清水河流域浮游動物種群結構及多樣性研究

石 偉，段杰仁，邱小琮，王曉奕

（1.銀川市水產技術推廣服務中心，銀川750001；2.寧夏固原市第七中學，寧夏 固原756002；3.寧夏大學生命科學學院，銀川750021）

浮游動物是一類經常在水中浮游而自身不能制造有機物的異養(yǎng)型無脊椎動物和脊索動物幼體的總稱。由于它們個體微小、生命短暫、繁殖極快、種類繁多，從低等的微小原生動物到高等的尾索動物幾乎每一類都有永久性代表［1］。浮游動物在水域生態(tài)系統(tǒng)中有著十分重要的地位，部分浮游動物對水質變化比較敏感，其數量、種類易受水體生態(tài)環(huán)境影響，可作為指示性生物進行水體污染監(jiān)測，且對污染有指示、富集及轉化作用，所以浮游動物在水環(huán)境凈化和水生態(tài)毒理中都有重要作用。近年來，國內外越來越多的學者開始利用浮游動物的群落結構變化監(jiān)測和評價水環(huán)境質量狀況［2-4］。

清水河全長320 km，發(fā)源于六盤山，向北流經固原、同心、海原、中寧等縣，于中寧縣泉眼山匯入黃河，寧夏境內流域面積13 511 km2，是寧夏境內流入黃河最大、最長的支流。清水河從南到北穿越寧夏南部黃土丘陵區(qū)和中部干旱風沙區(qū)，流域大部分區(qū)域位于中部干旱風沙區(qū)［5］。目前清水河水環(huán)境問題突出，礦化度和硬度均較高，水質現狀較差。清水河流域取水主要用于農業(yè)，且對當地的生態(tài)環(huán)境有重要影響，作為清水河重要的水生生物之一，浮游動物的密度、種類、群落結構及多樣性，對于清水河的水體營養(yǎng)狀態(tài)和生態(tài)環(huán)境有著巨大的影響，本研究結果可為清水河流域水生態(tài)保護與水環(huán)境治理提供依據與基礎數據。

1 材料與方法

1.1 樣點設置與采樣時間

根據清水河的自然地理條件，共設置了22個采樣點，其中干流11個，支流折死溝1個、雙井河1個、莧麻河1個、中河2個、西河1個、冬至河2個、井溝1個、沙沿溝1個、五排1個。采樣時間為2018年7月與11月。

1.2 浮游動物標本的采集與鑒定、計數

浮游動物的采集分為定量采樣與定性采樣兩種。定量采樣用采水器采10 L水，用25號浮游生物網過濾濃縮，加入5%甲醛溶液固定。定性采樣使用25號浮游生物網（輪蟲）與13號網拖取（枝角類和橈足類），5%甲醛溶液固定低溫保存帶回實驗室內進行浮游動物鑒定、計數工作［6］。

1.3 浮游動物優(yōu)勢種

優(yōu)勢種指對群落結構與環(huán)境的形成有顯著控制作用的物種，依據物種出現頻率與個體數量來判定，用 優(yōu)勢 度y來表 示：y=fiPi，fi是第i物種 的 出現 頻率，Pi是第i物種個體數占總個體數量的比例，優(yōu)勢種選取y＞0.02的種類［7］。

1.4 浮游動物多樣性

生物多樣性是衡量種群是否穩(wěn)定的重要標準，采用以下3種多樣性指數［8-10］來分析清水河浮游動物的多樣性。

1）Margalef物種豐富度指數（d）。

式中，S.種類數；N.個體數。

2）Shannon-Wieaver物種多樣性指數（H'）。

式中，ni.第i種浮游動物的個體數；N.浮游動物總個體數。

3）均勻度指數（e）。

式中，H'.Shannon-Wiener指數；S.種類數。

2 結果與分析

2.1 浮游動物種類組成與分布

通過2018年7月與11月2個月對清水河22個采樣點的浮游動物進行種類調查、數量統(tǒng)計和群落結構研究，共鑒定出浮游動物23種，其中輪蟲類8種，占總種類數的34.8%；枝角類8種，占總種類數的34.8%；橈足類7種，占總種類數的30.4%。

在清水河22個采樣點中，幾處水庫采集到的浮游動物種類最多，其中沈家河水庫5種，冬至河水庫7種；其次，五排與中河均有4種浮游動物分布；采集到浮游動物有3種的樣點分別是雙井河、寺口子水庫，其余樣點采集到的浮游動物均為1或2種。輪蟲類中臂尾輪屬的壺狀臂尾輪蟲（Brachionus urceus）分布最為廣泛。

