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黃河山東段浮游生物群落特征調(diào)查分析

2016-11-09 11:47:56冷春梅董貫倉劉超李秀啟朱士文客涵
關(guān)鍵詞:污染

冷春梅,董貫倉,劉超,李秀啟,朱士文,客涵

山東省淡水漁業(yè)研究院,山東濟(jì)南250013

黃河山東段浮游生物群落特征調(diào)查分析

冷春梅,董貫倉,劉超,李秀啟*,朱士文,客涵

山東省淡水漁業(yè)研究院,山東濟(jì)南250013

于2013年5月至2014年2月對黃河山東段進(jìn)行了5次調(diào)查采樣,分析了浮游生物群落的種類組成、密度、生物量和生物多樣性等群落特征。結(jié)果表明:共獲得浮游植物8門53種屬,以藍(lán)藻門和綠藻門為主,物種豐富度大小順序?yàn)?月>2月>7月>10月>5月;共獲得浮游動(dòng)物4類28種,以輪蟲最多,物種豐富度大小順序?yàn)?月>2月>10月>5月>7月,以螺形龜甲輪蟲、針簇多肢輪蟲、角突臂尾輪蟲和萼花臂尾輪蟲為主。黃河山東段浮游植物和浮游動(dòng)物Shannon-Wiener指數(shù)(H')均較低,分別為1.43和1.19;依據(jù)Shannon-Wiener指數(shù)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn),黃河山東段水環(huán)境質(zhì)量為中度污染。

黃河山東段;浮游生物;群落特征;環(huán)境評價(jià)

黃河是中國第二大河,也是我國北方地區(qū)重要的淡水資源,以全國2%的徑流量供給著15%耕地和12%人口,對沿黃各省經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展具有舉足輕重的作用[1]。因而,合理利用及科學(xué)保護(hù)黃河水資源,對我國北方地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[2]。自1970年以來,由于黃河上中游用水量的增加,使黃河進(jìn)入河口地區(qū)的來水量逐漸降低,特別是1991年以來黃河來水量持續(xù)偏枯,利津站年均實(shí)測徑流量較20世紀(jì)80年代減少超60%[3]。黃河水資源量的匱乏決定了其承載能力較低的特性,而伴隨流域經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展,大量廢污水的排放及超過80%的水資源開發(fā)利用率,使得其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能大大喪失[4]。特別是1999年以前,由于黃河中游缺乏工程調(diào)度及水資源統(tǒng)一管理,黃河下游斷流頻發(fā)[3],黃河山東段水生生態(tài)系統(tǒng)受到嚴(yán)重?fù)p害。1999年黃河實(shí)施水量統(tǒng)一調(diào)度以來,有效遏制了黃河下游斷流現(xiàn)象,特別是2002年利用小浪底水利樞紐工程進(jìn)行調(diào)水調(diào)沙,實(shí)現(xiàn)了下游河道沖刷減淤作用[5]。但是,在遏制黃河斷流并維護(hù)黃河水域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的同時(shí),泥沙集中下放亦導(dǎo)致環(huán)境的急劇變化,其生態(tài)影響成為長期以來關(guān)注的重點(diǎn)。

浮游生物作為水域生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,在生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)與能量流動(dòng)中起著重要作用。近年來,有關(guān)黃河浮游生物群落的研究主要集中于黃河入海口附近水域[6-9],而于黃河干流研究較少。劉曉燕等[10]認(rèn)為黃河水體含沙量高、透光度低,河底經(jīng)常處于沖淤狀態(tài),導(dǎo)致干流生物呈現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡單、物種數(shù)和生物量均較少的顯著特點(diǎn)。張軍燕等[11]也認(rèn)為,流速較大和含泥沙量高的河流不是浮游動(dòng)物的理想棲息場所。特別是個(gè)體較大的浮游動(dòng)物一旦進(jìn)入泥沙量大的河流,密度快速降低甚至消失[12,13]。黃河山東段位于黃河水域下游,近年受小浪底水庫調(diào)水調(diào)沙工程影響,每年6~7月調(diào)水調(diào)沙期間受大流量沖刷及高泥沙影響,水環(huán)境狀況急劇變化,而其導(dǎo)致浮游生物群落結(jié)構(gòu)的變化特征及機(jī)制尚不清楚。本文擬通過對黃河山東段浮游生物的周年調(diào)查,了解黃河下游干流水體浮游生物群落現(xiàn)狀,以期為黃河水域的生態(tài)養(yǎng)護(hù)與環(huán)境治理提供基礎(chǔ)資料。

