濟(jì)南湖泊水體浮游動物群落結(jié)構(gòu)特征調(diào)查對比分析

◎ 文/譚璐 劉鵬 商書芹 劉佳欣 陳琪 蔣宏經(jīng)政 白海鋒

為了解濟(jì)南市水生生物資源狀況，有效保護(hù)城市水生態(tài)環(huán)境，筆者團(tuán)隊(duì)于2020年～2021年對濟(jì)南市4個湖泊開展了浮游動物群落結(jié)構(gòu)調(diào)查及水質(zhì)評價(jià)。調(diào)查共采集到浮游動物4類52種，多樣性指數(shù)2.752，均勻度指數(shù)0.711，浮游動物群落結(jié)構(gòu)存在區(qū)域差異；水環(huán)境質(zhì)量評價(jià)表明，湖泊水質(zhì)整體處于輕污染狀態(tài)，較湖庫生態(tài)治理前水環(huán)境質(zhì)量提高顯著。建議在健全湖庫綜合治理長效機(jī)制的同時(shí)，合理適度開展增殖放流，以魚養(yǎng)水提高水體自凈能力。

山東省濟(jì)南市位于華北平原中部，是北方典型的人口特大型城市，其境內(nèi)河流流域面積8177km2，地勢南高北低，西高東低，海拔高程為20m～988m。受地勢影響，濟(jì)南河流多呈單側(cè)樹枝狀，自北向南依次分布著徒駭河、黃河、小清河三條河流。獨(dú)特的地理地勢與地質(zhì)環(huán)境形成了境內(nèi)豐富的泉水資源，河流與泉水共同構(gòu)成了濟(jì)南市生態(tài)水網(wǎng)。作為古今中外遠(yuǎn)近聞名的泉城及國家水生態(tài)文明建設(shè)試點(diǎn)城市，濟(jì)南市因獨(dú)特的自然風(fēng)貌和深厚的文化底蘊(yùn)而成為獨(dú)具一格的旅游生態(tài)城市。然而，隨著城市現(xiàn)代化的推進(jìn)，人類活動的擾動破壞了原有的優(yōu)質(zhì)水生態(tài)系統(tǒng)，生態(tài)系統(tǒng)的破壞（水污染、水體富營養(yǎng)化等）給旅游帶來了負(fù)面影響。在此背景下，開展?jié)鲜兴鷳B(tài)環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測與評價(jià)具有重大意義。

浮游動物是水生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，是營養(yǎng)轉(zhuǎn)化、能量流動和信息傳遞等生態(tài)過程中重要的環(huán)節(jié)，其種類和數(shù)量的變動會影響水體中其它水生生物的群落結(jié)構(gòu)，其具有種類多、世代時(shí)間短、對環(huán)境敏感和方便采集等特點(diǎn)，常被選作指示河流水環(huán)境質(zhì)量特征的生物類群。2021年～2022年，團(tuán)隊(duì)對濟(jì)南市典型湖庫進(jìn)行浮游動物多樣性調(diào)查及水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)，并將調(diào)查與評價(jià)結(jié)果加以分析，以期為濟(jì)南地區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)及水生態(tài)健康評價(jià)提供參考依據(jù)。

一、材料與方法

（一）調(diào)查時(shí)間及采樣點(diǎn)設(shè)置

根據(jù)濟(jì)南市的氣候、水文及地勢地貌特征，于2020年9月～10月、2021年9月～10月對大明湖、雪野湖、白云湖和玫瑰湖進(jìn)行采樣調(diào)查，其中大明湖設(shè)置4個調(diào)查點(diǎn)，雪野湖設(shè)置6個調(diào)查點(diǎn)，白云湖設(shè)置6個調(diào)查點(diǎn)，玫瑰湖設(shè)置6個調(diào)查點(diǎn)（見圖1、表1）。

