太湖梅梁灣和東太湖浮游甲殼動(dòng)物季節(jié)變化比較研究

黃曉峰，邱偉建，沈 冀，蔣 俊，廖瑜欣，于耀棟，過(guò)嘉豪,鐘春妮，楊桂軍

（1.無(wú)錫市太湖湖泊治理股份有限公司，江蘇 無(wú)錫 214062;2.中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所，江蘇 南京210008；3.江南大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院，江蘇 無(wú)錫 214122）

0 引言

浮游甲殼動(dòng)物是水生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,在水生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)中發(fā)揮著重要的作用[1]，一方面，浮游甲殼動(dòng)物攝食藻類和細(xì)菌[2]，另一方面浮游甲殼動(dòng)物又是許多魚(yú)類的重要食物[3]。因?yàn)楦∮渭讱?dòng)物對(duì)水質(zhì)的變化比較敏感，所以浮游甲殼動(dòng)物還是水質(zhì)的重要指示種群[4]。

從20世紀(jì)80年代中后期開(kāi)始，太湖流域周邊經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，各種點(diǎn)源、面源污染物不斷排入太湖中，湖水富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題日益嚴(yán)重[5-6]。2007年太湖藍(lán)藻水華事件以后，國(guó)家和地方政府投入了大量的資金進(jìn)行太湖周邊污染物的控制以及太湖水治理，太湖水質(zhì)整體明顯改善[6]。然而，研究發(fā)現(xiàn)2015年太湖水生植被嚴(yán)重退化，其中2015年夏季水生植被分布區(qū)面積僅占2014年夏季的20.14%，2015年冬季水生植被分布區(qū)面積僅占2014年冬季的8.94%[7]。太湖水生植物的變化反映了太湖水質(zhì)和水生植物群落結(jié)構(gòu)的變化特征。另外，2017年太湖出現(xiàn)了有記載以來(lái)面積最大的藍(lán)藻水華，面積達(dá)1 403 km2[6]。梅梁灣是太湖典型的藻型湖區(qū)，每年的夏季和秋季都會(huì)爆發(fā)藍(lán)藻水華；而東太湖湖中高等水生植物生長(zhǎng)茂盛，則是典型的草型湖區(qū)。黃祥飛等[8]的研究發(fā)現(xiàn)隨著東湖富營(yíng)養(yǎng)化程度的加重，浮游動(dòng)物的豐度和生物量增大了，但浮游動(dòng)物卻呈小型化的趨勢(shì)。劉佳等[9]研究發(fā)現(xiàn)太湖梅梁灣的浮游甲殼動(dòng)物也有類似的規(guī)律。為了更好的了解目前太湖的浮游甲殼動(dòng)物和水質(zhì)情況，2017年7月～2018年6月對(duì)太湖梅梁灣和東太湖的浮游甲殼動(dòng)物以及環(huán)境因子開(kāi)展了一周年的調(diào)查。該調(diào)查結(jié)果為太湖生態(tài)系統(tǒng)的管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 采樣點(diǎn)的設(shè)置

2017年7月～2018年6月，在太湖梅梁灣和東太湖各布設(shè)3 個(gè)采樣點(diǎn)，進(jìn)行浮游甲殼動(dòng)物和水體環(huán)境因子的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查。采樣點(diǎn)布設(shè)見(jiàn)圖1。

圖1 梅梁灣與東太湖采樣點(diǎn)位置

1.2 樣品的采集與處理

樣品每月采集1 次，采集的湖水分2 層（表層（0～50 cm）和中下層（100～150 cm））置于5 L 的有機(jī)玻璃柱狀采水器中混勻，取5 L 水樣用48 μm 的篩網(wǎng)進(jìn)行過(guò)濾，并將過(guò)濾后的浮游甲殼動(dòng)物轉(zhuǎn)移至50 mL 的方形瓶，同時(shí)加入4%的甲醛保存樣品。另取1 L 混合水樣，帶回實(shí)驗(yàn)室后按文獻(xiàn)[10]方法分析水樣理化指標(biāo)（如TN,TP 等），并在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定水深、水溫、透明度、pH 值，水樣理化指標(biāo)具體測(cè)定方法詳見(jiàn)文獻(xiàn)[10]。

