水豐水庫浮游動物群落結構及生物多樣性研究

魏洪祥 王興兵 寇凌霄 張濤 蔣湘輝 徐浩然 劉勇

(遼寧省農科院 遼寧省淡水水產科學研究院,遼寧遼陽 111000)

水豐水庫位于遼寧省境內,屬東北地區遼河-鴨綠江水系,為巨型山谷型水庫。該水庫是東北地區最大的水庫,庫區全長157 km,總面積357 km2,總蓄水量約1.16×1011m3,平均年降雨量1 009 mm,平均年蒸發量700～800 mm,平均水深25 m,最大深度123 m。水豐水庫是鴨綠江國家級風景名勝區的重要組成部分,其水生生物生態狀況的好壞對當地經濟和社會發展尤為重要。

浮游動物在水生生態系統中具有重要作用,其參與水生態系統中有機物分解和循環等,在水生態系統的物質循環、能量流動、信息傳遞等過程中發揮著承上啟下的作用[1-2]。浮游動物通過攝食來控制浮游植物的數量,以調節水體生態平衡[3],其種群動態變化也會直接影響許多魚類和無脊椎動物的種群生物量。目前,國內已普遍應用浮游動物的生態特征對水體進行水質評價。為進一步了解水豐水庫浮游動物的資源狀況,本研究于2015—2019年對該水庫進行了連續5年的采樣調查,通過分析水庫浮游動物的群落組成情況,對其生物多樣性和營養狀態進行評價,旨在為該水庫的生態修復、環境保護及資源合理利用提供參考。

1 材料和方法

1.1 調查時間

于2015—2019年對水豐水庫進行連續5年的監測,每年春、夏、秋、冬4個季節各進行1次采樣調查。

1.2 調查站位

從水豐水庫上游的渾江口至下游的大壩選取5個具有代表性的斷面,分別為:渾江口(渾江與鴨綠江交匯處,40°50′25.34″N,125°40′39.56″E)、振江鎮(網箱養殖區,40°42′21.87″N,125°27′58.69″E)、沿江村(網箱養殖區,40°37′19.26″N,125°15′17.56″E)、碑碣子村(旅游觀光區,40°30′23.7″N,125°2′41.3″E)、大壩(水庫最下游,40°28′43.78″N,124°59′24.46″E),每個采樣站位設2～3個采樣點。

1.3 調查方法

根據《淡水浮游生物調查技術規范》[4]及《水庫漁業資源調查規范》[5]中的方法進行調查。原生動物調查方法:每個采樣點取待測混合水樣1 L,加1%福爾馬林溶液固定保存并帶回實驗室,靜置48 h后濃縮至20 mL。計數時,充分搖勻濃縮樣品后吸取0.1 mL置于計數框內進行種類鑒定及全片計數。輪蟲類、枝角類、橈足類的調查方法:在每個采樣點用25#浮游生物網過濾20 L待測混合水樣,得到浮游動物定量樣品,加1%福爾馬林溶液固定保存并帶回實驗室,靜置48 h后濃縮至20 mL。進行顯微鏡下種類鑒定時,需全片計數,每個樣品計數2次,兩次計數結果與其平均值之差小于10%的結果判為有效,否則需計數第3片。種類鑒定參考《中國淡水生物圖譜》[6]和《淡水浮游生物研究方法》[7]。

1.4 生物多樣性計算

采用香農-威納多樣性指數(Shannon-Wiener index)H′來評價,其計算公式如下。

(1)

式(1)中,N為采集樣品中所有物種的總個體數,ni為物種i的個體數。

2 結果

2.1 浮游動物種類組成

本研究共檢測到浮游動物32種,隸屬于3門4綱21屬(檢出限為1 ind./L),其中包括2種幼體(見表1)。

表1 2015-2019年檢測出的浮游動物種類

種類數最多的為輪蟲類,共18種,占種類總數的56.3%;其次為橈足類,共6種,占18.8%;枝角類5種,占15.6%;原生動物3種,占9.4%。檢測出的富營養指示種有角突臂尾輪蟲(Brachionusangularis)、壺狀臂尾輪蟲(B.urceus)、裂足臂尾輪蟲(B.diversicornis)、矩形龜甲輪蟲(Keratellaquadrata)、螺形龜甲輪蟲(K.cochlearis)、長三肢輪蟲(Filinialongiseta)、短尾秀體溞(Diaphanosomabrachyurum)、廣布中劍水蚤(Mesocyclopsleuckarti)、近鄰劍水蚤(Cyclopsvicinus)。

