大慶水庫水生生物群落結(jié)構(gòu)及水生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)研究

關(guān)鍵詞：大慶水庫；水生生物；群落結(jié)構(gòu)；環(huán)境因素；生態(tài)健康評(píng)價(jià)

前言

生物與環(huán)境之間相互作用，不同物種受到環(huán)境因素的影響程度不同，不同環(huán)境因素對(duì)不同物種的影響也不同。浮游生物和底棲動(dòng)物是水體生態(tài)系統(tǒng)中的重要類群，在生物監(jiān)測方面具有重要意義。大慶水庫是大慶市的重要飲用水水源地之一。研究在大慶水庫選取10個(gè)典型研究位置，對(duì)浮游生物及底棲動(dòng)物進(jìn)行了3次系統(tǒng)調(diào)查，了解分析大慶水庫的群落結(jié)構(gòu)特征及其主要影響因子，綜合評(píng)價(jià)大慶水庫水生態(tài)系統(tǒng)健康狀況，以期為大慶水庫水生態(tài)系統(tǒng)健康預(yù)警及可持續(xù)發(fā)展利用提供參考。

1材料與方法

1.1采樣信息

為了系統(tǒng)評(píng)價(jià)大慶水庫水生態(tài)系統(tǒng)健康現(xiàn)狀，在大慶水庫共設(shè)置了10個(gè)樣點(diǎn)。野外調(diào)查分別于2022年7月、2023年6月和2023年9月進(jìn)行，野外采樣調(diào)查監(jiān)測指標(biāo)包括水質(zhì)、浮游植物、浮游動(dòng)物和底棲動(dòng)物。2023年6月S1及S2點(diǎn)位因現(xiàn)場條件限制，未進(jìn)行采樣。

1.2樣品采集與處理

水質(zhì)采用采水器采集，使用哈希便攜式多參數(shù)分析儀（HACH HQ40）現(xiàn)場測定pH及電導(dǎo)率。用于測定總氮（TN）、總磷（TP）、氨氮（NH3-N）、化學(xué)需氧量（COD）及高錳酸鹽指數(shù)的水樣采樣后加入濃硫酸使pHlt;2，用于測定五日生化需氧量（BODs）的水樣直接4℃低溫保存，運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室后盡快完成測定。

浮游植物定量分析樣品采集1L。浮游動(dòng)物甲殼類定量樣品采集20L水樣過濾，原生動(dòng)物與輪蟲定量樣品與浮游植物定量樣品共用。使用25號(hào)浮游生物網(wǎng)劃“∞”形采集定性樣品，濾縮液加入魯哥試液（終濃度為1%）固定。底棲動(dòng)物用1/16m2規(guī)格的彼得森采泥器采集沉積物，過40目孔徑篩網(wǎng)后將殘?jiān)b于封口袋中放人保溫箱保存，挑取底棲動(dòng)物樣品后轉(zhuǎn)移到50mL聚乙烯瓶中用甲醛固定。

1.3數(shù)據(jù)分析

物種多樣性指數(shù)：采用香農(nóng)維納多樣性指數(shù)（Shannon-Wiener H’）、Margalef豐富度指數(shù)（d）和Pielou均勻度指數(shù)（J'）對(duì)物種多樣性進(jìn)行分析，計(jì)算各類群優(yōu)勢度（Y），若Y≥0.02，表明該物種為優(yōu)勢種。

統(tǒng)計(jì)分析：使用CANOCO for Windows 5.0軟件對(duì)不同次調(diào)查浮游生物與環(huán)境因子進(jìn)行排序分析。單因素方差分析通過SPSS27.0完成。

2結(jié)果與分析

2.1不同時(shí)期水生生物組成及優(yōu)勢種

2022年7月浮游植物檢測到7門66種，以綠藻門和和硅藻門為主。其中，綠藻門種類數(shù)最多，為29種；其次為硅藻門17種，優(yōu)勢種有5種。2023年6月浮游植物7門57種，以綠藻門為主。綠藻門包括38種；硅藻門等其他6個(gè)門類占33.33%，優(yōu)勢種有8種。2023年9月檢測到8門55種，以綠藻門和和硅藻門為主。其中，綠藻門28種，硅藻門9種，優(yōu)勢種有6種。