表1 調(diào)查湖泊基本情況

圖1 調(diào)查湖泊位置示意圖

（二）浮游動物采集與種類鑒定

依據(jù)《內(nèi)陸水域漁業(yè)資源調(diào)查手冊》及《水生生物學(xué)》進(jìn)行浮游動物樣品定性采集，樣品鑒定分析參照《中國淡水生物圖譜》及《中國淡水輪蟲志》。使用5L有機(jī)玻璃采水器在每個采樣點(diǎn)采集上、中、下三層水樣并均勻混合，從中取混合水樣1L對輪蟲和原生動物進(jìn)行定量采集，加入1%體積比的魯哥試液固定，固定的樣本帶回實(shí)驗(yàn)室沉淀48h，濃縮并定容到30mL～40mL。枝角類與橈足類定量樣品用采水器取均勻混合水樣50L，用25號浮游生物網(wǎng)過濾濃縮，用4%的甲醛溶液現(xiàn)場固定后帶回實(shí)驗(yàn)室鏡檢、分類與計(jì)數(shù)。

（三）數(shù)據(jù)處理與分析

采用Shannon-Weiner多樣性指數(shù)（H′）、Pielou均勻度指數(shù)（J）和優(yōu)勢種對浮游動物物種進(jìn)行分析。計(jì)算公式分別為：

式中，Pi為第i種浮游動物的個體數(shù)與種類總個體數(shù)的比值；ni為第i種浮游動物個體數(shù)；N為所有種類個體數(shù)；S為樣品中總種類數(shù)；fi為第i種浮游動物在調(diào)查點(diǎn)出現(xiàn)的頻率。

二、調(diào)查結(jié)果

（一）浮游動物種類組成

調(diào)查共發(fā)現(xiàn)浮游動物4大類52種（見圖2、表2），其中輪蟲30種，占總種類數(shù)的57.69%；原生動物6種，占總種類數(shù)的11.54%；枝角類6種，占總種類數(shù)的1154%；橈足類10種，占總種類數(shù)的19.23%。浮游動物種類組成在區(qū)域空間上變化如圖3所示，白云湖種類數(shù)較多，有38種，其次是玫瑰湖和雪野湖，分別有33種、32種，大明湖種類數(shù)最少，有23種。四個湖泊浮游動物種類組成均以輪蟲占主導(dǎo)，輪蟲占比分別為55.26%（白云湖）、54.55%（玫瑰湖）、62.50%（雪野湖）、73.91%（大明湖）。

表2 浮游動物名錄

圖2 浮游動物種類組成

圖3 浮游動物區(qū)域分布

（二）浮游動物優(yōu)勢種

濟(jì)南市四個湖泊浮游動物優(yōu)勢種和優(yōu)勢度見表3。浮游動物優(yōu)勢種以輪蟲和橈足類及幼體為主，其中大明湖優(yōu)勢種有6種，分別為普通表殼蟲、盤狀表殼蟲、裂足臂尾輪蟲、萼花臂尾輪蟲、針簇多肢輪蟲、暗小異尾輪蟲；雪野湖優(yōu)勢種5種，分別為盤狀表殼蟲、針簇多肢輪蟲、獨(dú)角聚花輪蟲、橈足幼體、無節(jié)幼體；白云湖優(yōu)勢種9種，分別為裂足臂尾輪蟲、萼花臂尾輪蟲、針簇多肢輪蟲、暗小異尾輪蟲、獨(dú)角聚花輪蟲、長三肢輪蟲、長肢秀體溞、臺灣溫劍水蚤、無節(jié)幼體；玫瑰湖優(yōu)勢種6種，分別為角突臂尾輪蟲、曲腿龜甲輪蟲、廣布中劍水溞、臺灣溫劍水蚤、橈足幼體、無節(jié)幼體。浮游動物優(yōu)勢度最大的是無節(jié)幼體，出現(xiàn)在玫瑰湖，優(yōu)勢度高達(dá)0.510。

表3 浮游動物優(yōu)勢種區(qū)域變化

（三）浮游動物密度

四個湖泊浮游動物密度百分組成見圖4。大明湖浮游動物密度平均值為109.25ind./L，其中輪蟲密度占比最高，占浮游動物總密度的83.41%，其次是原生動物，占比為16.02%，枝角類和橈足類占比較小，合計(jì)占比為0.57%。雪野湖浮游動物密度均值為141.00ind./L，輪蟲密度占比最高，占浮游動物總密度的58.98%，其次是橈足類，占比為28.84%，原生動物占比為10.05%，枝角類占比較小，為2.13%。白云湖浮游動物密度均值為396.83ind./L，輪蟲密度占比最高，占浮游動物總密度的55.50%，其次是橈足類，占比為28.56%，枝角類占比為10.48%，原生動物占比較小，為5.46%。玫瑰湖浮游動物密度均值為118.08ind./L，橈足類密度占比最高，占浮游動物總密度的78.76%，其次是輪蟲，占比為19.48%，枝角類占比為1.06%，原生動物占比較小，為0.70%。

