白洋淀浮游動物群落結(jié)構(gòu)特征與環(huán)境因子的相關(guān)性分析

梁倍寧 郭冉 姚欣悅 李峰

摘 要：為研究環(huán)境因子對白洋淀地區(qū)浮游動物的影響，于2020年春季、夏季和秋季對白洋淀地區(qū)的18個采樣點分別進行了三次調(diào)查，并采用相關(guān)性分析對浮游動物與環(huán)境數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系進行了研究。結(jié)果顯示：浮游動物共鑒定出44種，輪蟲類為構(gòu)成浮游動物的最大種類，浮游動物優(yōu)勢種為萼花臂尾輪蟲（Brachionus calyciflorus）、角突臂尾輪蟲（Brachionus angularis）和臺灣溫劍水蚤（Thermocyclops taihokuensis）。浮游動物的種類組成以及豐度和生物量變化均受到環(huán)境變化的影響，其中浮游動物豐度主要受區(qū)位變化影響，而浮游動物的種類組成和生物量變化主要受時間變化影響。從相關(guān)性分析可以看出，浮游動物的豐度和生物量變化與水溫、葉綠素a、總磷、總氮等環(huán)境數(shù)據(jù)均產(chǎn)生了一定的相關(guān)性，相關(guān)性最顯著的是總磷。

關(guān)鍵詞：白洋淀;浮游動物;環(huán)境因子;相關(guān)性分析

浮游動物在水體中往往以次級生產(chǎn)者和初級消費者的身份存在，無論是能量的流動還是生產(chǎn)力的轉(zhuǎn)化，浮游動物在其中都扮演著非常重要的角色[1]。由于浮游動物對環(huán)境變化非常敏感，因此浮游動物與環(huán)境因子之間的相互聯(lián)系就越發(fā)受到學(xué)者們的關(guān)注。由于環(huán)境因素非常復(fù)雜，研究者們的研究方向往往各不相同，羅丹等[2]分析了水體流速對浮游動物產(chǎn)生的影響，而趙予熙[3]則對總磷變化與浮游動物生長之間的聯(lián)系進行了研究。近些年來，浮游動物與環(huán)境數(shù)據(jù)的相關(guān)性分析越發(fā)受到學(xué)者們的認可，已經(jīng)成為了浮游生物研究的一個主要方向。

白洋淀位于雄安新區(qū)，不僅承擔著引黃入冀工程調(diào)蓄樞紐的作用，還是雄安新區(qū)千年大計重要的組成部分，對維護華北地區(qū)的生態(tài)平衡有著不可低估的作用[4]。由于白洋淀地區(qū)擁有多條入淀河流，因此在同一氣候下，白洋淀地區(qū)的環(huán)境更加復(fù)雜且多變?，F(xiàn)有的研究往往只針對于淀區(qū)內(nèi)的某一片或者幾片區(qū)域進行探討，而很少針對全湖進行研究，因此，本文在白洋淀全淀共選取了18個采樣點，對浮游動物的群落結(jié)構(gòu)進行了研究，同時結(jié)合相關(guān)性分析來探究浮游動物與環(huán)境因子之間的聯(lián)系，以期了解不同水域浮游動物的變化情況，為白洋淀的生態(tài)修復(fù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 采樣點設(shè)置

2020年春季、夏季、秋季在白洋淀地區(qū)分別進行了三次采樣，冬季由于湖面結(jié)冰沒有進行環(huán)境調(diào)查。如圖1所示，根據(jù)環(huán)境部門的布點選擇，特別考慮到白洋淀復(fù)雜的環(huán)境體系，共在淀區(qū)內(nèi)圍繞進水口、出水口、旅游區(qū)、居民區(qū)等環(huán)境，選取了18個站位進行研究。

1.2 樣品采集

1.2.1 浮游動物 定性所使用的浮游動物樣品主要通過25號浮游生物網(wǎng)在水面上通過畫“∞”進行采集，定量所使用的浮游動物樣品主要通過柱狀采水器進行采集，經(jīng)過過濾收集后加入甲醛進行固定，然后帶回實驗室置于顯微鏡下進行計數(shù)。通過浮游生物計數(shù)儀（杭州訊科）進行浮游動物定量分析，并依據(jù)《淡水微型生物圖譜》[5]進行鑒定。

