北京市溫榆河干流浮游生物的群落結(jié)構(gòu)研究

陳既元，趙 文，李 博，魏 杰，尹東鵬，時 曉，王 哲，王天宇

（1．大連海洋大學水產(chǎn)與生命學院，遼寧省水生生物學重點實驗室，遼寧大連 116023；2.北京市水生野生動植物救護中心，北京 102100）

浮游生物分為浮游動物和浮游植物，浮游植物是水中進行浮游生活，并能進行光合作用的一類光合自養(yǎng)生物[1]，個體壽命通常很短[2]，浮游植物對水環(huán)境變化十分敏感，水體中環(huán)境因子的改變直接或間接的影響著浮游植物的群落結(jié)構(gòu)[3]，其種類、豐度和生物量等群落結(jié)構(gòu)特征常被用于監(jiān)測和評價水環(huán)境[4-5]。浮游動物幾乎存在于各種類型水體中，以小型藻類、細菌為主要食物來源的微小動物[6]。浮游生物對水域生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)功能有著極其重要的影響，其群落結(jié)構(gòu)及數(shù)量的變化會對生態(tài)系統(tǒng)中生物和能量產(chǎn)生巨大影響[7]，在促進水生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)及維持湖泊生態(tài)系統(tǒng)平衡等方面起著十分重要的作用[8]。

溫榆河位于北京市東北部，從沙河水庫至通州區(qū)北關攔河閘，是北京市的重要河流,是城區(qū)主要的排水和防洪通道。目前對溫榆河浮游生物的研究較少而不系統(tǒng)，且只對溫榆河浮游動物[9]或浮游植物[10]進行零星調(diào)查研究。本文主要研究了2017年和2018年夏秋兩季北京溫榆河浮游動物和浮游植物的群落結(jié)構(gòu)，通過對浮游生物的種類組成、數(shù)量、密度變化規(guī)律等群落結(jié)構(gòu)特征的研究，闡明溫榆河浮游生物的群落結(jié)構(gòu)特征，旨在對溫榆河水體污染監(jiān)測和有效治理提供科學依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 采樣時間和地點設置

于2017年和2018年夏秋季節(jié)（6月和9月）分別在溫榆河1（N-40°11′65.71″）溫榆河2（E-116°36′01.86″）設置監(jiān)測樣站進行樣品收集，共采集4次，站位設置如圖1所示。

圖1 溫榆河采樣點示意圖

1.2 樣品的采集和處理

利用水生80型采水器采水，參照《養(yǎng)殖水環(huán)境化學實驗》[11]和《水生生物學實驗》[12]對溫榆河的水樣以及浮游生物進行采集，水樣采集后，現(xiàn)場對物理指標進行測定，化學指標和生物指標均帶回實驗室進行測定。在實驗室內(nèi)按照《內(nèi)陸水域漁業(yè)資源調(diào)查手冊》[13]和《水和廢水監(jiān)測規(guī)范》（第四版）[14]對采集水樣化學特征進行測定，采用分光光度計法對葉綠素a測定，使用Jeffrey-Humphery法進行含量計算[15]。浮游生物定性定量參照相關文獻進行[16-22]。

1.3 數(shù)據(jù)的測量和分析

水質(zhì)評價標準采用地表水環(huán)境質(zhì)量標準（GB 3838-2002）進行評價，營養(yǎng)狀態(tài)利用葉綠素a、總磷、透明度計算綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)MTSI和加權(quán)綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)TLI（Σ）[15]，

計算公式為：

式中：TLI（∑）表示綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；Wj表示第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的相關權(quán)重；TLI（j）表示第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)。

營養(yǎng)等級及評分值如表1所示。浮游生物指標有密度（N），生物量，Shannon-Wiener指數(shù)（H′），均勻度指數(shù)（J）和優(yōu)勢度，浮游生物密度、生物量、多樣性指數(shù)Shannon-Wiener指數(shù)H′和Pielou均勻度指數(shù)J均參照《水生生物學》進行計算[12]。優(yōu)勢種利用優(yōu)勢度Y（Y>0.02）確定。