2.2 浮游動物種類出現頻率

浮游動物種類中,瘤棘砂殼蟲(Difflugiatuberspinifera)、截頭皺甲輪蟲(Ploesomatruncatum)、長額象鼻溞(Bosminalongirostris)、僧帽溞(Daphniacucullata)、無節幼體(Nauplius)、橈足幼體(Copepodite)、湯匙華哲水蚤(Sinocalanusdorrii)、廣布中劍水蚤(Mesocyclopsleuckarti)出現的頻率最高,在5年的調查中均有出現。此外,大肚須足輪蟲(Euchlanisdilatata)、螺形龜甲輪蟲(Keratellacochlearis)、等刺異尾輪蟲(Trichocercasimilis)、針簇多肢輪蟲(Polyarthratrigla)、右突新鏢水蚤(Neodiaptomusschmackeri)出現的頻率也比較高,在調查期間有4年出現。王氏擬鈴蟲(Tintinnopsiswangi)、中華擬鈴蟲(T.sinensis)、月形腔輪蟲(Lecaneluna)、長肢多肢輪蟲(Polyarthradolichoptera)、壺狀臂尾輪蟲(Brachionusurceus)、角突臂尾輪蟲(Brachionusangularis)、剪形臂尾輪蟲(Brachionusforficula)、曲腿龜甲輪蟲(Keratellavalga)、長刺異尾輪蟲(Trichocercalongiseta)、短尾秀體溞(Diaphanosomabrachyurum)、直額裸腹溞(Moinarectirostris)、近鄰劍水蚤(Cyclopsvicinus)出現的頻率較低,僅在其中1年的調查中出現。

2.3 浮游動物豐度

2.3.1 豐度時間分布

各監測站位浮游動物豐度隨時間的變化情況見圖1。由圖1可見,豐度最大值出現在2015年8月大壩監測站位,為484 ind./L,總平均值為36 ind./L。各季節豐度平均值由大到小的順序為:秋季(82 ind./L)>夏季(29 ind./L)>初冬(15 ind./L)>春季(13 ind./L),每年由春季至秋季逐漸增大到全年最大值,之后開始減小。調查期間各年份豐度平均值由大到小的順序為:2015年(91 ind./L)>2016年(29 ind./L)>2017年(28 ind./L)>2018年(26 ind./L)>2019年(19 ind./L),呈逐年遞減的趨勢。

圖1 各監測站位浮游動物豐度隨時間的變化

2.3.2 豐度空間分布

各季節浮游動物豐度的空間變化情況見圖2。由圖2可見,渾江口浮游動物豐度隨季節的變化不明顯;振江鎮從春季至秋季浮游動物豐度隨季節逐漸增大,初冬減小;沿江村春季和初冬較小,夏季和秋季增大;碑碣子村和大壩情況相似,均為從春季至秋季浮游動物豐度逐漸增大,初冬則減小。浮游動物豐度的空間變化除了在秋季比較劇烈以外,其他季節變化很小,且豐度值較低。各監測站位的豐度平均值從大到小的順序為:大壩(65 ind./L)>振江鎮(37 ind./L)>碑碣子村(36 ind./L)>沿江村(32 ind./L)>渾江口(7 ind./L)。從上游至下游基本上呈現逐漸增大的趨勢。

圖2 各季節浮游動物豐度的空間變化

2.4 浮游動物生物量

2.4.1 生物量時間分布

各監測站位浮游動物生物量隨時間的變化情況見圖3。生物量最大值出現在2017年8月份的振江鎮,為4.26 mg/L;總平均值為0.32 mg/L。各季節生物量平均值由大到小的順序為:秋季(0.60 mg/L)>夏季(0.30 mg/L)>初冬(0.26 mg/L)>春季(0.06 mg/L)。生物量季節變化規律與豐度一樣:春季至秋季逐漸增大到全年最大值,秋季至初冬逐漸減小。調查期間各年度生物量平均值由大到小的順序為:2015年(0.60 mg/L)>2017年(0.38 mg/L)>2016年(0.32 mg/L)>2019年(0.19 mg/L)>2018(0.18 mg/L)年,基本上呈逐年減小的趨勢。

圖3 各監測站位浮游動物生物量隨時間的變化

2.4.2 生物量空間分布

各季節浮游動物生物量的空間變化情況見圖4。由圖4可見,渾江口生物量季節變化不明顯;振江鎮、碑碣子村和大壩情況相似,均為從春季至秋季生物量逐漸增大,初冬減小;沿江村自春季至夏季逐漸增大,秋季開始逐漸減小。各監測站位浮游動物生物量平均值從大到小的順序為:振江鎮(0.72 mg/L)>碑碣子村(0.29 mg/L)>大壩(0.27 mg/L)>沿江村(0.24 mg/L)>渾江口(0.07 mg/L)。

