西泉眼水库春季浮游动物群落结构及其与水环境因子相关性分析

Community Structure of Zooplankton in Spring and Its Relationship with Water Environmental Factors in Xiquanyan Reservoir

摘要: 为了解西泉眼水库春季的水体浮游动物群落结构特征及其与水环境因子之间的关系，于2021年5月在水库内采用内陆水域大面积定点调查方法共设置了18个采样点，并进行浮游动物的采集和水体理化因子的测定。本文运用了优势种、生物多样性指数、RDA (冗余分析)等方法对浮游动物及水环境因子进行分析。结果共鉴定出浮游动物24种，其中轮虫最多为15种，占整个浮游动物群落的70.83%，原生动物7种，占整个浮游动物群落的29.16%，枝角类和桡足类均只发现1种；优势种主要包括团球领鞭虫(Sphaeroeca)、螺形龟甲轮虫(Keratella cochlearis)和无节幼体(Nauplii)3种；香农维纳指数平均值为1.04、均匀度指数平均值为0.73，评价结果显示春季西泉眼水库呈轻–中污染。冗余分析结果表明水温、TP、COD和PH是影响浮游动物群落变化的主要水环境因子。

Abstract: To understand the community structure characteristics of zooplankton and its relationship with water environmental factors in spring in Xiquanyan Reservoir, a large-scale survey was conducted in the inland waters of the reservoir in May 2021, and a total of 18 sampling sites were set up. Zoo-plankton were collected and chemical factors were measured. In this study, dominant species, bi-odiversity index and RDA (redundancy analysis) were used to analyze zooplankton and aquatic environmental factors. The results show that a total of 24 species of zooplankton were identified, including 15 species of rotifers (70.83%), 7 species of protozoa (29.16%), 1 species of cladicornis and 1 species of copepods. The dominant species were Sphaeroeca, Keratella cochlearis and Nauplii. The average shannon Wiener index is 1.04 and the average pielou index is 0.73. The evaluation results show that the Xiquanyan reservoir is light-medium polluted in spring. The results of re-dundancy analysis showed that water temperature,TP, COD and PH were the main water envi-ronmental factors affecting the changes of zooplankton community.

1. 引言

西泉眼水库位于阿城市东南84公里处，是黑龙江省最大的水库之一。水库作为哈尔滨市区境外饮水的水源地早在阿什河流域规划和水库研究阶段就已经确定 [1]。为保证哈尔滨市近千万居民的饮水安全，各相关部门严格的水质监测就显得尤为重要 [2]。自水库建成以来，生态环境的改变、农药化肥的大量使用、旅游业的大规模发展使水库的水质受到很大的影响 [3]。本文于2021年春季(5月)调查研究了西泉眼水库浮游动物的群落结构特点，运用了多种生态学方法评价了其水质，并分析了浮游动物与环境因子之间的相关性，能够为以后西泉眼水库水源治理提供一定的理论基础。

浮游动物在水生生物食物链中发挥着重要作用。浮游动物是位于食物链前端的消费者，有的以浮游植物为食，有的以细菌、碎屑为食，而它们本身又是其他水生生物的食物，特别是许多经济鱼类的饵料来源 [4] [5] [6]。此外，浮游动物特殊的随波逐流的生活方式适应于相应的水文因子，也就是说，它们的种属和数量变化总是与一定的水文状况相联系，因此环境的影响所引起的季节变化和长期变化迫使浮游动物产生不同程度的响应 [7] [8]。浮游动物个体小、生长周期短，对水环境因子的变化敏感，因此常作为水环境监测和评价的指标之一 [9]。本文于2021年春季(5月)进行水质监测和浮游动物采样，分析其浮游动物群落结构及其与水环境因子的关系，为西泉眼水库的健康管理提供一定的理论依据。

2. 材料与方法

2.1. 采样断面设置

西泉眼水库地理坐标为东经127˚16'，北纬45˚12'5属丘陵型水库，此次调查中本着沿水库均匀布点的原则，分别在河流入库口区、库中心区、出库口区设置采样断面，并在每个断面的左中右均进行样品采集，共设置了18个采样点如(图1)。