1.3 浮游甲殼動(dòng)物計(jì)數(shù)與生物量換算

浮游甲殼動(dòng)物根據(jù)文獻(xiàn)[11-12]在顯微鏡下進(jìn)行分類、計(jì)數(shù)。每一種浮游甲殼動(dòng)物測(cè)量至少30 個(gè)個(gè)體，按照文獻(xiàn)[13-15]算出體積，然后按浮游甲殼動(dòng)物密度1 mg/mm3進(jìn)行換算。文中的生物量均為濕重。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，制圖使用Origin 2017 軟件，用t 檢驗(yàn)法分析2 個(gè)湖區(qū)物理、化學(xué)和浮游甲殼動(dòng)物的差異，所有的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析均使用SPSS 22.0 軟件進(jìn)行，顯著性差異水平采用P ＜0.05。

2 研究與分析

2.1 太湖梅梁灣和東太湖環(huán)境因子季節(jié)變化

調(diào)查期間，梅梁灣和東太湖理化參數(shù)平均值及其差異性見(jiàn)表1，其中梅梁灣湖區(qū)的TN，溶解性TN，TP 和溶解性TP 濃度均顯著高于東太湖（P＜0.05），說(shuō)明梅梁灣富營(yíng)養(yǎng)水平高于東太湖。

表1 梅梁灣、東太湖環(huán)境參數(shù)均值、范圍及均值差異比較

太湖梅梁灣和東太湖環(huán)境因子季節(jié)變化情況見(jiàn)圖2。由圖2可以看出，梅梁灣TN 濃度顯著高于東太湖（P<0.05）。其中梅梁灣和東太湖TN 質(zhì)量濃度最高值均出現(xiàn)在2018年5月，分別為3.200，2.827 mg/L，最低值出現(xiàn)在2018年2月，分別為1.988，1.523 mg/L；梅梁灣和東太湖最大值分別出現(xiàn)在2017年7月和2018年6月，分別為0.505，0.203 mg/L，最小值出現(xiàn)在2018年2月，分別為 0.052，0.023 mg/L。2017年7～10月份，梅梁灣湖區(qū)NH3-N小于東太湖湖區(qū)，其余月份都大于東太湖，NO3--N變化趨勢(shì)也與NH3-N 類似，總體來(lái)看，梅梁灣湖區(qū)NH3-N 和NO3--N 仍然高于東太湖湖區(qū)。梅梁灣和東太湖湖區(qū)PO43--P 沒(méi)有明顯的規(guī)律。梅梁灣葉綠素a 濃度都顯著高于東太湖，尤其是2018年6月，梅梁灣葉綠素a 質(zhì)量濃度達(dá)150.57 μg/L，而東太湖只有32.61 μg/L。

圖2 梅梁灣和東太湖主要環(huán)境因子季節(jié)變化

2.2 梅梁灣和東太湖浮游甲殼動(dòng)物季節(jié)變化情況

2.2.1 浮游甲殼動(dòng)物種類組成比較

梅梁灣、東太湖浮游甲殼動(dòng)物種類組成比較見(jiàn)表2。由表2可以看出，梅梁灣、東太湖都鑒定出浮游甲殼動(dòng)物各14 種。梅梁灣與東太后浮游甲殼動(dòng)物種類組成沒(méi)有什么差異。

表2 梅梁灣、東太湖浮游甲殼動(dòng)物種類組成比較

2.2.2 浮游甲殼動(dòng)物數(shù)量和生物量比較

梅梁灣、東太湖浮游甲殼動(dòng)物年平均數(shù)量和生物量情況見(jiàn)圖3。

圖3 梅梁灣、東太湖浮游甲殼動(dòng)物年平均數(shù)量和生物量情況

由圖3可以看出，梅梁灣和東太湖浮游甲殼動(dòng)物年平均密度為144.7，77.1 ind./L，梅梁灣橈足類數(shù)量年平均為76.3 ind./L，顯著高于東太湖49.2 ind./L（P<0.05）。梅梁灣枝角類年平均密度同樣顯著高于東太湖,分別為68.4，27.9ind./L（P<0.01）。梅梁灣湖區(qū)橈足類年平均生物量與東太湖沒(méi)有顯著差異,而梅梁灣湖區(qū)枝角類年平均生物量顯著高于東太湖，分別為0.692 7，0.448 0 mg/L（P<0.05）。

梅梁灣、東太湖浮游甲殼動(dòng)物數(shù)量和生物量季節(jié)變化見(jiàn)圖4。由圖4可以看出，梅梁灣浮游甲殼動(dòng)物數(shù)量在2017年7月與2018年6月較高，且都明顯高于同一時(shí)期東太湖游甲殼動(dòng)物數(shù)量，梅梁灣浮游甲殼動(dòng)物生物量也表現(xiàn)出類似的規(guī)律。與其它季節(jié)相比，梅梁灣和東太湖浮游甲殼動(dòng)物數(shù)量以及生物量在冬季處于最低。梅梁灣浮游甲殼動(dòng)物密度呈現(xiàn)冬、春季低，夏、秋季高的規(guī)律，最高密度出現(xiàn)在2018年6月，為720.1 ind./L；而東太湖為春、夏季高，秋、冬季低的規(guī)律，最高密度出現(xiàn)在2018年6月，為207.2 ind./L；梅梁灣和東太湖浮游甲殼動(dòng)物生物量變化規(guī)律與數(shù)量變化規(guī)律類似。

