北運河水系夏季浮游動物群落結構特征及其與環境因子的關系

王汨，楊柏賀，馬思琦，徐宗學，殷旭旺，王博涵，，劉萌萌

1.大連海洋大學水產與生命學院，遼寧省水生生物學重點實驗室，遼寧 大連 116023 2.北京師范大學水科學研究院，水沙科學教育部重點實驗室，北京 100875 3.大連嘉匯橡樹外國語學校，遼寧 大連 116023

浮游動物群落的行為和生活史在水域生態系統中有著十分特殊的地位[1-3]，它們在水環境生態系統的能量流動和物質循環等生態過程中起著不可替代的作用。浮游動物是水域生態系統中評價水質的重要指示生物，浮游動物群落密度及香農威納指數等群落特征值的變化，能夠十分準確地反映出水域生態系統的好與壞[4，5]，在水體質量監測中起著很重要的作用[6-8]。為此，筆者以浮游動物群落為研究對象，研究了流經北京的北運河水系夏季浮游動物的物種數、密度、香農威納指數等群落結構特征[9-11]，探究了影響北運河水系浮游動物群落結構特征的主要環境因子，并且從水化指標和浮游動物群落特征等角度評價了北運河水系水質狀況，旨在為北運河水系水體評價和開發利用提供科學依據。

1 北運河水系概況與采樣點設置

北運河是流經北京市東郊和天津市的一條河流，是海河流域的一條支流，在古代稱其為白河或沾水。其發源地在北京市昌平區和海淀區一帶，向南流入通州區，在通州區北關上游稱為溫榆河，后流經河北香河縣，并在天津市的大紅橋匯入海河。北運河全長120km，水系流域面積5300km2，其支流有通惠河、涼水河等。

研究共設置45個采樣點，采樣點具體分布位置詳見圖1。

圖1 北運河夏季采樣分布點Fig.1 Summer sampling distribution sites of North Canal

2 浮游動物樣品的采集及數據處理

使用浮游生物采水器在不同水層采集100L的混合水樣，應用25號浮游生物網過濾，將過濾后的樣本倒入100mL的樣品瓶中，并加入體積分數為4%的甲醛溶液保存，樣品在實驗室中靜置24h后吸取上清液，將水樣濃縮為30mL。浮游動物的樣品依據文獻 [8-15]在顯微鏡下鑒定種類并記錄。

在野外用水質分析儀現場測定水溫(T)和溶氧量(DO)，使用酸度計測定pH，采集水樣在實驗室中測定葉綠素(Chl)、總氮(TN)、總磷(TP)、氨氮(NH3-N)含量和高錳酸鹽指數(CODMn)[16]。

采用SPSS 16.0進行相關性分析，浮游動物香農威納指數[5]和均勻度指數[12]計算用Biodiversity Profession完成，采用Canoco 4.5進行浮游動物與環境因子的主成分分析和典范對應性分析，采樣圖使用ArcMap 9.3軟件完成[4,16]。

3 結果與分析

3.1 浮游動物群落結構特征

調查中，北運河水系共鑒定出浮游動物4類90種，其中輪蟲物種數量最多，為45種，占浮游動物物種總數的50%；其次為原生動物，為25種，占浮游動物物種總數的27.78%，枝角類(13種)和橈足類(7種)物種數相對較少，分別占浮游動物物種總數的14.44%和7.78%；4類浮游動物中，輪蟲密度最高，占總密度的60.80%；其次為原生動物，占總密度的27.05%，枝角類和橈足類密度較低，分別占總密度的2.64%和9.51%。原生動物和輪蟲占主要地位，其他類別不占優勢。

北運河水系夏季各采樣點物種數量平均為17.56種，最高點位于B2(28種)，最低點位于B45；各采樣點密度平均值為156.84ind./L，最高點位于B14(1301.00ind./L)，最低點位于B17；各采樣點香農威納指數平均值為0.61，最高點位于B8(3.91)，最低點位于B2；均勻度指數平均值為0.16，最高點位于B8(0.85)，最低點位于B2(見圖2)。