1.2.2 環(huán)境數(shù)據(jù) 環(huán)境數(shù)據(jù)主要包含水溫、DO（溶解氧）、pH值、TN（總氮）、TP（總磷）、NH+4-N（氨氮）和Chl.a（葉綠素a）等。使用多參數(shù)水質(zhì)測定儀（YSL Professional）現(xiàn)場測定水溫、DO和pH值，使用便攜式手持式葉綠素測定儀（ChloroTeah121A）現(xiàn)場測定Chl.a，將水樣低溫保存帶回實驗室后用分光光度計檢測TN、TP和NH+4-N。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Pearson分析方法對輪蟲類、橈足類和枝角類等浮游動物的豐度及生物量變化結(jié)合環(huán)境數(shù)據(jù)進行Pearson相關(guān)性分析[6]，同時使用Canoco5軟件對不同門類的浮游動物生物量與環(huán)境數(shù)據(jù)進行相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 群落結(jié)構(gòu)特征

2.1.1 群落組成及優(yōu)勢種 分析結(jié)果顯示，本次調(diào)查在白洋淀地區(qū)的18個站位共鑒定出浮游動物44種，主要為輪蟲類、橈足類和枝角類，其中萼花臂尾輪蟲（Brachionus calyciflorus）、角突臂尾輪蟲（Brachionus angularis）和臺灣溫劍水蚤（Thermocyclops taihokuensis）為不同季節(jié)的優(yōu)勢種。春季共鑒定出輪蟲類15種、橈足類8種、枝角類4種;夏季共鑒定出輪蟲類7種、橈足類12種、枝角類6種;秋季共鑒定出輪蟲類10種、橈足類9種、枝角類9種。鑒定出的輪蟲類的總種類數(shù)為20種，約占總數(shù)的45%，占比最多;其次為橈足類和枝角類，分別為14種和10種，約占總數(shù)的32%和23%，輪蟲類為構(gòu)成浮游動物的最大種類。種類變化主要受季節(jié)變化影響，春季輪蟲類較多，夏季橈足類較多，秋季枝角類較多。

2.1.2 豐度和生物量變化 浮游動物豐度分析結(jié)果如圖2所示，浮游動物豐度變化范圍為3.4～104.3個/L，變化波動較大。最高點為夏季的A10，最低點為秋季的A4。從圖中可以看出，季節(jié)更迭和站位變化對浮游動物的豐度變化均產(chǎn)生了一定的影響，同時可以看出浮游動物豐度受季節(jié)變化的影響更明顯。從站位變化上看，A3、A4和A16三個站位的浮游動物豐度明顯低于其他站位，而其他站位則呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)差異，如A5、A15等，同時也有一些站位沒有呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)差異，如A1、A18。從季節(jié)變化上看，浮游動物豐度主要在春季和秋季升高，夏季較為平均。

浮游動物生物量分析結(jié)果如圖3所示，浮游動物生物量變化范圍為0.93×10-2～4.61×10-2 g/L，最高點為秋季的A11，最低點為春季的A9。從圖中可以看出，站位變化對不同站位浮游動物的生物量變化影響較小，浮游動物生物量受季節(jié)變化的影響更明顯。從站位變化上看，不同站位的浮游動物生物量變化較為均衡，沒有呈現(xiàn)出顯著的站位變化。從季節(jié)變化上看，秋季的浮游動物生物量明顯高于春季和夏季。

2.2 相關(guān)性分析

2.2.1 浮游動物和環(huán)境因子的Pearson分析 不同時期的浮游動物豐度及生物量變化與環(huán)境數(shù)據(jù)的相關(guān)性分析見表1。春季的相關(guān)性分析顯示輪蟲豐度與水溫呈顯著正相關(guān)（P<0.05）;橈足類豐度沒有呈現(xiàn)出與環(huán)境數(shù)據(jù)的顯著相關(guān)性;枝角類豐度沒有呈現(xiàn)出與環(huán)境數(shù)據(jù)的顯著相關(guān)性;生物量與水溫呈顯著正相關(guān)（P<0.05），與TP呈極顯著負相關(guān)（P<0.01）。夏季的相關(guān)性分析顯示輪蟲豐度沒有呈現(xiàn)出與環(huán)境數(shù)據(jù)的顯著相關(guān)性;橈足類豐度與TP呈顯著負相關(guān)（P<0.05）;枝角類豐度與Chl.a呈極顯著正相關(guān)（P<0.01），與TP呈極顯著負相關(guān)（P<0.01）;生物量沒有呈現(xiàn)出與環(huán)境數(shù)據(jù)的顯著相關(guān)性。秋季的相關(guān)性分析顯示輪蟲類、橈足類、枝角類的豐度和生物量變化均沒有呈現(xiàn)出與環(huán)境數(shù)據(jù)的顯著相關(guān)性。全年的相關(guān)性分析顯示輪蟲豐度沒有呈現(xiàn)出與環(huán)境數(shù)據(jù)的顯著相關(guān)性;橈足類豐度與TP呈顯著負相關(guān)（P<0.05）;枝角類豐度與TN呈顯著負相關(guān)（P<0.05）;生物量沒有呈現(xiàn)出與環(huán)境數(shù)據(jù)的顯著相關(guān)性。本次分析中水溫、Chl.a、TP和TN與環(huán)境數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出顯著相關(guān)性（P<0.05），其中TP的濃度變化與浮游動物數(shù)據(jù)的相關(guān)性最密切，分別呈現(xiàn)出了2次顯著負相關(guān)和2次極顯著負相關(guān)。

