清水河流域浮游動(dòng)物種群結(jié)構(gòu)及多樣性研究

石 偉，段杰仁，邱小琮，王曉奕

（1.銀川市水產(chǎn)技術(shù)推廣服務(wù)中心，銀川750001；2.寧夏固原市第七中學(xué)，寧夏 固原756002；3.寧夏大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，銀川750021）

浮游動(dòng)物是一類經(jīng)常在水中浮游而自身不能制造有機(jī)物的異養(yǎng)型無(wú)脊椎動(dòng)物和脊索動(dòng)物幼體的總稱。由于它們個(gè)體微小、生命短暫、繁殖極快、種類繁多，從低等的微小原生動(dòng)物到高等的尾索動(dòng)物幾乎每一類都有永久性代表［1］。浮游動(dòng)物在水域生態(tài)系統(tǒng)中有著十分重要的地位，部分浮游動(dòng)物對(duì)水質(zhì)變化比較敏感，其數(shù)量、種類易受水體生態(tài)環(huán)境影響，可作為指示性生物進(jìn)行水體污染監(jiān)測(cè)，且對(duì)污染有指示、富集及轉(zhuǎn)化作用，所以浮游動(dòng)物在水環(huán)境凈化和水生態(tài)毒理中都有重要作用。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外越來(lái)越多的學(xué)者開(kāi)始利用浮游動(dòng)物的群落結(jié)構(gòu)變化監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)水環(huán)境質(zhì)量狀況［2-4］。

清水河全長(zhǎng)320 km，發(fā)源于六盤(pán)山，向北流經(jīng)固原、同心、海原、中寧等縣，于中寧縣泉眼山匯入黃河，寧夏境內(nèi)流域面積13 511 km2，是寧夏境內(nèi)流入黃河最大、最長(zhǎng)的支流。清水河從南到北穿越寧夏南部黃土丘陵區(qū)和中部干旱風(fēng)沙區(qū)，流域大部分區(qū)域位于中部干旱風(fēng)沙區(qū)［5］。目前清水河水環(huán)境問(wèn)題突出，礦化度和硬度均較高，水質(zhì)現(xiàn)狀較差。清水河流域取水主要用于農(nóng)業(yè)，且對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境有重要影響，作為清水河重要的水生生物之一，浮游動(dòng)物的密度、種類、群落結(jié)構(gòu)及多樣性，對(duì)于清水河的水體營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)和生態(tài)環(huán)境有著巨大的影響，本研究結(jié)果可為清水河流域水生態(tài)保護(hù)與水環(huán)境治理提供依據(jù)與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣點(diǎn)設(shè)置與采樣時(shí)間

根據(jù)清水河的自然地理?xiàng)l件，共設(shè)置了22個(gè)采樣點(diǎn)，其中干流11個(gè)，支流折死溝1個(gè)、雙井河1個(gè)、莧麻河1個(gè)、中河2個(gè)、西河1個(gè)、冬至河2個(gè)、井溝1個(gè)、沙沿溝1個(gè)、五排1個(gè)。采樣時(shí)間為2018年7月與11月。

1.2 浮游動(dòng)物標(biāo)本的采集與鑒定、計(jì)數(shù)

浮游動(dòng)物的采集分為定量采樣與定性采樣兩種。定量采樣用采水器采10 L水，用25號(hào)浮游生物網(wǎng)過(guò)濾濃縮，加入5%甲醛溶液固定。定性采樣使用25號(hào)浮游生物網(wǎng)（輪蟲(chóng)）與13號(hào)網(wǎng)拖?。ㄖ穷惡蜆镒泐悾?，5%甲醛溶液固定低溫保存帶回實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行浮游動(dòng)物鑒定、計(jì)數(shù)工作［6］。

1.3 浮游動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種

優(yōu)勢(shì)種指對(duì)群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境的形成有顯著控制作用的物種，依據(jù)物種出現(xiàn)頻率與個(gè)體數(shù)量來(lái)判定，用 優(yōu)勢(shì) 度y來(lái)表 示：y=fiPi，fi是第i物種 的 出現(xiàn) 頻率，Pi是第i物種個(gè)體數(shù)占總個(gè)體數(shù)量的比例，優(yōu)勢(shì)種選取y＞0.02的種類［7］。

1.4 浮游動(dòng)物多樣性

生物多樣性是衡量種群是否穩(wěn)定的重要標(biāo)準(zhǔn)，采用以下3種多樣性指數(shù)［8-10］來(lái)分析清水河浮游動(dòng)物的多樣性。