2022年7月浮游動(dòng)物57種，其中原生動(dòng)物15種，輪蟲24種，枝角類8種，橈足類10種，優(yōu)勢種有6種。2023年6月浮游動(dòng)物57種，其中原生動(dòng)物11種，輪蟲11種，枝角類6種，橈足類8種，優(yōu)勢種共9種。2023年9月浮游動(dòng)物36種，其中原生動(dòng)物9種，輪蟲13種．枝角類7種，橈足類7種，優(yōu)勢種7種。

2022年7月底棲動(dòng)物10種，隸屬于3門4綱5科。其中節(jié)肢動(dòng)物門搖蚊科5種，其次為軟體動(dòng)物門4種，環(huán)節(jié)動(dòng)物門1種，優(yōu)勢種共4種。2023年6月底棲動(dòng)物7種，隸屬于3門4綱5科。其中節(jié)肢動(dòng)物門3種，其次為軟體動(dòng)物門3種，環(huán)節(jié)動(dòng)物門1種，優(yōu)勢種同2022年7月。2023年9月底棲動(dòng)物13種，隸屬于3門3綱5科。其中節(jié)肢動(dòng)物門9種，其次為環(huán)節(jié)動(dòng)物門3種，軟體動(dòng)物門1種，優(yōu)勢種共4種（見表1）。

2.2不同時(shí)期水生生物密度

2022年7月浮游植物密度變化處于6.40x106～15.41×106cells/L之間；2023年6月密度變化處于9.83×106～17.78×106cells/L之間；2023年9月密度總體較高，處于18.28×106～154.37×106cells/L之間。2023年9月密度高于2023年6月，2023年6月高于2022年7月，但均無顯著差異（Pgt;0.05）；2023年9月密度顯著高于2022年7月（Plt;0.05）。

2022年7月浮游動(dòng)物密度變化處于512.2～1120.4ind. /L之間；2023年6月密度變化處于275.0～2028.5ind./L之間；2023年9月不同點(diǎn)位浮游動(dòng)物密度處于402.6～1603.3ind./L之間。3次調(diào)查之間均無顯著差異（Pgt;0.05）。

2022年7月及2023年6月底棲動(dòng)物密度變化均在32～288各/m2之間；2023年9月在112～608個(gè)/m2之間。3次調(diào)查之間均無顯著差異（Pgt;0.05）。

2.3水生生物多樣性及水質(zhì)評(píng)價(jià)

浮游植物香農(nóng)維納多樣性指數(shù)（H'）2022年7月為1.73～2.36；Margalef豐富度指數(shù)（d）為1.45～2.06，Pielou均勻度指數(shù)（J）0.54～0.67;2023年6月H為2.06～2.44，d為1.61～1.92，J'0.61～0.71;2023年9月H為1.00～2.38，d為0.95～1.67，J為0.34～0.73。浮游動(dòng)物2022年7月H為1.42～2.51，J為0.50～0.80;2023年6月H為1.38～2.27，J為0.49～0.79；2023年9月H為1.17～2.33，J為0.46～0.79。底棲動(dòng)物2022年7月H為0～1.45；2023年6月為0～1. 15；2023年9月為0～2.13。

浮游植物3次H平均值處于2～3，顯示水體污染類型為中污；d平均值處于1～2，顯示水體污染類型為a-中污；Pielou指數(shù)均大0.5，水體污染類型為寡污或無污染。浮游動(dòng)物H平均值略低于浮游植物，處于1～2，顯示水體污染類型為a一中污；Pielou指數(shù)均大于0.5，水體污染類型為寡污或無污染。底棲動(dòng)物H平均值最低，處于1～2，顯示水體污染類型為a-中污。表明浮游生物分布相對(duì)均勻，浮游植物豐富度最高，底棲動(dòng)物最低。

2.4環(huán)境參數(shù)

