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      高郵湖輪蟲群落結(jié)構(gòu)分析及水質(zhì)生態(tài)學(xué)評(píng)價(jià)

      2021-03-15 06:06:41馬會(huì)娟李茹夢(mèng)唐晟凱李大命閔元棋楊家新
      江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2021年1期
      關(guān)鍵詞:環(huán)境因子群落結(jié)構(gòu)輪蟲

      馬會(huì)娟 李茹夢(mèng) 唐晟凱 李大命 閔元棋 楊家新

      摘要:研究高郵湖輪蟲群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子的關(guān)系,并對(duì)水質(zhì)進(jìn)行生態(tài)學(xué)評(píng)價(jià),2017年1—12月對(duì)高郵湖輪蟲的群落結(jié)構(gòu)以及水體理化因子進(jìn)行了1年的調(diào)查研究,共鑒定出輪蟲18屬31種,優(yōu)勢(shì)種13種。不同季節(jié)輪蟲群落結(jié)構(gòu)差異明顯,輪蟲密度在秋季最高,冬季最低;生物量在夏季最高,春季最低。典型相關(guān)分析(CCA)結(jié)果表明,水溫、溶解氧含量、葉綠素a含量、總氮含量、總磷含量等因子是影響輪蟲群落結(jié)構(gòu)的主要環(huán)境因子。運(yùn)用綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)、多樣性指數(shù)以及輪蟲污染指示種對(duì)高郵湖進(jìn)行水質(zhì)污染水平和富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)。結(jié)果表明,2017年高郵湖水質(zhì)處于中污染水平,營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)為中度富營(yíng)養(yǎng)。

      關(guān)鍵詞:高郵湖;輪蟲;群落結(jié)構(gòu);多樣性指數(shù);環(huán)境因子;水質(zhì)評(píng)價(jià)

      中圖分類號(hào):S963.21+4;X824文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

      文章編號(hào):1002-1302(2021)01-0192-05

      作者簡(jiǎn)介:馬會(huì)娟(1995—),女,河南周口人,碩士研究生,主要從事水域生態(tài)學(xué)與生態(tài)毒理學(xué)研究。E-mail:mhj199501@163.com。

      通信作者:楊家新,教授,博士生導(dǎo)師,主要從事海洋生物與生態(tài)學(xué)、生態(tài)毒理學(xué)、水域生態(tài)學(xué)、水產(chǎn)生物學(xué)和水產(chǎn)生物餌料學(xué)研究。E-mail:yangjx@njnu.edu.cn。

      輪蟲是淡水生態(tài)系統(tǒng)中主要的浮游動(dòng)物類群之一,個(gè)體較小,但其生長(zhǎng)周期短,分布廣泛,在生態(tài)系統(tǒng)初級(jí)生產(chǎn)力向次級(jí)生產(chǎn)力傳遞過(guò)程中占有特殊生態(tài)位角色,是魚類和其他水生經(jīng)濟(jì)動(dòng)物的重要餌料資源。此外,輪蟲對(duì)許多外來(lái)污染物具有很強(qiáng)的敏感性,某些種類還可作為污染指示物,用于水體水質(zhì)污染水平和富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià),在物質(zhì)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)毒理影響和生態(tài)系統(tǒng)演替、穩(wěn)定性等研究方面具有重要的地位[1-4]。

      高郵湖地處江蘇省中部(119°06′~119°25′E,32°42′~33°41′N),湖長(zhǎng)48km,最大寬度28km,總面積760.67km2。高郵湖是淮河入江主要通道,既是湖又是河,在濕地生態(tài)系統(tǒng)中扮演著極其重要的角色。長(zhǎng)期以來(lái),經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要以及對(duì)湖泊不合理的開發(fā)利用,導(dǎo)致高郵湖濕地遭到破壞,同時(shí)對(duì)水域生態(tài)系統(tǒng)也造成了不良影響。本研究對(duì)高郵湖輪蟲群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行了1年的系統(tǒng)調(diào)查,通過(guò)分析輪蟲種類、生物量、密度、多樣性指數(shù)的季節(jié)變化與環(huán)境因子的關(guān)系,并結(jié)合綜合營(yíng)養(yǎng)指數(shù)、水體理化因子、多樣性指數(shù)以及輪蟲污染指示種對(duì)高郵湖水質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),以期為高郵湖的可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