表1 水質(zhì)類別與評分值對應表

浮游生物優(yōu)勢度（Y）用下式計算：

式中：ni為第i種的個體數(shù)，N為所有種類的的總個體數(shù)，fi為第i種的出現(xiàn)頻率。以Y>0.02的種類為優(yōu)勢種，當優(yōu)勢度Y＞0.3時，認為物種多樣性較好。數(shù)據(jù)分析采用SPSS軟件進行。

2 結(jié)果與分析

2.1 溫榆河水體理化因子

溫榆河水體理化特征總結(jié)于表2，由表2可見，總體而言，溫榆河透明度較低，平均值僅0.27m，葉綠素a含量在6.54μg/L—350.3μg/L之間，平均為124.9μg/L。氨氮含量較高，平均達0.931mg/L。與2017年相比，2018年溫榆河水體的pH值的有所升高，溶解氧含量上升，葉綠素的含量顯著上升，表明浮游植物的密度上升。其他水體指標并無明顯變化。

表2 溫榆河水體的理化特征

2.2 水體綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)和營養(yǎng)狀態(tài)等級

參考《湖泊（水庫）富營養(yǎng)化評價方法及分級技術(shù)規(guī)定》，根據(jù)水樣中葉綠素a（Chla），總磷（TP），和透明度（SD）進行水質(zhì)綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的計算和營養(yǎng)狀態(tài)等級的判斷。結(jié)果見表3，由表可知在2017年溫榆河1溫榆河2的營養(yǎng)狀態(tài)等級都是輕度富營養(yǎng)型，2018年溫榆河1溫榆河2的營養(yǎng)狀態(tài)等級都是重度富營養(yǎng)型。

表3 溫榆河綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)和營養(yǎng)狀態(tài)等級

2.3 浮游植物的群落結(jié)構(gòu)

2.3.1 浮游植物種類組成及分布

調(diào)查期間溫榆河共發(fā)現(xiàn)浮游植物104種，其中藍藻門20種，占比19%；硅藻門19種，占比18%；金藻門0種；黃藻門5種占比5%；隱藻門3種占比3%；甲藻門2種占比3%；裸藻門3種占比2%，綠藻門52種占比50%（圖2）。

圖2 溫榆河浮游植物種數(shù)百分比

2.3.2 浮游植物密度和生物量

溫榆河浮游植物的密度和生物量見圖3，密度和生物量百分比見圖4，溫榆河浮游植物的平均密度為15.03×106個/L，綠藻門最多，占比為53%，藍藻門次之，占總量的22%，硅藻門占13%，隱藻門占9%，甲藻門占2%，裸藻門占1%，黃藻門占0.3%。整體上看浮游植物密度的變化規(guī)律是秋季大于夏季，但在2018年9月溫榆河1的浮游植物密度較之前有著明顯下降。點位的平均生物量為8.804mg/L，以隱藻門占比最高，為29%，裸藻們和綠藻門次之，占總量的18%，甲藻門占16%，硅藻們占13%，藍藻門6%，黃藻門較少，為0.14%。從整體上看浮游植物生物量秋季大于夏季，但2018年溫榆河1秋季的生物量較夏季有少量下降。

