瀾滄江小灣庫區(qū)浮游動物群落結(jié)構(gòu)特征及水質(zhì)綜合評價

王 濤，彭 夢，李羅新，何秋杰，吳澤成，習(xí)佑軍，譚鳳霞，高 雷，柴 毅

(1.長江大學(xué)濕地生態(tài)與農(nóng)業(yè)利用教育部工程研究中心/長江大學(xué)農(nóng)學(xué)院/長江大學(xué)動物科學(xué)學(xué)院，湖北荊州 434025；2.中國水產(chǎn)科學(xué)研究院長江水產(chǎn)研究所，武漢 430223；3.云南小灣生態(tài)漁業(yè)有限公司，云南鳳慶 677000)；4.荊州市動物疫病預(yù)防控制中心，湖北荊州 434020)

浮游動物是水域生態(tài)系統(tǒng)中主要初級消費者類群，同時也是濾食性魚類如鰱、鳙等高級營養(yǎng)級水生動物的重要天然餌料，在能量傳遞、物質(zhì)循環(huán)、維持食物網(wǎng)豐富性和穩(wěn)定性等環(huán)節(jié)具有重要調(diào)控作用。浮游動物對水環(huán)境變化極為敏感，其種類組成、豐度、生物量等群落結(jié)構(gòu)特征常被作為評價水域生態(tài)系統(tǒng)狀況及預(yù)測變化趨勢的的重要指標(biāo)，目前浮游動物作為水體污染的指示生物被廣泛應(yīng)用。

瀾滄江小灣水庫位于云南臨滄市與大理白族自治區(qū)和保山市交界處，由西支干流瀾滄江與東支支流黑惠江組成，小灣水壩于2010年蓄水運行，以發(fā)電為主，兼有防洪、灌溉、攔沙及航運等功能，水庫正常蓄水位1 242 m，總庫容1.49×10m。通常大型水利工程的修建往往會改變水環(huán)境格局，如水域自然連通狀況和生物格局，以及魚類、高等水生植物與浮游生物等群落結(jié)構(gòu)特征，加之流速、水深、水溫等系列水文特征的綜合環(huán)境因子變化，極易引起水體富營養(yǎng)化。小灣庫區(qū)位于瀾滄江下游河段，屬典型的高山-峽谷地貌，具有較大的社會、經(jīng)濟和科研價值，目前圍繞小灣庫區(qū)相關(guān)研究包括地震地質(zhì)、重金屬等，水域生態(tài)學(xué)相關(guān)研究主要包括底棲動物、微生物、浮游植物、消落帶生態(tài)及營養(yǎng)鹽等。

小灣水庫地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，5-10月為豐水期，雨量充沛，攜帶土壤中營養(yǎng)鹽流入，導(dǎo)致水庫庫區(qū)水體中氮磷營養(yǎng)鹽含量增加。夏季較高的水溫與營養(yǎng)鹽是大多數(shù)浮游動物生長的基礎(chǔ)，且對于大多數(shù)春季產(chǎn)卵魚類，食物的充足與水環(huán)境健康狀況對當(dāng)年生幼魚快速生長極為重要。因此，本研究于2017-2019年夏季連續(xù)三年對小灣庫區(qū)干流和支流進行調(diào)查分析，運用多種評價方法，通過浮游動物群落結(jié)構(gòu)特征和水環(huán)境因子的時空變化進行綜合水質(zhì)評價，有助于建立小灣庫區(qū)完整的水環(huán)境監(jiān)測評價體系和生態(tài)環(huán)境管理機制，從而為小灣庫區(qū)水生生物保護、生態(tài)修復(fù)和功能恢復(fù)提供科學(xué)依據(jù)和重要參考，實現(xiàn)瀾滄江流域的可持續(xù)發(fā)展與利用。

1 材料與方法

1.1 采樣點設(shè)置

參照《水域生態(tài)系統(tǒng)觀測規(guī)范》并根據(jù)實際水域形態(tài)、水域階段劃分及水文特征共設(shè)置16個采樣點(圖1)，其中干流瀾滄江(L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8、L9)9個、支流黑惠江(H1、H2、H3、H4、H5、H6)6個，靠近小灣大壩(DW)1個，分別于2017、2018、2019年8月(夏季)采樣調(diào)查。