      1材料與方法

      1.1采樣點(diǎn)設(shè)置

      本次調(diào)查在高郵湖從南向北設(shè)置了12個(gè)采樣點(diǎn)(圖1)。根據(jù)高郵湖地理位置和各個(gè)采樣點(diǎn)的不同設(shè)置,將距離高郵湖大閘蟹養(yǎng)殖區(qū)域和人類活動(dòng)頻繁區(qū)遠(yuǎn)近不同的12個(gè)采樣點(diǎn)分為4個(gè)區(qū)域。樣點(diǎn)1、樣點(diǎn)2、樣點(diǎn)3為區(qū)域1,樣點(diǎn)4、樣點(diǎn)5、樣點(diǎn)6為區(qū)域2,樣點(diǎn)7、樣點(diǎn)8、樣點(diǎn)9為區(qū)域3,樣點(diǎn)10、樣點(diǎn)11、樣點(diǎn)12為區(qū)域4。

      1.2樣品采集、物種鑒定

      在2017年1—12月期間,對(duì)高郵湖輪蟲每月采樣1次。利用YSI水質(zhì)分析儀在每個(gè)采樣點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定水溫(WT)、溶解氧(DO)含量、pH值等指標(biāo)??偟═N)含量和總磷(TP)含量通過(guò)堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法和鉬酸銨分光光度法測(cè)定;葉綠素a含量用90%丙酮萃取法測(cè)定;高錳酸鉀指數(shù)(CODMn)、氨態(tài)氮(NH3-N)含量參照文獻(xiàn)[5-7]。為避免微型輪蟲數(shù)據(jù)丟失,采用25號(hào)浮游生物網(wǎng)(網(wǎng)格0.064mm)采集輪蟲標(biāo)本。將標(biāo)本儲(chǔ)存在100mL聚乙烯塑料瓶中,定性樣本用4%福爾馬林溶液現(xiàn)場(chǎng)固定,帶回實(shí)驗(yàn)室分類鑒定。輪蟲鑒定和計(jì)數(shù)參照《中國(guó)淡水輪蟲志》《淡水浮游生物研究方法》[8-9]。[LM]

      [FK(W16][TPMHJ1.tif][FK)]

      1.3數(shù)據(jù)計(jì)算與分析

      高郵湖輪蟲群落結(jié)構(gòu)的香農(nóng)維納多樣性指數(shù)(H)、Pielou均勻度指數(shù)(J)、Margatef豐富度指數(shù)(D)、優(yōu)勢(shì)度(Y)計(jì)算方法參見文獻(xiàn)[10-11],將優(yōu)勢(shì)度Y≥0.02定義為優(yōu)勢(shì)種。輪蟲生物量運(yùn)用體積法進(jìn)行計(jì)算。

      富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)根據(jù)“湖泊(水庫(kù))富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法和分級(jí)技術(shù)規(guī)范”(中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)站)(表1),采用綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法評(píng)價(jià)高郵湖水質(zhì)。

      綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)計(jì)算公式:

      狀態(tài)指數(shù)。

      數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用Excel、SPSS24.0等軟件。采用Canoco5.0軟件對(duì)輪蟲群落和環(huán)境因子進(jìn)行典型相關(guān)分析,在分析之前,將數(shù)據(jù)進(jìn)行l(wèi)g(x+1)轉(zhuǎn)化。