圖3 溫榆河浮游植物密度和生物量的時空變化

圖4 溫榆河浮游植物的生物量和密度百分比

2.3.3 浮游植物優(yōu)勢度及優(yōu)勢種

溫榆河中浮游植物的優(yōu)勢種共有46種，藍藻門9種，如水華束絲藻 （Aphanizomenon flosaquqe），鈍頂節(jié)旋藻（Arthrospira platensis），小型色球藻（Chroococcus minor），微小色球藻（Chroococcus minutus）等，硅藻門7種如梅尼小環(huán)藻（Cyclotella meneghiniana），具星小環(huán)藻（Cyclotella stelligera）等，黃藻門2種小型黃絲藻（Heterotrichales minus），頭狀黃管藻（Ophiocytium capitatum），隱藻門2種嚙蝕隱藻（Cryptomonas erosa），卵形隱藻（Cryptomonas ovata），甲藻門1種光薄甲藻（Glenodinium gymnodinium），裸藻門1種尖尾裸藻（Euglena caudata），綠藻門24種如蛋白核小球藻（Chlorella pyrenoidosa），普通小球藻（Chlorella vulgaris），小空星藻（Coelastrum microporum），空星藻（Coelastrum sphaericum），十字藻（Crucigenia apiculata），斜生柵藻（Scenedesmus obliquus），四尾柵藻（Scenedesmus quadricauda），小形月牙藻（Selenastrum minutum）等。主要為硅藻門的梅尼小環(huán)藻，綠藻門的普通小球藻和四尾柵藻。

2.3.4 浮游植物的均勻度與多樣性指數(shù)

溫榆河浮游植物的多樣性和均勻度指數(shù)見圖5，2017年9月溫榆河1的多樣性指數(shù)最高，為5.10，2017年9月溫榆河2的多樣性指數(shù)最低，為1.70。2017年9月的溫榆河1均勻度指數(shù)最高，為0.90，同一時間的溫榆河2最低，為0.37。

圖5 溫榆河浮游植物多樣性與均勻度指數(shù)

2.3.5 浮游植物與環(huán)境因子間的典范對應分析

2017—2018年溫榆河的浮游植物與水體理化數(shù)據(jù)進行典范對應分析（CCA），并通過分析找出影響溫榆河浮游植物的關鍵環(huán)境驅(qū)動因子，見圖6。其中浮游植物密度（D）和與COD、Chl-a顯著相關，生物量（B）與TN顯著相關，多樣性指數(shù)（H）和均勻度指數(shù)（J）均與DO顯著相關。

圖6 溫榆河浮游植物與環(huán)境因子的CCA分析

2.4 浮游動物群落結(jié)構(gòu)

2.4.1 浮游動物物種統(tǒng)計

調(diào)查期間溫榆河浮游動物共計檢出113種，其中原生動物44種，占36%，輪蟲58種占比最多為47%，枝角類9種占比為7%，橈足類9種，占7%，兼性浮游動物3種，占3%（圖7）。

圖7 溫榆河浮游動物種數(shù)百分比

2.4.2 浮游動物的密度和生物量

溫榆河浮游動物的密度和生物量見圖8，各種類所占百分比見圖9，浮游動物平均密度為13 442個/L，輪蟲的密度最大，占總量的53%，原生動物占39%，枝角類占6%，橈足類占2%，兼性浮游動物占0.1%，整體上看浮游動物密度變化規(guī)律為秋季大于夏季，但在2018年9月溫榆河1的浮游動物密度比夏季要少。與浮游植物密度的變化趨勢相同。浮游動物的平均生物量為68 mg/L，枝角類生物量最多，占比為86%，橈足類占6%，原生動物和輪蟲各占4%，兼性浮游動物占0.1%，整體上看浮游動物生物量變化規(guī)律是秋季大于夏季，但2017年秋季溫榆河1的枝角類有明顯下降。