1）Margalef物種豐富度指數(shù)（d）。

式中，S.種類數(shù)；N.個(gè)體數(shù)。

2）Shannon-Wieaver物種多樣性指數(shù)（H'）。

式中，ni.第i種浮游動(dòng)物的個(gè)體數(shù)；N.浮游動(dòng)物總個(gè)體數(shù)。

3）均勻度指數(shù)（e）。

式中，H'.Shannon-Wiener指數(shù)；S.種類數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 浮游動(dòng)物種類組成與分布

通過(guò)2018年7月與11月2個(gè)月對(duì)清水河22個(gè)采樣點(diǎn)的浮游動(dòng)物進(jìn)行種類調(diào)查、數(shù)量統(tǒng)計(jì)和群落結(jié)構(gòu)研究，共鑒定出浮游動(dòng)物23種，其中輪蟲(chóng)類8種，占總種類數(shù)的34.8%；枝角類8種，占總種類數(shù)的34.8%；橈足類7種，占總種類數(shù)的30.4%。

在清水河22個(gè)采樣點(diǎn)中，幾處水庫(kù)采集到的浮游動(dòng)物種類最多，其中沈家河水庫(kù)5種，冬至河水庫(kù)7種；其次，五排與中河均有4種浮游動(dòng)物分布；采集到浮游動(dòng)物有3種的樣點(diǎn)分別是雙井河、寺口子水庫(kù)，其余樣點(diǎn)采集到的浮游動(dòng)物均為1或2種。輪蟲(chóng)類中臂尾輪屬的壺狀臂尾輪蟲(chóng)（Brachionus urceus）分布最為廣泛。

從季節(jié)變化分析（圖1），整體水平浮游動(dòng)物種類數(shù)夏季19種，占總種類數(shù)的82.6%，秋季11種，占總種類數(shù)的47.83%。輪蟲(chóng)類與橈足類夏冬兩季種類數(shù)變化并不明顯，而枝角類冬季種類數(shù)相比于夏季明顯有所下降。夏季共采集到輪蟲(chóng)5種，占總種類數(shù)的26.32%，冬季4種，占總種類數(shù)的36.36%。夏季枝角類8種，占42.11%，冬季種類數(shù)下降為2種，占比下降為18.18%；橈足類夏季采集到6種，占夏季總種類數(shù)31.58%，冬季為5種，但所占比例有所上升，為45.45%。

圖1 清水河浮游動(dòng)物的季節(jié)分布

2.2 浮游動(dòng)物的優(yōu)勢(shì)種

清水河浮游動(dòng)物的優(yōu)勢(shì)種共有7種（表1），分別是壺狀臂尾輪蟲(chóng)（Brachionus urceus）、蚤狀溞［Daph?nia（Daphnia）pulex］、尖額溞（Ntermedia）、秀體尖額溞（Alona diaphana）、中型尖額溞（Alona intermedia）、劍水蚤（Clops）、廣布中劍水蚤（Mesocyclops leuckarti）。

表1 清水河浮游動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種

2.3 浮游動(dòng)物的密度與生物量

清水河浮游動(dòng)物的平均密度為3.85 ind./L，平均生物量為10.78 mg/L。其中輪蟲(chóng)的平均密度為5.71 ind./L、枝角類的平均密度為2.13 ind./L、橈足類的平均密度為2.98 ind./L。橈足類在生物量中所占的比重最大，其次為枝角類、輪蟲(chóng)，三者的平均生物量為17.37、16.86、1.48 mg/L。從密度的角度來(lái)看，輪蟲(chóng)占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，但由于其體型較小，所以在平均生物量中所占的比例也較小，而體型較大的橈足類則在平均生物量中占有較大比重。

清水河浮游動(dòng)物密度冬夏兩季變化（清水河羊路、清水河李旺、清水河王團(tuán)、清水河同心、清水河長(zhǎng)山頭、折死溝冬季未采到樣本）：夏季浮游動(dòng)物的密度大于冬季，夏季為4.44 ind./L，冬季為2.75 ind./L。輪蟲(chóng)密度冬季比夏季明顯下降，夏季為7.89 ind./L，冬季為1.78 ind./L；枝角類密度冬夏兩季相差不大，夏季為2.14 ind./L，冬季為2.08 ind./L；橈足類冬季密度大于夏季，夏季為2.14 ind./L，冬季為3.82 ind./L。各采樣點(diǎn)浮游動(dòng)物密度也存在一定季節(jié)差異，夏季折死溝浮游動(dòng)物平均密度最大，為36 ind./L，井溝次之。冬季清水河?xùn)|郊與沈家河水庫(kù)浮游動(dòng)物平均密度較大，分別為9、8 ind./L（圖2）。

