安格莊水庫浮游生物群落季節(jié)演替及鰱、鳙魚產(chǎn)力評(píng)估

趙 祺，張秀文，于 佳，葉 敏，崔 晨，石保佳，侯 潤(rùn)，齊遵利

( 河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 海洋學(xué)院，河北 秦皇島 066003 )

浮游生物是水域生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，其在物質(zhì)轉(zhuǎn)化、能量流動(dòng)和信息傳遞等過程中起著重要作用[1]。浮游生物為魚類的天然餌料，分析浮游生物群落結(jié)構(gòu)特征和多樣性的變動(dòng)，并評(píng)估其資源量，有助于增強(qiáng)對(duì)整個(gè)水域生態(tài)系統(tǒng)功能的理解[2-3]。

安格莊水庫位于河北省保定市易縣境內(nèi)的大清河北支中易水河，是以防洪、灌溉為主的大(Ⅱ)型水利樞紐工程。該水庫流域面積為476 km2，總庫容3.09億m3，調(diào)洪庫容1.847億m3，興利庫容1.4億m3。地貌主要以丘陵為主，屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，多年平均降水量588.0 mm，降水量年內(nèi)分配極不均勻，全年80%降水量集中在夏、秋季節(jié)[4]。

為保證庫區(qū)水質(zhì)安全穩(wěn)定，更好地發(fā)揮凈水漁業(yè)的作用，并全面了解安格莊水庫資源現(xiàn)狀，筆者于2019年春季、夏季和秋季對(duì)庫區(qū)浮游生物群落結(jié)構(gòu)及其演替變化和鰱(Hypophthalmichthysmolitrix)、鳙(Aristichthysnobilis)魚產(chǎn)力進(jìn)行分析評(píng)估，從環(huán)境保護(hù)的角度，確定漁業(yè)的環(huán)境容納量，并提出相關(guān)養(yǎng)護(hù)建議，倡導(dǎo)“以水為中心”的理念，發(fā)展“保水漁業(yè)”，為改善庫區(qū)水質(zhì)生態(tài)環(huán)境和促進(jìn)漁業(yè)資源綠色發(fā)展提供參考。

1 材料與方法

1.1 采樣點(diǎn)設(shè)置

筆者于2019年春季、夏季和秋季對(duì)安格莊水庫進(jìn)行3次采樣。根據(jù)水庫地理形態(tài)、面積及水文等特點(diǎn)，在水庫上游、中游和下游區(qū)域及水庫的入水口、出水口等位置共設(shè)置10個(gè)采樣點(diǎn)(圖1)。

圖1 安格莊水庫采樣點(diǎn)分布Fig.1 Distribution of sampling sites in Angezhuang Reservoir

1.2 樣品采集和檢測(cè)方法

浮游植物和浮游動(dòng)物的采集、處理及定性、定量均參照《內(nèi)陸水域漁業(yè)自然資源調(diào)查手冊(cè)》[5]進(jìn)行。每個(gè)采樣點(diǎn)根據(jù)實(shí)際水深設(shè)定采樣水層。一般分為上、中、下3層，水淺處分上、下2層或僅上層。按規(guī)定，上層水樣在距水面以下0.5 m處取樣，中層水樣在水深5 m處采樣，底層水樣在距離底部0.5 m處取樣。

浮游植物和浮游動(dòng)物種類鑒定參照《水生生物學(xué)》[6]和《淡水微型生物與底棲動(dòng)物圖譜》[7]，并按照浮游生物的平均濕質(zhì)量計(jì)算1 L水中浮游動(dòng)植物的生物量。

1.3 浮游生物密度

浮游植物密度的計(jì)算公式為:

N=AC/(AF×NF)×(V1/V2)×NP

(1)

式中，N為1 L水中浮游植物數(shù)量(個(gè)/L)，AC為計(jì)數(shù)框面積(mm2)，AF為每片計(jì)數(shù)的視野面積(mm2)，NF為計(jì)數(shù)過的視野數(shù)(個(gè))，V1為1 L水樣濃縮后的體積(mL)，V2為計(jì)數(shù)框容積(mL)，NP為計(jì)數(shù)框內(nèi)所得浮游植物數(shù)量(個(gè))[8]。