圖4 梅梁灣、東太湖浮游甲殼動(dòng)物數(shù)量和生物量季節(jié)變化

梅梁灣、東太湖橈足類和枝角類數(shù)量所占比例季節(jié)變化比較見(jiàn)圖5。由圖5可以看出，梅梁灣橈足類在冬、春季占優(yōu)勢(shì)，而枝角類在夏、秋季占優(yōu)；而東太湖除了2018年4月由枝角類占主導(dǎo)以外，其他月份都是橈足類數(shù)量占優(yōu)。

圖5 梅梁灣、東太湖橈足類和枝角類數(shù)量所占比例季節(jié)變化比較

2.2.3 浮游甲殼動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種比較

梅梁灣和東太湖浮游甲殼動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種季節(jié)變化情況見(jiàn)圖6。由圖6可以看出，無(wú)節(jié)幼體nauplius 是梅梁灣浮游甲殼動(dòng)物第一優(yōu)勢(shì)種，其平均密度為52 ind./L，占總浮游甲殼動(dòng)物數(shù)量比例為35.94%；角突網(wǎng)紋溞Ceriodaphnia cornuta 是第二優(yōu)勢(shì)種，平均密度為32.5 ind./L，占比為22.46%；簡(jiǎn)弧象鼻溞Bosmina coregoni 作為第三優(yōu)勢(shì)種，平均密度為31.9 ind./L，其數(shù)量占比為22.06%。其中，無(wú)節(jié)幼體最高密度為384 ind./L 出現(xiàn)在2018年6月，角突網(wǎng)紋溞年2018年6月出現(xiàn)密度最高值為208 ind./L，簡(jiǎn)弧象鼻溞年最高密度出現(xiàn)在2017年7月，為170 ind./L。

圖6 梅梁灣和東太湖浮游甲殼動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種季節(jié)變化情況

與梅梁灣類似，無(wú)節(jié)幼體是東太湖浮游甲殼動(dòng)物第一優(yōu)勢(shì)種，其平均密度為27.6 ind./L，占總浮游甲殼動(dòng)物數(shù)量比例為35.81%；簡(jiǎn)弧象鼻溞為第二優(yōu)勢(shì)種，平均密度為17.6 ind./L，占比為22.77%；中華窄腹劍水蚤L(zhǎng)imnoithona sinensis 作為第三優(yōu)勢(shì)種，其年均密度為13.5 ind./L，其數(shù)量占比為17.51%。東太湖無(wú)節(jié)幼體最高密度為92 ind./L，出現(xiàn)在2018年6月；簡(jiǎn)弧象鼻溞最高密度出現(xiàn)在2018年4月，為106.7 ind./L，中華窄腹劍水蚤最高密度為39.3 ind./L，出現(xiàn)在2017年7月。

2.2.5 浮游甲殼動(dòng)物數(shù)量與環(huán)境因子相關(guān)性分析

對(duì)梅梁灣和東太湖橈足類、枝角類數(shù)量與環(huán)境因子進(jìn)行了Pearson 相關(guān)分析，分析結(jié)果見(jiàn)表3。梅梁灣枝角類數(shù)量與水溫、葉綠素a、藻類數(shù)量、TP 顯著正相關(guān)性，其相關(guān)系數(shù)分別為0.647，0.779，0.820，0.669；梅梁灣橈足類數(shù)量也與葉綠素a 濃度存在顯著相關(guān)性；梅梁灣枝角類數(shù)量與溶解性TN 顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.593。與梅梁灣不同，東太湖枝角類數(shù)量與環(huán)境因子沒(méi)有顯著相關(guān)性，而東太湖橈足類數(shù)量與水溫顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.646；東太湖橈足類數(shù)量與SS 顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.588。

