安格莊水庫浮游生物群落季節演替及鰱、鳙魚產力評估

趙 祺，張秀文，于 佳，葉 敏，崔 晨，石保佳，侯 潤，齊遵利

( 河北農業大學 海洋學院，河北 秦皇島 066003 )

浮游生物是水域生態系統的重要組成部分，其在物質轉化、能量流動和信息傳遞等過程中起著重要作用[1]。浮游生物為魚類的天然餌料，分析浮游生物群落結構特征和多樣性的變動，并評估其資源量，有助于增強對整個水域生態系統功能的理解[2-3]。

安格莊水庫位于河北省保定市易縣境內的大清河北支中易水河，是以防洪、灌溉為主的大(Ⅱ)型水利樞紐工程。該水庫流域面積為476 km2，總庫容3.09億m3，調洪庫容1.847億m3，興利庫容1.4億m3。地貌主要以丘陵為主，屬溫帶大陸性季風氣候，多年平均降水量588.0 mm，降水量年內分配極不均勻，全年80%降水量集中在夏、秋季節[4]。

為保證庫區水質安全穩定，更好地發揮凈水漁業的作用，并全面了解安格莊水庫資源現狀，筆者于2019年春季、夏季和秋季對庫區浮游生物群落結構及其演替變化和鰱(Hypophthalmichthysmolitrix)、鳙(Aristichthysnobilis)魚產力進行分析評估，從環境保護的角度，確定漁業的環境容納量，并提出相關養護建議，倡導“以水為中心”的理念，發展“保水漁業”，為改善庫區水質生態環境和促進漁業資源綠色發展提供參考。

1 材料與方法

1.1 采樣點設置

筆者于2019年春季、夏季和秋季對安格莊水庫進行3次采樣。根據水庫地理形態、面積及水文等特點，在水庫上游、中游和下游區域及水庫的入水口、出水口等位置共設置10個采樣點(圖1)。

圖1 安格莊水庫采樣點分布Fig.1 Distribution of sampling sites in Angezhuang Reservoir

1.2 樣品采集和檢測方法

浮游植物和浮游動物的采集、處理及定性、定量均參照《內陸水域漁業自然資源調查手冊》[5]進行。每個采樣點根據實際水深設定采樣水層。一般分為上、中、下3層，水淺處分上、下2層或僅上層。按規定，上層水樣在距水面以下0.5 m處取樣，中層水樣在水深5 m處采樣，底層水樣在距離底部0.5 m處取樣。

浮游植物和浮游動物種類鑒定參照《水生生物學》[6]和《淡水微型生物與底棲動物圖譜》[7]，并按照浮游生物的平均濕質量計算1 L水中浮游動植物的生物量。

1.3 浮游生物密度

浮游植物密度的計算公式為:

N=AC/(AF×NF)×(V1/V2)×NP

(1)

式中，N為1 L水中浮游植物數量(個/L)，AC為計數框面積(mm2)，AF為每片計數的視野面積(mm2)，NF為計數過的視野數(個)，V1為1 L水樣濃縮后的體積(mL)，V2為計數框容積(mL)，NP為計數框內所得浮游植物數量(個)[8]。

浮游動物密度的計算公式為：

N=(Vs×n)/(V×Va)

(2)

式中，N為1 L水中浮游動物總數量(個/L)，n為計數所得到的浮游動物個體數量(個)，Vs為沉淀體積(mL)，V為采樣體積(L)，Va為計算體積(mL)[9]。

1.4 浮游生物多樣性

運用優勢度指數來確定浮游生物優勢種。優勢度指數可以體現某一物種在群落中的地位，根據種類優勢度公式計算各種生物的優勢度，將優勢度大于0.02的生物定為優勢種[10]。

Y=Ni/N×fi

(3)