圖4 不同湖泊浮游動物密度百分組成

（四）浮游動物生物量

浮游動物生物量百分組成見圖5。大明湖浮游動物生物量平均值為0.118mg/L，其中輪蟲占比最大，為97.40%，其次是枝角類，占比為1.59%，原生動物和橈足類占比較小，合計(jì)占比為1.01%。雪野湖浮游動物生物量均值為1.028mg/L，橈足類占比最大，為93.08%，其次是輪蟲，占比為3.85%，枝角類占比為3.04%，原生動物占比較小，為0.03%。白云湖浮游動物生物量均值為2.425mg/L，橈足類占比最大，為72.28%，其次是枝角類，占比為18.51%，輪蟲占比為9.15%，原生動物占比較小，為0.06%。玫瑰湖浮游動物生物量均值為1.184mg/L，橈足類占比最大，為95.86%，其次是枝角類，占比為2.57%，輪蟲占比為1.57%，原生動物占比最?。ǎ?.01%）。

圖5 不同湖泊浮游動物生物量百分組成

（五）浮游動物多樣性

浮游動物Shannon-Weiner多樣性指數(shù)（H′）、Pielou均勻度指數(shù)（J）見圖6。多樣性指數(shù)平均值為2.752，均勻度指數(shù)平均值為0.711，其中白云湖多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)最大，分別為3.419、0.777。大明湖多樣性指數(shù)最小，為2.405，雪野湖均勻度指數(shù)最小，為0.674。玫瑰湖的多樣性指數(shù)（2.659）和均勻度指數(shù)（0.707）均處于相對較高水平。

圖6 浮游動物多樣性指數(shù)區(qū)域分布

三、分析與討論

（一）浮游動物群落結(jié)構(gòu)比較

調(diào)查發(fā)現(xiàn)濟(jì)南湖泊水體中浮游動物物種組成以中小型輪蟲和原生動物占主導(dǎo)，大型枝角類和橈足類占比相對較小，這與國內(nèi)已報(bào)道的碧流河水庫、紅堿淖等湖庫水體研究結(jié)果相似。由于輪蟲具有孤雌生殖、生長周期短、能快速適應(yīng)水環(huán)境變化等特點(diǎn)，使其能快速在水體中占據(jù)優(yōu)勢。浮游動物群落結(jié)構(gòu)趨于小型化的特征，很大程度上與湖區(qū)周邊城鎮(zhèn)發(fā)展及農(nóng)業(yè)開發(fā)密切相關(guān)。本次調(diào)查發(fā)現(xiàn)大明湖浮游動物種類相比最少，較白云湖相差15種，較玫瑰湖和雪野湖分別相差10種和9種，生物密度和生物量相比較低，與白云湖相比分別低72.5%和95.1%，低于玫瑰湖7.5%和90.1%，低于雪野湖22.5%和88.5%。浮游動物生活史過程與湖泊的自然水文密切相關(guān)，部分種類對于湖泊污染、溫度變化、人為擾動等都較為敏感，其群落結(jié)構(gòu)、生物多樣性等極易受到環(huán)境變化的影響，呈現(xiàn)出較強(qiáng)的空間異質(zhì)性。

優(yōu)勢種調(diào)查顯示四湖中白云湖優(yōu)勢種最多，包括了浮游動物的三大類的種類（輪蟲、枝角類與橈足類），其優(yōu)勢種的優(yōu)勢度變化范圍在0.021～0.196，表明其群落結(jié)構(gòu)相對較穩(wěn)定，有一定的緩沖能力。浮游動物種類、現(xiàn)存量及優(yōu)勢種等區(qū)域間的差異主要與湖泊所處的地理位置（人類干擾）及生態(tài)環(huán)境（土地利用）有關(guān)，大明湖地處市區(qū)人類密集區(qū)，人類活動對湖區(qū)環(huán)境影響較大，而其他三個湖庫由于相對遠(yuǎn)離城區(qū)，受影響程度相對較小。水體相對靜止的庫區(qū)為浮游動物的生長提供了一個相對穩(wěn)定的生存環(huán)境，相比河流具有較復(fù)雜的生物群落結(jié)構(gòu)和較高的多樣性。因此，在湖泊水生態(tài)系統(tǒng)的研究中，常常將浮游動物作為重要的指示物種和健康評價(jià)體系指標(biāo)被廣泛應(yīng)用。

