星海湖水生生物群落結構及魚產(chǎn)力評估

趙睿智，王曉奕，趙紅雪，邱小琮

(1 寧夏大學生命科學學院，寧夏 銀川 750021；2 銀川市水產(chǎn)技術推廣服務中心，寧夏 銀川 750001)

星海湖地處寧夏回族自治區(qū)石嘴山市大武口區(qū)，東經(jīng)105°58′～106°59′，北緯38°22′～39°23′。星海湖集湖泊、沼澤、鹽土、湖土荒地等多種類型為一體，屬于黃河水系，區(qū)域總面積48.08 km2，其中湖泊面積14.7 km2，平均水深1.7 m[1]。星海湖是寧夏石嘴山市極具價值的湖泊濕地，不僅承擔著防洪調洪、蓄水補水、調節(jié)氣候等功能，同時也被賦予了改善生態(tài)環(huán)境、完善城市功能、打造城市水文化、提升城市形象的重要使命[2]。目前，星海湖已被列入全國首批濕地保護示范項目名單，為了優(yōu)化星海湖的水產(chǎn)、水禽、水生種植和水上旅游等“四水產(chǎn)業(yè)”，將其建設成為經(jīng)濟效益、社會效益以及生態(tài)效益的有機統(tǒng)一體，調查和保護星海湖的水生態(tài)環(huán)境是勢在必行的基礎工作之一。水生生物的群落結構能夠反映水生態(tài)系統(tǒng)的健康情況，完整的水生生物群落是水生態(tài)系統(tǒng)抵抗外界干擾維持穩(wěn)態(tài)的基礎。對湖泊進行生態(tài)學研究的過程中，調查水生生物群落結構是必不可少的環(huán)節(jié)之一。水體魚產(chǎn)力是漁業(yè)科學和水域生態(tài)學的核心問題之一，近年來隨著對生態(tài)系統(tǒng)能量流動和物質循環(huán)過程的深入揭示，魚產(chǎn)力研究在理論上和實踐上都有較大的發(fā)展，成為了合理利用水體生物資源的重要依據(jù)[4-6]。現(xiàn)有對星海湖的研究多集中于水污染評價與防治方面[1-3]，尚未見到有關星海湖生態(tài)學方面的研究報道。

本研究調查了星海湖水生生物群落結構，在系統(tǒng)的生態(tài)學研究基礎上估算了星海湖的魚產(chǎn)力，并對魚類放養(yǎng)品種及合理放養(yǎng)量進行了分析，旨在為星海湖湖泊漁業(yè)生產(chǎn)、水體管理和水生態(tài)保護提供參考。

1　材料與方法

1.1　采樣點的布設

根據(jù)星海湖的形狀，在星海湖設置了4個采樣點：南域(S1)，中域(S2、S3)，北域(S4)(圖1)。

圖1　星海湖采樣點設置

1.2　采樣情況

采樣時間為春(2016年4月)、夏(2016年7月)、秋(2016年10月)、冬(2017年1月)，對星海湖水體中的水生生物進行定性、定量分析。 水生生物樣本采集方法依據(jù)《湖泊富營養(yǎng)化調查規(guī)范》進行[7]。

1.3　魚產(chǎn)力評估

根據(jù)浮游植物、浮游動物、底棲動物等水生生物量、P/B系數(shù)(生物量周轉效率)、飼料利用率和飼料系數(shù)，估算星海湖水體的潛在魚產(chǎn)力[8-15]。計算公式為：

(1)

式中：F—魚產(chǎn)力，kg/hm2；m—水生生物量，kg/hm2；a—飼料利用率，%；E—飼料系數(shù)；P/B—

生物量周轉效率。

1.4　魚類合理放養(yǎng)量

魚類合理放養(yǎng)量按以下公式計算。

(2)

式中：SR—魚類合理放養(yǎng)量，尾/hm2；F—魚產(chǎn)力，kg/hm2；R—起捕規(guī)格，kg/尾；r—回捕率(被捕回的魚尾數(shù)與原放養(yǎng)魚尾的百分比)，%。

2　結果與討論

2.1　星海湖浮游植物種群結構

2.1.1星海湖浮游植物種類組成

星海湖各季節(jié)浮游植物各門組成比例如表1。

表1　星海湖浮游植物種類組成

共采到浮游植物73種，隸屬于7門58屬。其中以綠藻門種類最多，25屬 28種，占總種類數(shù)的38.4%；硅藻門次之，14屬19種，占26.0%；藍藻門12屬14種，占19.2%；金藻門4屬4種，占5.5%；裸藻門2屬3種，占4.1%；甲藻門3屬3種，占4.1%；隱藻門2屬2種，占2.7%。星海湖浮游植物在四季中變化很大，秋季種類數(shù)最多，冬季最少。在同一季節(jié)中綠藻門的種類數(shù)最多，其次是硅藻門和藍藻門。各樣點都是綠藻物種最多，其次是硅藻、藍藻。