浮游動(dòng)物密度的計(jì)算公式為：

N=(Vs×n)/(V×Va)

(2)

式中，N為1 L水中浮游動(dòng)物總數(shù)量(個(gè)/L)，n為計(jì)數(shù)所得到的浮游動(dòng)物個(gè)體數(shù)量(個(gè))，Vs為沉淀體積(mL)，V為采樣體積(L)，Va為計(jì)算體積(mL)[9]。

1.4 浮游生物多樣性

運(yùn)用優(yōu)勢(shì)度指數(shù)來確定浮游生物優(yōu)勢(shì)種。優(yōu)勢(shì)度指數(shù)可以體現(xiàn)某一物種在群落中的地位，根據(jù)種類優(yōu)勢(shì)度公式計(jì)算各種生物的優(yōu)勢(shì)度，將優(yōu)勢(shì)度大于0.02的生物定為優(yōu)勢(shì)種[10]。

Y=Ni/N×fi

(3)

式中，Y為優(yōu)勢(shì)度指數(shù)，Ni為水樣中第i物種的數(shù)量(個(gè)/L)，N為所有物種的總數(shù)量(個(gè)/L)，fi為該物種在所有物種中出現(xiàn)的頻率。

運(yùn)用香農(nóng)—維納多樣性指數(shù)來表示浮游生物的物種多樣性，多樣性指數(shù)反映生物群落結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，其值越大，表明群落結(jié)構(gòu)越復(fù)雜[6]。

香農(nóng)—維納多樣性指數(shù)計(jì)算公式為：

H′=-∑(Ni/N) log2(Ni/N)

(4)

式中，H′為香農(nóng)—維納多樣性指數(shù)，Ni為水樣中第i物種的數(shù)量(個(gè)/L)，N為所有物種的總數(shù)量(個(gè)/L)。

運(yùn)用Pielou均勻度指數(shù)來表示浮游生物的均勻度，Pielou均勻度指數(shù)可以體現(xiàn)某一物種群落在環(huán)境中的分布情況。

均勻度指數(shù)計(jì)算公式為：

J′=H′/ln (S)

(5)

式中，J′為Pielou均勻度指數(shù)，S為水樣中總種類數(shù)。

1.5 鰱、鳙魚產(chǎn)力評(píng)估

根據(jù)朱文靜等[11]的計(jì)算方法預(yù)測(cè)安格莊水庫的鰱、鳙魚產(chǎn)力。

F=B×(P/B)×μ/K

(6)

式中，F(xiàn)為浮游生物魚產(chǎn)力(t)，B為浮游生物生物量(mg/L)，P/B為浮游生物年生產(chǎn)量與年平均生物量之比，μ為浮游生物利用率(%)，K為餌料系數(shù)。根據(jù)安格莊水庫形態(tài)與自然環(huán)境特征，參照文獻(xiàn)[12]進(jìn)行測(cè)算：浮游植物P/B系數(shù)取75，最大利用率μ取30%，餌料系數(shù)K取100；浮游動(dòng)物P/B系數(shù)取20，浮游動(dòng)物最大利用率μ取25%，浮游動(dòng)物餌料系數(shù)K取10[13]。

1.6 合理放養(yǎng)量

SR=(F/R)×(1/r)

(7)

式中，SR為合理放養(yǎng)量(萬尾)，F(xiàn)為浮游生物魚產(chǎn)力(t)，R為捕撈規(guī)格(kg/尾)，r為回捕率(%)。根據(jù)水庫要求，鰱、鳙捕撈規(guī)格R要達(dá)到2.5 kg/尾。鰱、鳙回捕率r參考文獻(xiàn)[11]，分別取40%和20%。

1.7 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 19.0軟件對(duì)浮游生物種類、多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)、生物量等相關(guān)指標(biāo)的季節(jié)差異進(jìn)行單因子分析。

2 結(jié) 果

2.1 浮游植物

2.1.1 浮游植物群落結(jié)構(gòu)