（二）浮游動物多樣性比較與水質(zhì)評價(jià)

生物多樣性指數(shù)是表示生物群落內(nèi)種類多樣性程度的量綱數(shù)值，通過結(jié)合生物種類、數(shù)量等參數(shù)比較客觀地反映生境對生物產(chǎn)生的綜合累積效應(yīng)，多樣性指數(shù)越高，表明群落結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，四個湖庫中白云湖生物多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)均相對較高，多樣性指數(shù)變化范圍在2.76～3.79，與大明湖相比較，多樣性指數(shù)高42.2%，與雪野湖和玫瑰湖相比較，多樣性指數(shù)分別高35.5%、28.6%。四湖中，雪野湖均勻度指數(shù)最低，白云湖與其相比，指數(shù)高15.3%。多樣性指數(shù)的差異與湖區(qū)生境密不可分，生境發(fā)生變化，生物群落多樣性在空間上會隨之作出響應(yīng)，以便較快適應(yīng)新的生境。

根據(jù)生物多樣性水質(zhì)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（見表4），Shannon-Weiner多樣性指數(shù)評價(jià)顯示白云湖水質(zhì)狀況（清潔）優(yōu)于玫瑰湖（輕污染）、雪野湖（輕污染）、大明湖（輕污染），Pielou均勻度指數(shù)評價(jià)顯示四個湖泊均處于輕污染狀態(tài)。與歷史資料相比，大明湖的浮游生物水質(zhì)評價(jià)結(jié)果變化較大，水質(zhì)從β-中污染提高到輕污染，其他三個湖庫水環(huán)境質(zhì)量從中污染提高到了輕污染-清潔，表明湖區(qū)環(huán)境治理和生態(tài)保護(hù)對生物多樣性的提高及水環(huán)境的改善具有重要作用。

表4 多樣性水質(zhì)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

四、建議

濟(jì)南市境內(nèi)泉水眾多，擁有“七十二名泉”，被稱為“泉城”，素有“四面荷花三面柳，一城山色半城湖”的美譽(yù)，是“山、泉、湖、河、城”景觀格局比較鮮明的城市，也是國家歷史文化名城、首批中國優(yōu)秀旅游城市。“十四五”以來，為實(shí)現(xiàn)水生態(tài)文明的建設(shè)目標(biāo)，濟(jì)南市實(shí)施了有關(guān)泉水保護(hù)及河道治理的多項(xiàng)舉措，通過“一心一環(huán)三橫五縱多泉群”的綠色水系網(wǎng)絡(luò)格局，提高了水生態(tài)系統(tǒng)健康水平，促進(jìn)了區(qū)域人與自然和諧發(fā)展。

但是，由于湖庫調(diào)儲運(yùn)行和自然環(huán)境變化以及湖濱灘地資源過度開發(fā)等原因，仍然存在湖區(qū)自然生態(tài)系統(tǒng)受損的現(xiàn)象。尤其是大壩建成后，河水流速減緩，湖區(qū)內(nèi)水體的自凈能力隨之減弱，加之上游及庫區(qū)周邊人類活動產(chǎn)生的垃圾、污染物及溫室氣體進(jìn)入湖區(qū)，造成水體污染，導(dǎo)致水環(huán)境質(zhì)量降低，生物群落趨于簡單化，生態(tài)系統(tǒng)的平衡遭到破壞。

基于此，建議各地區(qū)根據(jù)湖庫水體保護(hù)要求，建立健全湖庫流域綜合治理長效機(jī)制，開展湖區(qū)分級保護(hù)區(qū)劃定工作，在保護(hù)區(qū)禁止一切不利于保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)功能的經(jīng)濟(jì)社會活動和生產(chǎn)方式，同時(shí)在湖區(qū)淺水區(qū)通過種植多樣的水生植物，增強(qiáng)水體的生態(tài)調(diào)節(jié)能力。此外，在保護(hù)水資源和水環(huán)境的同時(shí)通過科學(xué)增殖放流，合理利用水體，以魚養(yǎng)水，實(shí)現(xiàn)更大的生態(tài)效益，為區(qū)域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展提供有力支撐。