      2結(jié)果與分析

      2.1環(huán)境因子

      從表2可以看出,高郵湖各樣點(diǎn)水溫全年變化范圍為6.6~32.8℃。pH值全年變化范圍為8.27~8.99,水體偏堿性。溶解氧含量全年變化范圍為8.43~13.84mg/L,最大值出現(xiàn)在3月,可能與水生植物光合作用的增強(qiáng)有關(guān)。高郵湖葉綠素a含量全年變化范圍為8.81~32.11μg/L,南部區(qū)域(樣點(diǎn)12)葉綠素a含量相對(duì)較高,湖心區(qū)域(樣點(diǎn)3)相對(duì)較低。透明度(SD)全年變化范圍為0.16~0.34m,其中透明度最高值出現(xiàn)在8月,最低值出現(xiàn)在4月。從整個(gè)湖泊的角度來(lái)看,樣點(diǎn)4和靠近人類活動(dòng)區(qū)的樣點(diǎn)5透明度較低,但是湖心區(qū)域(樣點(diǎn)3)透明度較高。總氮含量變化范圍為0.35~1.38mg/L,最大值出現(xiàn)在3月??偭缀孔兓秶鸀?.04~1.20mg/L,與總氮含量一致,總磷含量最大值也出現(xiàn)在3月。

      2.2輪蟲種類組成和群落結(jié)構(gòu)

      2.2.1種類組成及優(yōu)勢(shì)種季節(jié)變化從表3、表4可以看出通過(guò)全年采樣,高郵湖12個(gè)樣點(diǎn)共鑒定出輪蟲18屬31種,優(yōu)勢(shì)種13種。1月的主要優(yōu)勢(shì)種為暗小異尾輪蟲(Trichocercapusilla)和前節(jié)晶囊輪蟲(Asplachnapriodonta);5月的主要優(yōu)勢(shì)種為針簇多肢輪蟲(Polyarthratrigla)、獨(dú)角聚花輪蟲(Conochilusunicornis);8月的主要優(yōu)勢(shì)種為針簇多肢輪蟲(Polyarthratrigla)、角突臂尾輪蟲(Brachionusangularis)、裂足臂尾輪蟲(Brachionusdiversicornis);10月的主要優(yōu)勢(shì)種為前節(jié)晶囊輪蟲(Asplachnapriodonta)、曲腿龜甲輪蟲(Keratellavalga)。各季節(jié)輪蟲主要優(yōu)勢(shì)種交替變化明顯,并有部分種類如螺形龜甲輪蟲(Keratellacochlearis)、晶囊輪蟲(Asplanchna)、萼花臂尾輪蟲(Brachionuscalyciflorus)等作為常見種長(zhǎng)期存在。

      2.2.2輪蟲密度與生物量從每個(gè)樣點(diǎn)的月平均變化量(圖2)來(lái)看,輪蟲密度變化范圍為110~1853ind/L,最大值出現(xiàn)在9月,最小值出現(xiàn)在1月。生物量變化范圍為0.089~1.030mg/L,最大值出現(xiàn)在7月,最小值出現(xiàn)在4月。

      2.3種群群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子的關(guān)系

      將高郵湖優(yōu)勢(shì)種的年變化與水溫、溶解氧含量、pH值、葉綠素a含量、透明度、總氮含量、總磷含量、氨態(tài)氮含量、高錳酸鉀指數(shù)等環(huán)境因子進(jìn)行CCA分析,[KG*8]結(jié)果顯示,第1排序軸的特征值為0.24,第2排序軸的特征值為0.15。WT、DO[JP+1]含量與第1軸的相關(guān)性較高,因此第1軸可以表示水體的物理性質(zhì)變化??偟?、氨態(tài)氮含量、高錳酸鉀指數(shù)與第2軸相關(guān)性較高,因此第2軸可以表示水體的營(yíng)養(yǎng)水平。葉綠素a含量對(duì)輪蟲優(yōu)勢(shì)種的變化影響很大,說(shuō)明浮游植物生物量在輪蟲的生長(zhǎng)發(fā)育以及群落結(jié)構(gòu)變化過(guò)程中發(fā)揮了重要作用。另外,透明度也是影響輪蟲群落結(jié)構(gòu)的重要生態(tài)因子(圖3)。