2.1.2星海湖浮游植物生物量和密度

圖2所示：星海湖浮游植物年平均密度為719.4×104個/L，變幅378.7×104～979.4×104個/L，年平均生物量為6.34 mg/L，變幅2.97～9.80 mg/L，夏季浮游植物密度最高，藍藻占絕對優(yōu)勢，綠藻、硅藻次之；冬季密度最低，綠藻占優(yōu)勢，其次為硅藻。夏秋季節(jié)水溫較高，且水體氮磷營養(yǎng)鹽含量豐富，藍藻大量繁殖，是造成星海湖富營養(yǎng)化的主要原因。星海湖夏季浮游植物生物量最高，此時以硅藻占優(yōu)勢，冬季生物量最低，綠藻占優(yōu)勢。各樣點間浮游植物的密度與生物量差異不明顯。

調查結果表明，星海湖浮游植物種類多，一年共檢測到浮游植物7門58屬，其平均密度為719.4×104個/L，生物量為6.34 mg/L，綠藻門、硅藻門和藍藻門為該湖泊的優(yōu)勢種群，占浮游植物總種類數(shù)的38.4%、26.0%、19.2%，這一群落結構特點與國內已知報道相近[3-5,16-18]。

按國內有關評價湖泊富營養(yǎng)化生物學評價標準，根據(jù)浮游植物密度及生物量指標，星海湖處于中富營養(yǎng)狀態(tài)[7]。

2.2　星海湖浮游動物種群結構

2.2.1星海湖浮游動物種類組成

星海湖浮游動物31種，其中輪蟲18種，占58.1%；枝角類10種，占32.3%；橈足類3種，占9.7%，春季出現(xiàn)的種類最多，冬季最少。常見的種類角突臂尾輪蟲(Brachionusangularis)、萼花臂尾輪蟲(B.calyciflorus)、矩形龜甲輪蟲(Keratellaquadiata)、曲腿龜甲輪蟲(K.vaigavalga)、月形腔輪蟲(Lecaneluna)、前節(jié)晶囊輪蟲(A.priodonta)、異尾輪蟲(Trichocerasp.)、長肢多肢輪蟲(Polyarthratrigla)、長三肢輪蟲(Filinialongiseta)、近鄰劍水蚤(Cyclopsvicinus)、橈足類無節(jié)幼體(Nauplius)。

2.2.2星海湖浮游動物密度與生物量

星海湖浮游動物生物量和密度時空變化見圖3。星海湖浮游動物年平均密度為752 個/L，變幅420～1 040 個/L，年平均生物量為2.73 mg/L，變幅1.443～4.232 mg/L，夏季浮游動物密度和生物量最高，冬季較低。夏秋季節(jié)水溫較高，藻類大量繁殖，以藻類為食的浮游動物數(shù)量也隨之增加，各樣點間浮游動物的密度與生物量差異不明顯。

浮游動物能夠作為一項指標來評價水體營養(yǎng)狀況，角突臂尾輪蟲(B.angularis)、萼花臂尾輪蟲(B.calyciflorus)往往被認為是水體富營養(yǎng)化的指示種類[19-22]。本研究結果顯示，這兩種輪蟲頻繁出現(xiàn)于星海湖中，且在夏秋季節(jié)形成優(yōu)勢物種，這說明星海湖水體已經(jīng)進入了富營養(yǎng)化狀態(tài)。

2.3　星海湖底棲動物種群結構

2.3.1星海湖底棲動物種類組成

星海湖底棲動物共25種，隸屬3門4綱16科，其中環(huán)節(jié)動物門8種，均為寡毛綱種類。軟體動物4種，其中瓣鰓綱1種，腹足綱3種。節(jié)肢動物2綱2目4科13種，昆蟲綱種類最多，共9種，甲殼綱4種。從各物種在定量樣品的出現(xiàn)頻率及所占比重來看，確定蘇氏尾鰓蚓(Branchiurasowerbyi)、多毛管水蚓(Aulodriluspluriseta)、維竇夫盤絲蚓(Bothrioneutumvejdovskyanum)、羽搖蚊(Chironomusplumosus)和紋沼螺(Parafossarulusstriatulus)為優(yōu)勢種類。