安格莊水庫2019年春季、夏季和秋季共鑒定出浮游植物8門49屬96種，其中：硅藻門14屬29種，占浮游植物總數(shù)的30.21%；綠藻門16屬34種，占浮游植物總數(shù)的35.42%；藍(lán)藻門7屬15種，占浮游植物總數(shù)的15.62%；隱藻門1屬2種，占浮游植物的2.08%；金藻門3屬4種，占浮游植物總數(shù)的4.17%；其他藻門8屬12種，占浮游植物總數(shù)的12.50%。從季節(jié)上看，浮游植物種類數(shù)量夏季>秋季>春季，夏季極顯著高于春季和秋季(P<0.01)，而秋季略高于春季，但差異不顯著(P>0.05)。種類數(shù)量季節(jié)變化情況見表1。

表1 浮游植物種類數(shù)變化情況Tab.1 The changes in the number of phytoplankton species

2.1.2 浮游植物密度與生物量

安格莊水庫浮游植物密度秋季(1.14×105個(gè)/L)>春季(1.11×105個(gè)/L)>夏季(0.60×105個(gè)/L)，平均為0.95×105個(gè)/L(圖2)。經(jīng)測(cè)算可知，秋季略高于春季，但差異不顯著(P>0.05)，秋季和春季浮游植物密度均極顯著高于夏季(P<0.01)。

安格莊水庫浮游植物生物量與密度變化趨勢(shì)一致，秋季(8.66 mg/L)>春季(6.07 mg/L)>夏季(4.90 mg/L)，平均為6.54 mg/L(圖2)。經(jīng)測(cè)算可知，春季浮游植物生物量高于夏季，但無顯著關(guān)系(P>0.05)，秋季則極顯著高于春季和夏季(P<0.01)。

圖2 浮游植物密度和生物量變化Fig.2 Changes in phytoplankton density and biomass

2.1.3 浮游植物優(yōu)勢(shì)種及多樣性

安格莊水庫2019年各季節(jié)浮游植物優(yōu)勢(shì)種見表2，有3門9種，其中硅藻門4種，綠藻門2種，藍(lán)藻門3種。春季浮游植物呈“硅藻—藍(lán)藻”的類型特征，夏、秋季節(jié)浮游植物均呈“硅藻—綠藻”型。

表2 不同季節(jié)優(yōu)勢(shì)種變化情況Tab.2 The changes in dominant species of phytoplankton in different seasons

安格莊水庫浮游植物多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)具體變化情況見圖3。多樣性指數(shù)為0.48～1.00，平均為0.74；春季多樣性指數(shù)極顯著高于夏、秋季(P<0.01)，秋季略高于夏季但無顯著差異(P>0.05)。均勻度指數(shù)為0.15～0.31，平均為0.24；在季節(jié)變化上與多樣性指數(shù)一致，春季極顯著高于夏秋兩季(P<0.01)，秋季高于夏季，但差異不顯著(P>0.05)。

圖3 浮游植物多樣性變化情況Fig.3 The changes in phytoplankton diversity

2.2 浮游動(dòng)物

2.2.1 浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，3次采樣鑒定出浮游動(dòng)物4大類83種。其中：原生動(dòng)物18種，占浮游動(dòng)物總數(shù)的21.69%；輪蟲30種，占浮游動(dòng)物總數(shù)的36.14%；橈足類22種，占浮游動(dòng)物總數(shù)的26.51%；枝角類13種，占浮游動(dòng)物總數(shù)的15.66%。該水庫浮游動(dòng)物種類數(shù)量占比依次為輪蟲>橈足類>原生動(dòng)物>枝角類。

浮游動(dòng)物3個(gè)季節(jié)種類數(shù)量變化情況見圖4。春季調(diào)查鑒定出浮游動(dòng)物4大類51種，其中原生動(dòng)物12種、輪蟲14種、橈足類16種、枝角類9種。夏季調(diào)查鑒定出浮游動(dòng)物4大類35種，其中原生動(dòng)物5種、輪蟲18種、橈足類5種、枝角類7種。秋季調(diào)查鑒定出浮游動(dòng)物4大類38種，其中原生動(dòng)物6種、輪蟲15種、橈足類8種、枝角類9種。3個(gè)季節(jié)中浮游動(dòng)物種類數(shù)量無顯著差異(P>0.05)，春季>秋季>夏季。