從季節(jié)變化分析（圖1），整體水平浮游動物種類數夏季19種，占總種類數的82.6%，秋季11種，占總種類數的47.83%。輪蟲類與橈足類夏冬兩季種類數變化并不明顯，而枝角類冬季種類數相比于夏季明顯有所下降。夏季共采集到輪蟲5種，占總種類數的26.32%，冬季4種，占總種類數的36.36%。夏季枝角類8種，占42.11%，冬季種類數下降為2種，占比下降為18.18%；橈足類夏季采集到6種，占夏季總種類數31.58%，冬季為5種，但所占比例有所上升，為45.45%。

圖1 清水河浮游動物的季節(jié)分布

2.2 浮游動物的優(yōu)勢種

清水河浮游動物的優(yōu)勢種共有7種（表1），分別是壺狀臂尾輪蟲（Brachionus urceus）、蚤狀溞［Daph?nia（Daphnia）pulex］、尖額溞（Ntermedia）、秀體尖額溞（Alona diaphana）、中型尖額溞（Alona intermedia）、劍水蚤（Clops）、廣布中劍水蚤（Mesocyclops leuckarti）。

表1 清水河浮游動物優(yōu)勢種

2.3 浮游動物的密度與生物量

清水河浮游動物的平均密度為3.85 ind./L，平均生物量為10.78 mg/L。其中輪蟲的平均密度為5.71 ind./L、枝角類的平均密度為2.13 ind./L、橈足類的平均密度為2.98 ind./L。橈足類在生物量中所占的比重最大，其次為枝角類、輪蟲，三者的平均生物量為17.37、16.86、1.48 mg/L。從密度的角度來看，輪蟲占絕對優(yōu)勢，但由于其體型較小，所以在平均生物量中所占的比例也較小，而體型較大的橈足類則在平均生物量中占有較大比重。

清水河浮游動物密度冬夏兩季變化（清水河羊路、清水河李旺、清水河王團、清水河同心、清水河長山頭、折死溝冬季未采到樣本）：夏季浮游動物的密度大于冬季，夏季為4.44 ind./L，冬季為2.75 ind./L。輪蟲密度冬季比夏季明顯下降，夏季為7.89 ind./L，冬季為1.78 ind./L；枝角類密度冬夏兩季相差不大，夏季為2.14 ind./L，冬季為2.08 ind./L；橈足類冬季密度大于夏季，夏季為2.14 ind./L，冬季為3.82 ind./L。各采樣點浮游動物密度也存在一定季節(jié)差異，夏季折死溝浮游動物平均密度最大，為36 ind./L，井溝次之。冬季清水河東郊與沈家河水庫浮游動物平均密度較大，分別為9、8 ind./L（圖2）。

清水河浮游動物生物量冬夏兩季變化：浮游動物生物量的季節(jié)變化趨勢與密度的變化趨勢相符，夏季生物量為12.03 mg/L，冬季生物量為8.44 mg/L。由于浮游動物各類群個體大小上的差異，故輪蟲、枝角類、橈足類生物量四季變化趨勢差異顯著。輪蟲較枝角類、橈足類體型較小，即便夏季密度較高的輪蟲，其生物量的優(yōu)勢也不是很明顯，橈足類體型較大，夏季橈足類的生物量明顯高于輪蟲和枝角類（圖3）。

圖2 清水河浮游動物的密度

圖3 清水河浮游動物的生物量

2.4 浮游動物的多樣性分析

Margalef物種豐富度指數的變化范圍為0.233～2.066（圖4）。各采樣點之間平均值最大的是冬至河水庫，達到1.033，最小的是折死溝，為0.117。Mar?galef物種豐富度指數的冬夏兩季變化范圍為0.432～0.997，夏季的Margalef物種豐富度指數大于冬季。各采樣點的Margalef物種豐富度指數變化夏季與冬季有明顯差異，夏季冬至河水庫的Margalef物種豐富度指數明顯高于其他各采樣點，折死溝的指數值最小；冬季莧麻河的指數較夏季有所下降，五排、貓兒溝水庫、冬至河的Margalef物種豐富度指數均上升。

清水河水體浮游動物的Shannon-Wieaver物種多樣性指數1.251～1.922，平均為1.587。全年最大值出現在五排的冬季為8.786，最小值出現在雙井河的夏季為0.183（圖5）。Shannon-Wieaver物種多樣性指數的季節(jié)變化較為顯著，冬季的Shannon-Wieaver物種多樣性指數比夏季大，冬季為1.922，夏季為1.251。夏季至冬季各采樣點變化趨勢呈線性，五排、冬至河及冬至河水庫指數升高，中河基本不變，其余采樣點Shannon-Wieaver物種多樣性指數均下降。

清水河浮游動物均勻度為2.535～3.801，平均為3.168，平均均勻度最高的采樣點是五排和冬至河，分別為8.45、8.43，其他采樣點的平均均勻度差異不大。冬季均勻度大于夏季，冬季為3.801，夏季為2.535。均勻度的最大值出現在五排冬季為14.6，最小值出現在折死溝夏季為0.598（圖6）。

