋大學(xué) 水產(chǎn)與生命學(xué)院, 遼寧省水生生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 大連 116023； 2. 北京市水生野生動(dòng)植物救護(hù)中心，北京 102100)

浮游動(dòng)物通常體型微小、種類繁多，廣泛分布于各類水體中，是水生生物群落的重要組成部分，其能夠攝食浮游植物、細(xì)菌和腐質(zhì)，也能被其他大型浮游動(dòng)物和游泳動(dòng)物等次級(jí)消費(fèi)者所捕食，是生產(chǎn)者與次級(jí)消費(fèi)者間能量傳遞的主要環(huán)節(jié)[1-2]，在穩(wěn)定水生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能中發(fā)揮著重要作用。浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)變化是環(huán)境因子綜合作用的結(jié)果，研究其中的變化規(guī)律對(duì)于水生態(tài)修復(fù)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖等領(lǐng)域具有實(shí)際意義。

潮白河水系是北京五大水系之一，上游兩條支流潮河和白河分別發(fā)源于河北省豐寧縣和沽源縣，在北京市密云區(qū)河槽村匯合為潮白河后于通州區(qū)西集鎮(zhèn)出北京市，向東進(jìn)入天津匯入海河水系。前期對(duì)潮白河水系中浮游生物的研究多局限于單一的河流、水庫或湖泊[3-5]，而在流域?qū)用嫔系难芯繄?bào)道相對(duì)較少[6]。本研究中，系統(tǒng)調(diào)查了潮白河水系浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)及水質(zhì)特征，通過典范對(duì)應(yīng)分析探究了浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)特征與環(huán)境因子的關(guān)系，并利用浮游動(dòng)物多樣性及綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)評(píng)價(jià)了水質(zhì)狀況，旨在為潮白河水系生態(tài)環(huán)境的保護(hù)修復(fù)、生態(tài)服務(wù)價(jià)值評(píng)估等提供基礎(chǔ)資料。

1 材料與方法

1.1 調(diào)查時(shí)間和站位

本次調(diào)查于2016年6月和9月對(duì)潮白河水系進(jìn)行了采樣，樣站選取包括白河干流(A1-白河堡水庫、A2-千家店干溝村、A3-千家店二灘村、A4-千家店龍灣村)，潮河干流(B1-婁子峪村)與支流(B2-安達(dá)木河的遙橋峪水庫、B3-紅門川河的沙廠水庫和B4-栗榛寨水庫)，潮河與白河交匯區(qū)域(C1-密云水庫)，潮白河的干流(D1-潮白河)與支流(D2-沙河的青龍峽、D3-雁棲河的雁棲湖、D4-懷河的懷柔水庫)，其中白河堡水庫、遙橋峪水庫、密云水庫、青龍峽、雁棲湖各設(shè)置3個(gè)采樣點(diǎn)，采樣水體分布情況見圖1。

1.2 方法

1.2.2 浮游動(dòng)物樣品的采集與鑒定 使用5 L有機(jī)玻璃采水器采集混合水樣20 L，經(jīng)25#浮游生物網(wǎng)(300目篩絹網(wǎng))過濾后，將遺留在生物網(wǎng)中的樣品和少量的水轉(zhuǎn)移至采樣瓶中，加入樣品體積5%的甲醛溶液搖勻后保存，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)參照相關(guān)方法進(jìn)行浮游動(dòng)物種類鑒定和計(jì)數(shù)[8-11]。

1.2.3 浮游動(dòng)物多樣性與密度優(yōu)勢(shì)種的計(jì)算 浮游動(dòng)物多樣性用Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H′)評(píng)價(jià)，其計(jì)算公式為

(1)

其中：Pi為第i種物種的個(gè)體數(shù)與所有物種個(gè)體總數(shù)的比值。

浮游動(dòng)物優(yōu)勢(shì)度(Y)計(jì)算公式為

Y=(ni/N)×fi。

(2)

其中：ni為第i種物種的個(gè)體數(shù)；N為所有物種的個(gè)體總數(shù)；fi為第i種物種出現(xiàn)的頻率。當(dāng)Y>0.02時(shí)該物種即為密度優(yōu)勢(shì)種。

1.2.4 水質(zhì)評(píng)價(jià) 利用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法與浮游動(dòng)物多樣性指標(biāo)評(píng)價(jià)水質(zhì)狀況。綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)計(jì)算公式為

(3)

其中： TLI(∑)為綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；Wj為第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的相關(guān)權(quán)重；TLI(j)為第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)。

根據(jù)TLI(∑)數(shù)值評(píng)價(jià)水質(zhì)狀況：0

利用浮游動(dòng)物Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H′)評(píng)價(jià)水質(zhì)狀況：H′>3，為輕度污染或無污染；2