1 材料與方法

1.1站位設(shè)置

于黃河山東段共設(shè)采樣站位7個(gè)(圖1),分別于2013年5月、7月、8月、10月和2014年2月采樣5次,其中7月采樣主要針對小浪底水庫調(diào)水調(diào)沙對浮游生物的影響進(jìn)行。

圖1 黃河山東段浮游生物采樣站位設(shè)置Fig.1 Sampling sites in the Yellow River of Shandong Province

1.2樣品采集

1.2.1浮游植物采集于每個(gè)調(diào)查斷面設(shè)左、中、右三個(gè)采樣點(diǎn),于每采樣點(diǎn)水下0.5 m處采集水樣混合,經(jīng)短暫沉淀后取上層水1000 mL加魯格試液固定,沉淀48 h后虹吸棄上層清液,濃縮至40 mL。搖勻后,快速吸取滴于0.1 mL計(jì)數(shù)框內(nèi),在10×40顯微鏡下觀察,計(jì)數(shù)兩片,取平均值。浮游植物的生物量用體積法計(jì)算,本方法把生物體當(dāng)做近似幾何圖形,按求積公式獲得生物體積,并假定比重為1計(jì)算體重。其中原生動(dòng)物隨浮游植物一同檢測,浮游植物與原生動(dòng)物的種類鑒定參考《中國淡水生物圖譜》[14]。

1.2.2浮游動(dòng)物采集于每個(gè)調(diào)查斷面設(shè)左、中、右三個(gè)采樣點(diǎn),于每采樣點(diǎn)水下0.5 m處采集水樣混合,經(jīng)短暫沉淀取上層水5 L,用25號浮游生物網(wǎng)過濾濃縮,并加入1.5 mL 4%的福爾馬林固定,帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行樣品分析。固定好的樣品搖勻后,快速吸取滴于1 mL計(jì)數(shù)框內(nèi),在10×10顯微鏡下觀察,計(jì)數(shù)兩片,取平均值。浮游動(dòng)物的生物量用體積法計(jì)算,本方法把生物體當(dāng)做近似幾何圖形,按求積公式獲得生物體積,并假定比重為1計(jì)算體重。浮游動(dòng)物的種類鑒定參考《中國淡水生物圖譜》[14]。

1.3數(shù)據(jù)處理與分析

用密度(d)、生物量(B)、優(yōu)勢度指數(shù)(Y)、Shannon-Wiener指數(shù)(H′)對浮游生物群落特征進(jìn)行分析;

密度(d)和生物量(B)分別從個(gè)體數(shù)量密度和生物量密度表示了群落物種的豐富性。

式中,ni為第i種物種的個(gè)體數(shù),N為樣品總個(gè)體數(shù),fi為第i種物種的出現(xiàn)頻率。Y>0.02為優(yōu)勢種。

式中,ni為第i種物種的個(gè)體數(shù),N為樣品總個(gè)體數(shù)。b′浮游生物個(gè)體生物量,根據(jù)近似幾何圖形,按求積公式獲得浮游生物體積,并假定比重為1,求得生物量b。H′數(shù)值的大小意味著群落多樣性的高低:其值越大,多樣性就越高;反之亦然。