清水河浮游動(dòng)物生物量冬夏兩季變化：浮游動(dòng)物生物量的季節(jié)變化趨勢(shì)與密度的變化趨勢(shì)相符，夏季生物量為12.03 mg/L，冬季生物量為8.44 mg/L。由于浮游動(dòng)物各類群個(gè)體大小上的差異，故輪蟲(chóng)、枝角類、橈足類生物量四季變化趨勢(shì)差異顯著。輪蟲(chóng)較枝角類、橈足類體型較小，即便夏季密度較高的輪蟲(chóng)，其生物量的優(yōu)勢(shì)也不是很明顯，橈足類體型較大，夏季橈足類的生物量明顯高于輪蟲(chóng)和枝角類（圖3）。

圖2 清水河浮游動(dòng)物的密度

圖3 清水河浮游動(dòng)物的生物量

2.4 浮游動(dòng)物的多樣性分析

Margalef物種豐富度指數(shù)的變化范圍為0.233～2.066（圖4）。各采樣點(diǎn)之間平均值最大的是冬至河水庫(kù)，達(dá)到1.033，最小的是折死溝，為0.117。Mar?galef物種豐富度指數(shù)的冬夏兩季變化范圍為0.432～0.997，夏季的Margalef物種豐富度指數(shù)大于冬季。各采樣點(diǎn)的Margalef物種豐富度指數(shù)變化夏季與冬季有明顯差異，夏季冬至河水庫(kù)的Margalef物種豐富度指數(shù)明顯高于其他各采樣點(diǎn)，折死溝的指數(shù)值最??；冬季莧麻河的指數(shù)較夏季有所下降，五排、貓兒溝水庫(kù)、冬至河的Margalef物種豐富度指數(shù)均上升。

清水河水體浮游動(dòng)物的Shannon-Wieaver物種多樣性指數(shù)1.251～1.922，平均為1.587。全年最大值出現(xiàn)在五排的冬季為8.786，最小值出現(xiàn)在雙井河的夏季為0.183（圖5）。Shannon-Wieaver物種多樣性指數(shù)的季節(jié)變化較為顯著，冬季的Shannon-Wieaver物種多樣性指數(shù)比夏季大，冬季為1.922，夏季為1.251。夏季至冬季各采樣點(diǎn)變化趨勢(shì)呈線性，五排、冬至河及冬至河水庫(kù)指數(shù)升高，中河基本不變，其余采樣點(diǎn)Shannon-Wieaver物種多樣性指數(shù)均下降。

清水河浮游動(dòng)物均勻度為2.535～3.801，平均為3.168，平均均勻度最高的采樣點(diǎn)是五排和冬至河，分別為8.45、8.43，其他采樣點(diǎn)的平均均勻度差異不大。冬季均勻度大于夏季，冬季為3.801，夏季為2.535。均勻度的最大值出現(xiàn)在五排冬季為14.6，最小值出現(xiàn)在折死溝夏季為0.598（圖6）。

圖4 清水河浮游動(dòng)物Margalef物種豐富度指數(shù)季節(jié)變化

圖5 清水河浮游動(dòng)物Shannon-Wieaver物種多樣性指數(shù)季節(jié)變化

圖6 清水河浮游動(dòng)物均勻度指數(shù)季節(jié)變化

3 討論

3.1 清水河浮游動(dòng)物種類組成及季節(jié)變化

清水河共采集到浮游動(dòng)物23種，其中輪蟲(chóng)類8種，橈足類7種，枝角類8種。清水河浮游動(dòng)物種類季節(jié)變化明顯，整體水平上冬季較夏季有所下降。從各個(gè)類群來(lái)看，輪蟲(chóng)類與橈足類冬夏兩季種類數(shù)變化并不顯著，而枝角類冬季種類數(shù)相比于夏季明顯有所下降。不同季節(jié)，水體溫度、營(yíng)養(yǎng)鹽水平、pH等均不同，所以造成了浮游動(dòng)物季節(jié)分布的變化，除此之外，生活污水的排入也是不可忽略的因素。