      2.4高郵湖水質(zhì)分析

      2.4.1綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)(TSIM)評(píng)價(jià)法高郵湖綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)季節(jié)變化見圖4。TSIM季節(jié)變化范圍在56.57~68.32之間,平均值為61.41,總體處于中度富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)。但不同季節(jié)營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)有所不同,夏冬2季TSIM指數(shù)在60以下,屬于輕度富營(yíng)養(yǎng),春秋2季TSIM指數(shù)在60以上,水質(zhì)較差,為中度富營(yíng)養(yǎng)。

      2.4.2多樣性指數(shù)評(píng)價(jià)法香農(nóng)維納多樣性指數(shù)和Margatef豐富度指數(shù)數(shù)值在0~1之間,為重污染,1~2為α中污染,2~3為β中污染,3~4為輕污染,>4為清潔水體[12]。調(diào)查結(jié)果表明,高郵湖香農(nóng)維納指數(shù)變化范圍為1.03~2.13,平均值為1.44。最大值出現(xiàn)在夏季,最小值出現(xiàn)在冬季,高郵湖冬季屬于α中污染水平,夏季為β中污染水平,全年屬于α中污染。豐富度指數(shù)變化范圍為0.96~1.56,平均值為1.29,全年屬于α中污染水平。Pielou均勻度指數(shù)在0~0.3之間為重污染,0.3~0.4為α中污染,0.3~0.5為β中污染,0.5~0.8為輕污染,0.8~1.0為清潔型[13]。本次調(diào)查顯示,高郵湖Pielou均勻度指數(shù)變化范圍為0.62~0.79,平均值為0.69,全年屬于輕污染(圖5)。

      2.4.3污染指示種評(píng)價(jià)法輪蟲世代周期短,個(gè)體發(fā)育快,且某些種類的輪蟲對(duì)外來(lái)污染物非常敏感,因此可根據(jù)湖泊中輪蟲種類季節(jié)演替進(jìn)行水體水質(zhì)污染水平和富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)。調(diào)查期間,高郵湖出現(xiàn)了10種富營(yíng)養(yǎng)化水體的指示種且為優(yōu)勢(shì)種的輪蟲:輕污染-β中污染的曲腿龜甲輪蟲、尖趾腔輪蟲;β-中污染的前節(jié)晶囊輪蟲、螺形龜甲輪蟲、裂足臂尾輪蟲;β-α中污染的壺狀臂尾輪蟲、針簇多肢輪蟲、萼花臂尾輪蟲、角突臂尾輪蟲等。耐污的臂尾輪蟲屬優(yōu)勢(shì)種比重的增加,表明高郵湖的富營(yíng)養(yǎng)化程度正在加劇。在污染指示種中,屬于中污染型的輪蟲比重大。綜合以上可知,2017年高郵湖水質(zhì)屬于中污染。