2 結(jié)果與分析

2.1浮游生物群落特征

2.1.1浮游植物群落特征調(diào)查中,共檢出浮游植物8門53種屬,其中綠藻門最多24種,其次硅藻門9種,再次藍(lán)藻門8種,最后為金藻門4種以及黃藻門、隱藻門各3種和裸藻門2種;不同季節(jié)物種數(shù)大小順序?yàn)?月(28種)>5月(27種)>2月(23種)>7月(16種)>10月(13種)。其主要優(yōu)勢種群為小球藻、舟形藻、小環(huán)藻、席藻和針桿藻等。山東省淡水水產(chǎn)研究所1984年對黃河山東段的調(diào)查中,獲得浮游植物8門34科67屬,綠藻最多35屬,硅藻13屬,藍(lán)藻7屬,其余5門為2~3屬。與之相比,當(dāng)前浮游植物的種類組成相似,而種類數(shù)明顯下降。冷春梅[15]等2011年黃河口調(diào)查共檢出浮游植物79種,顯著高于本研究區(qū)域的黃河山東段;其研究區(qū)域最下端延伸至黃河和渤海交匯處,獲得的半咸水和海水種類增加了浮游植物的種類豐富度。余斌等[16]2011年對黃河壺口至三門峽段及其附屬水庫浮游植物的調(diào)查顯示,浮游植物由調(diào)水調(diào)沙前的113種下降到了43種,浮游植物密度和生物量下降明顯;同時(shí),其還認(rèn)為調(diào)水調(diào)沙期間較大泥沙的集中下泄,使得水體透明度降低,通過影響光照強(qiáng)度影響了浮游植物的生長繁殖。本研究結(jié)果與之基本一致,表明小浪底水庫集中調(diào)水調(diào)沙對下游河床的沖刷及其導(dǎo)致的短期高泥沙含量,是黃河下游浮游植物的種類多樣性降低的主要因素;同時(shí),黃河流域近30 a經(jīng)濟(jì)社會的不斷發(fā)展,導(dǎo)致黃河水質(zhì)的變化,以及上世紀(jì)末黃河的連續(xù)斷流,在一定程度影響了浮游植物群落的生物多樣性。

浮游植物密度介于0.00個(gè)/L~397.6×104個(gè)/L,平均97.2×104個(gè)/L;生物量介于0.00 mg/L~3.605 mg/L,平均0.805 mg/L。沿河流方向浮游植物密度變化趨勢不規(guī)則,最低值出現(xiàn)在高青(65.05×104個(gè)/L),而最高值為利津(142.10×104個(gè)/L);生物量變化亦不規(guī)則且變幅更大,最低值為高青(0.318 mg/L)和最高值為入海口(1.346 mg/L)(圖2a)。同時(shí),浮游植物密度及生物量季節(jié)演替顯著,密度與生物量的季節(jié)變化均為8月>2月>10月>5月>7月(圖2b)。其中,調(diào)水調(diào)沙期間的7月生物量與密度均為全年最低,此時(shí)較高的泥沙含量導(dǎo)致溶解氧降低和透明度下降,而浮游植物數(shù)量的顯著降低則驗(yàn)證了余斌等[16]有關(guān)調(diào)水調(diào)沙影響浮游植物生長繁殖的觀點(diǎn);8月浮游植物的密度與生物量均為全年最高,一方面該變化與溫帶水域浮游生物季節(jié)性變化趨勢相吻合,亦可能是由于調(diào)水調(diào)沙中高懸浮營養(yǎng)物質(zhì)在水體的釋放和激增為浮游植物的繁育提供了有利營養(yǎng)條件;2月份水溫最低但浮游植物的密度與生物量卻出現(xiàn)了第二高峰,可能與冬季水流緩慢有利于泥沙沉降,而相對較高的透明度為浮游植物創(chuàng)造了有利生存條件有關(guān)。

圖2 不同站位浮游植物的密度及生物量Fig.2 Density and biomass of phytoplankton in different sampling sites(a)and different seasons(b)