圖4 浮游動(dòng)物種數(shù)量變化情況Fig.4 The changes in the number of zooplankton species

2.2.2 浮游動(dòng)物密度及生物量

安格莊水庫浮游動(dòng)物密度夏季(6268.46個(gè)/L)>春季(5271.72個(gè)/L)>秋季(4222.94個(gè)/L),平均為5254.37個(gè)/L(圖5)。經(jīng)測(cè)算可知，3個(gè)季節(jié)浮游動(dòng)物密度均無顯著差異(P>0.05)。

安格莊水庫浮游動(dòng)物生物量變化情況與密度一致，為夏季(6.44 mg/L)>春季(5.72 mg/L)>秋季(4.88 mg/L)，平均為5.68 mg/L(圖5)。經(jīng)測(cè)算可知，3個(gè)季節(jié)浮游動(dòng)物生物量均無顯著差異(P>0.05)。

圖5 浮游動(dòng)物密度和生物量變化Fig.5 Changes in zooplankton density and biomass

2.2.3 浮游動(dòng)物多樣性

安格莊水庫浮游動(dòng)物多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)具體變化情況見圖6。多樣性指數(shù)為0.02～0.71，平均為0.44；春季浮游動(dòng)物多樣性指數(shù)顯著高于夏季(P<0.05)，極顯著高于秋季(P<0.01)，同時(shí)夏季也顯著高于秋季(P<0.05)。均勻度指數(shù)為0.01～0.23，平均為0.16；春季均勻度指數(shù)顯著高于夏季(P<0.05)，同時(shí)夏季也顯著高于秋季(P<0.05)，而春季極顯著高于秋季(P<0.01)。

圖6 浮游動(dòng)物多樣性變化情況Fig.6 The change in zooplankton diversity

2.3 魚產(chǎn)力估算及合理放養(yǎng)量

浮游植物平均生物量為6.53 mg/L，浮游動(dòng)物平均生物量為5.68 mg/L。庫區(qū)水面面積約為7.4～7.8 km2，平均水深約10 m，按7.6 km2估算魚產(chǎn)力，鰱魚產(chǎn)力為111.83 t，鳙魚產(chǎn)力為215.84 t。鰱和鳙最大合理放養(yǎng)量分別為11.18萬尾和43.17萬尾，鰱和鳙合理放養(yǎng)比例約為1∶3.86。

3 討 論

3.1 浮游植物群落結(jié)構(gòu)

從浮游植物群落特征可以看出綠藻門和硅藻門在安格莊水庫占比較大，除春季外，夏、秋季優(yōu)勢(shì)種均屬綠藻門和硅藻門，可認(rèn)為其群落結(jié)構(gòu)為“綠藻—硅藻型”，這與河北省陡河水庫浮游植物的研究結(jié)果[14]一致。硅藻數(shù)量眾多，與浮游動(dòng)物一起可為鰱、鳙等濾食性魚類提供豐富、適口的餌料[15]。由此可以看出，安格莊水庫適宜鰱和鳙的投放。多樣性指數(shù)為春季>秋季>夏季。這可能是因?yàn)榇杭舅疁鼗厣?，有利于浮游植物進(jìn)行光合作用和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)運(yùn)輸，促進(jìn)了浮游植物的生長(zhǎng)繁殖，使浮游植物的種類和數(shù)量增加[16]。夏、秋季節(jié)多樣性指數(shù)較低可能是受浮游動(dòng)物攝食的影響[17]，同時(shí)，魚類強(qiáng)烈的攝食對(duì)此也有巨大的作用。均勻度指數(shù)季節(jié)演替趨勢(shì)與多樣性指數(shù)保持一致，由此說明浮游植物群落結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。浮游植物生物量為秋季>春季>夏季，可能受濾食性魚類攝食的影響。