圖8 溫榆河浮游動物密度和生物量的時空變化

圖9 溫榆河浮游動物密度和生物量百分比

2.4.3 浮游動物的優(yōu)勢度及優(yōu)勢種

溫榆河內(nèi)浮游動物的優(yōu)勢種共32種，其中原生動物8種，如小單環(huán)櫛毛蟲（Didinium balbianii nanum），湖累枝蟲（Epistylis lacustrisc），腔裸口蟲（Holophrya atra），鐘形鐘蟲（Vorticella campanula），小口鐘蟲（Vorticella microstoma）等。輪蟲17種，如裂痕龜紋輪蟲（Anuraeopsis fissa），角突臂尾輪蟲（Brachionus angularis），針簇多肢輪蟲（Polyarthra trigla），暗小異尾輪蟲（Trichocerca pusilla），壺狀臂尾輪蟲（Brachionus urceus）等。枝角類3種，如微型裸腹溞（Moina micrura），近親裸腹溞（Moina affinis），隆線溞（Daphnia carinata）。橈足類1種透明溫劍水溞（Thermocyclops hyalinus）。兼性浮游動物1種線蟲（nematode）。主要是輪蟲類的裂痕龜紋輪蟲，角突臂尾輪蟲，針簇多肢輪蟲。其中針簇多肢輪蟲在各個時期均為優(yōu)勢種。

2.4.4 浮游動物的均勻度與多樣性指數(shù)

溫榆河浮游動物的多樣性和均勻度指數(shù)見圖10，2018年9月溫榆河1的浮游動物的多樣性指數(shù)最高，2018年6月溫榆河2的浮游動物多樣性指數(shù)最低，整體上看，浮游動物的多樣性指數(shù)秋季大于夏季，溫榆河1的多樣性指數(shù)大于溫榆河2。2018年9月的溫榆河1均勻度指數(shù)最高，同年6月的溫榆河2最低。從整體上看，浮游動物的均勻度也是秋季大于夏季，溫榆河1要大于溫榆河2。2017年秋季溫榆河1的均勻度較夏季有所下降，但幅度不大。

圖10 溫榆河浮游動物的多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)

2.4.5 浮游動物與環(huán)境因子間的典范對應分析

調(diào)查期間浮游動物與水體理化數(shù)據(jù)采用典范對應分析（CCA），見圖11。進而找出影響溫榆河浮游動物的環(huán)境因子。其中浮游動物生物量（B）與其他環(huán)境因子相關較小，密度（D）與COD，SD顯著相關，多樣性指數(shù)（H）和均勻度指數(shù)（J）均與TP，pH，NO2-N顯著相關。

圖11 溫榆河浮游動物與環(huán)境因子的CCA分析

3 討論

3.1 溫榆河浮游植物的群落結(jié)構(gòu)

溫榆河浮游植物群落主要種類組成顯示為綠藻-藍藻型，這個結(jié)果也與其他北方河流的研究結(jié)果基本上一致（表4）[23-28]。溫榆河浮游植物密度以綠藻門占比最多，這一結(jié)果與劉靜在2015年對溫榆河的研究結(jié)果出入較大[24]，主要原因可能是溫榆河污染程度加重，導致綠藻等大量繁殖，從種類數(shù)上來看，大于金沙江和五里湖[27-28]，略小于碧流河[29]，密度上遠大于金沙江和碧流河[27-29]，略小于五里湖[28]，生物量遠大于金沙江，五里湖和碧流河[27-29]，多樣性指數(shù)大于金沙湖和五里湖[27，28]，與碧流河相近[29]，從整體上看變化規(guī)律是秋季大于夏季，但在2018年9月溫榆河1的浮游植物密度較之前有著明顯下降，主要是綠藻門密度的大量減少。溫榆河的生物量從整體上看是秋季大于夏季，但18年溫榆河1秋季的生物量較夏季有下降。溫榆河中浮游植物的優(yōu)勢種主要是綠藻門的普通小球藻和四尾柵藻。2018年溫榆河1的優(yōu)勢種數(shù)量較2017年有明顯下降。溫榆河1點位多樣性從17年秋季后開始明顯下降并趨于平穩(wěn)，溫榆河2點位在2017年夏季明顯下降，從2017年秋季開始上升，兩個點位多樣性指數(shù)變化趨勢相反。2018年9月的溫榆河1在浮游植物密度和浮游植物生物量上都有一個明顯的下降，初步推測與綠藻的大量減少有關，但具體的原因需要進一步的研究。

表4 溫榆河浮游植物與其他水體的比較

3.2 溫榆河浮游動物的群落結(jié)構(gòu)

