雷山髭蟾生活水體浮游生物及水質(zhì)評(píng)價(jià)

孟立霞，王茂蝶，楊再春

（1.凱里學(xué)院大健康學(xué)院，貴州 凱里 556011；2.黔東南苗嶺生態(tài)公益發(fā)展中心，貴州 凱里 556000）

雷公山國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)位于貴州省的東南部，跨雷山、臺(tái)江、劍河、榕江四縣，連綿近千公里，總面積47333 hm2，是長江水系與珠江水系的分水嶺，清水江和都柳江主要支流的發(fā)源地[1]。中國特有種雷山髭蟾（Vibrissaphora Leishanensis）僅分布于雷公山，于2000年被列入國家野生保護(hù)動(dòng)物名錄[2]。近些年因人類過度捕食，對(duì)生活環(huán)境要求苛刻，蝌蚪變態(tài)期長等原因[3]，雷山髭蟾種群數(shù)量急劇下降。自1973年被發(fā)現(xiàn)后，已有多位學(xué)者對(duì)雷山髭蟾的繁殖[4]、生態(tài)[5]、種群歷史[6]、保護(hù)[3]等進(jìn)行研究，但目前未見對(duì)其生活水體浮游生物和水質(zhì)的相關(guān)研究。浮游生物在水生生態(tài)系統(tǒng)中占有重要地位。浮游植物是初級(jí)生產(chǎn)者，對(duì)水環(huán)境變化反應(yīng)較敏感[7]。浮游動(dòng)物能為水體營養(yǎng)的傳遞和物質(zhì)能量的轉(zhuǎn)化起到重要作用，能直接或者間接反映水體的污染程度，對(duì)監(jiān)測評(píng)價(jià)水環(huán)境質(zhì)量具有重要應(yīng)用價(jià)值[8]。浮游生物可被用來評(píng)價(jià)水體健康程度[9]。對(duì)雷山髭蟾生活水體的浮游生物和理化指標(biāo)進(jìn)行調(diào)查，并分析水體的營養(yǎng)狀況，為雷公山自然保護(hù)區(qū)溪流水環(huán)境監(jiān)測與保護(hù)和浮游生物后續(xù)演替研究提供基礎(chǔ)資料，為雷山髭蟾的保護(hù)工作提供參考。

1 材料與方法

1.1 調(diào)查時(shí)間和采樣點(diǎn)設(shè)置

每年從10月份開始，雷山髭蟾雌雄個(gè)體陸續(xù)到溪流中進(jìn)行交配、產(chǎn)卵，之后雄性蛙留在溪流產(chǎn)卵處護(hù)卵到次年1月份離開，這使得它們?cè)诜敝称诘幕顒?dòng)地點(diǎn)固定，不易變動(dòng)。2017年11～12月，研究人員在雷公山自然保護(hù)區(qū)的山澗溪流內(nèi)翻石塊找到雷山髭蟾或卵塊，以此作為樣點(diǎn)，在樣點(diǎn)的上游或下游15 m處設(shè)置對(duì)照點(diǎn)，采集水樣并測定水體理化指標(biāo)。最后一次調(diào)查將只發(fā)現(xiàn)卵而未看到雷山髭蟾的地點(diǎn)也設(shè)置為樣點(diǎn)，有卵說明雷山髭蟾曾經(jīng)到過，此處適宜雷山髭蟾繁殖。樣點(diǎn)分別位于仙女塘附近溪流、雷山康利水廠、交臘村、交臘干打撈，共26個(gè)。

1.2 浮游生物的采集和鑒定

浮游植物和浮游動(dòng)物的定性及定量樣品采集、固定、鑒定及計(jì)數(shù)等方法參考《淡水浮游生物研究方法》[10]和《河流水生生物調(diào)查指南》[11]。其中浮游動(dòng)物主要調(diào)查大型浮游動(dòng)物，即輪蟲、枝角類和橈足類。

1.3 水體理化指標(biāo)的測定方法

使用便攜式多參數(shù)水質(zhì)測量儀測定水體的pH值、總磷、總氮、余氯、亞硝酸鹽、硫化物、溶解氧和銅的含量。使用電子溫度計(jì)測量離采樣點(diǎn)地面1 m處的氣溫和水溫（水體表層溫度）。使用TDS水質(zhì)檢測筆檢測TDS值。