Figure 1. Location of the sampling sites in Xiquanyan reservoir

图1. 西泉眼水库采样点分布图

2.2. 浮游动物样本采集与鉴定

浮游动物的定性样品原生动物、轮虫样品用25号浮游生物网，枝角类和桡足类定性样品用13号浮游生物网，采用25#浮游生物网在水中进行横“∞”字形捞取3 min。定量样品根据水体深浅程度来进行分层采样，由于本次采样的水库水深大于10米，采集时用5 L的有机玻璃采水器垂直方向采集表层、中层和底层的水样并将各层等量混合成一个水样，之后用13号浮游生物网过滤浓缩，将浓缩的水样收集于100 ml的标本瓶中，立即加入4%体积的甲醛溶液进行固定。带回室内静置48 h后，采用虹吸法除去上清液，浓缩至30 mL。原生动物定量取0.1 mL用浮游植物计数框在显微镜下全片计数，轮虫定量取1 mL用浮游动物计数框在显微镜下全片计数，枝角类和桡足类用浮游动物计数框在显微镜下观察计数。所采集的浮游动物样品依据文献 [10] [11] [12] [13] [14] 在显微镜下进行鉴定。按体积法来统计轮虫的生物量，枝角类和桡足类生物量则分别按体长、体重回归方程式计算。

2.3. 水环境因子的测定

我们采用现场测定与实验室测定相结合的方法来对水环境因子进行测定，在采集浮游动物样本的同时利用YSI-6600多功能水质分析仪对水温、PH、DO和CL⁻进行现场测定。其余理化指标需要采集1 L水样并24 h内带回实验室，参考国家标准方法对总氮浓度(TN)、总磷浓度(TP)、化学需氧量(CODcr)进行测定。

2.4. 数据分析和处理

采样分布图在Arc Map10.5上完成。根据浮游动物优势度指数(Y)、Shannon-Wiener多样性指数(H’)、Pielo均匀度指数(J’)对西泉眼水库春季浮游动物群落结构特征进行分析评价。浮游动物生物多样性指数的计算均在Exce2010中完成，运用SPSS16.0进行相关性分析，水环境数据(除PH外)和生物数据在分析前先进行lg(x + 1)转换，使其趋于正态分布。采用Canoco for windows 4.5软件进行DCA分析，得出SD值小于3，因此对物种数据和相关环境因子数据进行RDA分析。

3. 结果与分析

3.1. 西泉眼水库水环境因子

西泉眼水库春季各调查断面水体理化指标如表1，水温12.8℃~19.48℃，平均值为18.06℃，变化趋势表现为库区内水温相差基本不大，但在库区出水口水温与库区内水温相差较大；PH 5.05~8.91，平均值为6.90，表现出水库的水体整体呈现出弱酸性；COD为8~19 mg/L，平均值为13.94 mg/L，根据评价标准基本上能达到饮用水的标准；TP为0.06~0.25 mg/L，平均值为0.14 mg/L；TN为0.9~3.1 mg/L，平均值为1.67 mg/L；TN和TP在调查区域内并未发现规律性变化；DO为6.60~9.66 mg/L，平均值为7.52。

Pearson相关性分析结果显示水温与DO呈极显著负相关(r = −0.908, p = 0.000)，水温与PH呈显著负相关(r = −0.573, p = 0.013)，水温与CL⁻呈显著负相关(r = −0.583, p = 0.011)。

Table 1. The physic-chemical parameters in Xiquanyan reservoir

表1. 西泉眼水库水体理化因子

3.2. 浮游动物群落组成及结构特征

西泉眼水库春季共检测出浮游动物24种，其中轮虫占最多为15种，占整个浮游动物群落的70.83%，原生动物7种，占整个浮游动物群落的29.16%，枝角类和桡足类此次调查中都只发现1种。浮游动物的优势种共三种(表2)无节幼体出现的频率最高为77.78%，其优势度为(Y = 0.912)。

Table 2. The dominant species of zooplankton in Xiquanyan reservoir

表2. 西泉眼水库浮游动物优势种

3.3. 浮游动物群落健康评价

香农维纳指数法是很多学者在运用浮游动物的群落特征进行城市生态环境健康评价中最常用的方法之一 [15] [16] [17]。此方法运用过程中，香农维纳指数越高则意味着生活的水体稳定性越好，水体健康状态比较好 [18]。反之，则表明水体稳定性和健康状况较差(表3)。春季于西泉眼所采集的浮游动物群落的生物多样性指数(图2)香农维纳指数变化范围为0~1.97，平均为1.04，均匀度指数变化范围为0~1，平均值为0.73。仅从浮游动物的多样性指数看西泉眼水库春季水体呈中污染。