圖1 瀾滄江小灣庫區(qū)采樣點分布

1.2 樣品采集處理

浮游動物樣本使用采水器(5.0 L)在表層至透明度的1、2、3倍處取水混合，水樣的采集參考《水域生態(tài)系統(tǒng)觀測規(guī)范》和《水生生物學(xué)》中樣品采集方法。種類鑒定參考《中國淡水輪蟲志》、《中國常見淡水枝角類檢索》。使用光學(xué)顯微鏡(XSM-20，寧波舜宇儀器有限公司)進行種類鑒定和計數(shù)，除無節(jié)幼體與橈足幼體外，其余種類均鑒定到種。

用多參數(shù)水質(zhì)分析儀(HQ40D，USA)現(xiàn)場測定溶解氧(DO)、pH值和水溫(WT)，塞氏盤測定透明度(SD)?？倯腋∥?TSS)、氨氮(NH-N)、硝酸鹽氮(NO-N)、亞硝酸鹽氮(NO-N)、化學(xué)需氧量(COD)、總磷(TP)和總氮(TN)等指標(biāo)按照國家水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)GB3828-2002在實驗室測定。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

1.3.1 浮游動物群落結(jié)構(gòu)特征指數(shù)及富營養(yǎng)化評價

浮游動物豐度與生物量計算參考《水生生物學(xué)》，富營養(yǎng)化評價標(biāo)準(zhǔn)參考何志輝的方法。浮游動物優(yōu)勢種采用Mcnaughton優(yōu)勢度指數(shù)(≥0.02)來確定。群落結(jié)構(gòu)特征采用Shannon-Wiener多樣性指數(shù)()、Pielou均勻度指數(shù)()、Margalef豐富度指數(shù)()分析，富營養(yǎng)化評價標(biāo)準(zhǔn)參考黃玉瑤的方法。各指數(shù)計算公式如下：

Mcnaughton優(yōu)勢度指數(shù)()：=()×

Margalef豐富度指數(shù)()：=(-1)ln

式中：為群落中物種的總密度；為第個物種的密度；為該種在個采樣點出現(xiàn)的頻率；為總種類數(shù)。

1.3.2 水質(zhì)評價標(biāo)準(zhǔn)

依據(jù)中國環(huán)境監(jiān)測總站制定的《湖泊水庫富營養(yǎng)化評價方法及分級技術(shù)規(guī)定，2001年9月》，采用綜合營養(yǎng)指數(shù)法，選取葉綠素()、TP、TN、SD、COD共5項水質(zhì)指標(biāo)，計算公式如下：

()=10[2.5+1.086ln()]

(TN)=10[5.53+1.694ln(TN)]

(TP)=10[9.436+1.624ln(TP)]

(SD)=10[5.118-1.94ln(SD)]

(COD)=10[0.109+2.661ln(COD)]

(Σ)=[)×()+(TP)×(TP)+(TN)×(TN)+(SD)×(SD)

(∑)=∑×()

式中：()為第種水質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)參數(shù)，為第種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的相關(guān)權(quán)重系數(shù)，綜合營養(yǎng)指數(shù)的評判標(biāo)準(zhǔn)參考王明翠等。

數(shù)據(jù)預(yù)處理采用Excel2016進行，分析作圖采用SPSS20、GraphPad Prism8進行。

2 結(jié)果與分析

2.1 浮游動物群落結(jié)構(gòu)特征

2.1.1 浮游動物種類組成、豐度和生物量

瀾滄江小灣庫區(qū)2017-2019年夏季共鑒定出浮游動物4門54種，其中輪蟲30種，占比55.56%；原生動物10種，占比18.52%；枝角類9種，占比16.67%；橈足類5種，占比9.26%。

