濟南市雪野湖浮游生物群落結(jié)構(gòu)特征及多樣性分析

徐珊 于莉 徐秋云 陳聰 白海鋒

摘要為了解濟南市湖庫水生生物資源狀況，有效保護城市水生態(tài)環(huán)境，于2021年秋季對雪野湖開展了浮游生物調(diào)查。結(jié)果顯示，共采集到浮游植物6門40種，其中綠藻門種類數(shù)最多，占浮游植物總種類數(shù)的35.00%，浮游植物密度和生物量平均值分別為10.06×106 cell/L、12.88 mg/L，優(yōu)勢種有5種。采集到浮游動物4類13種，其中輪蟲種類數(shù)最多，占浮游動物總種類數(shù)的38.46%，浮游動物密度和生物量平均值分別為1.93 個/L、0.013 mg/L，優(yōu)勢種有5種。浮游植物和浮游動物Shannon-Wiener多樣性指數(shù)平均值分別為1.554、1.556，Pielou均勻度指數(shù)平均值分別為0.467、0.966，Margalef豐富度指數(shù)平均值分別為1.059、2.873。生物多樣性指數(shù)水質(zhì)評價表明，湖區(qū)水質(zhì)整體處于中污染狀態(tài)，污染程度存在區(qū)域差異。

關鍵詞浮游生物；群落結(jié)構(gòu)；生物多樣性；水質(zhì)評價；雪野湖

中圖分類號X 17文獻標識碼A

文章編號0517-6611（2023）24-0056-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.24.013

Analysis of Plankton Community Structure and Its Diversity in Xueye Lake of Jinan City

XU Shan，YU Li，XU Qiuyun et al

（Jinan Hydrology Office，Jinan，Shandong 250013）

AbstractIn order to understand the status of aquatic resources in the lake and reservoir，and effectively protect the urban water ecological environment，the plankton in Xueye Lake was investigated in the autumn of 2021.The results showed that there were a total of 40 species of phytoplankton belonging to 6 phyla，among which chlorophyta accounted for 35.00% of the total phytoplankton species，and the average density and average biomass of phytoplankton were 10.06×106 cells/L and 12.88 mg/L，respectively.There were 5 dominant species in phytoplankton.A total of 13 zooplankton species belonging to 4 groups were identified，in which the number of rotifera species was the most，accounting for 38.46% of the total zooplankton species，and the average density and average biomass of zooplankton were 1.93 ind./L and 0.013 mg/L，respectively.There were 5 dominant species in zooplankton.The average ShannonWiener diversity index of phytoplankton and zooplankton were 1.554 and 1.556，the average Pielou evenness index of phytoplankton and zooplankton were 0.467 and 0.966，the average Margalef richness index of phytoplankton and zooplankton were 1.059 and 2.873，respectively.The water quality evaluation of the diversity index showed that the water quality of the Xueye Lake was in the state of medium pollution，and the pollution degree was different in every research area.

Key wordsPlankton;Community structure;Biodiversity;Water quality assessment;Xueye Lake

浮游生物是湖泊、水庫等水域的主要生產(chǎn)者和消費者，是水生態(tài)系統(tǒng)中重要的組成部分［1］。浮游生物的種類組成和數(shù)量分布在理化參數(shù)的影響下呈現(xiàn)出廣泛的時空變化［2］，這種變化通常被認為是由環(huán)境參數(shù)例如溫度、水流、光照、溶解氧、營養(yǎng)鹽等的上行效應和濾食性魚類、濾食性底棲動物等的下行效應控制，這些因子發(fā)生變化將在一定程度上影響浮游生物群落結(jié)構(gòu)，改變其多樣性。浮游生物不僅是影響湖庫水體透明度的主要因素，也是湖庫水生態(tài)修復的關鍵因素。浮游生物具有采集方便、對環(huán)境變化敏感等特點，對維持健康的水生生態(tài)系統(tǒng)至關重要，因此常被作為評價水環(huán)境質(zhì)量變化與水生態(tài)系統(tǒng)健康的重要指示生物［3］。