1.4 水質(zhì)評(píng)價(jià)方法

根據(jù)浮游生物的種類組成、優(yōu)勢(shì)種和多樣性并結(jié)合水體理化指標(biāo)對(duì)雷山髭蟾生活溪流水體的營養(yǎng)型和污染程度進(jìn)行分析。

利用優(yōu)勢(shì)度Y判定優(yōu)勢(shì)種，Y＞0.02的浮游生物為優(yōu)勢(shì)種[12]。

式中：n為第i種生物的個(gè)體數(shù)；N為所有種類的總個(gè)體數(shù)；fi表示物種在各樣點(diǎn)出現(xiàn)的頻率。

式中，S為樣品中物種數(shù)目，Pi為樣品中屬于第i種的個(gè)體比例，N表示樣品總個(gè)體數(shù)，第i種個(gè)體數(shù)為ni。

2 結(jié)果與分析

2.1 雷山髭蟾生活水體理化指標(biāo)

雷山髭蟾生活水體理化指標(biāo)的測定結(jié)果如表1所示。pH值最低為5.54，最高為7.43，平均值為6.58；總氮最低為0.00 mg/L，最高為0.13 mg/L，平均值為0.055 mg/L；總磷最低為0.00 mg/L，最高為 0.09 mg/L，平均值為0.05 mg/L；余氯最低為0.00 mg/L，最高為0.107 mg/L，平均值為 0.027 mg/L；硫化物最低為0.00 mg/L，最高為0.09mg/L，平均值為0.022 mg/L；溶解氧最低為11.75 mg/L，最高為15.25mg/L，平均值為13.39 mg/L；氣溫最低為-2.7℃，最高為7.1℃，平均值為3.33℃；水溫最低為0℃，最高為8.9℃，平均值為 6.04℃；TDS最低為5，最高為8，平均值為6.5；亞硝酸鹽和銅在各樣點(diǎn)均為0.00。

2.2 浮游類生物的組成

雷山髭蟾生活水體中浮游植物共檢測出7門46屬60種，詳見表2。其中綠藻門9屬13種，占總種數(shù)的21.67%；硅藻門19屬22種，占總種數(shù)的36.67%；藍(lán)藻門13屬17種，占總種數(shù)的28.33%；裸藻門2屬3種，占總種數(shù)的5.00%；隱藻門1屬2種，占總種數(shù)的3.33%；甲藻門1屬1種，占總種數(shù)的1.67%；金藻門1屬2種，占總種數(shù)的3.33%。在檢出的3種浮游動(dòng)物中，種類詳見表3，線蟲雖然在各個(gè)樣點(diǎn)所占的密度最大，但是只有1種；而輪蟲類和橈足類不僅密度極小而且種類也少。

表1 雷山髭蟾生活各地溪流水體理化指標(biāo)

表2 浮游植物種類組成

2.3 浮游植物的密度、優(yōu)勢(shì)種和多樣性

浮游植物的密度如表4所示，藍(lán)藻門和硅藻門在各個(gè)樣點(diǎn)所占的密度較大，甲藻門和金藻門密度最低。在4個(gè)采樣點(diǎn)中，交臘干打撈和交臘村的浮游植物密度最大，仙女塘附近溪流次之，雷山康利水廠所占密度最小。

表3 浮游動(dòng)物種類組成

表4 浮游植物密度

根據(jù)式（1）計(jì)算，Y＞0.02為優(yōu)勢(shì)種，浮游植物優(yōu)勢(shì)種為8種（見表5），占浮游生物總種數(shù)的11.1%。其中藍(lán)藻門3種，硅藻門2種，綠藻門2種，裸藻門1種。

表5 浮游植物優(yōu)勢(shì)種

2.4 浮游動(dòng)物的密度、優(yōu)勢(shì)種和多樣性

雷山髭蟾生活水體的浮游動(dòng)物密度如表6所示，線蟲在各個(gè)樣點(diǎn)所占的密度較大，輪蟲類和橈足類密度則最低。交臘村浮游動(dòng)物密度最大，其他3處密度均不大。

表6 浮游動(dòng)物密度

根據(jù)式（1）計(jì)算，Y＞0.02為優(yōu)勢(shì)種，浮游動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種有 1種，是線蟲（Caenorhabditis Elegans），占浮游生物總種數(shù)的1.67%。

雷山髭蟾生活溪流水體各樣點(diǎn)浮游動(dòng)物的H和D見表7。

表7 浮游生物多樣性指數(shù)