表3 梅梁灣和東太湖浮游甲殼動(dòng)物和環(huán)境因子相關(guān)性分析

3 討論

葉綠素a 的濃度是衡量水體浮游植物生物量的主要指標(biāo)，是浮游動(dòng)物的主要食物來(lái)源之一，因此水體中浮游植物的數(shù)量與浮游動(dòng)物的生長(zhǎng)繁殖密切相關(guān)[4]。本研究中梅梁灣葉綠素a年平均質(zhì)量濃度為57.10 μg/L，而東太湖葉綠素a年平均質(zhì)量濃度為23.19 μg/L，梅梁灣葉綠素a年平均濃度是東太湖的2.46 倍。研究發(fā)現(xiàn)梅梁灣浮游植物年平均密度為10.5×107cells/L，而東太湖為2.1 × 107cells/L，梅梁灣浮游植物年平均數(shù)量是東太湖4.94 倍。本研究梅梁灣枝角類數(shù)量與葉綠素a 和浮游植物數(shù)量極顯著正相關(guān)（表3）。梅梁灣充足的食物有利浮游甲殼動(dòng)物的生長(zhǎng)和繁殖[16]。高等水生植物是水生態(tài)系統(tǒng)中重要的初級(jí)生產(chǎn)者，影響浮游動(dòng)物的種類組成、密度、多樣性指數(shù)改變的重要因素之一[17]。水生高等植物通過(guò)與藻類競(jìng)爭(zhēng)N,P 營(yíng)養(yǎng)鹽和光照[18]，從而抑制藻類的生長(zhǎng)于繁殖。另外，水生植物還可以通過(guò)分泌化感物質(zhì)抑制藻類的生長(zhǎng)[19]。王曉菲等[20]報(bào)道，東太湖水生植物區(qū)域浮游動(dòng)物數(shù)量低于敞水區(qū)。因此，東太湖藻類受到水生高等植物的強(qiáng)烈抑制作用。水溫是決定浮游甲殼動(dòng)物和藻類生長(zhǎng)、繁殖的重要因素之一[21]。本研究結(jié)果顯示梅梁灣夏、秋季葉綠素a 濃度高于冬、春季，充足的藻類為東太湖浮游甲殼動(dòng)物的生長(zhǎng)和繁殖提供了食物；反之，冬季水溫低，藻類生長(zhǎng)緩慢，導(dǎo)致浮游甲殼動(dòng)物食物匱乏。本研究梅梁灣枝角類數(shù)量與水溫存在顯著相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為0.647（表3）。王穎等[22]報(bào)道梅梁灣浮游甲殼動(dòng)物數(shù)量冬、春季低，夏、秋季高。東太湖葉綠素a 也表現(xiàn)為夏、秋季顯著高于冬、春季。水生植物除了吸收水體N，P 等營(yíng)養(yǎng)鹽外，還可作為浮游甲殼動(dòng)物躲避魚(yú)類捕食的避難所[23]。太湖的魚(yú)類主要優(yōu)勢(shì)種為湖鱭[24]，其主要捕食大型浮游甲殼動(dòng)物[25]。從水利部太湖流域管理局《太湖健康狀況報(bào)告》 得知，政府從2012年開(kāi)始，多次組織對(duì)水生植物進(jìn)行收割、打撈，2014，2015年收割、打撈水生植物的總量分別為28和17 萬(wàn)t，且人工收割打撈工程重點(diǎn)集中在東太湖和東西山之間[27]，水草打撈時(shí)間一般從夏季開(kāi)始。所以，可以推測(cè)東太湖秋季時(shí)已有大量水生植物被收割、打撈掉，使得浮游甲殼動(dòng)物失去了躲避魚(yú)類捕食的場(chǎng)所，其數(shù)量將大幅減少。這可能是東太湖秋季浮游甲殼動(dòng)物相比春季和夏季要低的原因。

4 結(jié)論

（1）太湖梅梁灣浮游甲殼動(dòng)物數(shù)量顯著高于東太湖，其年平均密度分別為144.7，77.1 ind./L。

（2）梅梁灣浮游甲殼動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種為無(wú)節(jié)幼體、角突網(wǎng)紋溞、簡(jiǎn)弧象鼻溞，其年平均密度分別為52.0，32.5，31.9 ind./L；而東太湖浮游甲殼動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種為無(wú)節(jié)幼體、簡(jiǎn)弧象鼻溞、中華窄腹劍水蚤，其年平均密度分別為27.6，17.6，13.5 ind./L。

（3）梅梁灣浮游甲殼動(dòng)物數(shù)量季節(jié)變化特征為冬、春季低，夏、秋季高；而東太湖則為春、夏季高，秋、冬季低。

（4）梅梁灣枝角類數(shù)量與水溫、葉綠素a、藻類數(shù)量、TP 存在顯著相關(guān)性，與溶解性TN 顯著負(fù)相關(guān)，梅梁灣橈足類數(shù)量與葉綠素a 濃度顯著負(fù)相關(guān)；東太湖橈足類數(shù)量與水溫顯著正相關(guān)，與SS 顯著負(fù)相關(guān)。