Figure 2. Changes of Shannon-Wiener index and Pielou index of zooplankton

图2. 浮游动物Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数变化

Table 3. Diversity index pollution degree index

表3. 多样性指数污染程度指标

3.4. 浮游动物群落结构与水环境因子间关系

RDA排序是分析不同物种对环境的需求，能很好的展现出生态环境对物种分布、组成的相互关系，并可分析出不同浮游动物群落对环境的适应性，以及理化因子的影响。由图3可以看出浮游动物群落的分布主要受PH、TP、水温和COD等环境因子影响较大，轴1与PH、DO和TP呈极显著正相关；轴2与水温呈显著正相关，与TN，CL⁻和COD呈显著负相关。螺形龟甲轮虫、扁平泡轮虫、唇舌吻虫、间弧象鼻溞、长三肢轮虫、叉口砂壳虫、前结晶囊轮虫、矩形臂尾轮虫和曲腿龟甲轮虫在排序图中位置比较接近，表明它们对生态环境的适应能力接近。根据RDA排序图，春季调查的多数浮游动物与水温呈负相关关系。

注：sph.团球领鞭虫；ave.褐砂壳虫；gra.叉口砂壳虫；sim.简裸口虫；lab.唇舌吻虫；sol.太阳求吸管虫；uir.绿急游虫；lin.壶状臂尾轮冲；ley.矩形臂尾轮虫；unc.钩状侠甲轮虫；bud.浦达臂尾轮虫；lop.冠饰异尾轮虫；ang.角突臂尾轮虫；tic.缘板龟甲轮虫；coc.螺形龟甲轮虫；val.曲腿龟甲轮虫；sty.柱足腹尾轮虫；lon.长三肢轮虫；pri.前结晶囊轮虫；sul.沟痕泡轮虫；com.扁平泡轮虫；cor.间弧象鼻溞；nau.无节幼体。

Figure 3. Double diagram of RDA analysis between zooplankton community and aquatic environmental factors

图3. 浮游动物群落与水环境因子间RDA分析双重图

4. 讨论

4.1. 非生物因素对浮游动物群落结构的影响

浮游动物在水生生物食物链中发挥着重要作用。浮游动物是位于食物链前端的消费者，有的以浮游植物为食，有的以细菌、碎屑为食，而它们本身又是其他水生生物的食物，特别是许多经济鱼类的饵料来源 [19]。水库浮游动物群落结构的变化受生物和非生物环境因子的影响 [20] [21]。西泉眼水库主要影响浮游动物群落结构的水环境因子为水温、TP、PH和COD。有研究表明，温度是影响浮游动物生长发育、群落组成和季节变化的主要原因之一 [22]。不同种类浮游动物的最适生长温度不同，而适宜的温度可缩短发育时间，春季水温开始升高，促进了浮游动物休眠卵的发育，从而影响浮游动物的群落结构 [22]。水库中小型浮游动物多数以浮游植物为食，当水中营养盐(N、P)和有机物(COD)含量增加时，通过直接作用于浮游植物从而间接对浮游动物群落结构的分布产生一定的影响 [23]。淡水水体的浮游动物种类和数量也受PH的影响。

4.2. 生物因素对浮游动物群落结构的影响

浮游动物在水环境生态系统的物质循环和能量流动等生态过程中起着不可替代的作用 [24] [25]。生物因素，包括竞争、捕食和食物这些因素都能改变浮游动物的群落结构。作为水环境生态系统中生产者的浮游植物，以及一些浮游食性的鱼类都是影响浮游动物种类和数量的重要因子 [26]。从近些年来对西泉眼鱼类资源的调查报告中了解到水库中多数鱼类以浮游动物为食，根据食物链和种间关系分析，水库中大量鲢、鳙的存在会与竞争者竞争食物和氧气等资源，同时也会在一定程度上增加浮游动物的牧食压力，从而改变浮游动物的群落结构。浮游植物作为水体的初级生产者，不但为浮游动物提供了天然饵料，同样也是水体溶解氧的制造者，浮游植物自身的密度和种群的变化会在食物链中引起一定种间及种内的竞争，致使浮游动物群落结构的改变 [27] [28] [29]。

基金项目

中央支持高水平人才项目《冷水鱼资源产业化可持续利用集成技术创新》，项目编号2020GSP14。基金项目：黑龙江省鲟鳇鱼资源保护与可持续利用技术研究(HLJSCXH2019003)。

参考文献

NOTES

^*第一作者。

^#通讯作者。