1.2.5 典范對(duì)應(yīng)分析(CCA) 使用Canoco for Windows 4.5軟件分析浮游動(dòng)物與環(huán)境因子間的關(guān)系，將相對(duì)密度大于1%且出現(xiàn)頻率大于12.5%的浮游動(dòng)物密度優(yōu)勢(shì)種作為排序?qū)ο?，通常環(huán)境因子數(shù)值與排序物種密度值存在較大的數(shù)量級(jí)差距，為提高分析準(zhǔn)確性，排序前需將除pH值以外的環(huán)境與物種數(shù)據(jù)進(jìn)行l(wèi)og(x+1)轉(zhuǎn)換，排序結(jié)果用物種-環(huán)境因子排序圖表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)特征

2016年6月和9月潮白河水系共發(fā)現(xiàn)浮游動(dòng)物145種，其中，原生動(dòng)物64種，占比為44.14%，輪蟲59種，占比為40.69%，枝角類13種，占比為8.97%，橈足類8種，占比為5.52%。

2016年6月潮白河水系共發(fā)現(xiàn)浮游動(dòng)物98種，其中，原生動(dòng)物34種，占比為34.69%，輪蟲50種，占比為50.00%，枝角類7種，占比為7.14%，橈足類8種，占比為8.17%。密度優(yōu)勢(shì)種共計(jì)37種，其中，原生動(dòng)物21種，輪蟲14種，橈足類1種，枝角類1種。

2016年9月潮白河水系共發(fā)現(xiàn)浮游動(dòng)物131種，其中，原生動(dòng)物63種，占比為48.09%，輪蟲48種，占比為36.64%，枝角類13種，占比為9.92%，橈足類7種，占比為5.35%。密度優(yōu)勢(shì)種共計(jì)38種，其中，原生動(dòng)物20種，輪蟲17種，橈足類1種。

浮游動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種及其分布如表1所示。6月和9月在所有站點(diǎn)中出現(xiàn)頻率最高的種類均為針簇多肢輪蟲，出現(xiàn)頻率分別為100%和82%。

表1 北京潮白河水系浮游動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種及其分布Tab.1 Dominant species and distribution of zooplankton in Chaobai River system in Beijing

注：++表示該物種在對(duì)應(yīng)水體中為優(yōu)勢(shì)種；+表示該物種在對(duì)應(yīng)水體中出現(xiàn)

Note： ++， indicates that the species is dominant species in the corresponding water body； +，indicates that the species occurs in the corresponding water body

從表2可見：2016年6月潮白河水系浮游動(dòng)物密度變化范圍868.5～32 053.0 ind./L，平均密度為4415.3 ind./L，6月婁子峪村浮游動(dòng)物密度組成中，裂痕龜紋輪蟲(5400 ind./L)、暗小異尾輪蟲(5550 ind./L)、針簇多肢輪蟲(13 100 ind./L)所占比例較大，6月不同水域浮游動(dòng)物密度由大至小依次為潮河>潮白河>白河>密云水庫。9月潮白河水系浮游動(dòng)物密度變化范圍為116～18 278 ind./L，平均密度為2977.4 ind./L，栗榛寨水庫浮游動(dòng)物密度組成中，僧帽斜管蟲(13 025 ind./L)所占比例最大，9月不同水域浮游動(dòng)物密度依次為潮河>潮白河>白河>密云水庫。

表2 北京潮白河水系浮游動(dòng)物密度及其占比Tab.2 Density and percentage composition of zooplankton in Chaobai River system in Beijing

從表3可見：2016年6月潮白河水系浮游動(dòng)物生物量變化范圍為0.21～9.32 mg/L，平均生物量為1.88 mg/L，6月婁子峪村浮游動(dòng)物生物量組成中，針簇多肢輪蟲(4.34 mg/L)、前節(jié)晶囊輪蟲(2.51 mg/L)、綠草履蟲(0.85 mg/L)所占比例較大，6月不同水域浮游動(dòng)物生物量依次為潮河>潮白河>白河>密云水庫。9月潮白河水系浮游動(dòng)物生物量為0.04～13.10 mg/L，平均生物量為2.09 mg/L，懷柔水庫生物量組成中，截頭皺甲輪蟲(2.30 mg/L)和郝氏皺甲輪蟲(7.50 mg/L)所占比例較大，9月不同水域浮游動(dòng)物生物量依次為潮白河>潮河>白河>密云水庫。

北京潮白河水系浮游動(dòng)物各類群密度組成中多數(shù)水體以輪蟲和原生動(dòng)物占優(yōu)勢(shì)，而生物量組成中大多以輪蟲和枝角類占優(yōu)。

2.2 浮游動(dòng)物多樣性與水質(zhì)評(píng)價(jià)

