上海海洋大学学报  2016, Vol. 25 Issue (6): 908-917    PDF    
淮河中游国家级水产种质资源保护区冬季浮游动物群落特征的研究
刘凯1, 周彦锋1, 段金荣1, 周游1, 蒋书伦2, 宋江腾2, 丁娜2, 徐东坡1     
1. 中国水产科学研究院淡水渔业研究中心 农业部长江下游渔业资源环境科学观测实验站, 江苏 无锡 214081;
2. 南京农业大学无锡渔业学院, 江苏 无锡 214081
摘要: 2014年冬季分别对淮河淮南段长吻鮠国家级水产种质资源保护区和淮河荆涂峡鲤、长吻鮠国家级水产种质资源保护区进行采样调查,研究了浮游动物群落结构特征以及关键影响因子。结果表明,两个保护区共发现浮游动物57种,均以原生动物为主体。其中淮南段保护区共38种,包括原生动物22种,轮虫7种,桡足类6种,枝角类3种;荆涂峡保护区共39种,包括原生动物23种,轮虫6种,桡足类7种,枝角类3种。淮南段保护区和荆涂峡保护区浮游动物密度均值分别为(1 313.17±500.53)个/L和(1 601.46±669.02)个/L,生物量均值分别为(0.23±0.12)mg/L和(0.41±0.50)mg/L。浮游动物多样性指数评价结果显示,两处保护区均为中度污染,荆涂峡保护区水质优于淮南段保护区。RDA分析结果表明,水深、浊度、pH、透明度是影响淮南段保护区浮游动物群落结构的主要因素,而荆涂峡保护区的主要影响因子则为水温、总磷、磷酸盐、叶绿素a和高锰酸盐指数。
关键词淮河     国家级水产种质资源保护区     浮游动物     水环境因子     冗余分析    

淮河流经河南、安徽、江苏三省,全长约1 000 km,洪河口至洪泽湖中渡出口为淮河干流中游,全长约490 km。淮河淮南段长吻国家级水产种质资源保护区(下文简称淮南段保护区)和淮河荆涂峡鲤、长吻国家级水产种质资源保护区(下文简称荆涂峡保护区)均位于蚌埠闸上淮河中游干流,其中淮南段保护区位于安徽省淮南市李冲回族乡至平圩淮河大桥之间淮河段水域,保护区总面积为1 000 hm2;荆涂峡保护区位于安徽省怀远县淮河荆涂峡山口上下游,北至涡河入淮河口处,西至荆山,东至涂山,南至茨淮新河入淮河口处,保护区总面积为1 671 hm2

浮游动物作为水域生态系统的重要组成部分,在物质转化、能量流动、信息传递等生态过程中发挥着重要作用[1-2]。浮游动物既可调节控制细菌和藻类的数量[3],又是众多渔业生物的基础饵料[4],同时浮游动物群落多样性还是水域生态系统服务功能的重要评价指标之一[5],其物种组成和现存量的变化可以准确反映水域生态环境质量的优劣[6]。目前,淮河干流中游浮游动物研究已有报道,如夏军等[7]研究了蚌埠闸对其下游河段浮游动物群落的影响;孙璞等[8]报道了近20年来淮河中游河段浮游动物的变动情况;邓道贵等[9-10]调查了淮河中游干流浮游甲壳动物群落结构特征。然而,针对淮河干流中游淮南段保护区和荆涂峡保护区浮游动物研究未见报道。本研究对上述两处国家级水产种质资源保护区冬季浮游动物群落进行调查,掌握两处保护区冬季浮游动物群落结构特征及关键影响因子,以期为两处保护区及淮河流域生态环境保护和渔业资源管理提供理论基础。