圖2 北運河浮游動物群落結構特征Fig. 2 The characteristics of zooplankton community structure in North Canal

3.2 浮游動物群落結構與環境因子關系

北運河水系夏季水環境因子測定結果如表1所示。結果顯示，北運河水系水溫平均為23.66℃；水體呈弱堿性，pH平均為7.99， 水體平均TN含量和CODMn較高，分別為9.69mg/L和 6.49mg/L；Chl含量相對較低。

表1 北京地區北運河水系水環境因子(平均值±標準差)

通過對北運河水系水環境因子的主成分分析，篩選出兩主軸變化分數大于0.8的水環境因子有TN、TP、NH3-N 和CODMn，不選擇的水環境因子有DO、T、pH和Chl(見圖3)。

浮游動物群落典范對應性分析結果(見圖4)表明，北運河水系影響浮游動物群落結構的主要環境因子是TP(P=0.04)和TN(P=0.04)，TP對第一軸影響較大，TN對第二軸影響較大，NH3-N和CODMn對第一軸影響較大。TP、TN、NH3-N 和CODMn與浮游動物的群落密度呈正相關。

圖3 北運河水系水環境因子主成分分析 圖4 北運河水系浮游動物群落典范對應性分析Fig.3 Principal component analysis of water environmental Fig.4 Canonical correspondence analysis of zooplankton factors in North Canal river system community in North Canal river system

3.3 浮游動物群落健康評價

許多國內外學者都運用浮游動物的群落特征指數來進行城市生態環境的健康評價，香農威納指數法是最常用的健康評價方法之一，此方法與其他水生生物群落評價方法一致：浮游動物香農威納指數高，則意味著其生活的水體穩定性較好，水體的健康狀況比較好，反之，則表明水體的穩定性和健康狀況較差(見表2)。研究采集到的浮游動物群落的香農威納指數平均為0.61，均勻度指數平均為0.16。僅從浮游動物多樣性指數的角度來看，北運河夏季的水體呈重度污染。

表2 基于浮游動物群落多樣性指數的水生態健康標準

4 討論

此次野外調查流經北京的北運河水系，共鑒定出浮游動物4類90種，其中輪蟲種類最多，為45種，原生動物25種，枝角類13種，橈足類7種。浮游動物平均密度為156.84ind./L，北運河水體受到人類的影響較大，水流較慢，水體透明度較低，水生植物覆蓋率較低，水生態環境質量較差，水土流失較為嚴重，部分采樣點位甚至有嚴重的污染。北京地區北運河水系水體中也出現了多種富營養化水體的耐污種，如萼花臂尾輪蟲、前節晶囊輪蟲、蓋氏晶囊輪蟲和椎尾水輪蟲等等[10，15-17]，且這些物種密度較大，這表明北運河水系水體營養化，已經受到了一定程度的污染。

研究表明，浮游動物群落香農威納指數在一定程度上可以鑒定水質狀況，浮游動物群落香農威納指數數值越大，水體水質狀況越好[18-20]。北運河水系浮游動物群落香農威納指數平均為0.61，相對較低。根據浮游動物香農威納指數評價水質標準[5,12，13]，香農威納指數介于0～1之間，為重度污染。綜合來看，北運河水系受到了重度污染。

北運河水系主要影響浮游動物群落結構的環境因子為TP和TN，CODMn和NH3-N對浮游動物群落結構也有十分重要的影響。TN對水中浮游動物群落的分布起著重要作用。水中TN和TP含量較高時，水體呈富營養化狀態，對一部分浮游動物群落繁殖起到重要作用[21]。TN、TP、NH3-N和CODMn與浮游動物的群落密度呈正相關，對浮游動物的群落分布有一定影響。CODMn也是水文環境監測中的一個重要指標，北運河水系CODMn平均為6.49mg/L，已經超過了國家標準含量指標，說明北運河水體中的有機物污染對浮游動物群落的影響較為嚴重[22]。