從表4可見：6月浮游動(dòng)物H′變化范圍為1.42～3.84，平均值為2.76，這表明水質(zhì)類型為β-中污染，H′指數(shù)平均值依次為密云水庫>白河>潮白河>潮河，綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)平均值為64.2，這表明6月潮白河水系水體處于中度富營養(yǎng)狀態(tài)，潮河支流的栗榛寨水庫與沙廠水庫富營養(yǎng)化程度較大；9月浮游動(dòng)物H′變化范圍為1.75～4.79，平均值為3.15，這表明水質(zhì)類型為輕污染或無污染,H′指數(shù)平均值依次為潮白河>密云水庫>潮河>白河。綜上所述，9月潮白河水系水體處于輕度富營養(yǎng)狀態(tài)，潮白河干流富營養(yǎng)化程度相對(duì)較大。

2.3 浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子的關(guān)系

從表5可見，6月和9月分別選取16種、19種浮游動(dòng)物密度優(yōu)勢(shì)種進(jìn)行排序。從圖2可見：6月CCA分析中，排序軸1、2的特征值分別為0.371、0.248，浮游動(dòng)物密度優(yōu)勢(shì)種與環(huán)境因子相關(guān)系數(shù)分別為0.917和0.831，排序軸1、2分別解釋了39.7%和58.1%的浮游動(dòng)物密度優(yōu)勢(shì)種與環(huán)境因子的相關(guān)性信息；9月的CCA分析中，排序軸1、2的特征值分別為0.297、0.212，浮游動(dòng)物密度優(yōu)勢(shì)種與環(huán)境因子相關(guān)系數(shù)分別為0.973和0.872，排序軸1、2分別解釋了31.8%、54.4%的浮游動(dòng)物密度優(yōu)勢(shì)種與環(huán)境因子的相關(guān)性信息。

表4 北京潮白河水系浮游動(dòng)物多樣性及水質(zhì)評(píng)價(jià)Tab.4 Diversity index of zooplankton and water quality assessment in Chaobai River system in Beijing

表5 北京潮白河水系浮游動(dòng)物密度優(yōu)勢(shì)種及代碼

Tab.5 Dominant species and their codes of zooplankton in Chaobai River system in Beijing

6月 June代碼code優(yōu)勢(shì)種dominant species優(yōu)勢(shì)度dominance9月 September代碼code優(yōu)勢(shì)種dominant species優(yōu)勢(shì)度dominancea1'叉口砂殼蟲0.15 a1叉口砂殼蟲0.03 a2'綠草履蟲0.08 a2王氏擬鈴蟲0.07 a3'綠急游蟲0.11 a3綠急游蟲0.14 a4'匕瓶口蟲0.04 a4綠草履蟲0.06 a5'小口鐘蟲0.02 a5旋回俠盜蟲0.05 a6'天鵝長吻蟲0.04 a6小單環(huán)櫛毛蟲0.07 a7'團(tuán)焰毛蟲0.12 a7團(tuán)焰毛蟲0.08 a8'小單環(huán)櫛毛蟲0.16 a8匕瓶口蟲0.04 a9'短棘刺胞蟲0.09 a9湖累枝蟲0.24 b1'暗小異尾輪蟲0.27 a10鈍漫游蟲0.17 b2'獨(dú)角聚花輪蟲0.07 b1暗小異尾輪蟲0.04 b3'針簇多肢輪蟲0.20 b2圓筒異尾輪蟲0.03 b4'裂痕龜紋輪蟲0.19 b3螺形龜甲輪蟲0.07 b5'螺形龜甲輪蟲0.16 b4梳狀疣毛輪蟲0.07 b6'尖尾疣毛輪蟲0.17 b5尖尾疣毛輪蟲0.07 c1'長額象鼻溞0.03 b6簡(jiǎn)單前翼輪蟲0.14 b7針簇多肢輪蟲0.19 b8多態(tài)膠鞘輪蟲0.02 c1無節(jié)幼體0.03