3.2 浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)

在浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)中輪蟲種類數(shù)量最多，因?yàn)閹靺^(qū)擁有大量食物能被其攝食。輪蟲主要以藻類、細(xì)菌、有機(jī)碎屑為食物，對(duì)藻類的同化率達(dá)30%[18]。調(diào)查中原生動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種最多，橈足類很少，而無枝角類優(yōu)勢(shì)種，這可能是因?yàn)闉V食性魚類對(duì)大型浮游動(dòng)物如枝角類、橈足類的攝食強(qiáng)度較大，給原生動(dòng)物等提供了生存空間[19]。多樣性指數(shù)為春季>夏季>秋季，這可能是因?yàn)樗疁厣叽偈範(fàn)I養(yǎng)鹽釋放，餌料豐富促進(jìn)了浮游動(dòng)物的生長(zhǎng)繁殖[20]。均勻度指數(shù)為秋季>春季>夏季，這可能是溫度與捕食引起的[21]。浮游動(dòng)物生物量為夏季>春季>秋季，因?yàn)橄募舅疁馗?，浮游植物、有機(jī)物增多，可保障浮游動(dòng)物的攝食、生長(zhǎng)。

3.3 庫區(qū)魚產(chǎn)力

經(jīng)計(jì)算可知，鰱魚產(chǎn)力顯著低于鳙。這是由兩種濾食性魚類的生物學(xué)特征差異造成的。浮游植物和浮游動(dòng)物生物量略有不同，同時(shí)鰱和鳙對(duì)浮游生物餌料的P/B系數(shù)、利用率及餌料系數(shù)均有差異，按照魚產(chǎn)力公式進(jìn)行計(jì)算，由此得出鰱魚產(chǎn)力低于鳙。這與我國(guó)北方部分庫區(qū)生物量變化具有相似性[22]。

邢春英[23]于1996年、1997年對(duì)安格莊水庫魚產(chǎn)力進(jìn)行估算，結(jié)果顯示，安格莊水庫魚產(chǎn)力較高，這與水中浮游動(dòng)植物生物量有直接關(guān)系。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2018年水庫總產(chǎn)魚量為38萬kg，其中包括鰱8.3萬kg，鳙11.8萬kg，(Hemiculterleucisculus)0.1萬kg，池沼公魚(Hypomesusolidus)13.9萬kg，鯉(Cyprinuscarpio)、鯽(Carassiusauratus)、草魚(Ctenopharyngodonidellus)、鲇(Silurusasotus)、麥穗魚(Pseudorasboraparva)、中華鳑鲏(Rhodeussinensis)、日本沼蝦(Macrobrachiumnipponense)等合計(jì)3.9萬kg。但由于浮游生物的生物量較高，為了調(diào)控庫區(qū)水質(zhì)，合理利用水中浮游生物資源，以經(jīng)典生物操縱理論為依據(jù)適當(dāng)增加鰱、鳙的投放數(shù)量來有效控制水中浮游生物，可為水庫的管理和可持續(xù)發(fā)展提供重要的理論依據(jù)。

4 結(jié) 論

鑒定出浮游植物8門49屬96種，夏季>秋季>春季；平均生物量為6.54 mg/L，秋季>春季>夏季；浮游植物多樣性指數(shù)平均為0.74，春季>秋季>夏季；均勻度指數(shù)平均為0.24，在季節(jié)變化上與多樣性指數(shù)一致。鑒定出浮游動(dòng)物4大類83種，春季>秋季>夏季；平均生物量為5.68 mg/L，夏季>春季>秋季；多樣性指數(shù)平均為0.44，春季>夏季>秋季；均勻度指數(shù)平均為0.16，秋季>春季>夏季。根據(jù)浮游動(dòng)生物生物量計(jì)算，鰱魚產(chǎn)力為111.83 t，鳙魚產(chǎn)力為215.84 t；鰱和鳙合理最大放養(yǎng)量分別為11.18萬尾和43.17萬尾，鰱和鳙合理放養(yǎng)比例約為1∶3.86。