2.3.2星海湖底棲動物的生物量和密度

圖4所示：星海湖底棲動物年平均密度為224 個/L，變幅160～295 個/L，年平均生物量為14.35 mg/m2，變幅8.61～20.25 mg/m2，夏季底棲動物密度最高，冬季最低，生物量秋季最高，冬季最低。

本研究結果顯示，星海湖水體呈現(xiàn)富營養(yǎng)化狀態(tài)。水體中大量的營養(yǎng)物質沉積在底泥中，為底棲動物的生長與繁殖提供良好的營養(yǎng)環(huán)境[23-25]。另外，夏秋季節(jié)水溫較高，浮游生物大量繁殖，飼料豐富。因此，星海湖底棲動物的種類與數(shù)量均呈現(xiàn)較高的水平。

圖2　星海湖浮游植物生物量和密度時空變化

圖3　星海湖浮游動物生物量和密度時空變化

圖4　星海湖底棲動物生物量和密度時空變化

2.4　星海湖水生植物種群結構

2.4.1星海湖水生植物種類組成

星海湖檢出水生維管束植物33種，分別隸屬于23科。其中，蕨類植物1科2種，裸子植物2科4屬4種，被子植物20科27種。被子植物中，雙子葉植物4科9種，單子葉植物9科18種。依生活型而論，挺水植物7種，占所有種類的25.9%，漂浮植物5種，占18.5%；浮葉植物5種，占18.5%，沉水植物10種，占37.0%。從種類組成分析，絕大部分為湖泊中普生性的種類。

2.4.2星海湖水生植物密度與生物量

星海湖水生植物密度與生物量變化見圖5。星海湖水生植物年平均密度為59株/m2，變幅32～82株/m2，年平均生物量為583 g/m2，變幅248～903 g/m2，夏季水生植物密度最高，冬季最低，生物量夏季最高，冬季最低。夏季水溫較高，水生植物生長旺盛，此時量最大。各樣點間水生植物的密度與生物量差異不明顯。

圖5　星海湖水生植物密度和生物量的時空變化

水生植物數(shù)量的季節(jié)性變化規(guī)律決定了其對水體氮磷等營養(yǎng)鹽的吸收程度[13],星海湖水體氮磷營養(yǎng)鹽含量冬春季較高，夏秋季較低，其原因主要是因為水生植物的量在夏秋季節(jié)達到高峰，吸附貯存了相當數(shù)量的營養(yǎng)鹽類，使得水體營養(yǎng)鹽含量降低[26-27]。同時，水生植物個體大、生命周期長、吸附和儲存營養(yǎng)鹽能力強，能夠通過對光環(huán)境和營養(yǎng)鹽競爭，抑制藻類生長，凈化水質。

3　星海湖魚產(chǎn)力評估與分析

3.1　魚產(chǎn)力計算與分析

3.1.1浮游生物提供的鰱、鳙魚產(chǎn)力估算

浮游植物魚產(chǎn)力估算星海湖浮游植物年平均生物量為6.34 mg/L，湖泊平均水深1.7 m，養(yǎng)殖水域面積為2 400 hm2,則浮游植物現(xiàn)存量為108.41 kg/hm2，P/B系數(shù)以110計算，飼料系數(shù)取40，飼料利用率取20%，則根據(jù)公式(1)，浮游植物的魚產(chǎn)力估算為59.63 kg/hm2。

浮游動物魚產(chǎn)力估算星海湖浮游動物年平均生物量為2.73 mg/L，湖泊平均水深1.7 m，養(yǎng)殖水域面積為2 400 hm2,則浮游動物現(xiàn)存量為46.68 kg/hm2，P/B系數(shù)以30計算，飼料系數(shù)取10，飼料利用率取50%，則根據(jù)公式(1)，浮游動物魚產(chǎn)力估算為70.02 kg/hm2。

外源性食物魚產(chǎn)力估算如果考慮到有機碎屑和細菌等外源性食物的飼料作用，則實際生產(chǎn)力還要增加，一般認為外源性食物提供的鰱、鳙魚產(chǎn)力為浮游生物魚產(chǎn)力的50%。星海湖中浮游生物提供的總魚產(chǎn)力為129.65 kg/hm2，因此星海湖腐屑等外源性食物可提供鰱、鳙魚產(chǎn)力為64.83 kg/hm2。

綜合以上三方面的結果，估算星海湖浮游生物及外源性食物可提供的理論鰱、鳙魚產(chǎn)力共為194.48 kg/hm2，即在保持目前水域理化、生物狀態(tài)和不進行人工投餌的前提下，每年鰱、鳙魚理論最高生產(chǎn)量為194.48 kg/hm2。星海湖養(yǎng)殖水域面積為2 400 hm2，則每年鰱、鳙理論生產(chǎn)量的最大值為466.75 t。