式中，Y為優勢度指數，Ni為水樣中第i物種的數量(個/L)，N為所有物種的總數量(個/L)，fi為該物種在所有物種中出現的頻率。

運用香農—維納多樣性指數來表示浮游生物的物種多樣性，多樣性指數反映生物群落結構的復雜程度，其值越大，表明群落結構越復雜[6]。

香農—維納多樣性指數計算公式為：

H′=-∑(Ni/N) log2(Ni/N)

(4)

式中，H′為香農—維納多樣性指數，Ni為水樣中第i物種的數量(個/L)，N為所有物種的總數量(個/L)。

運用Pielou均勻度指數來表示浮游生物的均勻度，Pielou均勻度指數可以體現某一物種群落在環境中的分布情況。

均勻度指數計算公式為：

J′=H′/ln (S)

(5)

式中，J′為Pielou均勻度指數，S為水樣中總種類數。

1.5 鰱、鳙魚產力評估

根據朱文靜等[11]的計算方法預測安格莊水庫的鰱、鳙魚產力。

F=B×(P/B)×μ/K

(6)

式中，F為浮游生物魚產力(t)，B為浮游生物生物量(mg/L)，P/B為浮游生物年生產量與年平均生物量之比，μ為浮游生物利用率(%)，K為餌料系數。根據安格莊水庫形態與自然環境特征，參照文獻[12]進行測算：浮游植物P/B系數取75，最大利用率μ取30%，餌料系數K取100；浮游動物P/B系數取20，浮游動物最大利用率μ取25%，浮游動物餌料系數K取10[13]。

1.6 合理放養量

SR=(F/R)×(1/r)

(7)

式中，SR為合理放養量(萬尾)，F為浮游生物魚產力(t)，R為捕撈規格(kg/尾)，r為回捕率(%)。根據水庫要求，鰱、鳙捕撈規格R要達到2.5 kg/尾。鰱、鳙回捕率r參考文獻[11]，分別取40%和20%。

1.7 數據分析

采用SPSS 19.0軟件對浮游生物種類、多樣性指數、均勻度指數、生物量等相關指標的季節差異進行單因子分析。

2 結 果

2.1 浮游植物

2.1.1 浮游植物群落結構

安格莊水庫2019年春季、夏季和秋季共鑒定出浮游植物8門49屬96種，其中：硅藻門14屬29種，占浮游植物總數的30.21%；綠藻門16屬34種，占浮游植物總數的35.42%；藍藻門7屬15種，占浮游植物總數的15.62%；隱藻門1屬2種，占浮游植物的2.08%；金藻門3屬4種，占浮游植物總數的4.17%；其他藻門8屬12種，占浮游植物總數的12.50%。從季節上看，浮游植物種類數量夏季>秋季>春季，夏季極顯著高于春季和秋季(P<0.01)，而秋季略高于春季，但差異不顯著(P>0.05)。種類數量季節變化情況見表1。

表1 浮游植物種類數變化情況Tab.1 The changes in the number of phytoplankton species

2.1.2 浮游植物密度與生物量

安格莊水庫浮游植物密度秋季(1.14×105個/L)>春季(1.11×105個/L)>夏季(0.60×105個/L)，平均為0.95×105個/L(圖2)。經測算可知，秋季略高于春季，但差異不顯著(P>0.05)，秋季和春季浮游植物密度均極顯著高于夏季(P<0.01)。

安格莊水庫浮游植物生物量與密度變化趨勢一致，秋季(8.66 mg/L)>春季(6.07 mg/L)>夏季(4.90 mg/L)，平均為6.54 mg/L(圖2)。經測算可知，春季浮游植物生物量高于夏季，但無顯著關系(P>0.05)，秋季則極顯著高于春季和夏季(P<0.01)。

圖2 浮游植物密度和生物量變化Fig.2 Changes in phytoplankton density and biomass

2.1.3 浮游植物優勢種及多樣性

安格莊水庫2019年各季節浮游植物優勢種見表2，有3門9種，其中硅藻門4種，綠藻門2種，藍藻門3種。春季浮游植物呈“硅藻—藍藻”的類型特征，夏、秋季節浮游植物均呈“硅藻—綠藻”型。

