团结水库浮游动物群落结构与水质评价

Community Structure of Zooplankton and Assessment of the Water Quality in Tuanjie Reservoir

摘要: 2020年9月(秋季)、2021年5月(春季)、2021年7月(夏季)，分别对团结水库浮游动物进行调查。共鉴定浮游动物28种，其中原生动物8种，占总物种数的28.57%，轮虫12种，占总物种数的42.86%，枝角类3种，占总物种数的10.71%，桡足类5种，占总物种数的17.86%。该水库浮游动物以轮虫为主，枝角类和桡足类种数较少。浮游动物总丰度秋季最高为21,060.65 ind/L，总生物量春季最高为35.61 mg/L。该水库水体各季节理化因子的平均值呈现出季节性差异。Shannon-Wiener指数和Pielou均匀度指数分别为2.46~3.76和0.36~0.64。水质评价结果多为轻污，偶有中污。

Abstract: Zooplanktonin in Tuanjie Reservoir were investigated separately in September 2020 (fall), May 2021 (spring), and July 2021 (summer). 28 species of zooplankton were identified, of which 12 species were protozoas, accounting for 28.57%, 12 species were rotifers, accounting for 42.86%, 3 species were ccladoceros, accounting for 10.71%, and 5 species were copepods, accounting for 17.86%. Rotifers were the main species of zooplankton in the reservoir, and cladoceros and copepods were few. The total abundance of zooplankton peaked at 21,060.65 ind/L in autumn. In spring, the total biomass reached a maximum of 35.61 mg/L. The mean values of physical and chemical factors in the reservoir showed seasonal differences. Shannon-Wiener index and Pielou index were 2.46~3.76 and 0.36~0.64, respectively. The evaluation results show that the water quality is mostly light pollution, occasionally middle level pollution.

1. 引言

随着社会经济的发展，越来越多的水库被作为城市饮用水水源地，其不仅具有防洪、灌溉、发电功能，还承担了保障城市供水的职能，具备较高生态系统服务价值 [1]。水库水源地因其独有的生态脆弱性，其生态保护要比其他地区承担更多的生态建设任务，遵守更严格的法规要求和水质标准 [2]。目前我国已经修建水库8.5万余座，黑龙江省已建和基本建成的水库共计497座。其中大型水库(总库容10⁸ m³以上) 12座，中型水库(总库容10⁷~10⁸ m³) 68座，小型(I)水库(总库容10⁶~10⁷ m³) 234座，小型(II)水库(总库容10⁵~10⁶ m³) 182座。还有未建成的各类水库277座。全省水库设计总蓄水量3.4 * 10⁹ m³，现有蓄水能力1.9 * 10⁹ m³，占设计能力的56%，占全省河川径流总量的30%。这些水库在防洪、灌溉、发电、工业、人民生活用水和养鱼等综合利用上发挥着明显的作用，水库的年供水量约1.1 * 10⁹ m³。黑龙江省主要的大型水库有12个，穆棱县最南部共和乡境内的团结水库就是其中之一。团结水库按百年一遇洪水的设计，最大泄洪流量922 m³/s，输水道最大泄流量147 m³/s，曾于1986、1991成功防治洪水，减轻了下游洪水灾害。同时团结水库为共和乡周边地区提供大量电能和供水，以库区自然风光和人文景观形成的旅游核心区，促进了该区的经济发展。鉴于团结水库的经济和人文价值，保护其淡水生态环境促使其健康发展尤为重要。

浮游动物通常体型微小、种类繁多，广泛分布于各类水体中，是水生生物群落的重要组成部分，其能够摄食浮游植物、细菌和腐质，也能被其他大型浮游动物和游泳动物等次级消费者所捕食，是生产者与次级消费者间能量传递的主要环节 [3] [4]。与其他水生动物相比，它们体型小，数量多，代谢活性强，具有稳定水生态系统结构与功能的重要作用。此外，由于浮游生物种类和数量随环境变化而变化，因此可以作为生物监测的指示种，并常被用来反映水库的水质状况 [5] [6]。

