清潩河(許昌段)浮游生物群落結(jié)構(gòu)及其與環(huán)境因子關(guān)系

安婉玉,郝子垚,黎亞輝,于魯冀,

(1.鄭州大學(xué) 生態(tài)與環(huán)境學(xué)院,鄭州 450001;2.鄭州大學(xué) 環(huán)境政策規(guī)劃評價研究中心,鄭州 450000;3.河南中孚實業(yè)股份有限公司,鄭州 451252)

浮游植物和浮游動物是水生態(tài)食物網(wǎng)的重要組成部分,構(gòu)成了水生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的基礎(chǔ),對維持食物網(wǎng)豐富性及穩(wěn)定性具有重要作用［1-2］.浮游生物個體微小、生命力強、繁殖速度快,對環(huán)境因子的變化十分敏感,具有較好的指示作用,能夠間接反映河流生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)演替及其他生態(tài)過程.目前,對于河流浮游生物的研究主要涉及浮游生物多樣性及群落特征［3］、水環(huán)境監(jiān)測［4］、水質(zhì)評價［1］及新技術(shù)的開發(fā)利用［2］等.研究浮游生物群落對環(huán)境變化的響應(yīng)過程,對受損河流的生態(tài)健康狀況評估與管理具有重要意義.

清潩河屬于淮河流域沙潁河水系,是許昌市防洪、排澇、納污的重要河流,污染負荷比高達90%以上,是典型的強人工干擾河流［5］.且河道內(nèi)閘門眾多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜,河流碎片化嚴重,縱向連通性較差,兼具流量短缺和環(huán)境污染等問題.經(jīng)過一系列水環(huán)境綜合整治及河流生態(tài)修復(fù)工作,清潩河水質(zhì)已得到明顯改善,但水生生物結(jié)構(gòu)尚未完全恢復(fù),通過對清潩河(許昌段)水質(zhì)及浮游生物狀況進行調(diào)查,分別采用綜合水質(zhì)標識指數(shù)和多樣性指數(shù)對清潩河(許昌段)進行水質(zhì)評價,以期為清潩河流域水生生物多樣性的恢復(fù)及水生態(tài)系統(tǒng)的健康發(fā)展提供依據(jù).

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況與樣點設(shè)置

清潩河位于東經(jīng)113°35′～114°05′、北緯33°51′～34°11′,是淮河流域沙潁河水系最大的支流,發(fā)源于新鄭西溝草原,于長葛官廳鄉(xiāng)進入許昌,并于鄢陵縣陶城閘匯入潁河.清潩河(許昌段)為資源性缺水河段,年均氣溫14.3 ℃,年均降水量727.5 mm,豐水期(每年6-9月)降水量占年均降水量的70%.全長79 km,流域面積1 584 km2,主要支流有灞陵河、小泥河、小洪河和石梁河等,由于缺乏自然徑流的匯入,支流多為季節(jié)性河流.2021年7月,基于河流等級,從上游到下游共選取3個調(diào)查河段(13個點位)進行采樣,詳見附圖Ⅰ.

分別為:清潩河干流河段(Q1～Q6);一級支流小泥河河段(X1～X5);二級支流灞陵河河段(B1和B2),灞陵河在X3處匯入小泥河.

1.2 環(huán)境因子測定、浮游生物采集與鑒定

浮游植物、原生動物及輪蟲的定性樣品采用25#浮游生物網(wǎng)采集,現(xiàn)場加入體積分數(shù)5%甲醛固定;定量樣品采集后現(xiàn)場加入體積分數(shù)1%魯哥試劑固定.枝角類和橈足類定性樣品用13#浮游生物網(wǎng)采集,固定方法同上;定量樣品加入體積分數(shù)5%甲醛試劑,樣品帶回實驗室4 ℃保存,浮游植物使用光學(xué)顯微鏡鑒定與計數(shù),鑒定主要參考文獻［7-9］.

1.3 綜合水質(zhì)標識指數(shù)和多樣性指數(shù)計算

1.4 典范對應(yīng)分析

采用Cannoco 5.0軟件進行典范對應(yīng)分析,將浮游生物優(yōu)勢種密度數(shù)據(jù)及環(huán)境數(shù)據(jù)進行l(wèi)g (x+1)轉(zhuǎn)化(pH除外)［13］,并進行去趨勢對應(yīng)分析(Detrended Correspondence Analysis,DCA),同時使用蒙特卡羅檢驗排除貢獻較小的環(huán)境因子.經(jīng)DCA分析,干流浮游動物選擇CCA分析,干流浮游植物、支流浮游植物及支流浮游動物選擇RDA分析.采用Excel 2019、SPSS 25、Origin 2018及Cannoco 5.0軟件進行數(shù)據(jù)分析及作圖.