表2 不同季節優勢種變化情況Tab.2 The changes in dominant species of phytoplankton in different seasons

安格莊水庫浮游植物多樣性指數和均勻度指數具體變化情況見圖3。多樣性指數為0.48～1.00，平均為0.74；春季多樣性指數極顯著高于夏、秋季(P<0.01)，秋季略高于夏季但無顯著差異(P>0.05)。均勻度指數為0.15～0.31，平均為0.24；在季節變化上與多樣性指數一致，春季極顯著高于夏秋兩季(P<0.01)，秋季高于夏季，但差異不顯著(P>0.05)。

圖3 浮游植物多樣性變化情況Fig.3 The changes in phytoplankton diversity

2.2 浮游動物

2.2.1 浮游動物群落結構

據統計，3次采樣鑒定出浮游動物4大類83種。其中：原生動物18種，占浮游動物總數的21.69%；輪蟲30種，占浮游動物總數的36.14%；橈足類22種，占浮游動物總數的26.51%；枝角類13種，占浮游動物總數的15.66%。該水庫浮游動物種類數量占比依次為輪蟲>橈足類>原生動物>枝角類。

浮游動物3個季節種類數量變化情況見圖4。春季調查鑒定出浮游動物4大類51種，其中原生動物12種、輪蟲14種、橈足類16種、枝角類9種。夏季調查鑒定出浮游動物4大類35種，其中原生動物5種、輪蟲18種、橈足類5種、枝角類7種。秋季調查鑒定出浮游動物4大類38種，其中原生動物6種、輪蟲15種、橈足類8種、枝角類9種。3個季節中浮游動物種類數量無顯著差異(P>0.05)，春季>秋季>夏季。

圖4 浮游動物種數量變化情況Fig.4 The changes in the number of zooplankton species

2.2.2 浮游動物密度及生物量

安格莊水庫浮游動物密度夏季(6268.46個/L)>春季(5271.72個/L)>秋季(4222.94個/L),平均為5254.37個/L(圖5)。經測算可知，3個季節浮游動物密度均無顯著差異(P>0.05)。

安格莊水庫浮游動物生物量變化情況與密度一致，為夏季(6.44 mg/L)>春季(5.72 mg/L)>秋季(4.88 mg/L)，平均為5.68 mg/L(圖5)。經測算可知，3個季節浮游動物生物量均無顯著差異(P>0.05)。

圖5 浮游動物密度和生物量變化Fig.5 Changes in zooplankton density and biomass

2.2.3 浮游動物多樣性

安格莊水庫浮游動物多樣性指數和均勻度指數具體變化情況見圖6。多樣性指數為0.02～0.71，平均為0.44；春季浮游動物多樣性指數顯著高于夏季(P<0.05)，極顯著高于秋季(P<0.01)，同時夏季也顯著高于秋季(P<0.05)。均勻度指數為0.01～0.23，平均為0.16；春季均勻度指數顯著高于夏季(P<0.05)，同時夏季也顯著高于秋季(P<0.05)，而春季極顯著高于秋季(P<0.01)。

圖6 浮游動物多樣性變化情況Fig.6 The change in zooplankton diversity

2.3 魚產力估算及合理放養量

浮游植物平均生物量為6.53 mg/L，浮游動物平均生物量為5.68 mg/L。庫區水面面積約為7.4～7.8 km2，平均水深約10 m，按7.6 km2估算魚產力，鰱魚產力為111.83 t，鳙魚產力為215.84 t。鰱和鳙最大合理放養量分別為11.18萬尾和43.17萬尾，鰱和鳙合理放養比例約為1∶3.86。