濟南市雪野湖為山區(qū)丘陵型湖庫，是一座集防洪、工農(nóng)業(yè)供水、水產(chǎn)養(yǎng)殖、旅游科普等多功能于一體的大型水利工程。雪野湖湖面開闊，岸線曲折，四周群山環(huán)抱，周邊有諸多河流水系，其中通天河和嬴汶河為大汶河的上游支流，是雪野湖的主要匯水河流，受區(qū)域降水量和上游來水量的影響，湖區(qū)水位全年變化幅度較大［4］。近年來，隨著雪野湖周邊城市化速度的加快，人類劇烈的社會活動、過度的養(yǎng)殖捕撈、嚴重的水質(zhì)污染和大氣污染等對湖區(qū)生態(tài)環(huán)境造成了重大影響，導致浮游生物的生存環(huán)境發(fā)生了變化，群落結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了演替［5］。該研究于2021年9—10月對雪野湖浮游生物進行調(diào)查分析，探索浮游生物群落組成、優(yōu)勢種變化、密度空間分布及其多樣性，以期為濟南地區(qū)水生生物資源的保護和水生態(tài)健康評價提供參考依據(jù)。

1材料與方法

1.1調(diào)查區(qū)概況與采樣點設置

雪野湖（36°24′～36°27′N，117°30′～117°38′E）位于山東省濟南市萊蕪區(qū)北部，處于大汶河上游，距離濟南市中心46 km，其流域面積444.0 km2，水域面積12.5 km2，蓄水量2.21×108m3，平均水位為 232.8 m［6］。雪野湖氣候?qū)倥瘻貛Т箨懶约撅L氣候，四季分明，溫差較大，年平均氣溫11.0～13.0 ℃，年極端最高氣溫為39.2 ℃（7月），極端最低氣溫為-21.8 ℃（1月），年降水量為760.9 mm，年平均最大風速為13.5 m/s。根據(jù)雪野湖的水文、地勢及地貌特征，于2021年9—10月對湖區(qū)浮游生物資源進行了分布特征調(diào)查，此次調(diào)查共設置6個調(diào)查區(qū)域（X1～X6）（圖1）。其中，X1 和X3位于湖上游的湖叉區(qū)，X2位于湖上游的通天河入湖區(qū)，X4和X5分別位于湖中游和下游的敞水區(qū)，X6 位于湖下游的碼頭區(qū)（嬴汶河的入湖處）。每個區(qū)域設置3個平行采樣點，共設置采樣點12個。

1.2浮游生物采集與鑒定

根據(jù)雪野湖水流及水深的具體情況，參照《內(nèi)陸水域漁業(yè)自然資源調(diào)查手冊》在各調(diào)查點對浮游植物和浮游動物進行定性和定量采樣。浮游植物定性用25#浮游生物網(wǎng)采集，在水面下0.5 m處呈“∞”型拖拽；定量樣品用5 L有機玻璃采水器在水面下0.5 m處采集水樣1 L，定性、定量樣品現(xiàn)場加入1.5%（V/V）魯哥試劑固定，將收集的樣品帶回實驗室靜置沉淀24 h后濃縮至30 mL待檢。浮游植物的細胞計數(shù)在400倍生物顯微鏡下進行，種類鑒定參照相關文獻［7］進行。

浮游動物采集使用5 L有機玻璃采水器，在每個采樣點采集中上層水樣并均勻混合，從混合水樣中取1 L對輪蟲和原生動物進行定量采集，加入1%（V/V）魯哥試劑固定，帶回實驗室沉淀24 h后濃縮并定容到30 mL。枝角類與橈足類定量樣品用采水器取均勻混合水樣50 L，用25#浮游生物網(wǎng)過濾濃縮，用4%甲醛溶液現(xiàn)場固定后帶回實驗室鏡檢、分類與計數(shù)，種類鑒定參照相關文獻［8-9］進行。