浮游動物豐度與生物量在各采樣點分布如圖2所示。2017年浮游動物豐度范圍為1.05～7.35 ind./L，生物量范圍為0.82～7.28 mg/L，從采樣點來看，干流瀾滄江豐度最高在L2(6.05 ind./L)，生物量最高在L4(3.62 mg/L)，支流黑惠江豐度最高在H6(7.95 ind./L)，生物量最高在H3(3.94 mg/L)。2018年游動物豐度范圍為0.90～13.75 ind./L，生物量范圍為0.34～9.17 mg/L，干流瀾滄江豐度最高在L9(6.65 ind./L)，生物量最高在L8(4.31 mg/L)，支流黑惠江豐度與生物量最高均在H2(11.80 ind./L、8.97 mg/L)。2019年浮游動物豐度范圍為3.10～22.10 ind./L，生物量范圍為0.66～12.31 mg/L，干流瀾滄江豐度最高在L7(15.00 ind./L)，生物量最高在L8(4.87 mg/L)，支流黑惠江豐度與生物量最高均在H3(16.75 ind./L、7.49 mg/L)；大壩水域豐度與生物量均較高，且呈逐年上升趨勢，分別為7.35 ind./L、7.28 mg/L；13.75 ind./L、9.17 mg/L；22.10 ind./L、12.31 mg/L。瀾滄江小灣庫區(qū)優(yōu)勢種以輪蟲為主，其輪蟲豐度與生物量呈逐年上升趨勢(27.60 ind./L、0.15 mg/L；50.50 ind./L、3.93 mg/L、71.35 ind./L、8.80 mg/L)，如圖3所示，其浮游動物豐度與生物量整體上呈逐年上升趨勢，干流瀾滄江豐度與生物量趨勢一致，均呈逐年上升趨勢，均值分別為3.59 ind./L、2.29 mg/L；3.86 ind./L、2.30 mg/L；6.68 ind./L；2.60 mg/L，2017與2018年浮游動物生物量差異較??；支流黑惠江浮游動物豐度呈逐年上升趨勢，生物量呈先升后降趨勢，均值分別為5.06 ind./L、3.21 mg/L；7.51 ind./L、4.61 mg/L；13.70 ind./L、4.31 mg/L。

圖2 2017-2019年瀾滄江小灣庫區(qū)各采樣點浮游動物豐度與生物量

圖3 2017-2019年瀾滄江小灣庫區(qū)浮游動物豐度與生物量

2.1.2 浮游動物優(yōu)勢種

浮游動物優(yōu)勢種(Y≥0.02)分布由表1可知，2017-2019年小灣庫區(qū)浮游動物優(yōu)勢種數(shù)量分別為10、12、8種，其中無節(jié)幼體()、湯匙華哲水蚤()、廣布中劍水蚤()、長刺異尾輪蟲()、裂足臂尾輪蟲()是三年共有優(yōu)勢種。2017年優(yōu)勢種中，輪蟲和橈足類均為4種，枝角類2種；2018年優(yōu)勢種中，輪蟲7種、枝角類2種和橈足類3種；2019年優(yōu)勢種中，橈足類4種、輪蟲3種和原生動物1種。除無節(jié)幼體()外，優(yōu)勢度指數(shù)較高(Y≥0.1)的種類有長肢秀體溞()、長額象鼻溞()、曲腿龜甲輪蟲()、裂足臂尾輪蟲(2017,2019年)。

表1 2017-2019年瀾滄江小灣庫區(qū)浮游動物優(yōu)勢度指數(shù)及優(yōu)勢種

2.1.3 浮游動物群落結(jié)構(gòu)特征指數(shù)變化

如圖4所示，2017-2019年Shannon-Wiener多樣性指數(shù)的變化范圍分別為0.063～0.247、0.049～0.282、0.075～0.270，干流多樣性指數(shù)均值分別為0.187、0.199、0.206，支流分別為0.156、0.140、0.141；Pielou均勻度指數(shù)變化范圍分別為0.036～0.107、0.013～0.081、0.022～0.079，干流均勻度指數(shù)均值分別為0.081、0.057、0.06，支流為0.680、0.040、0.041，以上均處于重污染狀態(tài)；Margalef豐富度指數(shù)的變化范圍為1.603～2.646、1.022～4.340、0.596～2.680，干流豐富度均值分別為2.093、2.728、1.633，支流為1.936、2.638、1.607，2017年整體處于中污染狀態(tài)，2018年干流L1、L5、L7處于輕污染狀態(tài)，2019年干流L5處于重污染狀態(tài)，其余各采樣點均處于中污染狀態(tài)，且干流污染程度均小于支流黑惠江。

圖4 2017-2019年瀾滄江小灣庫區(qū)各采樣點浮游動物群落結(jié)構(gòu)特征指數(shù)

2.2 小灣庫區(qū)水環(huán)境因子及水質(zhì)綜合評價

水質(zhì)理化因子時空變化結(jié)果如表2所示，WT范圍為21.45～33.80 ℃，干流瀾滄江水溫略低于支流黑惠江；pH值范圍為6.84～9.52，庫區(qū)水質(zhì)整體偏堿性；SD范圍為0.20～1.35 m，采樣點L1、L2透明度最低。TSS范圍為0.50～32.50 mg/L，干流瀾滄江高于支流黑惠江，且各采樣點變化顯著。

