北運(yùn)河水系夏季浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)特征及其與環(huán)境因子的關(guān)系

王汨，楊柏賀，馬思琦，徐宗學(xué)，殷旭旺，王博涵，，劉萌萌

1.大連海洋大學(xué)水產(chǎn)與生命學(xué)院，遼寧省水生生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 大連 116023 2.北京師范大學(xué)水科學(xué)研究院，水沙科學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100875 3.大連嘉匯橡樹外國(guó)語(yǔ)學(xué)校，遼寧 大連 116023

浮游動(dòng)物群落的行為和生活史在水域生態(tài)系統(tǒng)中有著十分特殊的地位[1-3]，它們?cè)谒h(huán)境生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)等生態(tài)過程中起著不可替代的作用。浮游動(dòng)物是水域生態(tài)系統(tǒng)中評(píng)價(jià)水質(zhì)的重要指示生物，浮游動(dòng)物群落密度及香農(nóng)威納指數(shù)等群落特征值的變化，能夠十分準(zhǔn)確地反映出水域生態(tài)系統(tǒng)的好與壞[4，5]，在水體質(zhì)量監(jiān)測(cè)中起著很重要的作用[6-8]。為此，筆者以浮游動(dòng)物群落為研究對(duì)象，研究了流經(jīng)北京的北運(yùn)河水系夏季浮游動(dòng)物的物種數(shù)、密度、香農(nóng)威納指數(shù)等群落結(jié)構(gòu)特征[9-11]，探究了影響北運(yùn)河水系浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)特征的主要環(huán)境因子，并且從水化指標(biāo)和浮游動(dòng)物群落特征等角度評(píng)價(jià)了北運(yùn)河水系水質(zhì)狀況，旨在為北運(yùn)河水系水體評(píng)價(jià)和開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 北運(yùn)河水系概況與采樣點(diǎn)設(shè)置

北運(yùn)河是流經(jīng)北京市東郊和天津市的一條河流，是海河流域的一條支流，在古代稱其為白河或沾水。其發(fā)源地在北京市昌平區(qū)和海淀區(qū)一帶，向南流入通州區(qū)，在通州區(qū)北關(guān)上游稱為溫榆河，后流經(jīng)河北香河縣，并在天津市的大紅橋匯入海河。北運(yùn)河全長(zhǎng)120km，水系流域面積5300km2，其支流有通惠河、涼水河等。

研究共設(shè)置45個(gè)采樣點(diǎn)，采樣點(diǎn)具體分布位置詳見圖1。

圖1 北運(yùn)河夏季采樣分布點(diǎn)Fig.1 Summer sampling distribution sites of North Canal

2 浮游動(dòng)物樣品的采集及數(shù)據(jù)處理

使用浮游生物采水器在不同水層采集100L的混合水樣，應(yīng)用25號(hào)浮游生物網(wǎng)過濾，將過濾后的樣本倒入100mL的樣品瓶中，并加入體積分?jǐn)?shù)為4%的甲醛溶液保存，樣品在實(shí)驗(yàn)室中靜置24h后吸取上清液，將水樣濃縮為30mL。浮游動(dòng)物的樣品依據(jù)文獻(xiàn) [8-15]在顯微鏡下鑒定種類并記錄。

在野外用水質(zhì)分析儀現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定水溫(T)和溶氧量(DO)，使用酸度計(jì)測(cè)定pH，采集水樣在實(shí)驗(yàn)室中測(cè)定葉綠素(Chl)、總氮(TN)、總磷(TP)、氨氮(NH3-N)含量和高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)[16]。

采用SPSS 16.0進(jìn)行相關(guān)性分析，浮游動(dòng)物香農(nóng)威納指數(shù)[5]和均勻度指數(shù)[12]計(jì)算用Biodiversity Profession完成，采用Canoco 4.5進(jìn)行浮游動(dòng)物與環(huán)境因子的主成分分析和典范對(duì)應(yīng)性分析，采樣圖使用ArcMap 9.3軟件完成[4,16]。

3 結(jié)果與分析

3.1 浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)特征

調(diào)查中，北運(yùn)河水系共鑒定出浮游動(dòng)物4類90種，其中輪蟲物種數(shù)量最多，為45種，占浮游動(dòng)物物種總數(shù)的50%；其次為原生動(dòng)物，為25種，占浮游動(dòng)物物種總數(shù)的27.78%，枝角類(13種)和橈足類(7種)物種數(shù)相對(duì)較少，分別占浮游動(dòng)物物種總數(shù)的14.44%和7.78%；4類浮游動(dòng)物中，輪蟲密度最高，占總密度的60.80%；其次為原生動(dòng)物，占總密度的27.05%，枝角類和橈足類密度較低，分別占總密度的2.64%和9.51%。原生動(dòng)物和輪蟲占主要地位，其他類別不占優(yōu)勢(shì)。

北運(yùn)河水系夏季各采樣點(diǎn)物種數(shù)量平均為17.56種，最高點(diǎn)位于B2(28種)，最低點(diǎn)位于B45；各采樣點(diǎn)密度平均值為156.84ind./L，最高點(diǎn)位于B14(1301.00ind./L)，最低點(diǎn)位于B17；各采樣點(diǎn)香農(nóng)威納指數(shù)平均值為0.61，最高點(diǎn)位于B8(3.91)，最低點(diǎn)位于B2；均勻度指數(shù)平均值為0.16，最高點(diǎn)位于B8(0.85)，最低點(diǎn)位于B2(見圖2)。