此外,陳校輝等[17]2004~2005年對長江江蘇段的調(diào)查,共檢出浮游植物10門96屬168種,其中以綠藻門和硅藻門為主,分別占到了38.10%和34.52%,密度為1045.3個(gè)/L~8668.7個(gè)/L;隋戰(zhàn)鷹等[18]2003年對珠江廣州段的調(diào)查,共獲得浮游植物5門574種,以硅藻門的等片藻為主要優(yōu)勢種群,密度為1.29×107個(gè)/L~5.28×107個(gè)/L。相對于更低緯度的長江和珠江,黃河山東段浮游植物的種類顯著較低,但優(yōu)勢種組成與之類似;黃河較低的浮游植物種類數(shù)應(yīng)與黃河高緯低溫及其特有的高泥沙含量有關(guān),亦驗(yàn)證了洪松和陳靜生[19]關(guān)于我國河流中水生生物種類最低值出現(xiàn)在黃河的觀點(diǎn)。

2.2.2浮游動(dòng)物群落特征調(diào)查中,共檢出浮游動(dòng)物4類28種,其中輪蟲22種,原生動(dòng)物3種,橈足類2種和枝角類1種;不同季節(jié)物種數(shù)大小順序?yàn)?月(27種)>2月(15種)>10月(14種)>5月(11種)>7月(5種)。浮游動(dòng)物優(yōu)勢種群(原生動(dòng)物除外)以螺形龜甲輪蟲、針簇多肢輪蟲、角突臂尾輪蟲和萼花臂尾輪蟲為主。山東省淡水水產(chǎn)研究所1984年的調(diào)查中,共檢出黃河山東段浮游動(dòng)物43種(屬),其中輪蟲37種(屬)、枝角類4屬、橈足類2種。與之相比,當(dāng)前浮游動(dòng)物物種數(shù)減少,尤以輪蟲和枝角類減少明顯。人造洪峰加大了河道上下水層的混合,渾濁而缺氧的水環(huán)境進(jìn)而影響浮游動(dòng)物的新陳代謝,不利于浮游動(dòng)物的生長繁殖[16]。可見,可能小浪底水庫調(diào)水調(diào)沙帶來大量的泥沙集中下泄,導(dǎo)致了浮游動(dòng)物種類數(shù)的減少。但是,浮游動(dòng)物數(shù)量和生物量又顯著高于1984年(5.3個(gè)/L和0.036 mg/L),則可能與漁業(yè)資源下降導(dǎo)致的攝食壓力降低等有關(guān)。與冷春梅等[15]2011年對黃河口調(diào)查的45種浮游動(dòng)物相比,原生動(dòng)物、枝角類與橈足類的種類顯著較低。可能由于黃河口處水文條件變化較大的特異性,孕育了更加豐富的生物種群。余斌等[16]調(diào)查發(fā)現(xiàn),調(diào)水調(diào)沙前后浮游動(dòng)物種類組成減少,其中原生動(dòng)物種類變化不大,但輪蟲類減少較明顯,浮游動(dòng)物密度、生物量均顯著下降。與之相比,本調(diào)查中物種數(shù)亦顯著降低,但生物量則顯著增加,與上述結(jié)果顯著不同。

浮游動(dòng)物數(shù)量介于0個(gè)/L~2555個(gè)/L,平均3367.6個(gè)/L;生物量為0.00 mg/L~1.125 mg/L,平均0.157 mg/L(圖3a)。密度最高為入海口處達(dá)863.62個(gè)/L,最低高青僅16.58個(gè)/L;生物量最高為高青0.328 mg/L,最低為艾山0.067 mg/L。浮游動(dòng)物數(shù)量的季節(jié)變化為10月>8月>5月>2月>7月,生物量為8月>5月>10月>2月>7月。7月浮游動(dòng)物的密度與生物量均為全年最低,亦應(yīng)主要受小浪底水庫調(diào)水調(diào)沙的影響,較高的泥沙含量導(dǎo)致較低溶解氧含量不利于浮游生物的生長繁殖[16]