表2 2017-2019年瀾滄江小灣庫區(qū)水體理化指標(biāo)

如圖5所示，2017-2019年綜合營養(yǎng)指數(shù)()分別為56.61、60.58、61.59，呈整體逐年上升趨勢。從干流瀾滄江9個采樣點來看，2017年有1個采樣點處于中營養(yǎng)狀態(tài)，2個采樣點處于中度富營養(yǎng)狀態(tài)，其余6個采樣點均處于輕度富營養(yǎng)狀態(tài)；2018年有6個采樣點處于中度富營養(yǎng)狀態(tài)，其余3個采樣點處于輕度富營養(yǎng)狀態(tài)；2019年有5個采樣點處于中度富營養(yǎng)狀態(tài)，其余4采樣點處于輕度富營養(yǎng)狀態(tài)。從支流黑惠江6個采樣點來看，處于輕度富營養(yǎng)化水平的采樣點數(shù)量分布狀況為2017年3個、2018年5個、2019年1個，其余采樣點均處于中度富營養(yǎng)化水平。DW綜合營養(yǎng)指數(shù)值呈上升趨勢，呈輕度富營養(yǎng)-中度富營養(yǎng)水平。

圖5 2017-2019年瀾滄江小灣庫區(qū)各采樣點綜合營養(yǎng)指數(shù)及水質(zhì)評價

3 討論

3.1 小灣庫區(qū)浮游動物群落結(jié)構(gòu)特征

浮游動物作為水域生態(tài)環(huán)境中的初級消費者，同時受到水生動物和浮游植物的影響，浮游植物的豐度、生物量和種類組成直接影響著浮游動物的種類組成和分布。本次調(diào)查共鑒定出浮游動物4門54種，其種類組成以輪蟲占比最高(55.56%)。輪蟲具有生長繁殖速度快等特點，能在很短時間內(nèi)達到較高的豐度，且能快速適應(yīng)河流水文條件和理化環(huán)境的變化。相關(guān)研究表明，浮游動物豐度與生物量隨著水體營養(yǎng)水平的上升而增加，得益于小型浮游動物如輪蟲數(shù)量的增加。本次調(diào)查中，輪蟲豐度與生物量呈逐年上升趨勢，可能與小灣庫區(qū)夏季外源污染嚴重有關(guān)，導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化程度較高，不利于大型浮游動物生長繁殖，這與張佳敏等的研究結(jié)果相似。

浮游動物群落結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與優(yōu)勢種種類數(shù)和豐度關(guān)系尤為重要，優(yōu)勢種種類越多，優(yōu)勢度越小，代表著群落結(jié)構(gòu)越復(fù)雜、穩(wěn)定。本研究中2017-2019年夏季浮游動物優(yōu)勢種分別為10、12、8種，以裂足臂尾輪蟲、曲腿龜甲輪蟲、針簇多肢輪蟲、長刺異尾輪蟲為主要優(yōu)勢種群。其中臂尾輪蟲屬、龜甲輪蟲屬、多肢輪蟲屬多出現(xiàn)在富營養(yǎng)化水體中，為典型富營養(yǎng)化水體指示物種，異尾輪蟲屬多出現(xiàn)在貧營養(yǎng)水體中，為典型貧營養(yǎng)水體指示物種。且小灣庫區(qū)優(yōu)勢種種類數(shù)偏低，群落結(jié)構(gòu)單一，穩(wěn)定性差，表明小灣庫區(qū)生態(tài)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，富營養(yǎng)化程度有升高趨勢，相似結(jié)果在漢城湖和微山湖中也有體現(xiàn)。

3.2 小灣庫區(qū)水環(huán)境富營養(yǎng)綜合評價

一般認為浮游動物豐度與水體營養(yǎng)鹽呈正相關(guān)，水體污染狀況與浮游動物多樣性指數(shù)呈負相關(guān)。種類組成與群落結(jié)構(gòu)能及時反映水體污染程度及預(yù)測污染發(fā)展趨勢，種類數(shù)增加、豐度降低和均勻度增加則表明水體污染狀況改善。