2.2.2 優(yōu)勢種豐度和環(huán)境因子的RDA相關(guān)性分析 經(jīng)過對浮游動物生物量和環(huán)境數(shù)據(jù)的去趨勢對應(yīng)分析（DCA），結(jié)果顯示第一軸長度為0.328（<3），適用于RDA分析所使用的的線性模型[7-8]，因此最終決定使用RDA分析方式進行分析。

分析結(jié)果顯示，與浮游動物生物量相關(guān)性最密切的是TP和pH值，分別呈現(xiàn)為極顯著相關(guān)（P<0.01）和顯著相關(guān)（P<0.05），軸一和軸二解釋的擬合變異分別為81.27%和89.85%。同時從圖4中可以看出，TP與輪蟲類、橈足類、枝角類等浮游動物的生物量呈負相關(guān)，與橈足類的相關(guān)性最明顯，這與前文中的Pearson相關(guān)性分析結(jié)果相符合。pH值與浮游動物生物量呈負相關(guān)，同時前文中的pH值也與生物量呈負相關(guān)，但沒有呈現(xiàn)出顯著相關(guān)性，這說明pH值變化對生物量的影響較小。

3 討論

3.1 白洋淀浮游動物群落結(jié)構(gòu)特征

研究結(jié)果顯示，白洋淀地區(qū)的浮游動物主要由輪蟲類、橈足類和枝角類組成，同時種類組成存在時間差異，不同季節(jié)的優(yōu)勢類群各不相同，這說明同一片水域在不同季節(jié)的影響下，其內(nèi)部的浮游動物群落組成會出現(xiàn)不同程度的變化[9]。通過與前幾次在白洋淀地區(qū)的調(diào)查結(jié)果進行對比[10]，可以發(fā)現(xiàn)本次鑒定出的浮游動物種類數(shù)低于2009年的56種，與2019年的43種接近，同時可以看出，本次調(diào)查發(fā)現(xiàn)的優(yōu)勢種萼花臂尾輪蟲、角突臂尾輪蟲和臺灣溫劍水蚤等在前幾次的調(diào)查中均有發(fā)現(xiàn)，因此可以斷定白洋淀地區(qū)的浮游動物種類組成近年來沒有發(fā)生明顯改變。通過查閱文獻[11]，發(fā)現(xiàn)太湖地區(qū)近20年間浮游動物的種類數(shù)及生物量在不斷下降，其中輪蟲類的下降幅度最大，因此與2009年相比白洋淀地區(qū)的浮游動物種類數(shù)減少可能屬于大環(huán)境的自然演替和人類活動的共同結(jié)果，而不是白洋淀地區(qū)的局部效應(yīng)。

3.2 浮游動物豐度及生物量變化

浮游動物的豐度和生物量是反映生物群落和環(huán)境質(zhì)量變化的重要指標[1]。在本次調(diào)查中，浮游動物的豐度受時空變化影響明顯，除受季節(jié)變化影響外，不同站位的豐度變化也較為明顯，浮游動物密度較低的A3、A4、A15站位位于湖泊進水口和出水口附近，這可能是浮游動物豐度較低的原因。同時可以看出，季節(jié)更迭對浮游動物的豐度和生物量變化產(chǎn)生的影響都十分明顯，這一現(xiàn)象在我國其他水域內(nèi)也有發(fā)現(xiàn)，白海峰等[12]在對涇河水系的浮游動物進行調(diào)查時發(fā)現(xiàn)，豐水期涇河流域浮游動物的豐度和生物量遠高于其他時期。9月為白洋淀地區(qū)的引水期，經(jīng)過引黃入淀，淀區(qū)內(nèi)加入了大量引水帶來的浮游生物，最終造成了浮游動物豐度和生物量的改變。