      3討論與結(jié)論

      3.1輪蟲群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子的關(guān)系

      CCA分析結(jié)果表明,葉綠素a含量、WT、DO含量、NH3-N含量、TN含量、SD等環(huán)境因子對(duì)輪蟲群落動(dòng)態(tài)產(chǎn)生較大影響,葉綠素a在輪蟲群落動(dòng)態(tài)變化過(guò)程中具有重要作用。眾多學(xué)者研究發(fā)現(xiàn),食物是影響輪蟲群落動(dòng)態(tài)變化的主要因素之一,通常情況下,輪蟲的密度與葉綠素a含量呈正相關(guān)[14-16]。這與本研究結(jié)果一致,春季隨著葉綠素a含量的增加,輪蟲密度也逐漸增加,在秋季達(dá)到最大值。CCA分析結(jié)果表明,水溫是影響輪蟲優(yōu)勢(shì)種季節(jié)交替的主要環(huán)境因子,多數(shù)輪蟲優(yōu)勢(shì)種與水溫呈正相關(guān),如針簇多肢輪蟲、裂足臂尾輪蟲(Brachionusdiversicornis)等,而尖趾腔輪蟲(Lecaneclosterocerca)、獨(dú)角聚花輪蟲(Conochilusunicornis)、等刺異尾輪蟲(Trichocercasimilis)等與水溫相關(guān)性較低。此外,水溫也與輪蟲密度季節(jié)變化有關(guān),冬季輪蟲密度一般低于其他3個(gè)季節(jié)。章宗涉等對(duì)武漢東湖調(diào)查發(fā)現(xiàn),在食物充足條件下,輪蟲密度高峰期一般出現(xiàn)水溫在20℃以上的月份,主要的原因是溫度升高,輪蟲休眠卵孵化速度加快,輪蟲種群周期周轉(zhuǎn)加快,種群密度迅速增加[9]。本研究CCA結(jié)果表明,DO含量也是影響輪蟲群落結(jié)構(gòu)的主要物理因素。當(dāng)夏季水體溫度達(dá)到最高時(shí),往往會(huì)導(dǎo)致藍(lán)藻水華的暴發(fā),隨著水體藻類的過(guò)度繁殖,溶解氧含量也會(huì)降低,繼而影響輪蟲的群落結(jié)構(gòu)[17]。TN、TP、NH3-N等化學(xué)元素也是影響輪蟲群落結(jié)構(gòu)的主要因素,一般認(rèn)為,水體氮磷元素的增加與水體富營(yíng)養(yǎng)化有關(guān)。Ortega-Mayagoitia等認(rèn)為,水體富營(yíng)養(yǎng)化的增強(qiáng)尤其是氮磷等營(yíng)養(yǎng)元素的增加可能會(huì)增加輪蟲的豐度,改變輪蟲的群落結(jié)構(gòu)[18]。另外,SD和pH值也是影響輪蟲群落結(jié)構(gòu)重要的環(huán)境因子。

      3.2輪蟲種類組成的動(dòng)態(tài)變化

      本次調(diào)查共發(fā)現(xiàn)鑒定出輪蟲18屬31種,比郭劉超2016年的調(diào)查結(jié)果多3種,但是郭劉超等的調(diào)查只選取了4個(gè)代表性月份而非周年調(diào)查[19]。輪蟲種類季節(jié)變化明顯,春季各采樣點(diǎn)種類數(shù)大于其他季節(jié),出現(xiàn)這種情況的主要原因是春季溫度升高,湖底輪蟲休眠卵隨著春季全同溫導(dǎo)致的水層交換而被帶到表層孵化,在5月,輪蟲種類數(shù)達(dá)到高峰,共有14種。冬季氣溫較低,輪蟲受遺傳節(jié)律和低溫導(dǎo)致的藻類等食物補(bǔ)充不足的影響,出現(xiàn)種類演替,生物量和密度也較低,12月的8、9、10采樣點(diǎn)和1月的10、11、12采樣點(diǎn)的輪蟲種類只有1種。

      3.3高郵湖富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)

      從綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)來(lái)看,高郵湖全年處于中度富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)。從生物多樣性指數(shù)、香農(nóng)維納多樣性指數(shù)、Margalef豐富度指數(shù)來(lái)看,高郵湖全年屬于α-中污染水平。從污染指示種評(píng)價(jià)方法來(lái)看,高郵湖出現(xiàn)了多種富營(yíng)養(yǎng)化水體的指示種,表明高郵湖的富營(yíng)養(yǎng)化程度正在加劇,高郵湖全年水質(zhì)屬于中污染型。以上3種富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法均表明高郵湖2017年處于中污染水平。姜磊娜等在2009—2014年對(duì)高郵湖各年的綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)進(jìn)行計(jì)算,結(jié)果表明,除2011年高郵湖為中營(yíng)養(yǎng)外,其他年份均為輕度富營(yíng)養(yǎng)[20]。郭劉超等2016年調(diào)查發(fā)現(xiàn),高郵湖綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)為50.1~54.2,表明高郵湖水體處于輕度富營(yíng)養(yǎng)[19]。魏文志等在2010年對(duì)高郵湖水質(zhì)、浮游植物和營(yíng)養(yǎng)狀況的調(diào)查結(jié)果顯示,高郵湖綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)為51.14~60.53,處于輕度污染水平,但有污染化加重的趨勢(shì)[21]。與前人調(diào)查結(jié)果比較,本研究結(jié)果高郵湖的水體富營(yíng)養(yǎng)化程度正在逐年加重。

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