一些浮游动物对水质变化极为敏感，作为水体污染的指示性生物，对污染物有指示、富集和转化作用，浮游动物的群落结构特征与水质变化有密切联系，因而浮游动物在水质监测和水环境净化中发挥着重要作用 [7] [8]。目前，浮游动物群落结构变化和生物多样性监测手段已广泛应用于湖泊水库生态环境评价研究中 [9] [10]。

本文基于对团结水库浮游动物的季节性调查，测定了团结水库的水体理化指标，研究了其浮游动物群落结构、丰度、生物量，以期对团结水库进行水质测评，为保护该水库水体环境提供科学依据。

2. 材料与方法

2.1. 研究地概况

团结水库(130˚8'~130˚11'E，44˚01'~44˚04'N)位于黑龙江省穆棱市穆棱河干流上游森林腹地，建于1981年，目的是为当地居民提供饮用水，同时具有防洪、灌溉、养鱼、发电、和美学价值。团结水库表面积445 km²，库容8.63 × 10⁷ m³，水库形如“Y”形 [11]。水库年均蒸发量950毫米，年均降水量534毫米，主要集中在6~9月。水库所在地区受温带大陆性季风气候影响，年均日照时长2613小时。最高气温37.6摄氏度，最低气温−44.1摄氏度，年均气温1摄氏度。夏季湿热，冬季常冷并有冰雪覆盖。

2.2. 采样点设定

本调查于2020年9月(秋季)、2021年5月(春季)、7月(夏季)进行，结合水库的周边环境和浮游动物分布特点共设置5个采样点(S1、S2、S3、S4、S5)，其中S1为水库上游，S2为十号坝，S3为馒头山，S4为库心，S5为大坝上游(图1，表1)。

Figure 1. Location of sampling sites in Tuanjie Reservoir

图1. 团结水库采样点分布

Table 1. Five sampling sites coordinate in Tuanjie Reservoir

表1. 团结水库五个采样点名称及坐标

2.3. 样品采集

2.3.1. 浮游动物样品的采集、处理和鉴定

每个采样点分别于春季(5月)、夏季(7月)、秋季(9月)进行了三次水样及浮游动物样品的采集。根据《内陆水域渔业自然资源调查手册》 [12] 的要求，每次分别用轮虫用采水器从水体顶部(距地表水0.5 m)、中部和底部(距水床0.5 m)采集1 L混合水样，滴加10 ml Lugol试剂当场固定，静置48 h并虹吸至30 ml。吸取1 ml待测样品置于浮游动物计数框内进行全片计数。枝角类和桡足类在上、中、下层各采集20 L水样，每层用5 L采水器分4次完成，共收集60 L混合水样。经25#浮游生物网过滤后加入5%的甲醛溶液进行固定。镜检时，将样品摇匀，吸取1 ml样品置于浮游动物计数框内全片计数。原生动物鉴定依据《原生动物学》 [13]；轮虫鉴定依据《中国淡水轮虫志》 [14]；枝角类鉴定依据《中国动物志》(淡水枝角类) [15]；桡足类鉴定依据《中国动物志》(淡水桡足类) [16]。

2.3.2. 水体理化指标的测定

每个采样点的水温(WT)、电导率(Cond)、pH值、溶解氧(DO)、氨态氮( ${\text{NH}}_4^{+}\text{-N}$ )、硝态氮( ${\text{NO}}_3^{-}\text{-N}$ )、氯离子(Cl⁻)和浊度(NTU)使用YSI-6600便携式多功能水质分析仪进行现场测定。水透明度(SD)和深度(Depth)用塞奇氏盘测得。在每个采样点采集上、中、下层三份共1 L混合水样，用样品瓶储存并置于冰盒中带回实验室进行分析，按地表水环境质量标准(GB3838-2002)对总氮(TN)、总磷(TP)、铵态氮( ${\text{NH}}_4^{+}\text{-N}$ )、硝态氮( ${\text{NO}}_3^{-}\text{-N}$ )、化学需氧量(CODMn)、五日生化需氧量(BOD5)、叶绿素a (Chla)含量、溶解氧(DO)、和浊度(NTU)等指标进行测定。