溫榆河浮游動物種類組成、密度及百分比均以輪蟲和原生動物為主，這一結(jié)果與李莉娜等（2008年）對溫榆河的研究結(jié)果相一致[25]。從種類上看，溫榆河的種類數(shù)較少，遠少于密云水庫、白河和碧流河，略小于滴水湖；多樣性大于滴水湖[30]，小于密云水庫和白河（表5）[31，32]，與碧流河相近[32]；密度遠高于滴水湖、密云水庫、白河和碧流河[30-32]；生物量也同樣遠高于這些河流[30-32]?？赡艿脑蚴撬w富營養(yǎng)化較為嚴重，朱瑩等（2021年）認為當原生動物和輪蟲物種數(shù)高，而枝角類和橈足類比較低時，說明水體營養(yǎng)物質(zhì)較為豐富[26]。本次研究結(jié)果與該結(jié)論一致，證明了溫榆河水體營養(yǎng)物質(zhì)含量較高，水體富營養(yǎng)化程度高，有進一步加劇污染的風險，應予以注意。溫榆河浮游動物的生物量主要組成是枝角類，輪蟲的密度最高，但生物量較小，可能是由于輪蟲的體積較枝角類小，從整體上看浮游動物生物量變化規(guī)律是秋季大于夏季，溫榆河2大于溫榆河1，但2017年秋季溫榆河1的枝角類有明顯下降，所以導致生物量的下降。溫榆河內(nèi)浮游動物的優(yōu)勢種主要是輪蟲，其中針簇多肢輪蟲在各個時期均為優(yōu)勢種。枝角類作為生物量的主要組成部分但是優(yōu)勢種很少，可能是溫榆河內(nèi)魚類的捕食和自身的競爭導致的。整體上看，浮游動物的多樣性指數(shù)秋季大于夏季，溫榆河1的多樣性指數(shù)大于溫榆河2。從整體上看，浮游動物的均勻度也是秋季大于夏季，溫榆河1要大于溫榆河2。但2017年秋季溫榆河1的均勻度較夏季有所下降，但幅度不大，主要是枝角類和橈足類有所下降。

表5 溫榆河浮游動物與其他水體的比較

3.3 溫榆河水體的富營養(yǎng)化程度

溫榆河的水體營養(yǎng)狀態(tài)在2017年為輕度富營養(yǎng)到2018年變?yōu)橹囟雀粻I養(yǎng)，表明了水體富營養(yǎng)化加重，從水體的理化數(shù)據(jù)來看，主要是葉綠素a大幅度增加，水中葉綠素a的含量反映了浮游植物的豐度，符合浮游植物密度的變化，所以水體富營養(yǎng)的加劇與浮游植物密度的大量增加相關而浮游植物密度的上升又浮游動物的密度下降相關，由此可見浮游動物、浮游植物和水體之間互相聯(lián)系，彼此影響。

4 結(jié)論

溫榆河共發(fā)現(xiàn)浮游植物104種，其中藍藻門20種，硅藻門19種，黃藻門5種，隱藻門3種，甲藻門2種，裸藻門3種，綠藻門52種。平均密度為15.03×106個/L，平均生物量為8.80 mg/L，優(yōu)勢種主要有硅藻門的梅尼小環(huán)藻，綠藻門的普通小球藻和四尾柵藻。

溫榆河共發(fā)現(xiàn)浮游動物113種，其中原生動物44種，輪蟲58種，枝角類9種，橈足類9種，兼性浮游動物3種。平均密度為1.34×104個/L，優(yōu)勢種主要是裂痕龜紋輪蟲、角突臂尾輪蟲和針簇多肢輪蟲。水體營養(yǎng)狀態(tài)在2017年為輕度富營養(yǎng)，到2018年變?yōu)橹囟雀粻I養(yǎng)。表明水體污染程度加劇，要引起重視，盡快加強治理。□