3.1.2底棲動物提供的雜食性魚產(chǎn)力估算

星海湖底棲及甲殼動物年平均生物量估算為14.35g/m2，P/B系數(shù)取3，飼料系數(shù)取4，飼料利用率取30%。則根據(jù)公式(1)，底棲動物提供的雜食性魚產(chǎn)力為32.29 kg/hm2。全湖養(yǎng)殖水域面積2 400 hm2，則雜食性魚類(鯉、鯽魚等)理論生產(chǎn)量為77.49 t。

3.1.3水生植物提供的草食性魚產(chǎn)力

星海湖水生植物資源的生物量為655 g/m2，其中90%以上是草魚難以攝食的挺水植物，據(jù)此計算草魚合理存量只有291.5 g/hm2。目前星海湖水生態(tài)恢復的首要任務是盡快恢復水下植物生境，待水下植被保有量達到一定程度后，通過生物調查和科學計算，按比例放養(yǎng)和捕撈草魚等草食性魚類，恢復星海湖在保持水生態(tài)平衡基礎上的草食性魚類生產(chǎn)力。

3.2　魚類放養(yǎng)品種及合理放養(yǎng)量分析

3.2.1鰱、鳙合理放養(yǎng)量

星海湖浮游植物單位存量為108.41 kg/hm2，由浮游植物的魚產(chǎn)力估算為59.63 kg/hm2；浮游動物單位存量為46.68 kg/hm2，浮游動物的魚產(chǎn)力估算為70.02 kg/hm2；外源性食物提供的鰱、鳙魚產(chǎn)力估算為64.83 kg/hm2。因此，合計星海湖鰱、鳙魚產(chǎn)力為194.48 kg/hm2。

星海湖鰱、鳙魚獲量比例約為1∶1.2，即鰱魚產(chǎn)力為89.4 kg/hm2、鳙魚產(chǎn)力為105.08 kg/hm2。鰱鳙魚平均起捕規(guī)格為0.75 kg、1.25 kg，最高回捕率為40%。根據(jù)公式(2)計算，星海湖鰱、鳙魚合理放養(yǎng)量分別為298尾/hm2和262尾/hm2，若規(guī)格以500 g/尾計，則放養(yǎng)鰱、鳙魚質量分別為149 kg/hm2和131 kg/hm2。

3.2.2雜食性魚類合理放養(yǎng)量

星海湖底棲及甲殼動物年平均生物量估算為14.35 g/m2，魚產(chǎn)力估算為32.29 kg/hm2。鯉、鯽等魚類的平均起捕規(guī)格為0.5 kg，回捕率最高為40%，根據(jù)公式(2)計算，雜食性魚類合理放養(yǎng)量應為161尾/hm2，若規(guī)格以200g/尾計，放養(yǎng)質量為32.2 kg/hm2。

3.2.3草食性魚類合理放養(yǎng)量

星海湖水生植物資源的生物量為583 g/m2，草魚合理存量為291.5 g/hm2。草魚的平均起捕規(guī)格為0.7 kg，最高回捕率為40%，根據(jù)公式(2)計算，草魚的合理放養(yǎng)量應為1尾/hm2，若規(guī)格以800 g/尾計，則放養(yǎng)質量為0.8 kg/hm2。

因此，星海湖養(yǎng)殖魚每年合理總放養(yǎng)量為722尾/hm2，313 kg/hm2。

4　結論

星海湖浮游植物73種，隸屬于7門58屬；浮游動物31種，其中輪蟲18種，枝角類10種，橈足類3種；底棲動物共25種，隸屬3門4綱16科，昆蟲綱種類最多共9種；水生維管束植物33種，分別隸屬于23科。水生生物的群落結構呈現(xiàn)明顯的季節(jié)性波動，夏秋兩季種類、密度和生物量最高，冬季最低。根據(jù)浮游植物和浮游動物的密度和生物量判斷，星海湖處于中度富營養(yǎng)化狀態(tài)。

星海湖養(yǎng)殖水域面積為2 400 hm2，則每年鰱、鳙理論生產(chǎn)量的最大值為466.75 t，可產(chǎn)魚雜食性魚類(鯉、鯽魚等)77.49 t。鰱合理放養(yǎng)量為149 kg/hm2，鳙合理放養(yǎng)量為131 kg/hm2，雜食性魚類合理放養(yǎng)量為32.2 kg/hm2，草食性魚類合理放養(yǎng)量為0.8 kg/hm2。

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