圖4 清水河浮游動物Margalef物種豐富度指數季節(jié)變化

圖5 清水河浮游動物Shannon-Wieaver物種多樣性指數季節(jié)變化

圖6 清水河浮游動物均勻度指數季節(jié)變化

3 討論

3.1 清水河浮游動物種類組成及季節(jié)變化

清水河共采集到浮游動物23種，其中輪蟲類8種，橈足類7種，枝角類8種。清水河浮游動物種類季節(jié)變化明顯，整體水平上冬季較夏季有所下降。從各個類群來看，輪蟲類與橈足類冬夏兩季種類數變化并不顯著，而枝角類冬季種類數相比于夏季明顯有所下降。不同季節(jié)，水體溫度、營養(yǎng)鹽水平、pH等均不同，所以造成了浮游動物季節(jié)分布的變化，除此之外，生活污水的排入也是不可忽略的因素。

在樣點間輪蟲種類也有差異，幾處水庫采集到的浮游動物種類最多，其中包括沈家河水庫、冬至河水庫。較多采樣點采集到的浮游動物僅為1種或2種，分布最廣泛的是輪蟲類臂尾輪屬壺狀臂尾輪蟲，且在各樣點處的密度及生物量都比較大。不同類群的浮游動物對環(huán)境條件的適應情況有差別，因而就造成了其水平分布的變化。

3.2 清水河浮游動物密度及生物量

不同類型的河流，浮游動物的密度與生物量高峰期不同，主要受水體溫度、食物量多少及河內水草豐度等因素影響［11］。清水河浮游動物中密度最大的是輪蟲，夏季浮游動物的密度大于冬季。就密度而論，輪蟲占很大優(yōu)勢，但由于其體型較小，占平均生物量的比重相較小，而橈足類體型較大，則在平均生物量中占有較大比重。除了季節(jié)影響，各采樣點的水體環(huán)境不同也使得浮游動物的密度與生物量均存在差異。

3.3 清水河浮游動物物種多樣性

衡量群落是否穩(wěn)定的方式之一就是種群多樣性，可以通過多個指數來表示，Margalef指數比較依賴物種數，能充分反映物種種類的分布情況；Shan?non-Wieaver指數一般用于判斷群落結構的復雜程度；均勻度則判斷各物種個體數量分配的均勻程度。本研究使用Margalef指數、Shannon-Wieaver指數與均勻度分析討論清水河的浮游動物，3個指數能較好地表示清水河浮游動物的種群多樣性。

Margalef多樣性指數主要反映了群落物種的豐富度，可以通過浮游動物的物種豐富程度判斷水質［12］，當d＞5時，水質清潔；d=4～5，水質輕度污染；d=3～4時，水質中度污染，d＜3，水質重度污染。Shannon-Wieaver多樣性指數可以反映群落物種多樣性，H值越大，水污染程度越輕，0～1為重度污染，1～3為中度污染，大于3則污染較輕或無污染。均勻度指數同Shannon-Wieaver多樣性指數一樣，重、中、輕污染或無污染的e值區(qū)間分別為0～0.3、0.3～0.5、0.5～0.8。一般說來，多樣性指數越大表示水質越好，清水河各樣點中浮游動物Margalef多樣性指數在0.233～2.066，為重度污染。Shannon-Wieaver多樣性指數1.251～1.922，均勻度指數2.535～3.801，均勻度較高。避免清水河水體污染程度加重，需平衡好其水生態(tài)系統(tǒng)，如減少氮、磷的來源，減少營養(yǎng)物質的富積，做好環(huán)境管理及研究保護水體環(huán)境等。

4 結論

1）清水河共采集到浮游動物23種，其中輪蟲類8種，橈足類7種，枝角類8種，優(yōu)勢種有7種，季節(jié)變化明顯，冬季較夏季有所下降。輪蟲類與橈足類冬夏兩季種類數變化并不明顯，而枝角類冬季種類數相比于夏季明顯有所下降。在樣點間分布也有差異，水庫采集到的浮游動物種類最多。分布最廣泛的是壺狀臂尾輪蟲，且密度及生物量都較大。

2）清水河夏季浮游動物的密度大于冬季，其中密度最大的是輪蟲，除了季節(jié)影響，各采樣點的水體環(huán)境不同也使得浮游動物的密度與生物量均存在差異。

3）清水河中浮游動物Margalef多樣性指數為0.233～2.066，Shannon-Wieaver多樣性指數為1.251～1.922，均勻度指數為2.535～3.801。清水河為中度富營養(yǎng)化，應加強水生態(tài)保護與水環(huán)境治理。