白洋淀浮游動物群落結構特征與環境因子的相關性分析

梁倍寧 郭冉 姚欣悅 李峰

摘 要：為研究環境因子對白洋淀地區浮游動物的影響，于2020年春季、夏季和秋季對白洋淀地區的18個采樣點分別進行了三次調查，并采用相關性分析對浮游動物與環境數據之間的聯系進行了研究。結果顯示：浮游動物共鑒定出44種，輪蟲類為構成浮游動物的最大種類，浮游動物優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境變化的影響，其中浮游動物豐度主要受區位變化影響，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、總氮等環境數據均產生了一定的相關性，相關性最顯著的是總磷。

關鍵詞：白洋淀;浮游動物;環境因子;相關性分析

浮游動物在水體中往往以次級生產者和初級消費者的身份存在，無論是能量的流動還是生產力的轉化，浮游動物在其中都扮演著非常重要的角色[1]。由于浮游動物對環境變化非常敏感，因此浮游動物與環境因子之間的相互聯系就越發受到學者們的關注。由于環境因素非常復雜，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系進行了研究。近些年來，浮游動物與環境數據的相關性分析越發受到學者們的認可，已經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，不僅承擔著引黃入冀工程調蓄樞紐的作用，還是雄安新區千年大計重要的組成部分，對維護華北地區的生態平衡有著不可低估的作用[4]。由于白洋淀地區擁有多條入淀河流，因此在同一氣候下，白洋淀地區的環境更加復雜且多變。現有的研究往往只針對于淀區內的某一片或者幾片區域進行探討，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構進行了研究，同時結合相關性分析來探究浮游動物與環境因子之間的聯系，以期了解不同水域浮游動物的變化情況，為白洋淀的生態修復提供基礎數據。

1 材料與方法

1.1 采樣點設置

2020年春季、夏季、秋季在白洋淀地區分別進行了三次采樣，冬季由于湖面結冰沒有進行環境調查。如圖1所示，根據環境部門的布點選擇，特別考慮到白洋淀復雜的環境體系，共在淀區內圍繞進水口、出水口、旅游區、居民區等環境，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。通過浮游生物計數儀（杭州訊科）進行浮游動物定量分析，并依據《淡水微型生物圖譜》[5]進行鑒定。

1.2.2 環境數據 環境數據主要包含水溫、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。使用多參數水質測定儀（YSL Professional）現場測定水溫、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 數據分析

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合環境數據進行Pearson相關性分析[6]，同時使用Canoco5軟件對不同門類的浮游動物生物量與環境數據進行相關性分析。

2 結果與分析

2.1 群落結構特征

2.1.1 群落組成及優勢種 分析結果顯示，本次調查在白洋淀地區的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）為不同季節的優勢種。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為20種，約占總數的45%，占比最多;其次為橈足類和枝角類，分別為14種和10種，約占總數的32%和23%，輪蟲類為構成浮游動物的最大種類。種類變化主要受季節變化影響，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，季節更迭和站位變化對浮游動物的豐度變化均產生了一定的影響，同時可以看出浮游動物豐度受季節變化的影響更明顯。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，而其他站位則呈現出明顯的季節差異，如A5、A15等，同時也有一些站位沒有呈現出明顯的季節差異，如A1、A18。從季節變化上看，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，沒有呈現出顯著的站位變化。從季節變化上看，秋季的浮游動物生物量明顯高于春季和夏季。

2.2 相關性分析

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

2.2.2 優勢種豐度和環境因子的RDA相關性分析 經過對浮游動物生物量和環境數據的去趨勢對應分析（DCA），結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。

分析結果顯示，與浮游動物生物量相關性最密切的是TP和pH值，分別呈現為極顯著相關（P<0.01）和顯著相關（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，與橈足類的相關性最明顯，這與前文中的Pearson相關性分析結果相符合。pH值與浮游動物生物量呈負相關，同時前文中的pH值也與生物量呈負相關，但沒有呈現出顯著相關性，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構特征

研究結果顯示，白洋淀地區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，不同季節的優勢類群各不相同，這說明同一片水域在不同季節的影響下，其內部的浮游動物群落組成會出現不同程度的變化[9]。通過與前幾次在白洋淀地區的調查結果進行對比[10]，可以發現本次鑒定出的浮游動物種類數低于2009年的56種，與2019年的43種接近，同時可以看出，本次調查發現的優勢種萼花臂尾輪蟲、角突臂尾輪蟲和臺灣溫劍水蚤等在前幾次的調查中均有發現，因此可以斷定白洋淀地區的浮游動物種類組成近年來沒有發生明顯改變。通過查閱文獻[11]，發現太湖地區近20年間浮游動物的種類數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年相比白洋淀地區的浮游動物種類數減少可能屬于大環境的自然演替和人類活動的共同結果，而不是白洋淀地區的局部效應。

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境質量變化的重要指標[1]。在本次調查中，浮游動物的豐度受時空變化影響明顯，除受季節變化影響外，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，季節更迭對浮游動物的豐度和生物量變化產生的影響都十分明顯，這一現象在我國其他水域內也有發現，白海峰等[12]在對涇河水系的浮游動物進行調查時發現，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月為白洋淀地區的引水期，經過引黃入淀，淀區內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 浮游動物與環境的相關性分析

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]在關于紅楓湖水庫的研究中指出，水溫、氨氮、電導率和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境下，導致浮游動物產生改變的環境因子各不相同，但營養鹽的變化往往都會對浮游動物產生影響。本研究中的Pearson相關性分析顯示，在本次調查中對浮游動物產生主要影響的環境因子是水溫、Chl.a、TP和TN，這與其他學者的分析結果基本符合。吳利等[15]指出，pH值是影響西涼湖浮游動物群落結構改變的較強的環境因子。本次研究RDA分析顯示，對浮游動物生物量產生主要影響的環境因子為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性顯著，但在Pearson相關性分析中并沒有表現出來，這也說明pH值變化主要導致群落結構發生改變而對整體生物量變化的影響較小。

4 結論

2020年白洋淀地區浮游動物群落結構組成沒有發生明顯改變，浮游動物豐度受季節和區域變化影響明顯，浮游動物生物量受季節變化影響明顯。

浮游動物與環境因子的相關性明顯，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生一定的影響，與TP的相關性最密切。

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（收稿日期：2021-09-17;修回日期：2021-11-04）