本次調(diào)查結(jié)果顯示，干流瀾滄江浮游動物的豐度與生物量均小于支流黑惠江，表明干流富營養(yǎng)化程度較支流低，這與吳嘉偉等通過浮游植物的富營養(yǎng)化評價結(jié)果有較好的一致性。其原因可能與小灣庫區(qū)周圍地形地貌及水文環(huán)境有關(guān)。環(huán)境因子及其他水生生物通過食物鏈作用均可以對浮游動物的豐度與生物量變化產(chǎn)生較大影響，支流水流較緩，透明度小于干流，加之周圍居民生活污水的外源營養(yǎng)輸入等導(dǎo)致支流氮磷營養(yǎng)鹽濃度較高，這一定程度上刺激了浮游植物生長繁殖，進而導(dǎo)致支流浮游動物豐度和生物量的增加。這與楊瀟等在鄱陽湖研究結(jié)果一致。此外，溫度也是影響浮游動物種類組成、豐度和生物量的關(guān)鍵因子之一。

用Shannon-Wiener多樣性指數(shù)()和Pielou指數(shù)()判斷2017-2019年夏季各采樣點水體均處于重污染狀態(tài)，Margalef豐富度指數(shù)()表明各采樣點水體處于輕污染-重污染狀態(tài)。Pielou指數(shù)小于0.5，表明浮游動物種類數(shù)少，均勻度較差，但豐富度較高。結(jié)果表示瀾滄江小灣庫區(qū)干流污染程度均小于支流，其原因可能是支流流速較緩，隨著水體營養(yǎng)水平的升高，導(dǎo)致生物多樣性和均勻度降低。本研究中浮游動物群落結(jié)構(gòu)指數(shù)結(jié)果與蘭波等的研究結(jié)果呈現(xiàn)相同趨勢。

參考地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，水體中TN、TP、COD等多項指標(biāo)符合或超過Ⅲ類水標(biāo)椎，由此推斷小灣庫區(qū)水體處于Ⅲ類水狀態(tài)，根據(jù)綜合營養(yǎng)指數(shù)、TP、TN、SD、COD五項結(jié)果顯示各采樣點水體處于輕度-中度富營養(yǎng)化狀態(tài)，這與魏洪祥等研究結(jié)果呈相同趨勢，且2018-2019年部分采樣點接近富營養(yǎng)化狀態(tài)，其原因可能是豐水期降雨量大，土壤營養(yǎng)鹽流入庫區(qū)，導(dǎo)致水體中營養(yǎng)物質(zhì)含量增加，生物多樣性減少，使庫區(qū)富營養(yǎng)化程度逐年上升。

從以上分析評價結(jié)果可知，浮游動物豐度與生物量、群落結(jié)構(gòu)特征指數(shù)(、、)及綜合營養(yǎng)指數(shù)()對水體富營養(yǎng)化程度評價結(jié)果略有差異，其原因可能是由于采樣時間處于夏季豐水期，降雨量較大，水位上升及地表徑流導(dǎo)致的營養(yǎng)鹽水平變化等理化因子導(dǎo)致；2018年小灣庫區(qū)拆圍，人工投放濾食性鰱鳙魚類，導(dǎo)致浮游動物群落逐漸小型化。經(jīng)綜合多參數(shù)分析結(jié)果表明，小灣庫區(qū)整體處于中度富營養(yǎng)化-富營養(yǎng)化水平，且富營養(yǎng)化程度有升高趨勢，其中干流瀾滄江富營養(yǎng)化水平較支流黑惠江低，其中部分點位氮磷營養(yǎng)鹽含量較高，支流浮游植物和浮游動物密度均較高，初級生產(chǎn)力充足，可適當(dāng)放養(yǎng)草食性、濾食性鰱鳙魚類，以達到控制浮游植物密度，充分利用水域中天然餌料資源，有效利用水體魚產(chǎn)力，達到減緩水體富營養(yǎng)程度的目的。

4 結(jié)論

通過浮游動物豐度生物量、群落結(jié)構(gòu)特征指數(shù)及綜合營養(yǎng)指數(shù)可以反映出小灣庫區(qū)富營養(yǎng)化程度。瀾滄江小灣庫區(qū)于2017-2019年夏季共鑒定出浮游動物4門54種，其中以輪蟲為主要優(yōu)勢種群，原生動物次之；支流黑惠江TN、TP含量較干流高，導(dǎo)致小灣庫區(qū)以小型浮游動物為主，且浮游動物豐度與生物量呈逐年上升趨勢，支流黑惠江豐度與生物量大于干流?；诟∮蝿游锶郝浣Y(jié)構(gòu)特征指數(shù)及綜合營養(yǎng)指數(shù)對小灣庫區(qū)進行水質(zhì)評價，結(jié)果表明小灣庫區(qū)水質(zhì)整體處于中度富營養(yǎng)化-富營養(yǎng)化水平。