1 材料与方法 1.1 断面及样点设置

2014年12月在淮南段保护区和荆涂峡保护区开展现场调查,其中淮南段保护区位于荆涂峡保护区上游约30 km处,根据各保护区的功能区划并参照《水生生物监测手册》[11]设置调查断面和采样点,在上述两个保护区各设置8个调查断面,其中核心区均设置3个调查断面(淮南段保护区为断面1、2、3,荆涂峡保护区为断面6、7、8),实验区均设置5个断面,其中淮南段保护区各断面均位于淮河干流;荆涂峡保护区断面3位于支流茨淮新河,断面4位于支流涡河,其余均位于淮河干流,每个断面均设置3个采样站点,两个保护区共设置48个采样点(图 1)。

图 1 两处保护区采样断面示意图 Fig. 1 Sampling stations of two national aquatic reserves in Huaihe River
1.2 样品采集与检测

浮游动物定性样品采集:使用25号浮游生物网在水体表层以约0.5 m/s的速度呈“∞”字状拖曳5 min,用4%的甲醛溶液现场固定后带回实验室;轮虫和原生动物定量采集:使用5 L有机玻璃采水器采集水体表层(0.5 m)和底层(离底0.5 m)的均匀混合水样,取1 L水样,加入10 mL鲁哥氏液固定后带回实验室;桡足类与枝角类定量采集:使用5 L有机玻璃采水器采集水体表层(0.5 m)和底层(离底0.5 m)的均匀混合水样20 L,经25号浮游生物网过滤浓缩,用4%的甲醛溶液现场固定后带回实验室。浮游动物鉴定参照《淡水浮游生物图谱》[12]、《中国淡水轮虫志》[13]、《淡水生物学》[14]和《原生动物学》[15]。小型浮游动物生物量按体积法计算,浮游甲壳动物生物量按体长-体质量回归方程计算。总磷(TP)、总氮(TN)、高锰酸盐指数(CODMn)、叶绿素a (Chl.a)、磷酸盐(PO43--P)、氨氮(NH4+-N)等水质参数测定参照《水和废水监测分析方法》[16]进行,溶解氧(DO)、酸碱度(pH)、水温(T)、浊度(Tur)、水深(H)和透明度(SD)等参数分别使用HACH HQ 30D型溶氧仪、HACH HQ 11D型pH计、HANHA HI 98703型浊度计、HONDEX PS-7型潜水手持声呐和塞氏盘等测定。

1.3 评价方法

利用Margalef丰富度指数(R)[17]、Shannon-Wiener多样性指数(H′)[18]和Pielou均匀度指数(E)[19]对保护区浮游动物群落结构特征进行描述,计算公式如下:

    (1)
    (2)
    (3)

式中:S为物种总数;N为所有种类的总个体数;Ni为第i种的个体数。以优势度指数Y>0.02定为优势种[20]。多样性指数(H′)评价标准[21]为:H′>3,轻或无污染;1<H′<3,中污染;0<H′<1,重污染。

参照国家环境保护部颁发的《地表水环境质量标准》(GB3838-2002),并选用综合营养状态指数TLI(Σ)对两处保护区的水体健康状态进行评价,计算方法参照王明翠等[22]的研究进行,公式为:

    (4)

式中:Wj为第j种参数的相关权重;TLI(j)代表第j种参数的营养状态指数。评价参考《湖泊富营养化调查规范》[23]和《中国湖泊志》[24],采用0~100的一系列数字对水体的营养状态进行分级(表 1)。

表 1 水体营养水平评分值对应表 Tab.1 Categories and assessment value of water quality
1.4 数据处理与统计

使用CANOCO 4.5软件分析浮游动物群落与环境因子的关系,以物种在各采样点频度≥25%并至少在一个采样点相对密度≥0.5%为条件进行筛选,环境数据除pH以外均进行lg (x+1)转换[25]