2 結(jié) 果

2.1 環(huán)境因子

2.2 浮游生物群落結(jié)構(gòu)

2.2.1種類及密度

本次調(diào)查共檢出浮游植物8門19目40科95屬204種,其中綠藻門、硅藻門、藍藻門和裸藻門分別為83、67、35、12種,分別占總種數(shù)的40.69%、32.84%、17.16%和5.88%;甲藻門和黃藻門各有3種和4種,分別占總種類數(shù)的1.47%和0.98%;隱藻門和金藻門僅檢出1種,占總種數(shù)的0.49%.浮游植物密度變化范圍在20.61×104～473.70×104L-1,平均密度126.13×104L-1,不同河段浮游植物群落結(jié)構(gòu)差異較大(圖1).其中,干流硅藻優(yōu)勢明顯,密度貢獻占比高達65.42%;支流綠藻占優(yōu)勢,且在灞陵河匯入后小泥河綠藻的密度占比明顯增加,浮游植物密度也明顯升高,均值由77.23×104L-1增至268.50×104L-1,但在X5點位,浮游植物密度呈大幅下降,且主要物種由綠藻轉(zhuǎn)變?yōu)楣柙?

本次調(diào)查共檢出浮游動物4門12目31科48屬88種,其中,輪蟲和原生動物占優(yōu)勢,種類占比達43.18%、27.27%,而枝角類和橈足類種類數(shù)相當,分別占15.91%、13.64%.浮游動物密度變化范圍在5～191 L-1,平均密度60 L-1,不同河段浮游動物群落密度及物種組成具有一定的差異性(圖2).干流以原生動物、橈足類為主,分別占45.21%和32.25%;灞陵河則以橈足類及枝角類為主;小泥河以輪蟲為主,但在灞陵河匯入后,枝角類占比有所增加,同時物種數(shù)量呈驟增又驟減的趨勢.

2.2.2優(yōu)勢種

根據(jù)浮游植物優(yōu)勢度計算結(jié)果,共篩選出優(yōu)勢種2門12種(附表Ⅱ),干流6種,支流9種.干流優(yōu)勢種以硅藻為主,尖針桿藻為絕對優(yōu)勢種;支流優(yōu)勢種以綠藻為主,四尾柵藻為絕對優(yōu)勢種;四尾柵藻、簡單舟形藻及漢斯冠盤藻在干流及支流均為優(yōu)勢種,說明三者在清潩河(許昌段)占據(jù)優(yōu)勢種.整體來看,干流及支流浮游植物優(yōu)勢種差異性較大.根據(jù)浮游動物優(yōu)勢度計算結(jié)果,共篩選出優(yōu)勢種4門8種(附表Ⅲ),干流4種,支流6種.干流優(yōu)勢種以橈足類為主,瘤棘砂殼蟲、近鄰劍水蚤為絕對優(yōu)勢種;支流優(yōu)勢種以輪蟲為主,壺狀臂尾輪蟲和微型裸腹溞為絕對優(yōu)勢種;透明劍水蚤和近鄰劍水蚤為干流及支流的優(yōu)勢種,兩者在清潩河(許昌段)占據(jù)優(yōu)勢種.

2.2.3多樣性指數(shù)

分別對清潩河13個采樣點浮游植物及浮游動物的Margalef豐富度指數(shù)(D)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H′)、Pielou均勻度指數(shù)(J)進行計算,詳見圖3.各點位浮游生物多樣性指數(shù)波動較大,但H′和J表現(xiàn)出一致的空間變化趨勢.對比浮游生物密度分布情況(圖1和2),發(fā)現(xiàn)多樣性指數(shù)與浮游生物密度呈鑲嵌分布,即在密度的高值區(qū),浮游生物多為高密度的單一種群組成.除此之外,浮游植物與浮游動物多樣性指數(shù)波動范圍也有所不同,但其表征的水體健康狀況結(jié)果一致.兩者H′值分別介于2.31～3.72、0.96～2.75,均值分別為3.04、2.05;J值分別介于0.59～0.89、0.35～0.97,均值均為0.75;D值分別介于2.99～5.81、1.41～6.19,均值分別為4.04、4.47,結(jié)合相關(guān)評價標準(附表Ⅳ),可見清潩河(許昌段)整體水質(zhì)類型為清潔-寡污型,部分點位為β-中污染型.