2022年7月未測定pH，2023年6月及9月pH在8.00～8.70，整體上水體偏堿性，6月總體高于9月（Plt;0.01）。2023年6月高錳酸鹽指數(shù)顯著高于2022年7月（Plt;0.05），其他指標(biāo)與2022年7月無顯著差異。2023年9月COD顯著高于6月（Plt;0.01）和22年7月（Plt;0.05）；氨氮也顯著高于6月和22年7月（Plt;0.01）。2023年6月未測定BOD5，2022年7月BODs顯著高于2023年9月（Plt;0.01）。22年7月TP顯著高于23年9月（Plt;0.05）。22年7月TN略高于23年6月和9月，但各次間均無顯著差異（見表2）。

2.5水生生物與環(huán)境因子相關(guān)性

以水生生物優(yōu)勢種的密度數(shù)作為響應(yīng)變量（編號(hào)如表1所示）進(jìn)行去趨勢分析（DCA）。3次調(diào)查的DCA分析結(jié)果顯示排序軸中的梯度最大值均lt;3，因此選擇線性模型冗余分析（RDA）分析大慶水庫3次調(diào)查環(huán)境因子與水生生物分布的相關(guān)性。

2022年7月水生生物優(yōu)勢種與環(huán)境因子RDA排序如圖1所示。P代表浮游植物，Z代表浮游動(dòng)物，M代表底棲動(dòng)物。RDA分析結(jié)果顯示，水生生物優(yōu)勢種與BODs呈正相關(guān)，與TN、TP等呈負(fù)相關(guān)。底棲動(dòng)物與BODs呈正相關(guān)，矩形龜甲輪蟲（27）與總磷呈較強(qiáng)的正相關(guān)性，其他浮游植物及浮游動(dòng)物與TN、高錳酸鹽指數(shù)、TP、COD和NH3-N呈負(fù)相關(guān)。2023年7月小環(huán)藻（P3）和累枝蟲（22）與TP、TN和pH呈正相關(guān)，NH3-N與部分浮游動(dòng)物優(yōu)勢種呈正相關(guān)，沼三肢輪蟲（28）和蘇氏尾鰓蚓（M1）與高錳酸鹽指數(shù)和COD呈正相關(guān)。2023年9月多數(shù)浮游植物及浮游動(dòng)物優(yōu)勢種與TN、高錳酸鹽指數(shù)、TP、COD和NH3-N等營養(yǎng)鹽呈正相關(guān)，小環(huán)藻（P3）、直鏈藻（P4）和累枝蟲（22）則與這些營養(yǎng)鹽呈負(fù)相關(guān)，與pH呈正相關(guān)。

3討論

3.1水生生物群落結(jié)構(gòu)特征

調(diào)查期間，浮游植物在種類組成上主要以綠藻門為主，其次為硅藻門，種類組成與多個(gè)河湖調(diào)查結(jié)果相似。浮游植物優(yōu)勢種主要為綠藻門、硅藻門、藍(lán)藻門和隱藻門，不同次調(diào)查期間浮游植物優(yōu)勢度差異較大。這可能與調(diào)查時(shí)的溫度影響有關(guān)，硅藻門多為冷水性物種，綠藻門更適宜生長在溫暖的水體中，藍(lán)藻門則在更高的溫度下大量繁殖。微囊藻、四星藻及直鏈藻等中、富營養(yǎng)型水體指示種成為優(yōu)勢種，說明大慶水庫有富營養(yǎng)化特征。結(jié)合微囊藻在各次調(diào)查優(yōu)勢種中均存在，需關(guān)注微囊藻水華風(fēng)險(xiǎn)。浮游動(dòng)物種類以輪蟲為主，其次為原生動(dòng)物，兩者占總種類數(shù)的60%以上，種類組成與國內(nèi)許多大型河流及湖泊的調(diào)查結(jié)果較為一致。浮游動(dòng)物優(yōu)勢種在各次調(diào)查期間差異較大，且2023年9月物種數(shù)顯著低于其他兩次調(diào)查，這可能與浮游動(dòng)物易受環(huán)境條件影響有關(guān)，大慶水庫將嫩江水引入水庫，引水造成的水質(zhì)變化對(duì)浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)變化也會(huì)產(chǎn)生影響。浮游動(dòng)物密度低于國內(nèi)多個(gè)湖庫，但高于東北地區(qū)的多個(gè)水庫如黑龍江龍頭橋水庫、西泉眼水庫及遼寧觀音閣水庫。