3 討論

3.1 浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)特征

本次調(diào)查中潮白河水系浮游動(dòng)物種類組成以原生動(dòng)物與輪蟲類為主，6月與9月的種類數(shù)均占總種類數(shù)的80%以上，而枝角類與橈足類種類數(shù)相對(duì)較少，此結(jié)果與多數(shù)相關(guān)研究的結(jié)果具有一致性[12-13]。本次調(diào)查發(fā)現(xiàn)，6月輪蟲類平均密度與生物量均大于原生動(dòng)物，雖然9月輪蟲類密度要小于原生動(dòng)物，但其生物量仍占據(jù)優(yōu)勢(shì)，這說明輪蟲類組成中，體型較大的類群占據(jù)優(yōu)勢(shì)。輪蟲類有濾食性(如螺形龜甲輪蟲、獨(dú)角聚花輪蟲)、掠食性(如疣毛輪蟲、多肢輪蟲)、捕食性(如晶囊輪蟲)和吮吸型(如異尾輪蟲)[14-15]等多種類型，除細(xì)菌、浮游植物、腐質(zhì)等，也可攝食原生動(dòng)物、輪蟲和小型甲殼類[16]，此外，輪蟲類繁殖速度快、發(fā)育時(shí)間短、食物轉(zhuǎn)化效率高、懷卵量大[17-18]，因此，適應(yīng)性較強(qiáng)，廣泛分布于各類水體中。6月與9月，潮河與潮白河浮游動(dòng)物的密度與生物量均大于白河，而密云水庫最小，原因可能是白河流經(jīng)山區(qū)峽谷，河道較窄、水體流速快、水淺且多為砂礫底質(zhì)，水生植物數(shù)量少，浮游動(dòng)物可穩(wěn)定棲息的生境較少。密云水庫占地面積廣，水容量大，透明度達(dá)到3 m以上，水體富營養(yǎng)程度低，浮游植物數(shù)量少，限制了浮游動(dòng)物群落的增長，而潮河與潮白河大部分區(qū)域地處平原，河道相對(duì)較寬，水流平緩，能夠?yàn)楦∮蝿?dòng)物提供適宜的生存空間。密云水庫是潮白河水系中物種多樣性最大的水域，這是由于密云水庫富營養(yǎng)化程度低，浮游動(dòng)物群落相對(duì)穩(wěn)定[19]，多種浮游動(dòng)物均有充足的生存空間，近年來較少發(fā)生因環(huán)境改變而出現(xiàn)某種浮游動(dòng)物異常增殖的現(xiàn)象。目前有關(guān)潮白河水系浮游動(dòng)物的研究較少，2009 年7—10月黎潔[20]對(duì)海河流域浮游動(dòng)物進(jìn)行多樣性調(diào)查，潮白河水系浮游動(dòng)物平均密度為2479.8 ind./L，小于本研究中兩次調(diào)查結(jié)果(平均密度為3696.3 ind./L)。

3.2 影響浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的環(huán)境因子

3.3 水質(zhì)評(píng)價(jià)

本研究顯示，潮白河水系水體富營養(yǎng)化程度處于中度富營養(yǎng)狀態(tài)，9月水體富營養(yǎng)化程度低于6月。白河水域水體基本為中度富營養(yǎng)狀態(tài)，僅上游白河堡水庫水質(zhì)較好，與以往調(diào)查結(jié)果基本相同[5]，白河流經(jīng)山區(qū)，水量的70%來源于自然降水，而山區(qū)坡度陡峭，降雨形成的地表徑流流速大、沖刷強(qiáng)度高，水質(zhì)受地表徑流影響極大[32]，此外，白河周邊景區(qū)數(shù)量較多，旅游業(yè)的發(fā)展是否會(huì)對(duì)水質(zhì)造成不利影響還需進(jìn)一步研究。6月潮河水域栗榛寨、沙廠水庫水體為重度富營養(yǎng)化狀態(tài)，這是由于兩處水域周邊植被覆蓋率較低，周邊區(qū)域有一定程度的水土流失，水質(zhì)受近岸地表徑流影響較大，使水域內(nèi)N、P等營養(yǎng)鹽含量偏高，造成水體重度富營養(yǎng)化，另外，潮河周邊區(qū)域的農(nóng)業(yè)用地也會(huì)對(duì)潮河水域富營養(yǎng)化造成影響。近年來，密云水庫水質(zhì)狀況保持在穩(wěn)定狀態(tài)，2002—2003年水體處于中-富營養(yǎng)狀態(tài)[33]，2006年處于清潔或輕度污染狀態(tài)[34]，2009年處于中營養(yǎng)狀態(tài)[35]，本次調(diào)查表明，密云水庫水體處于輕度富營養(yǎng)狀態(tài)，與近年調(diào)查結(jié)果基本一致，但水質(zhì)狀況受上游河流白河、潮河、清水河的影響較大[32]。2008—2009年潮白河順義段水質(zhì)為富營養(yǎng)狀態(tài)[36]，主要原因是潮白河兩岸人口相對(duì)集中且有大量農(nóng)業(yè)用地，汛期會(huì)有大量污染物隨地表徑流進(jìn)入河道，造成河道水體富營養(yǎng)化。近幾年北京市通過引溫濟(jì)潮調(diào)水、流域生態(tài)修復(fù)、南水北調(diào)補(bǔ)水等措施[37]，有效改善了潮白河水環(huán)境質(zhì)量，本次調(diào)查表明，潮白河處于輕度富營養(yǎng)狀態(tài)，水體質(zhì)量與以往相比有較大提升。