3 討論

3.1 雷山髭蟾生活水體理化指標(biāo)和水體營養(yǎng)狀況

雷山髭蟾生活水體pH值為5.54～7.43，多數(shù)偏酸性，不利于浮游植物進(jìn)行光合作用。水體營養(yǎng)鹽含量較低，總氮全年波動(dòng)范圍為0.00～0.13 mg/L，平均值0.055 mg/L；總磷全年波動(dòng)范圍為 0.00～0.09 mg/L，平均值0.05 mg/L。綜合雷山髭蟾生活水體的各項(xiàng)理化指標(biāo)，依據(jù)我國《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[13]可知，交臘村溪流的硫化物稍高，屬于II類水指標(biāo)，其他各地所有指標(biāo)均為I類水。綜合評(píng)定，雷山髭蟾生活溪流水體符合I類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，水質(zhì)良好。

交臘村溪流的溶解氧低于交臘干打撈和仙女塘附近，高于雷山康利水廠；硫化物高于其他3個(gè)地方；雷山康利水廠溶解氧最低，水體自凈能力最弱，可能是水廠運(yùn)作時(shí)會(huì)有廢棄物、生產(chǎn)廢水排進(jìn)附近溪流，還有水廠工人的生活污水也直接排入溪流所致。重金屬Cu含量和亞硝酸鹽在各樣點(diǎn)均為0。TN是交臘村最高，表明水體受污染程度最高，主要是因?yàn)榻慌D村相較于交臘干打撈、仙女塘附近溪流、雷山康利水廠三處而言，居民的牲畜數(shù)量較多，人們?nèi)狈Νh(huán)保意識(shí)，生活污水、農(nóng)田排水和畜牧污水造成溪流水體的污染程度最高，因此交臘村的溪流為中度污染。4處采樣點(diǎn)的TN值都較低，均為中營養(yǎng)型水體。

3.2 浮游生物與水質(zhì)

在雷山髭蟾生活水體中共檢測到浮游生物63種（浮游植物60種，浮游動(dòng)物3種），浮游植物豐富，尤其是硅藻門類最多；浮游動(dòng)物種類少，其中線蟲數(shù)量最多。

根據(jù)不同營養(yǎng)狀況的水體中浮游植物的種類組成不同，可將水體分為3個(gè)營養(yǎng)型。貧營養(yǎng)型水體中主要為金藻、黃藻和甲藻，中營養(yǎng)型水體中主要為硅藻、隱藻和鼓藻，富營養(yǎng)型水體中主要為綠藻、藍(lán)藻和裸藻[14]。雷山髭蟾生活水體中主要是硅藻門的浮游生物，為中營養(yǎng)型水體。不同種類浮游植物生長、繁殖的最適溫度是不同的[14]，大部分浮游植物生長的最適溫度為18～25℃[15]。檢測到的浮游植物中硅藻種類占比最高，因?yàn)檎{(diào)查是在冬季進(jìn)行的，此時(shí)溪流水流緩慢，水溫較低，日照時(shí)間較短，因此某些貧營養(yǎng)、潔凈的藻類的光合作用受到抑制[16]，而硅藻最適生長溫度較低，在低溫條件下具有較寬生態(tài)位，繁殖速度相比其他藻類快，是通過減少細(xì)胞中水分和增加細(xì)胞中糖類、脂肪等物質(zhì)降低冰點(diǎn)，增加抗寒能力，而且其在低溫條件下仍可進(jìn)行光合作用[17]。

浮游動(dòng)物是水生生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)消費(fèi)者，能夠反映水環(huán)境質(zhì)量的優(yōu)劣[18]。針簇多肢輪蟲、曹花臂尾輪蟲、裂足臂尾輪蟲和前節(jié)晶囊輪蟲都是典型的污染指示種，螺形龜甲輪蟲為耐污種[12]。檢測到的浮游動(dòng)物中并無上述種類，說明雷山髭蟾生活水體不屬于富營養(yǎng)型水體。雷山髭蟾生活溪流中冬季浮游動(dòng)物的種類少，輪蟲類和橈足類密度低，未檢測到枝角類，線蟲為優(yōu)勢(shì)種，說明調(diào)查樣點(diǎn)的浮游動(dòng)物多樣性水平低，群落結(jié)構(gòu)單一。水溫是極其重要的環(huán)境因子，可以影響浮游動(dòng)物生活和繁殖。浮游動(dòng)物不同種類對(duì)溫度的耐受范圍不同[19]。輪蟲個(gè)體數(shù)在20～38℃內(nèi)變化較小，在大約40℃時(shí)出現(xiàn)最高值；橈足類幼體的個(gè)體數(shù)隨著溫度的升高呈上升趨勢(shì)，在30℃時(shí)達(dá)到最高值，且橈足類在1年內(nèi)的繁殖代數(shù)少[16]。采樣點(diǎn)的輪蟲和橈足類少，可能是因?yàn)椴蓸狱c(diǎn)多為小溪流，水量受季節(jié)和降雨量影響明顯，豐富度、枯水量變化大，有時(shí)干涸，泥沙含量高，冬季水溫低，不利于浮游動(dòng)物生存。浮游動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種為線蟲，這可能與線蟲常生活在水中的有機(jī)淤泥和生物膜有關(guān)。