2 结果与分析 2.1 保护区水环境因子

淮南段保护区各采样点TP含量变幅为0.05~0.17 mg/L,平均为(0.103±0.012) mg/L;TN变幅为2.57~3.19 mg/L,平均为(2.85±0.10) mg/L;CODMn变幅为0.56~0.63 mg/L,平均为(0.59±0.07) mg/L;水体综合营养状态指数变幅为50.01~56.15,平均为52.77±1.25。荆涂峡保护区各采样点TP含量变幅为0.07~0.10 mg/L,平均为(0.084±0.004) mg/L;TN变幅为1.14~3.20 mg/L,平均为(2.42±0.75) mg/L;CODMn变幅为0.52~1.36 mg/L,平均为(0.65±0.26) mg/L;水体综合营养状态指数变幅为47.42~51.30,平均为49.02±0.86。结果表明,荆涂峡保护区的主要水化学指标优于淮南段保护区,但两处保护区内采样断面间主要指标的差异不明显(P>0.05),见表 2

表 2 保护区水环境因子 Tab.2 Factors of water environment in national aquatic reserves
2.2 保护区浮游动物组成

淮南段保护区共鉴定出浮游动物28属38种,包括原生动物16属22种,占浮游动物物种总数的57.89%;轮虫类5属7种,占18.42%;桡足类5属6种,占15.79%;枝角类3属3种,占7.89%。荆涂峡保护区共鉴定出浮游动物23属39种,包括原生动物10属23种,占浮游动物物种总数的58.97%;轮虫类4属6种,占15.38%;桡足类6属7种,占17.95%;枝角类3属3种,占7.69%(表 3)。两处保护区浮游动物物种组成均以原生动物占优,优势种各有5种(表 4)。

表 3 保护区浮游动物组成 Tab.3 Species composition of zooplankton in national aquatic reserve
表 4 保护区浮游动物优势种及优势度 Tab.4 Dominant species and dominance of zooplankton in national aquatic reserves
2.3 保护区浮游动物现存量

淮南段保护区各采样点浮游动物密度变幅为434~2 281个/L,均值为(1 313.17±500.53)个/L;生物量变幅为0.06~0.45 mg/L,平均为(0.23±0.12) mg/L。荆涂峡保护区密度变幅为672~3 073个/L,平均为(1 601.46±669.02)个/L;生物量变幅为0.05~1.78 mg/L,平均为(0.41±0.50) mg/L。分析结果显示,淮南段保护区各断面浮游动物密度和生物量差异不显著(P>0.05),荆涂峡保护区表现为支流大于干流,两个保护区相较则表现为荆涂峡保护区高于淮南段保护区(图 2)。

图 2 保护区浮游动物现存量空间特征 Fig. 2 Spatial characteristics of standing crop of zooplankton in national aquatic reserves
2.4 保护区浮游动物群落多样性指数

淮南段保护区各采样点浮游动物丰富度指数变幅为0.50~1.40,平均为0.99±0.21;香农指数变幅为1.06~2.74,平均为2.14±0.43;均匀度指数变幅为0.41~0.84,平均为0.63±0.11。荆涂峡保护区丰富度指数变幅为0.57~1.40,平均为1.01±0.26;香农指数变幅为1.46~2.96,平均为2.35±0.46;均匀度指数变幅为0.49~0.79,平均为0.65±0.09。荆涂峡保护区各指数均值均优于淮南保护区,但两处保护区内采样断面间多样性指数的差异不明显(P>0.05), 见图 3

图 3 保护区浮游动物多样性空间特征 Fig. 3 Spatial characteristics of biodiversity of zooplankton in national aquatic reserves
2.5 浮游动物群落与环境因子的关系

淮南段保护区和荆涂峡保护区浮游动物群落DCA分析结果显示,排序轴梯度长度(LGA)分别为1.868和1.855,均小于3,因此适用基于线性的RDA分析。根据各物种出现的频度和密度对两个保护区的浮游动物进行筛选,其中淮南段保护区和荆涂峡保护区分别筛选出13种和9种浮游动物(表 5)。RDA分析结果表明,上述两个保护区第一排序轴和第二排序轴相关系数为分别为-0.039 6和-0.090 7,两个环境排序轴的相关系数均为0;淮南段保护区环境因子轴和物种排序轴之间的相关系数分别为0.888 4和0.901 5,荆涂峡保护区分别为0.981 3和0.869 9,上述参数表明排序结果可靠,数据拟合程度较好。