圖2 北運(yùn)河浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)特征Fig. 2 The characteristics of zooplankton community structure in North Canal

3.2 浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子關(guān)系

北運(yùn)河水系夏季水環(huán)境因子測(cè)定結(jié)果如表1所示。結(jié)果顯示，北運(yùn)河水系水溫平均為23.66℃；水體呈弱堿性，pH平均為7.99， 水體平均TN含量和CODMn較高，分別為9.69mg/L和 6.49mg/L；Chl含量相對(duì)較低。

表1 北京地區(qū)北運(yùn)河水系水環(huán)境因子(平均值±標(biāo)準(zhǔn)差)

通過對(duì)北運(yùn)河水系水環(huán)境因子的主成分分析，篩選出兩主軸變化分?jǐn)?shù)大于0.8的水環(huán)境因子有TN、TP、NH3-N 和CODMn，不選擇的水環(huán)境因子有DO、T、pH和Chl(見圖3)。

浮游動(dòng)物群落典范對(duì)應(yīng)性分析結(jié)果(見圖4)表明，北運(yùn)河水系影響浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的主要環(huán)境因子是TP(P=0.04)和TN(P=0.04)，TP對(duì)第一軸影響較大，TN對(duì)第二軸影響較大，NH3-N和CODMn對(duì)第一軸影響較大。TP、TN、NH3-N 和CODMn與浮游動(dòng)物的群落密度呈正相關(guān)。

圖3 北運(yùn)河水系水環(huán)境因子主成分分析 圖4 北運(yùn)河水系浮游動(dòng)物群落典范對(duì)應(yīng)性分析Fig.3 Principal component analysis of water environmental Fig.4 Canonical correspondence analysis of zooplankton factors in North Canal river system community in North Canal river system

3.3 浮游動(dòng)物群落健康評(píng)價(jià)

許多國(guó)內(nèi)外學(xué)者都運(yùn)用浮游動(dòng)物的群落特征指數(shù)來進(jìn)行城市生態(tài)環(huán)境的健康評(píng)價(jià)，香農(nóng)威納指數(shù)法是最常用的健康評(píng)價(jià)方法之一，此方法與其他水生生物群落評(píng)價(jià)方法一致：浮游動(dòng)物香農(nóng)威納指數(shù)高，則意味著其生活的水體穩(wěn)定性較好，水體的健康狀況比較好，反之，則表明水體的穩(wěn)定性和健康狀況較差(見表2)。研究采集到的浮游動(dòng)物群落的香農(nóng)威納指數(shù)平均為0.61，均勻度指數(shù)平均為0.16。僅從浮游動(dòng)物多樣性指數(shù)的角度來看，北運(yùn)河夏季的水體呈重度污染。

表2 基于浮游動(dòng)物群落多樣性指數(shù)的水生態(tài)健康標(biāo)準(zhǔn)

4 討論

此次野外調(diào)查流經(jīng)北京的北運(yùn)河水系，共鑒定出浮游動(dòng)物4類90種，其中輪蟲種類最多，為45種，原生動(dòng)物25種，枝角類13種，橈足類7種。浮游動(dòng)物平均密度為156.84ind./L，北運(yùn)河水體受到人類的影響較大，水流較慢，水體透明度較低，水生植物覆蓋率較低，水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量較差，水土流失較為嚴(yán)重，部分采樣點(diǎn)位甚至有嚴(yán)重的污染。北京地區(qū)北運(yùn)河水系水體中也出現(xiàn)了多種富營(yíng)養(yǎng)化水體的耐污種，如萼花臂尾輪蟲、前節(jié)晶囊輪蟲、蓋氏晶囊輪蟲和椎尾水輪蟲等等[10，15-17]，且這些物種密度較大，這表明北運(yùn)河水系水體營(yíng)養(yǎng)化，已經(jīng)受到了一定程度的污染。

研究表明，浮游動(dòng)物群落香農(nóng)威納指數(shù)在一定程度上可以鑒定水質(zhì)狀況，浮游動(dòng)物群落香農(nóng)威納指數(shù)數(shù)值越大，水體水質(zhì)狀況越好[18-20]。北運(yùn)河水系浮游動(dòng)物群落香農(nóng)威納指數(shù)平均為0.61，相對(duì)較低。根據(jù)浮游動(dòng)物香農(nóng)威納指數(shù)評(píng)價(jià)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[5,12，13]，香農(nóng)威納指數(shù)介于0～1之間，為重度污染。綜合來看，北運(yùn)河水系受到了重度污染。

北運(yùn)河水系主要影響浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的環(huán)境因子為TP和TN，CODMn和NH3-N對(duì)浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)也有十分重要的影響。TN對(duì)水中浮游動(dòng)物群落的分布起著重要作用。水中TN和TP含量較高時(shí)，水體呈富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)，對(duì)一部分浮游動(dòng)物群落繁殖起到重要作用[21]。TN、TP、NH3-N和CODMn與浮游動(dòng)物的群落密度呈正相關(guān)，對(duì)浮游動(dòng)物的群落分布有一定影響。CODMn也是水文環(huán)境監(jiān)測(cè)中的一個(gè)重要指標(biāo)，北運(yùn)河水系CODMn平均為6.49mg/L，已經(jīng)超過了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)含量指標(biāo)，說明北運(yùn)河水體中的有機(jī)物污染對(duì)浮游動(dòng)物群落的影響較為嚴(yán)重[22]。