1.3數(shù)據(jù)處理與分析

1.3.1浮游生物群落多樣性。采用Shannon-Wiener多樣性指數(shù)（H′）、Pielou均勻度指數(shù)（J）和Margalef 豐富度指數(shù)（D）對浮游生物物種進行分析［10］。計算公式如下：

H′=-（Pilog2Pi）（1）

Pi=ni/N（2）

J=H′/H′max（3）

H′max=log2S （4）

D=（S-1）/log2N（5）

式中：Pi為第i種的個體數(shù)與總個體數(shù)的比值；ni為第i種個體數(shù)；N為所有種個體數(shù)；S為樣品中總種類數(shù)。

浮游生物多樣性指數(shù)水質(zhì)評價標準如表1所示，可分為5個等級［11］。

1.3.2浮游生物群落優(yōu)勢種與常見種。優(yōu)勢種的確定采用優(yōu)勢度（Y），計算公式如下：

Y=（Ni/N）fi（6）

式中：Ni為第i種生物的個體數(shù)；N為所有種類的總個體數(shù)；fi 為某種浮游生物出現(xiàn)的頻率。Y≥0.02的物種確定為優(yōu)勢種，f≥65%的物種確定為常見種［12］。

2結(jié)果與分析

2.1浮游生物種類組成

雪野湖共鑒定出浮游植物6門40種，綠藻門最為豐富，有14種，占總種類數(shù)的35.00%，其次是硅藻門12種，占比為30.00%，藍藻門7種，占比為17.50%，隱藻門3種，占比為7.50%，裸藻門2種，占比為5.00%，甲藻門2種，占比為5.00%（表2和圖2a）。各調(diào)查區(qū)的浮游植物門類組成和物種數(shù)存在差異，其中種類數(shù)最多的是調(diào)查區(qū)X5（25種），最少的是調(diào)查區(qū)X2（8種），平均每個調(diào)查區(qū)有10種。

浮游動物共鑒定出4類13種，其中輪蟲有5種，占總種類數(shù)的38.46%，原生動物有5種，占比為38.46%，枝角類有1種，占比為7.69%，橈足類有2種，占比為15.39%（表2和圖2b）。浮游動物種類組成在不同調(diào)查點位上存在差異，其中種類數(shù)最多的調(diào)查區(qū)是X1（6種），最少的調(diào)查區(qū)是X4（2種）、X5（2種）、X6（2種），平均每個調(diào)查區(qū)有3.5種。

2.2浮游生物密度與生物量

雪野湖浮游植物密度和生物量空間變化及組成占比如圖3所示。浮游植物密度為61.41×104～2 473.57×104 cell/L，

平均值為1 005.80×104 cell/L，其中藍藻門密度占比最高，占浮游植物總密度的92.06%，其次是綠藻門，占比為5.07%，硅藻門占比第三，隱藻門占比第四，占比分別為1.52%、1.19%，裸藻門和甲藻門占比較小，合計占比為0.16%。調(diào)查區(qū)X6的浮游植物密度相對最大（2 473.57×104 cell/L），其中藍藻門密度占比最高，占X6浮游植物總密度的90.62%;調(diào)查區(qū)X3的浮游植物密度相對最?。?1.41×104 cell/L），藍藻門密度占比最高，占X3浮游植物總密度的50.11%。

浮游植物生物量為2.09～56.98 mg/L，平均值為12.88 mg/L，其中藍藻門占比最大，為77.46%，其次是硅藻門，占比為11.93%，綠藻門占比第三，隱藻門占比第四，占比分別為 5.66%、3.33%，裸藻門和甲藻門占比較小，合計占比為1.62%。調(diào)查區(qū)X2的浮游植物生物量相對最大（56.98 mg/L），其中藍藻門生物量占比最高，占X2浮游植物總生物量的97.77%；調(diào)查區(qū)X3的浮游植物生物量相對最?。?.09 mg/L），其中硅藻門生物量占比最高，占X3浮游植物總生物量的93.77%。