2.4. 数据处理

本研究使用Microsoft Office Excel 2020软件进行统计学分析，选择Shannon-Wiener多样性指数(H’) [17]、Pielou均匀度指数(J’) [18]，分析浮游动物群落结构多样性，并进行水质评价。Shannon-Wiener多样性指数评价标准为：H’ ≥ 3为轻污、1 ≤ H’ < 3为中污、0 ≤ H’ < 1为重污；Pielou均匀度指数在 J’ ≥ 0.5为轻污、0.3 ≤ J’ < 0.5为中污、0 ≤ J’ < 0.3为重污。

3. 结果

3.1. 团结水库水环境特征

团结水库水体理化指标如图2所示，各季节理化因子的平均值呈现出季节性差异，其中深度、水温、电导率、pH值、浊度、叶绿素a含量、总氮、化学需氧量随季节更替先增大后减小，最大值均出现在夏季，除电导率和化学需氧量外最小值均出现在春季；溶解氧、透明度、五日生化需氧量、氯离子、氨氮随季节更替先减小后增大，最小值均出现在夏季；仅总磷随季节更替持续减小；硝态氮夏、秋两季变化不明显。深度、水温、pH值、浊度、总氮和化学需氧量夏季最高；透明度、五日生化需氧量、铵态氮含量秋季最高；总磷和溶解氧春季最高，硝态氮平均值春季最低而夏秋两季基本持平。

Figure 2. Seasonal physicochemical factors of Tuanjie Reservoir

图2. 团结水库各季节理化因子

3.2. 团结水库浮游动物群落结构

团结水库共鉴定出浮游动物28种，其中原生动物8种，占总物种数的28.57%，轮虫种类最多为12种，占总物种数的42.86%，枝角类最少仅3种，占总物种数的10.71%，桡足类5种，占总物种数的17.86% (表2)。

由表3可知，浮游动物丰度最大值出现在夏季S3采样点，最小值出现在夏季S5采样点。春、夏、秋季浮游动物的总丰度分别为18,153.9 ind/L、20,677.6 ind/L和21,060.65 ind/L，总丰度秋季最高；总生物量分别为35.61 mg/L、20.07 mg/L 和27.25 mg/L，总生物量春季最高。从季节上看，S2、S4、S5采样点的浮游动物丰度秋季最大；S1、S3采样点的浮游动物丰度夏季最大；除S3采样点外，其余各采样点春季丰度均介于夏季和秋季之间。从季节上看，S1采样点的浮游动物生物量夏季最大；S2、S3采样点的生物量秋季最大；S4、S5采样点的生物量春季最大(图3，图4)。

Table 2. Species of zooplankton

表2. 浮游动物种类

Table 3. Abundance (ind/L) and biomass (mg/L) of zooplankton in different seasons

表3. 不同季节浮游动物丰度值(ind/L)和生物量(mg/L)

Figure 3. Abundance of zooplankton in different seasons (ind/L).

图3. 不同季节浮游动物丰度值(ind/L)

Figure 4. Biomass zooplankton in different seasons (mg/L)

图4. 不同季节浮游动物生物量(mg/L)