在樣點(diǎn)間輪蟲(chóng)種類也有差異，幾處水庫(kù)采集到的浮游動(dòng)物種類最多，其中包括沈家河水庫(kù)、冬至河水庫(kù)。較多采樣點(diǎn)采集到的浮游動(dòng)物僅為1種或2種，分布最廣泛的是輪蟲(chóng)類臂尾輪屬壺狀臂尾輪蟲(chóng)，且在各樣點(diǎn)處的密度及生物量都比較大。不同類群的浮游動(dòng)物對(duì)環(huán)境條件的適應(yīng)情況有差別，因而就造成了其水平分布的變化。

3.2 清水河浮游動(dòng)物密度及生物量

不同類型的河流，浮游動(dòng)物的密度與生物量高峰期不同，主要受水體溫度、食物量多少及河內(nèi)水草豐度等因素影響［11］。清水河浮游動(dòng)物中密度最大的是輪蟲(chóng)，夏季浮游動(dòng)物的密度大于冬季。就密度而論，輪蟲(chóng)占很大優(yōu)勢(shì)，但由于其體型較小，占平均生物量的比重相較小，而橈足類體型較大，則在平均生物量中占有較大比重。除了季節(jié)影響，各采樣點(diǎn)的水體環(huán)境不同也使得浮游動(dòng)物的密度與生物量均存在差異。

3.3 清水河浮游動(dòng)物物種多樣性

衡量群落是否穩(wěn)定的方式之一就是種群多樣性，可以通過(guò)多個(gè)指數(shù)來(lái)表示，Margalef指數(shù)比較依賴物種數(shù)，能充分反映物種種類的分布情況；Shan?non-Wieaver指數(shù)一般用于判斷群落結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度；均勻度則判斷各物種個(gè)體數(shù)量分配的均勻程度。本研究使用Margalef指數(shù)、Shannon-Wieaver指數(shù)與均勻度分析討論清水河的浮游動(dòng)物，3個(gè)指數(shù)能較好地表示清水河浮游動(dòng)物的種群多樣性。

Margalef多樣性指數(shù)主要反映了群落物種的豐富度，可以通過(guò)浮游動(dòng)物的物種豐富程度判斷水質(zhì)［12］，當(dāng)d＞5時(shí)，水質(zhì)清潔；d=4～5，水質(zhì)輕度污染；d=3～4時(shí)，水質(zhì)中度污染，d＜3，水質(zhì)重度污染。Shannon-Wieaver多樣性指數(shù)可以反映群落物種多樣性，H值越大，水污染程度越輕，0～1為重度污染，1～3為中度污染，大于3則污染較輕或無(wú)污染。均勻度指數(shù)同Shannon-Wieaver多樣性指數(shù)一樣，重、中、輕污染或無(wú)污染的e值區(qū)間分別為0～0.3、0.3～0.5、0.5～0.8。一般說(shuō)來(lái)，多樣性指數(shù)越大表示水質(zhì)越好，清水河各樣點(diǎn)中浮游動(dòng)物Margalef多樣性指數(shù)在0.233～2.066，為重度污染。Shannon-Wieaver多樣性指數(shù)1.251～1.922，均勻度指數(shù)2.535～3.801，均勻度較高。避免清水河水體污染程度加重，需平衡好其水生態(tài)系統(tǒng)，如減少氮、磷的來(lái)源，減少營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的富積，做好環(huán)境管理及研究保護(hù)水體環(huán)境等。

4 結(jié)論

1）清水河共采集到浮游動(dòng)物23種，其中輪蟲(chóng)類8種，橈足類7種，枝角類8種，優(yōu)勢(shì)種有7種，季節(jié)變化明顯，冬季較夏季有所下降。輪蟲(chóng)類與橈足類冬夏兩季種類數(shù)變化并不明顯，而枝角類冬季種類數(shù)相比于夏季明顯有所下降。在樣點(diǎn)間分布也有差異，水庫(kù)采集到的浮游動(dòng)物種類最多。分布最廣泛的是壺狀臂尾輪蟲(chóng)，且密度及生物量都較大。

2）清水河夏季浮游動(dòng)物的密度大于冬季，其中密度最大的是輪蟲(chóng)，除了季節(jié)影響，各采樣點(diǎn)的水體環(huán)境不同也使得浮游動(dòng)物的密度與生物量均存在差異。

3）清水河中浮游動(dòng)物Margalef多樣性指數(shù)為0.233～2.066，Shannon-Wieaver多樣性指數(shù)為1.251～1.922，均勻度指數(shù)為2.535～3.801。清水河為中度富營(yíng)養(yǎng)化，應(yīng)加強(qiáng)水生態(tài)保護(hù)與水環(huán)境治理。