雪野湖浮游動物密度和生物量空間變化及組成占比如圖4所示。浮游動物密度為0.80～4.00個/L，平均值為1.93個/L，其中輪蟲密度占比最高，占浮游動物總密度的34.48%，其次是原生動物，占比為31.04%，橈足類占比第三，為20.69%，枝角類占比最小，為13.79%。調(diào)查區(qū)X1的浮游動物密度相對最大（4.00個/L），其中輪蟲密度占比最高，占X1浮游動物總密度的50.00%；調(diào)查區(qū)X4、X5的浮游動物密度相對最?。ň鶠?.80個/L），其中原生動物和輪蟲密度各占X4總密度的50.00%，原生動物和枝角類密度各占X5總密度的50.00%。

浮游動物生物量0.001～0.047 mg/L，平均值為0.013 mg/L，其中枝角類占比最大，為41.74%，其次是橈足類，占比為31.30%，輪蟲占比第三，為26.87%，原生動物占比最小，為0.09%。調(diào)查區(qū)X2的浮游動物生物量相對最大（0.047 mg/L），其中枝角類生物量占比最高，占X2浮游動物總生物量的51.06%；調(diào)查區(qū)X3的浮游動物生物量相對最?。?.001 mg/L），其中原生動物生物量占比最高，占X3浮游動物總生物量的100%。

2.3浮游生物優(yōu)勢種與常見種

從表3可以看出，雪野湖浮游生物優(yōu)勢種有10種，其中浮游植物優(yōu)勢種5種，全部屬于藍藻門，主要包括微小平裂藻（Merismopedia tenuissima）、不定微囊藻（Microcystis incerta）、兩棲顫藻（Oscillatoria amphibia）、小席藻（Phormidium tenus）、類顫藻魚腥藻（Anabaena osicellariordes）；浮游動物優(yōu)勢種有5種，其中原生動物1種（球形砂殼蟲Difflugia globulosa），輪蟲2種（緣板龜甲輪蟲Keratella? ticinensis、前節(jié)晶囊輪蟲Asplachna priodonta），枝角類1種（長額象鼻溞Bosmina longirostirs），橈足類1種（臺灣溫劍水蚤Cyclops strennus）。雪野湖浮游生物常見種有3種，其中浮游植物常見種2種，主要包括嚙蝕隱藻（Cryptomonas erosa）、類顫藻魚腥藻（Anabaena osicellariordes），浮游動物常見種1種，即球形砂殼蟲（Difflugia globulosa）。

2.4浮游生物多樣性與水質(zhì)評價從圖5可以看出，雪野湖浮游植物Shannon-Wiener多樣性指數(shù)（H′）為0.272～3.083，平均值為1.554，最高值出現(xiàn)在X1調(diào)查區(qū)，最小值出現(xiàn)在X2調(diào)查區(qū)；浮游動物Shannon-Wiener多樣性指數(shù)（H′）為0.917～2.721，平均值為1.556，最高值出現(xiàn)在X1調(diào)查區(qū)，最小值出現(xiàn)在X6調(diào)查區(qū)。浮游植物Pielou均勻度指數(shù)（J）為0.091～0.928，平均值為0.467，最高值出現(xiàn)在X1調(diào)查區(qū)，最小值出現(xiàn)在X2調(diào)查區(qū)；浮游動物Pielou均勻度指數(shù)（J）為0.910～1.000，平均值為0.966，最高值出現(xiàn)在X3、X4、X5調(diào)查區(qū)，最小值出現(xiàn)在X2調(diào)查區(qū)。浮游植物Margalef 豐富度指數(shù)（D）為0.634～1.347，平均值為1.059，最高值出現(xiàn)在X3調(diào)查區(qū)，最小值出現(xiàn)在X2調(diào)查區(qū)；浮游動物Margalef 豐富度指數(shù)（D）為2.165～7.604，平均值為2.873，最高值出現(xiàn)在X3調(diào)查區(qū)，最小值出現(xiàn)在X2調(diào)查區(qū)。參照浮游生物多樣性指數(shù)水質(zhì)評價標準，依據(jù)浮游植物和浮游動物多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)和豐富度指數(shù)，雪野湖秋季水質(zhì)處于中污染狀態(tài)，各調(diào)查區(qū)水質(zhì)狀況存在差異。