表 5 RDA分析代表物种 Tab.5 Representative species of zooplankton for RDA in national aquatic reserves
表 6 RDA统计参数 Tab.6 Parameters of RDA in national aquatic reserves

RDA分析结果显示,淮南段保护区排序轴1与水深正相关性最大,其次为浊度和水温,相关系数依次为0.672 7、0.323 1和0.319 7;与pH的负相关性最大,其次为透明度,相关系数依次为-0.579 6和-0.380 3。排序轴2与透明度的正相关性最大(0.493 3),与总磷的负相关性最大(-0.512 6)。荆涂峡保护区排序轴1与总磷正相关性最大,其次为磷酸盐和叶绿素a,相关系数依次为0.547 4、0.421 2和0.341 7;与水温的负相关性最大,其次为高锰酸盐指数,相关系数依次为-0.771 5和-0.358 2。排序轴2与总磷的正相关性最大(0.263 3),与水温的负相关性最大(-0.252 2)。淮南段保护区主要影响因子是水深、浊度、pH、透明度,荆涂峡保护区则是水温、总磷、磷酸盐、叶绿素a和高锰酸盐指数(图 4)。

图 4 保护区浮游动物群落与环境因子RDA排序图 Fig. 4 RDA diagram of representative species of zooplankton and environment factors in national aquatic reserves
3 讨论 3.1 保护区浮游动物群落特征

淮南段保护区和荆涂峡保护区冬季浮游动物的物种数分别为38种和39种,并且均以原生动物占优,轮虫、枝角类和桡足类物种数较少,这与下游洪泽湖水域群落结构以轮虫为主有所不同,且在物种总数上均少于洪泽湖[26]。其原因可能包括以下两点:一方面,本次调查显示,两个保护区水域浮游植物多以蓝绿藻为主,不利于枝角类等大型浮游动物摄食;另一方面,两个保护区鲢、鳙等捕食浮游动物的鱼类资源丰富[27],由于鱼类的捕食对个体大小有明显的选择性,通常在同等能耗下优先选择个体较大的浮游动物,由此导致个体较大的枝角类种数占总种数比例较小[28]。两处保护区原生动物种类中主要以有壳肉足虫、沙壳纤毛虫为主,这与淮河干流中游两处保护区含沙量较高相关[29]。从现存量上看,淮南保护区冬季浮游动物密度和生物量低于荆涂峡保护区,这与COLE等[30]所提出的水流动态使下游段湖泊浮游植物的群落结构特征呈现出上游人类活动影响的结果的观点基本一致。浮游动物多样性指数统计结果显示,淮南段保护区和荆涂峡保护区水生态环境均显示为中污染,但荆涂峡保护区相对较好。

3.2 浮游动物群落与环境因子的关系

环境因子不仅体现了浮游动物可摄食的食物数量及质量,而且其诸多理化因子均与浮游动物群落结构变化密切相关[31]。本研究中,水深、浊度、pH、透明度是影响淮南段保护区浮游动物群落结构的重要因素;水温、总磷、磷酸盐、叶绿素a和高锰酸盐指数是影响荆涂峡保护区浮游动物群落结构的重要因素。上述两个保护区浮游动物群落组成结构及影响因子存在较大差异,这应是保护区之间生境特征存在显著差异所致,两保护区水体理化指标如TN、NH4+-N、pH和SD等均存在较大差异,它们导致的生境异化应是影响浮游动物群落结构差异的重要原因之一。此外,从水文条件看,淮南段保护区河道为干流-河汊型,核心区水深流急,出峡山口向东以后河道分汊,水流趋缓,水生维管束植物主要分布于水流较缓的实验区;荆涂峡保护区河道为干流-支流型,包括了淮河段、涡河段和茨淮新河段,位于荆山和涂山之间的核心区为峡谷河段,水流湍急,而实验区则分布于淮河干流及涡河和茨淮新河的缓流区,各功能区之间生态类型多样,水生植物在保护区分布较为广泛。总体而言,温度是决定浮游动物群落演替最主要的非生物因子,温度不仅直接影响了浮游动物的生殖率,还与竞争和捕食相互作用间接对浮游动物群落结构产生影响[32-33]。由于浮游动物中多数物种为藻食性种类,以浮游植物、细菌和有机碎屑等为食,因此叶绿素a含量也是影响浮游动物群落结构的重要因素[34]。蔡庆华[35]研究认为武汉东湖浮游动物密度和生物量由叶绿素a含量决定。水体中氮、磷含量是影响浮游动物丰度的重要因素,营养盐含量通过限制浮游植物的生长进而影响到浮游动物的群落分布[36]。此外,也有研究表明水体酸碱度和透明度与浮游动物种类关系比较密切[37]