圖3 不同站位浮游動(dòng)物的密度及生物量Fig.3 Density and biomass of zooplankton in different sampling sites(a)and different seasons(b)

彭剛等[20]2004年~2005年對長江江蘇段浮游動(dòng)物的調(diào)查,共檢出浮游動(dòng)物4門108種,其中輪蟲最多,45個(gè)種屬,占41.66%;原生動(dòng)物12個(gè)種屬,占11.11%;枝角類25個(gè)種屬,占23.14%;橈足類26個(gè)種屬,占24.07%。高原等[21]共發(fā)現(xiàn)珠江河口浮游動(dòng)物94種,其中橈足類35種,輪蟲類28種,原生動(dòng)物6種。與之相比,黃河山東段浮游動(dòng)物種類數(shù)顯著低于低緯度河流,但其以輪蟲為主與長江江蘇段浮游動(dòng)物的組成相似,而與珠江口橈足類最多不同,該差異的產(chǎn)生與黃河較高泥沙含量不利于水生生物的生存以及高緯低水溫等有關(guān)。

2.3浮游生物多樣性及環(huán)境質(zhì)量評價(jià)

2.3.1浮游植物Shannon-Wiener指數(shù)及環(huán)境質(zhì)量評價(jià)根據(jù)何志輝[22]和孔繁翔[23]的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn),基于浮游生物Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H')的水體環(huán)境狀況界定為:當(dāng)H'<1時(shí),為重度污染;H'=1~2,為中度污染;H'=2~3,為輕度污染;H'>3,為清潔。黃河山東段浮游植物Shannon-Wiener指數(shù)(H')均小于3,19.00%站位介于0~1,71.40%為1~2和9.50%為2~3;由此可見,黃河山東段19.00%水域?yàn)橹囟任廴尽?1.40%中度污染,僅有9.50%輕度污染。同時(shí),在不同季節(jié)差異不顯著,H'均位于1~2之間,為中度污染狀態(tài),其大小順序?yàn)?月>7月>2月>10月>5月。

表1 黃河山東段浮游植物Shannon-Wiener指數(shù)及水環(huán)境質(zhì)量評價(jià)Table 1 The Shannon-Wiener index and environmental quality evaluation of phytoplankton

2.3.2浮游動(dòng)物Shannon-Wiener指數(shù)及環(huán)境質(zhì)量評價(jià)黃河山東段浮游動(dòng)物Shannon-Wiener指數(shù)(H')均小于3,35.70%站位介于0~1,57.10%為1~2和7.10%為2~3。依據(jù)何志輝和孔繁翔的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn),黃河山東段35.70%水域?yàn)橹囟任廴尽?7.10%中度污染、僅7.10%的站位為輕度污染。在不同季節(jié),H'大小順序?yàn)?月(1.60)>5月(1.57)>8月(1.56)>10月(0.84)>4月(0.78)>7月(0.77),其中2月水質(zhì)最好為中度污染,7月水質(zhì)最差。但是,由于7月為黃河集中調(diào)水調(diào)沙時(shí)期,受較高泥沙含量及高流速水體沖刷的影響,浮游動(dòng)物數(shù)量顯著降低,進(jìn)而對浮游生物群落的生物多樣性指數(shù)亦造成一定程度的影響,故而該特殊時(shí)期基于生物多樣性環(huán)境評價(jià)的科學(xué)性與準(zhǔn)確性有待商榷。

表2 黃河山東段浮游動(dòng)物Shannon-Wiener指數(shù)及水環(huán)境質(zhì)量評價(jià)Table 2 The Shannon-Wiener index and environmental quality valuation of zooplankton