3 討 論

3.1 浮游植物群落結構

從浮游植物群落特征可以看出綠藻門和硅藻門在安格莊水庫占比較大，除春季外，夏、秋季優勢種均屬綠藻門和硅藻門，可認為其群落結構為“綠藻—硅藻型”，這與河北省陡河水庫浮游植物的研究結果[14]一致。硅藻數量眾多，與浮游動物一起可為鰱、鳙等濾食性魚類提供豐富、適口的餌料[15]。由此可以看出，安格莊水庫適宜鰱和鳙的投放。多樣性指數為春季>秋季>夏季。這可能是因為春季水溫回升，有利于浮游植物進行光合作用和營養物質運輸，促進了浮游植物的生長繁殖，使浮游植物的種類和數量增加[16]。夏、秋季節多樣性指數較低可能是受浮游動物攝食的影響[17]，同時，魚類強烈的攝食對此也有巨大的作用。均勻度指數季節演替趨勢與多樣性指數保持一致，由此說明浮游植物群落結構穩定。浮游植物生物量為秋季>春季>夏季，可能受濾食性魚類攝食的影響。

3.2 浮游動物群落結構

在浮游動物群落結構中輪蟲種類數量最多，因為庫區擁有大量食物能被其攝食。輪蟲主要以藻類、細菌、有機碎屑為食物，對藻類的同化率達30%[18]。調查中原生動物優勢種最多，橈足類很少，而無枝角類優勢種，這可能是因為濾食性魚類對大型浮游動物如枝角類、橈足類的攝食強度較大，給原生動物等提供了生存空間[19]。多樣性指數為春季>夏季>秋季，這可能是因為水溫升高促使營養鹽釋放，餌料豐富促進了浮游動物的生長繁殖[20]。均勻度指數為秋季>春季>夏季，這可能是溫度與捕食引起的[21]。浮游動物生物量為夏季>春季>秋季，因為夏季水溫高，浮游植物、有機物增多，可保障浮游動物的攝食、生長。

3.3 庫區魚產力

經計算可知，鰱魚產力顯著低于鳙。這是由兩種濾食性魚類的生物學特征差異造成的。浮游植物和浮游動物生物量略有不同，同時鰱和鳙對浮游生物餌料的P/B系數、利用率及餌料系數均有差異，按照魚產力公式進行計算，由此得出鰱魚產力低于鳙。這與我國北方部分庫區生物量變化具有相似性[22]。

邢春英[23]于1996年、1997年對安格莊水庫魚產力進行估算，結果顯示，安格莊水庫魚產力較高，這與水中浮游動植物生物量有直接關系。據統計，2018年水庫總產魚量為38萬kg，其中包括鰱8.3萬kg，鳙11.8萬kg，(Hemiculterleucisculus)0.1萬kg，池沼公魚(Hypomesusolidus)13.9萬kg，鯉(Cyprinuscarpio)、鯽(Carassiusauratus)、草魚(Ctenopharyngodonidellus)、鲇(Silurusasotus)、麥穗魚(Pseudorasboraparva)、中華鳑鲏(Rhodeussinensis)、日本沼蝦(Macrobrachiumnipponense)等合計3.9萬kg。但由于浮游生物的生物量較高，為了調控庫區水質，合理利用水中浮游生物資源，以經典生物操縱理論為依據適當增加鰱、鳙的投放數量來有效控制水中浮游生物，可為水庫的管理和可持續發展提供重要的理論依據。

4 結 論

鑒定出浮游植物8門49屬96種，夏季>秋季>春季；平均生物量為6.54 mg/L，秋季>春季>夏季；浮游植物多樣性指數平均為0.74，春季>秋季>夏季；均勻度指數平均為0.24，在季節變化上與多樣性指數一致。鑒定出浮游動物4大類83種，春季>秋季>夏季；平均生物量為5.68 mg/L，夏季>春季>秋季；多樣性指數平均為0.44，春季>夏季>秋季；均勻度指數平均為0.16，秋季>春季>夏季。根據浮游動生物生物量計算，鰱魚產力為111.83 t，鳙魚產力為215.84 t；鰱和鳙合理最大放養量分別為11.18萬尾和43.17萬尾，鰱和鳙合理放養比例約為1∶3.86。