底棲動(dòng)物3次調(diào)查優(yōu)勢種及密度差異均不大，說明底棲動(dòng)物受環(huán)境因子影響較小。蘇氏尾鰓蚓、裸須搖蚊屬等較為典型的富營養(yǎng)化指示種在3次調(diào)查中均為優(yōu)勢種，說明大慶水庫已有富營養(yǎng)化特征。肖紅等調(diào)查發(fā)現(xiàn)2001年-2005年大慶水庫優(yōu)勢種主要為前突搖蚊屬或搖蚊屬，優(yōu)勢種有變化，但均為富營養(yǎng)化指示種，說明大慶水庫水質(zhì)變化不明顯。

3.2水生生物群落與環(huán)境因子之間的關(guān)系

RDA分析發(fā)現(xiàn)，不同生物類群對(duì)環(huán)境因子的響應(yīng)不同，TN、TP、COD和高錳酸鹽指數(shù)等是影響浮游植物及浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的主要環(huán)境因子。氮和磷等營養(yǎng)鹽是藻類生長的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，不同營養(yǎng)水平水體浮游植物優(yōu)勢種不同，這與此研究中各次調(diào)查期間水體營養(yǎng)水平差異不大，浮游植物優(yōu)勢種略有不同一致。俠盜蟲、矩形龜甲輪蟲和無節(jié)幼體等以細(xì)菌、藻類和有機(jī)質(zhì)為食的濾食者浮游動(dòng)物為大慶水庫的主要優(yōu)勢種。

BOD5、COD和高錳酸鹽指數(shù)是影響底棲動(dòng)物的主要環(huán)境因子，這三個(gè)指標(biāo)均與有機(jī)物污染相關(guān)，說明底棲動(dòng)物受有機(jī)物含量的影響較大。搖蚊和水絲蚓主要以水中的有機(jī)顆粒為食，Honkoop等發(fā)現(xiàn)大型底棲動(dòng)物的多樣性和生物量隨著底質(zhì)有機(jī)碎屑增加而升高，這與此研究的結(jié)論一致。大慶水庫5月份菹草開始生長，進(jìn)入7月和8月份，菹草消亡降解，水體有機(jī)物含量增加為底棲動(dòng)物提供食物，這可能也是2023年9月底棲動(dòng)物密度略高于其他兩次調(diào)查的主要原因。建議相關(guān)部門在菹草消亡期及時(shí)處理枯死菹草，減少降解造成的營養(yǎng)鹽變化。

3.3水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)

物種多樣性不僅可以反映群落結(jié)構(gòu)的基本情況，還可以揭示水質(zhì)狀況。浮游生物H各次調(diào)查間差異不大，底棲動(dòng)物2023年9月H顯著高于其他兩次，應(yīng)該主要是因?yàn)樗畮熘休喜菹鼋到饧觿。w有機(jī)物含量增加為底棲動(dòng)物提供更多營養(yǎng)引起。從種類組成來看，浮游植物以綠藻和硅藻為主，群落結(jié)構(gòu)為綠藻一硅藻型；浮游動(dòng)物主要以原生動(dòng)物、輪蟲和小型化的枝角類橈足類為主，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單；底棲動(dòng)物則主要以較耐污的水絲蚓類和搖蚊類為主，群落結(jié)構(gòu)更簡單。綜合多樣性指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果，大慶水庫全年水質(zhì)屬于中污類型，與2001年-2005年相比變化不大。

4結(jié)論

3次調(diào)查浮游植物物種數(shù)在55～66種之間，浮游動(dòng)物物種數(shù)在36～57種之間，底棲動(dòng)物在7～13種之間。浮游植物以綠藻和硅藻為主，浮游動(dòng)物主要以原生動(dòng)物、輪蟲和小型化的枝角類橈足類為優(yōu)勢類群；底棲動(dòng)物則主要以較耐污的水絲蚓類和搖蚊類為主。TN、TP、COD和高錳酸鹽指數(shù)等是影響浮游植物及浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的主要環(huán)境因子，BOD5、COD和高錳酸鹽指數(shù)是影響底棲動(dòng)物的主要環(huán)境因子。綜合多樣性指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果，大慶水庫全年水質(zhì)屬于中污類型。