優(yōu)勢(shì)種種類及數(shù)量是指示群落結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要指標(biāo)，優(yōu)勢(shì)種種類越多且優(yōu)勢(shì)度越小，則群落結(jié)構(gòu)越復(fù)雜、越穩(wěn)定[18]。本次調(diào)查的浮游植物優(yōu)勢(shì)種有8種，優(yōu)勢(shì)種種類較多且優(yōu)勢(shì)度不高，表明雷山髭蟾生活水體的浮游植物群落結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，群落結(jié)構(gòu)狀態(tài)更為穩(wěn)定。因?yàn)闇囟鹊?，不適宜浮游動(dòng)物的生存，因此浮游動(dòng)物種類較少，密度較低，浮游動(dòng)物群落簡單，生物多樣性低。采用Shannon-Weiner多樣性指數(shù) （H）和Margalef豐富度指數(shù)（D）來評(píng)價(jià)所設(shè)樣點(diǎn)中浮游生物群落結(jié)構(gòu)[20]。D表示種群中種類數(shù)越多水體環(huán)境越好，但是只考慮水環(huán)境中的某個(gè)單一物種，而水環(huán)境中浮游生物物種多樣，因而有一定缺陷，H所表現(xiàn)的是物種群落的多樣性，正好彌補(bǔ)了該缺陷。依據(jù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（表8）[21]判斷，交臘村H大于1小于2，D小于2，表明交臘村為中度污染，水體物種多樣性一定程度上受環(huán)境影響，豐富度不高，物種分布不均勻。交臘干打撈、仙女塘附近溪流、雷山康利水廠三處H接近2，D大于2，表明水質(zhì)為輕度污染，物種豐富度較高、個(gè)體分布較均勻。而交臘村的H略高于2，D小于2，說明交臘村的水質(zhì)不如其他3個(gè)地方好。一般認(rèn)為浮游生物的多樣性指數(shù)越高代表群落結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，水質(zhì)越好。根據(jù)4個(gè)采樣地的浮游生物優(yōu)勢(shì)種、H和D得出：除了交臘村為中度污染，其他3處為輕度污染。這是環(huán)境因子和人為活動(dòng)干擾等共同作用的結(jié)果，采樣地均處于森林環(huán)境中，僅交臘村有人居住，受人類活動(dòng)影響較大。

表8 多樣性指數(shù)對(duì)雷公山自然保護(hù)區(qū)水質(zhì)評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)

總之，通過對(duì)采樣點(diǎn)的浮游生物及水體理化指標(biāo)的綜合分析表明，雷山髭蟾生活水體水質(zhì)良好，符合《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T3838-2002)中I類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。從浮游生物優(yōu)勢(shì)種和多樣性指數(shù)可知，雷山髭蟾生活水體屬于中營養(yǎng)型，水質(zhì)優(yōu)良，水流緩慢，為浮游生物的繁殖提供了良好的環(huán)境，有利于雷山髭蟾蝌蚪的生存，同時(shí)說明雷公山自然保護(hù)區(qū)溪流水環(huán)境良好。該結(jié)果可為雷公山自然保護(hù)區(qū)溪流水環(huán)境監(jiān)測與保護(hù)和浮游生物后續(xù)演替研究提供基礎(chǔ)資料，同時(shí)也為進(jìn)一步開展雷山髭蟾研究和保護(hù)積累經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)。本調(diào)查的時(shí)間為冬季，雷山髭蟾生活水體浮游生物及水質(zhì)全年的變化規(guī)律尚需進(jìn)一步探討。

致謝：感謝朱勛格、馬超、劉興旺、楊再明、梁朝美、嚴(yán)熊、劉玉寶等同學(xué)幫助野外調(diào)查。