3.3. 团结水库水质评价

团结水库浮游动物多样性与水质评价结果见表4。根据Shannon-Wiener多样性指数评价标准对水质状况进行综合评价可知，团结水库属于轻–中污型。S1采样点春、夏、秋季均为轻污，S2采样点三个季节均为中污，其他采样点仅在某季节出现中污，其余季节均为轻污。夏季的平均值最大为3.05，春季平均值最小为2.91，表明团结水库春季为中度污染，夏、秋季为轻度污染。Shannon-Wiener指数为2.46~3.76，最大值出现在夏季S1采样点，最小值出现在夏季S5采样点。其中S1和S3采样点Shannon-Wiener多样性指数夏季最高，S4采样点秋季最低，S5采样点春季最高。Pielou均匀度指数为0.36~0.64，最大值出现在秋季S3，最小值出现在春季S2和秋季S4采样点。春季的平均值最小为0.48，呈现中度污染(表4)，夏、秋季平均值均为轻度污染，两指数评价结果基本一致。

Table 4. Evaluation of zooplankton diversity index

表4. 浮游动物多样性指数评价

4. 讨论

团结水库水体各季节理化因子的平均值呈现出季节性差异，其中深度、水温、电导率、pH值、浊度、叶绿素a含量、总氮、化学需氧量随季节更替先增大后减小，最大值均出现在夏季，除电导率和化学需氧量外最小值均出现在春季；溶解氧、透明度、五日生化需氧量、氯离子、氨态氮随季节更替先减小后增大，最小值均出现在夏季；硝态氮夏、秋两季变化不明显；仅总磷随季节更替持续减小。

作为水域生态系统食物链中的初级消费者，浮游动物同时受到生产者(主要是浮游植物)和次级消费者的影响,其中浮游植物的种类组成、丰度和生物量等特征可直接影响浮游动物的组成和分布等群落特征 [19]。在本次调查中团结水库浮游动物种类组成以原生动物与轮虫类为主，本研究共鉴定出包括原生动物、轮虫、枝角类、桡族类在内的4类28种浮游动物，其中轮虫种类最多为12种，占总物种数的42.86%。该结果与同在东北地区的白石水库浮游动物中轮虫占45.33%的研究结果基本一致 [20]，并且在对于桥水库浮游动物群进行的研究中检出浮游动物29种，其中轮虫14种 [21]，也与本次研究结论基本一致。轮虫可以采用滤食、掠食、捕食、吮吸等多种方式进食，除细菌、浮游植物、腐质等，也可摄食原生动物、轮虫和小型甲壳类 [22]，此外，轮虫类繁殖速度快、发育时间短、食物转化效率高、怀卵量大 [23] [24]，因此具有很强的适应能力，广泛分布于各类水体中。有研究表明 [19]，总磷是评价水体富营养化程度的重要指标，尤其浅水湖泊中，富营养化程度随着总磷水平的升高而加剧，浮游植物的密度和生物量也随之升高，这也影响轮虫群落结构。将本调查的数据与2018年的数据相比，团结水库浮游动物种类减少了2种 [11]，可能与人类捕鱼及垂钓活动影响团结水库水体环境相关。

团结水库S1~S5采样点三个季节总丰度分别为12,301.15 ind/L、10,081.7 ind/L、12,662.65 ind/L、14,192.65 ind/L、10,654 ind/L；总生物量分别为8.63 mg/L、15.15 mg/L、16.57 mg/L、27.78 mg/L、14.8 mg/L，二者的最大值均出现在S4采样点，二者结果基本一致，说明该采样点各理化因子和所在位置最适合浮游动物存活。且浮游动物生物量最大值出现在春季S4采样点，最小值出现在秋季S1采样点。与同水库浮游植物调查结果比较发现，团结水库浮游植物以硅藻门(占比49.2%)和绿藻门(占比31.7%)为主，浮游植物丰度和生物量均在春季达到最大，其平均值也在春季最大，这表明该水域浮游植物和浮游动物具有相似的季节分布和变化规律 [25]。可能的原因是S1采样点位于水库上游，水流湍急，浮游植物较少，浮游动物可进食的食物来源较少，而S4采样点位于水库中心，受人为干扰少，因此S1相对S4不利于浮游动物生存，丰度和生物量均较低。浮游动物丰度最大值出现在夏季S3采样点，最小值出现在夏季S5采样点，S3采样点位于团结水库两个分叉中，水流较缓，生境稳定，富营养盐浓度较高 [26]，且夏季温度适宜有利于浮游植物生长繁殖，可以为浮游动物提供充足食物和适宜的水体环境。