3.3 保护区生境现状

淮南段保护区和荆涂峡保护区冬季水体DO和pH均符合《地表水环境质量标准》Ⅱ类水质标准,TP和CODMn均符合Ⅲ类水质标准,主要指标能达到Ⅲ类水质标准,TN为制约因素。据评价标准,结果表明淮南段保护区水体综合营养状态为轻度富营养化,水质为轻度污染;荆涂峡保护区水体综合营养状态为中营养,水质定性评价为良好。两保护区各采样点浮游动物群落香农指数均1<H′<3,据评价标准,淮南段保护区和荆涂峡保护区水域为中污染。因此,在加强淮河流域水环境治理的前提下,通过控制保护区水域氮、磷等外源营养物质和有机污染物的输入,加强保护区生态环境保护、提高水体自净能力,从而使两处国家级水产种质资源保护区水域生态环境得以维持并进一步改善,进而更好地发挥保护区的生态功能。

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Study on characteristics of zooplankton community structure of two national aquatic germplasm reserves in the middle reaches of Huaihe River in winter
LIU Kai1, ZHOU Yanfeng1, DUAN Jinrong1, ZHOU You1, JIANG Shulun2, SONG Jiangteng2, DING Na2, XU Dongpo1     
1. Scientific Observing and Experimental Station of Fishery Resources and Environment in the Lower Reaches of Yangtze River, Freshwater Fisheries Research Center, CAFS, WuXi 214081, Jiangsu, China;
2. Wuxi Fisheries College, Nanjing Agriculture University, WuXi 214081, Jiangsu, China
Abstract: In order to explore the characteristics and key factors of zooplankton community of two national aquatic germplasm reserves in the middle reaches of Huaihe River, samples were collected in winter of 2014. Results indicated a total of 57 zooplankton species were identified in the two germplasm reserves.Among them, 38 species of zooplankton including 22 species of Protozoan (57.89%), 7 species of Rotifers (18.42%), 6 species of Copepods (15.79%) and 3 species of Cladocera (7.89%) were found in the Huainan germplasm reserve; as well as 39 species of zooplankton including 23 species of Protozoan (58.97%), 6 species of Rotifers (15.38%), 7 species of Copepods (17.95%) and 3 species of Cladocera (7.69%) were found in the Jingtuxia germplasm reserve.Protozoa were on predominance in the two germplasm reserves (22 and 23 species respectively) and the dominant groups are ciliates with shell of Protozoa.The average density of zooplankton in Huainan germplasm reserve was (1313.17±500.53) ind./L, and (1601.46±669.02) ind./L in Jingtuxia germplasm reserve, while the average biomass was (0.23±0.12) mg/L and (0.41±0.50) mg/L respectively.According to the standard of diversity index evaluation, the two germplasm reserves were moderately polluted and the water quality in Jingtuxia germplasm reserve was better than that in Huainan germplasm reserve.The result of Redundancy Analysis (RDA) shows that Depth, Tur, pH and SD were the main factors which affected the zooplankton community structure of Huainan germplasm reserve. Simultaneously, T, TP, PO43--P, Chl.a, and CODMn were proved to be the main driving factors which influenced the zooplankton community structure of Jingtuxia germplasm reserve.
Key words: Huaihe River     national aquatic germplasm reserve     zooplankton     water environmental factors     RDA