2.3 浮游生物群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子關(guān)系

2.3.1浮游植物與環(huán)境因子相關(guān)性分析

2.3.2浮游動物與環(huán)境因子相關(guān)性分析

在典范對應(yīng)分析排序中,經(jīng)過篩選,干流共確定2個環(huán)境因子,前兩軸物種-環(huán)境相關(guān)系數(shù)分別為0.996 3、0.827 9,累計解釋了100%的浮游動物優(yōu)勢種變化信息;支流共確定4個環(huán)境因子,前兩軸物種-環(huán)境相關(guān)系數(shù)分別為0.999 8、0.999 4,累計解釋了99.50%的浮游動物優(yōu)勢種變化信息,表明排序結(jié)果可信.蒙特卡羅檢驗結(jié)果顯示(圖5),甲藻(P=0.006)是影響干流浮游動物優(yōu)勢種密度變化的極顯著影響因子.在干流,簡弧象鼻溞、瘤棘砂殼蟲同甲藻生物量呈顯著正相關(guān),透明溫劍水蚤、近鄰劍水蚤同TSS呈正相關(guān)關(guān)系;在支流,萼花臂尾輪蟲、壺狀臂尾輪蟲同金藻生物量正相關(guān),其余優(yōu)勢種則同隱藻呈不同程度正相關(guān)關(guān)系.

3 討 論

3.1 浮游生物群落結(jié)構(gòu)

本次調(diào)查共鑒定出浮游植物8門95屬204種,平均密度1.26×106L-1,群落結(jié)構(gòu)為綠藻-硅藻-藍藻型;優(yōu)勢種2門12種,以綠藻和硅藻為主;浮游動物4門48屬88種,平均密度60 L-1,群落結(jié)構(gòu)以輪蟲、原生動物為主;優(yōu)勢種4門8種,以輪蟲、橈足類為主.課題組于2013-2015年研究數(shù)據(jù)顯示,清潩河共檢出浮游植物8門111種,群落結(jié)構(gòu)為綠藻-硅藻-藍藻型,優(yōu)勢種以綠藻、硅藻為主;浮游動物42種,群落結(jié)構(gòu)以輪蟲為主,優(yōu)勢種以輪蟲為主［14］.對比研究發(fā)現(xiàn)清潩河(許昌段)浮游植物群落結(jié)構(gòu)保持不變,浮游動物群落則由以輪蟲為主變?yōu)橐暂喯x、原生動物為主,浮游生物鑒出物種數(shù)有大幅提升,表明清潩河經(jīng)過水環(huán)境綜合整治,水質(zhì)得到了明顯改善;浮游生物鑒出物種數(shù)量得到大幅提升,這可能與研究區(qū)域范圍相關(guān),本次調(diào)研區(qū)域較前期范圍廣、調(diào)查點位更多;浮游植物優(yōu)勢種未發(fā)生明顯改變,而浮游動物優(yōu)勢種則出現(xiàn)了寡污物種瘤棘砂殼蟲［15］,表明清潩河水質(zhì)的改善.

3.2 浮游生物群落結(jié)構(gòu)特征與環(huán)境因子關(guān)系

4 結(jié) 論

(1)清潩河(許昌段)共檢出浮游植物8門95屬204種,群落結(jié)構(gòu)為綠藻-硅藻-藍藻型,優(yōu)勢種以綠藻和硅藻為主;檢出浮游動物4門48屬88種,群落結(jié)構(gòu)以輪蟲、原生動物為主,優(yōu)勢種以輪蟲為主;浮游生物優(yōu)勢種多為富營養(yǎng)指示種,說明研究區(qū)內(nèi)水體仍有富營養(yǎng)化風險.

(2)水質(zhì)標識指數(shù)評價結(jié)果表明研究河段水質(zhì)良好,部分點位為輕度污染;生物多樣性指數(shù)顯示研究河段為清潔-寡污型,部分點位為β-中污染型,兩者結(jié)果具有較好的一致性.

附 錄

附圖Ⅰ、附表Ⅰ～Ⅳ見電子版(DOI:10.16366/j.cnki.1000-2367.2023.05.017).