圖4 各季節浮游動物生物量的空間變化情況

2.5 生物多樣性

各監測站位浮游動物Shannon-Wiener多樣性指數(H′)隨時間的變化情況見圖5。由圖5可見,H′最大值出現在2019年8月的大壩監測站位,為3.33;H′最小值出現在2016年4月的振江鎮,為0.01;總平均值為1.59。各季節H′平均值由大到小的順序為:秋季(2.01)>夏季(1.57)>初冬(1.53)>春季(1.15)。季節變化規律為:春季至秋季H′逐漸增大到全年最大值,秋季至初冬逐漸減小。各年份H′平均值由大到小的順序為:2015年(1.97)>2016年(1.62)>2018年(1.55)>2019年(1.45)>2017(1.44)年,大致呈逐年減小的趨勢。

圖5 各監測站位浮游動物多樣性隨時間的變化

3 討論

3.1 群落結構特征

本研究發現,水豐水庫浮游動物組成以輪蟲種類最多,枝角類和橈足類次之,原生動物較少。群落結構特點為小型浮游動物種類數占總數的比例較大,大型浮游動物種類數所占比例較小。原生動物種類少、豐度低,生物量占比不大。輪蟲類在一年四季都較多,尤其在秋季豐度達到最高。這可能是因為秋季浮游植物豐度較高,且多為輪蟲喜食的綠藻種類,有利于輪蟲的生長繁殖[8-9]。枝角類與輪蟲存在較強的競爭關系,當水體中枝角類豐度較高時,會對輪蟲產生抑制作用,從而使其豐度降低[10-11]。水豐水庫的枝角類在春季豐度較低,夏季開始增高,但種類較少,主要以個體較小的長額象鼻溞為主,因此對輪蟲構成的競爭壓力較小。橈足類主要以無節幼體的形式存在。有研究認為,無節幼體以濾食細菌為主[12]。本次調查發現,無節幼體在秋冬季生物量較高,這可能是因為秋冬季節水體中有機質含量高,有利于細菌的生長繁殖,為無節幼體提供了較為豐富的食物來源。浮游動物多樣性的變化規律是春季至秋季逐漸增大到全年最大值,秋季至初冬則逐漸減小。這可能是因為隨著水溫升高,浮游植物大量繁殖,生物量增加,為浮游動物提供了豐富的餌料,很多種類的浮游動物開始大量生長繁殖,最終使浮游動物多樣性增高。到了秋冬季節,水溫開始降低,藻類數量逐漸減少,以之為食尤其是食物選擇比較單一的浮游動物無法獲得充足的食物來源,從而數量大量減少或者消失,因此生物多樣性降低。

3.2 水質評價

浮游動物是湖庫生態系統食物鏈及生物生產力的基本環節,其種類組成、現存量、多樣性指數等都是檢測湖庫水體營養狀態和水質優劣的重要內容[13]。一般認為,浮游動物的豐度和生物量是衡量水體營養狀態的重要指標,二者的值越大,水體的營養級別越高,表示水環境狀況越差;Shannon-Wiener多樣性指數越大,水體污染程度越輕,水環境狀況就越好。饒小珍等[14]的研究表明,當浮游動物豐度<1 000 ind./L時,水體處于貧營養狀態;當1 000 ind./L<豐度<2 000 ind./L時,水體處于中營養狀態;當豐度>2 000 ind./L時,水體處于富營養狀態。根據本研究中浮游動物豐度的調查結果,該水域處于貧營養狀態。饒小珍等[14]的研究表明,當浮游動物生物量<1.0 mg/L時,水體處于貧營養狀態;當1.0 mg/L<生物量<3.5 mg/L時,水體處于中營養狀態;當3.5 mg/L<生物量<8.0 mg/L時,水體處于富營養狀態;當生物量>8.0 mg/L時,水體處于超富營養狀態。本研究中,浮游動物生物量的調查結果表明,除了2015年10月(1.08 mg/L)和2017年8月(1.25 mg/L)水體處于中營養狀態外,其余各次調查水體均處于貧營養狀態。研究表明[15-16],當Shannon-Wiener多樣性指數H′>3時,水體清潔;當1≤H′≤3時,水體屬中污染;當0≤H′<1時,水體屬重度污染。本研究Shannon-Wiener多樣性指數的調查結果表明,該水域處于清潔～中污染狀態。

本次調查研究結果表明,水豐水庫處于貧～中營養狀態,受到了較輕程度的污染。調查發現,污染來源主要是水庫網箱中養殖魚類的排泄物和殘餌,此外,居民生活污水排放及農田中化肥和農藥隨雨水流入水庫也是污染的重要來源。建議有關部門加大管理力度,控制水庫網箱養殖規模;建設更多的農村生活污水處理設施;加強相關工礦企業污染的治理,嚴懲不法行為;加強對新開發建設項目企業的管理,制止新污染源的流入;制定相應的政策,鼓勵農民多使用農家肥和節水灌溉;加強山區水土保持的管理,嚴禁濫采濫伐。相信這些措施的有效實施,可以使水豐水庫的生態環境得到相應保護,生態系統平衡得到加強,生物多樣性得以恢復。