3討論與結(jié)論

3.1浮游生物群落結(jié)構(gòu)變化特征

在水生生物種群中，浮游生物個體小、具有較短的生活史，對環(huán)境變化響應迅速，生活史過程與湖泊水庫的自然水文密切相關，其種類、密度和多樣性直接影響水域生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。隨著湖庫水體富營養(yǎng)化程度提高，浮游生物群落結(jié)構(gòu)區(qū)域簡單，種類減少，數(shù)量增加，多樣性指數(shù)降低，生物群落穩(wěn)定性下降［13］。此次調(diào)查發(fā)現(xiàn)雪野湖水體中浮游植物物種組成以綠藻和硅藻占主導，水體呈現(xiàn)出綠-硅藻型，浮游動物的種類數(shù)以小型浮游動物（原生動物、輪蟲）為主，這與國內(nèi)已報道的相關湖泊、水庫、池塘等水體研究結(jié)果相似［14-16］。由于浮游植物中的綠藻和硅藻具有快速適應水環(huán)境變化等特點，浮游動物中的輪蟲具有孤雌生殖、生長周期短、對環(huán)境變化敏感等特點，使其能快速在水體中占據(jù)優(yōu)勢。浮游生物群落結(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。此次調(diào)查分析共發(fā)現(xiàn)浮游生物優(yōu)勢種10種，其中浮游植物優(yōu)勢種主要為藍藻門種類，優(yōu)勢種較為簡單；浮游動物優(yōu)勢種相比2019年雪野湖調(diào)查結(jié)果，增加的種類主要是球形砂殼蟲、緣板龜甲輪蟲、前節(jié)晶囊輪蟲、臺灣溫劍水蚤等的種類。浮游植物出現(xiàn)的微囊藻和魚腥藻類均是水體富營養(yǎng)化的標志［17］，浮游動物出現(xiàn)的龜甲輪蟲和晶囊輪蟲類均為β-中污帶的指示物種［5］。浮游生物相比同一區(qū)域的大明湖［18］和小清河［19］，優(yōu)勢種均較為豐富。優(yōu)勢種間的差異主要與湖泊和河流所處的地理位置及生態(tài)環(huán)境有關。

該研究各調(diào)查區(qū)浮游植物密度為61.41×104～2 473.57×104cell/L，浮游動物密度為0.80～4.00個/L，浮游植物的生物量為2.09～56.98 mg/L，浮游動物的生物量為0.001～0.047 mg/L。與2019年雪野湖浮游生物的調(diào)查結(jié)果［5］相比較，此次調(diào)查獲得的浮游生物的密度和生物量相對偏低，但與同一區(qū)域的湖庫、河流和濕地［5］相比較，此次雪野湖浮游生物的密度和生物量相對較高。有研究表明，藍藻和輪蟲喜歡富營養(yǎng)環(huán)境，水體營養(yǎng)狀態(tài)的提升有利于藍藻和輪蟲種類密度的提高，硅藻、綠藻及枝角類喜還原性的中營養(yǎng)或貧營養(yǎng)的清潔水體，其對水環(huán)境的變化響應能力更為敏感，而大型藻類及橈足類受環(huán)境因子的影響相對較少［20］。該研究結(jié)果顯示浮游生物密度主要是由藍藻和輪蟲占比較大，大型藻類及浮游甲殼類密度所占比例相對較低。