团结水库浮游动物多样性指数显示，Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数全年均是S1采样点最高。S1采样点位于水库上游，水体周围植被丰富，人为干扰较少，导致浮游植物多样性较高，且夏季温度升高，有利于浮游植物和动物的生长繁殖，因此Shannon-Wiener指数最大值出现在夏季S1采样点。S2采样点三个季节均为中度污染，S5夏季出现指数最小值，可能的原因是S2采样点靠近公路，S5采样点位于大坝上游，当地居民在这两处的捕鱼垂钓等活动会对水体产生污染，对浮游动物多样性影响较大。

浮游动物作为生态系统中的初级消费者，不仅自身受浮游植物等生产者、鱼类等次级消费者的影响，还与所在水域的各项理化因子变化息息相关。同时浮游生物的群落组成、丰度、生物量、多样性都可作为水质评价的重要标志。团结水库面积较大，库容充足，夏季最大水深超过15米，春、夏、秋季温度保持在10~25摄氏度，pH值为7~8，Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数多为轻污，偶有中污出现。这些都反映出团结水库水质较好，为轻–中污型。但需要注意的是，溶解氧含量也能反映出水体的污染程度，可作为衡量水体污染的重要指标。该水库春、秋季溶解氧含量均在7 mg/L以上，远超过我国地面水质标准中规定的三级标准(溶解氧不低于4 mg/L)，夏季却不足2.5 mg/L。当溶解氧含量减少到一定限度时(如小于4 mg/L)，鱼类或是一些贝类就会死亡，进而加大污染风险。有研究表明浮游动物种类数在30℃左右最多，38℃开始明显减少，枝角类，桡足类，无节幼体数量在30℃以下随温度的升高而增多 [27]。但团结水库春、夏、秋三季各采样点总平均生物量为7.122 mg/L、4.014 mg/L、5.45 mg/L，温度较高的夏季生物量为最小值，与上述研究结论相反，可能的原因是水中溶解氧含量随温度升高而减小，夏季温度升高导致水体中溶解氧含量过低，影响了浮游动物的生长繁殖。团结水库总磷随季节更替持续减小，在春季出现最大值。而浅水湖泊中，富营养化程度随着总磷水平的升高而加剧，浮游植物的密度和生物量也随之升高，这也能从另一个角度解释春季团结水库因浮游植物充足，浮游动物总平均生物量出现最大值的现象。

5. 结论

1) 团结水库共鉴定出浮游动物28种，其中原生动物8种，轮虫种类最多为12种，枝角类3种，桡足类5种，该水库浮游动物以轮虫为主，枝角类和桡足类种数较少。

2) 团结水库水体各季节理化因子的平均值呈现出季节性差异。其中深度、水温、电导率、pH值、浊度、叶绿素a含量、总氮、化学需氧量随季节更替先增大后减小；溶解氧、透明度、五日生化需氧量、氯离子、氨态氮随季节更替先减小后增大；硝态氮夏、秋两季变化不明显；仅总磷随季节更替持续减小。

3) 根据Shannon-Weaver多样性指数评价标准对水质状况进行综合评价可知，团结水库属于轻–中污型，Shannon-Wiener指数和Pielou指数对水质评价的结果大致一致。除S2采样点三季均为中污外，各季节多数采样点为轻污，偶有中污出现，说明团结水库水质较好，当地居民环保意识较强，建议继续加强对十号坝和水源地的保护。

基金项目

国家重点研发计划项目(2016YFC0500406)，中央财政支持地方高校改革发展基金项目“冷水鱼类资源产业化可持续利用集成技术创新研究”(2020GSP14)，黑龙江省经济社会发展重点研究课题(20309)。

NOTES

^*通讯作者。