2.3.3黃河山東段水環(huán)境質(zhì)量狀況黃河山東段浮游植物Shannon-Wiener指數(shù)(H')介于0~2.10,均值為1.43;浮游動(dòng)物H'介于0~2.20,均值為1.10(表1和表2)。依據(jù)何志輝和孔繁翔的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn),均表明黃河山東段水環(huán)境為中度污染,且全年差異不大。張軍燕等[11]發(fā)現(xiàn),黃河瑪曲段浮游植物H'介于2~3,水體輕度污染;王勇等[24]調(diào)查發(fā)現(xiàn)黃河干流浮游植物H'為1.562,水體中度污染。由此可見,黃河自上至下浮游生物H'由2~3逐漸降至1~2,生物多樣性逐漸降低。該現(xiàn)象的產(chǎn)生,可能與黃河下游經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá),周邊工業(yè)污染較多、人類干擾更為嚴(yán)重,以及黃河水質(zhì)污染逐漸加重等有關(guān)。此外,下游水體較高的泥沙含量亦為水體浮游生物群落結(jié)構(gòu)差異的重要影響因素,特別是小浪底水庫調(diào)水調(diào)沙集中對河床的沖刷嚴(yán)重地影響了黃河水域浮游生物的多樣性。

3 結(jié)論

(1)黃河山東段共檢出浮游植物8門53種屬,以綠藻門種類最多,藍(lán)藻和硅藻次之;浮游植物細(xì)胞數(shù)為76.1×104個(gè)/L,生物量為0.469 mg/L。與上世紀(jì)八十年代相比,當(dāng)前黃河山東段浮游植物物種數(shù)顯著降低,而細(xì)胞數(shù)及生物量稍有增加。

(2)黃河山東段共檢出浮游動(dòng)物4類28種,以輪蟲種類最多,原生動(dòng)物、橈足類、枝角類較少;浮游動(dòng)物數(shù)量為218.23個(gè)/L,生物量為0.137 mg/L。與上世紀(jì)八十年代相比,當(dāng)前黃河山東段浮游動(dòng)物物種數(shù)顯著降低,尤以輪蟲和枝角類減少明顯;同時(shí),浮游動(dòng)物數(shù)量和生物量均顯著增加。

(3)黃河山東段浮游植物和浮游動(dòng)物Shannon-Wiener指數(shù)H'分別為1.43和1.10,據(jù)此評價(jià)黃河山東段為中度污染,但評價(jià)方法與標(biāo)準(zhǔn)在黃河的適用性有待進(jìn)一步商榷。

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InvestigationandAnalysisonCharacteristics ofPlanktonCommunity intheYellowRiverofShandongProvince

LENGChun-mei,DONGGuan-cang,LIUChao,LIXiu-qi*,ZHUShi-wen,KEHan
Institute of Shandong Freshwater Fisheries,Jinan 250013,China

Five times surveys were carried out in the Yellow River of Shandong Province from May 2013 to February 2014. Species composition,biomass,abundance and species diversity of plankton were discussed.The results showed that a total of 53 species of phytoplankton belonging to 8 phyla were identified,Cyanophyta and Chlorophyta dominated the phytoplankton communities.The species richness indexes of phytoplankton varied with August>February>July>November>May.A total of 28 species of zooplankton belonging to 4 phyla were also identified and Rotifera dominated the zooplankton communities.The species richness indexes of zooplankton varied with August>February>November>May>July,and the dominant species were Keratella cochlearis,Polyarthra trigla,Brachionus angularis and Brachionus calyciflorus.All the Shannon-Wiener indexes of phytoplankton and zooplankton were lesser than 3,and the mean values were 1.43 and 1.19,respectively.Based on the Shannon-Wiener indexes of phytoplankton and zooplankton,it suggested that the Yellow River in Shandong Province was in middle polluted status..

the Yellow River in Shandong Province;plankton;community characteristics;environmental quality assessment

X824;S931.1

A

1000-2324(2016)05-0668-06

2015-04-02

2015-04-29

公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(201303050)

冷春梅(1975-),女,助理研究員,從事資源環(huán)境研究.E-mail:lengcm@126.com

Author for correspondence.E-mail:lixiuqi2004@yahoo.com.cn

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