3.2浮游生物多樣性及水環(huán)境質(zhì)量初步評價

物種多樣性是衡量生物群落結(jié)構(gòu)的基本特征之一，Shannon-Wiener多樣性指數(shù)主要反映生物群落結(jié)構(gòu)的復雜性，是表示生物群落內(nèi)種類多樣性的程度的量綱數(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，多樣性指數(shù)在一定程度上可以反映水質(zhì)好壞狀況，數(shù)值越大，表明浮游植物群落結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，水質(zhì)相對較好，反之則相對較差［21］。Margalef豐富度指數(shù)用于對同一地點進行群落種類的多樣性比較，其值表示的水質(zhì)類型與Shannon-Wiener多樣性指數(shù)接近，Pielou均勻度指數(shù)是實際多樣性與理論最大多樣性的比值，反映各個物種個體數(shù)目在群落中分配的均勻程度［22］。

此次調(diào)查發(fā)現(xiàn)，雪野湖生物多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)均相對較高，與2019年的調(diào)查結(jié)果相比多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)增加，豐富度指數(shù)降低；與同一區(qū)域的濕地調(diào)查結(jié)果相比，濟西濕地多樣性指數(shù)比雪野湖高46.45%［23］；與河流調(diào)查結(jié)果相比，徒駭河多樣性指數(shù)比雪野湖高84.97%［24］。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，以便較快適應新的生境。根據(jù)生物多樣性水質(zhì)評價標準，雪野湖水質(zhì)狀況為中污染，水環(huán)境質(zhì)量與白云湖（β-中污染）、小清河（α-中污染）和濟西濕地（β-中污染）基本一致［5］；與以往調(diào)查結(jié)果［5］相比，雪野湖的浮游生物水質(zhì)評價結(jié)果變化不大，水環(huán)境質(zhì)量一直保持在α-中污染至β-中污染，表明湖區(qū)的水質(zhì)在一定時期內(nèi)受到污染，環(huán)境治理和生態(tài)保護亟待加強，以改善水環(huán)境質(zhì)量提高水生生物多樣性。

3.3湖區(qū)水生態(tài)保護措施

雪野湖是濟南重要的水資源與水生態(tài)區(qū)，其水生態(tài)系統(tǒng)的健康直接關系到人類的發(fā)展。雪野湖區(qū)周邊主要為發(fā)展休閑度假旅游區(qū)，環(huán)湖地區(qū)主要分布國際航空園、國際度假區(qū)等旅游項目。雪野湖是濟南萊蕪區(qū)最大的地表水水源地，據(jù)資料分析，雪野湖庫區(qū)經(jīng)過興利庫容，減少棄水，環(huán)境容量及儲水量有所提高，在保證現(xiàn)有工農(nóng)業(yè)用水的情況下，每年還可以提供工業(yè)或城市供水2.54×107 m3［25］。近年來，由于湖庫調(diào)儲運行和自然環(huán)境變化以及湖濱灘地資源過度開發(fā)等原因，導致湖區(qū)自然生態(tài)系統(tǒng)逐漸退化。尤其是大壩建成后隨著河水流速的減緩，庫區(qū)內(nèi)水體的自凈能力減弱，加之上游及庫區(qū)周邊人類活動產(chǎn)生的垃圾及污染物進入湖區(qū)，造成水體污染，水質(zhì)量降低，生物群落減少，生態(tài)系統(tǒng)的平衡遭到破壞。基于此，根據(jù)湖庫水體保護要求，應在湖區(qū)劃定分級保護區(qū)，在保護區(qū)禁止一切不利于保護生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)功能的經(jīng)濟社會活動和生產(chǎn)方式，同時在湖區(qū)淺水區(qū)通過采取種植水生植物等手段，增強水體的生態(tài)調(diào)節(jié)能力。此外，在保護水資源和水環(huán)境的同時通過科學增殖放流，合理利用水體，以魚養(yǎng)水，實現(xiàn)更大的生態(tài)效益，為區(qū)域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展提供有力支撐。

參考文獻

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