3.3 浮游動物與環(huán)境的相關(guān)性分析

李瑞嬌等[13]指出，COD、TN和pH值是影響黃河部分流域浮游動物豐度變化的主要因素，而夏品華等[14]在關(guān)于紅楓湖水庫的研究中指出，水溫、氨氮、電導(dǎo)率和pH值是影響浮游動物分布的主要因素。這說明在不同地理環(huán)境下，導(dǎo)致浮游動物產(chǎn)生改變的環(huán)境因子各不相同，但營養(yǎng)鹽的變化往往都會對浮游動物產(chǎn)生影響。本研究中的Pearson相關(guān)性分析顯示，在本次調(diào)查中對浮游動物產(chǎn)生主要影響的環(huán)境因子是水溫、Chl.a、TP和TN，這與其他學(xué)者的分析結(jié)果基本符合。吳利等[15]指出，pH值是影響西涼湖浮游動物群落結(jié)構(gòu)改變的較強的環(huán)境因子。本次研究RDA分析顯示，對浮游動物生物量產(chǎn)生主要影響的環(huán)境因子為TP和pH值，其中pH值在RDA分析中顯示與不同門類的浮游動物生物量相關(guān)性顯著，但在Pearson相關(guān)性分析中并沒有表現(xiàn)出來，這也說明pH值變化主要導(dǎo)致群落結(jié)構(gòu)發(fā)生改變而對整體生物量變化的影響較小。

4 結(jié)論

2020年白洋淀地區(qū)浮游動物群落結(jié)構(gòu)組成沒有發(fā)生明顯改變，浮游動物豐度受季節(jié)和區(qū)域變化影響明顯，浮游動物生物量受季節(jié)變化影響明顯。

浮游動物與環(huán)境因子的相關(guān)性明顯，水溫、Chl.a、TP、TN和pH值改變都會對浮游動物的豐度和生物量變化產(chǎn)生一定的影響，與TP的相關(guān)性最密切。

參考文獻：

[1] 白海鋒，孔飛鶴，王怡睿，等. 北洛河流域浮游動物群落結(jié)構(gòu)時空特征及其與環(huán)境因子相關(guān)性[J/OL].大連海洋大學(xué)學(xué)報，2021（5）：785-795[2021-11-04].https：//doi.org/10.16535/j.cnki.dlhyxb.2021-047.

[2] 羅丹，李星浩，余育和，等.長江中游干流浮游動物空間分布[J].水生生物學(xué)報，2019，43（S1）：3-8.

[3] 趙予熙.扎龍自然保護區(qū)后生浮游動物功能群與水環(huán)境因子的相關(guān)性分析[D].哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué)，2020.

[4] 武曉倩，范保碩，滕葉文，等. 白洋淀流域河岸帶草本植物群落分布特征與土壤環(huán)境因子的關(guān)系[J/OL].應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報：1-12[2021-11-04].https：//doi.org/10.19675/j.cnki.1006-687x.2021.05043.

[5] 周鳳霞. 淡水微型生物圖譜[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2005：1-367.

[6] 彭艷俠. 保定府河浮游生物群落結(jié)構(gòu)及多樣性研究[D].保定：河北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2015.

[7] REYNOLDS C，MABERLY S，PARKER J.Forty years of monitoring water quality in Grasmere （English Lake District）： separating the effects of enrichment by treated sewage and hydraulic flushing on phytoplankton ecology[J].FRESHWATER BIOL，2012，57（2）：384-399.

[8] MEOT A，LEGENDRE P，BORCARD D.Partialling out the spatial component of ecological variation： questions and propositions in the linear modelling framework[J].Environmental and Ecological Statistics，1998，5（1）：13-16.

[9] 王碩，楊濤，李小平，等.渭河流域浮游動物群落結(jié)構(gòu)及其水質(zhì)評價[J].水生生物學(xué)報，2019，43（6）：1333-1345.

[10] 付顯婷，楊薇，趙彥偉，等.白洋淀浮游動物群落結(jié)構(gòu)與水環(huán)境因子的關(guān)系[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2020，39（6）：1271-1282.

[11] 楊佳，周健，秦伯強，等.太湖梅梁灣浮游動物群落結(jié)構(gòu)長期變化特征（1997～2017年）[J].環(huán)境科學(xué)，2020，41（3）：1246-1255.

[12] 白海鋒，李麗娟，項珍龍，等.涇河水系浮游動物群落結(jié)構(gòu)及其與環(huán)境因子的關(guān)系[J].大連海洋大學(xué)學(xué)報，2015，30（3）：291-297.

[13] 李瑞嬌，齊喜榮，王益昌，等.黃河陜西段浮游動物群落結(jié)構(gòu)時空動態(tài)及與環(huán)境因子的關(guān)系[J].水生態(tài)學(xué)雜志，2019，40（6）：54-60.

[14] 夏品華，馬健榮，李存雄，等.紅楓湖水庫冬春季浮游生物群落與環(huán)境因子的典范對應(yīng)分析[J].環(huán)境科學(xué)研究，2011，24（4）：378-386.

[15] 吳利，馮偉松，張?zhí)昧郑?湖北省西涼湖浮游動物群落周年動態(tài)變化及其與環(huán)境因子的關(guān)系[J].湖泊科學(xué)，2011，23（4）：619-625.

（收稿日期：2021-09-17;修回日期：2021-11-04）