太湖控藻圍隔內浮游動物的群落結構特征及水質評價

沈振華，楊建忠，徐雪英，朱明勝，張宏偉

（1.江蘇省太湖漁業(yè)管理委員會辦公室，江蘇蘇州215004；2.蘇州市水產(chǎn)技術推廣站，江蘇蘇州215100）

太湖控藻圍隔內浮游動物的群落結構特征及水質評價

沈振華1，楊建忠1，徐雪英2，朱明勝1，張宏偉1

（1.江蘇省太湖漁業(yè)管理委員會辦公室，江蘇蘇州215004；2.蘇州市水產(chǎn)技術推廣站，江蘇蘇州215100）

為探明放養(yǎng)鰱、鳙魚對太湖水質和浮游動物的影響，于2013年6月10日至10月10日在太湖西北部風浪較小的馬山鎮(zhèn)與竺山之間的湖灣設置大型圍隔，放養(yǎng)鰱、鳙魚進行生物控藻試驗，放養(yǎng)比例為3∶1，密度為50g／m3，并參照相關評價標準進行水質評價。結果表明：生物控藻區(qū)圍隔內共有浮游動物4門52種，其中，輪蟲類21種、原生動物12種、枝角類11種和橈足類8種，優(yōu)勢種共有12種，輪蟲類和枝角類為全年的主要優(yōu)勢種；浮游動物平均密度為388.97ind／L，平均生物量為3.98mg／L；生物多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)分別為2.37和0.38，生物控藻區(qū)水體處于中污染水平；水體綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)為51.84～61.96，水體處于輕度富營養(yǎng)化狀態(tài)，水質為輕度污染；兩種水體污染評價方法的評價結果不一致，但均表明太湖水體已受到一定程度的污染。

太湖；生物控藻；水質；浮游動物

隨著人類經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展和工業(yè)化進程的持續(xù)推進，生態(tài)環(huán)境形勢日益嚴峻，其中水體污染問題尤為突出，如今水體富營養(yǎng)化已成為我國乃至世界范圍內水環(huán)境最為明顯的問題［1］。因此，控制水體富營養(yǎng)化已成為研究水體污染的熱點，Shapiro J等［2］最早提出了生物操縱概念，其主要原理是通過調整魚類種群結構，保護和發(fā)展大型牧食性浮游動物，從而控制藻類的過度繁殖，發(fā)揮浮游動物的生態(tài)控藻功能；謝平［2］提出非經(jīng)典生物操縱理論，其做法是利用濾食性魚類（通常為鰱、鳙）攝食水體中的藻類，該理論的核心目標是控制藍藻水華。目前，國內許多富營養(yǎng)水體都開展了類似的圍隔控藻試驗，研究者已由關注鰱、鳙放養(yǎng)對水質和浮游植物的影響轉向其對浮游動物影響［3－6］，但關于鰱、鳙對浮游動物影響的研究較少。

太湖位于長江三角洲腹地，是我國五大淡水湖之一，周邊經(jīng)濟發(fā)達、人口稠密、企業(yè)眾多，也是其周邊城市的重要生活水源。自2007年太湖藍藻大爆發(fā)以來，其水體富營養(yǎng)化問題成為眾多學者和科研工作者關注的熱點［7］。為太湖藍藻水華的生物治理及監(jiān)測太湖的富營養(yǎng)化進程提供參考，筆者于2013年監(jiān)測了藍藻水華易發(fā)期內生物控藻區(qū)圍隔內水體理化指標的動態(tài)變化，浮游動物群落結構組成、密度、生物量的時空變化特征，并對環(huán)境因子與浮游動物生物量和密度進行相關性分析。

1 材料與方法

1.1 試驗地點及圍隔布置

2013年6月10日至10月10日選擇位于太湖西北部風浪較小的馬山鎮(zhèn)與竺山之間的湖灣，生物控藻區(qū)采用圍隔生態(tài)學方法，由竹柱和防水布組成方形圍隔（約3.33hm2），以竹柱作支撐，防水布高出水面且高度可調節(jié)，上方增加寬1m的網(wǎng)衣防止鰱、鳙逃逸，防水布水下深約2.5m，底部用石籠壓實。

1.2 放養(yǎng)魚種

投放同一批次的1齡鰱、鳙魚，平均體長約20cm，鰱魚平均尾重約90g、鳙魚約150g，鰱、鳙放養(yǎng)比例為3∶1，密度為50g／m3。

1.3 樣品采集與分析

采樣點按照《湖泊生態(tài)系統(tǒng)觀測方法》［8］進行設置（圖1）。投放鰱、鳙前對圍隔內的9個采樣點分別取水樣1次，試驗期間每月采樣1次測定水質理化指標和浮游動物相關指標。其中，水質理化指標和葉綠素a參照《水和廢水監(jiān)測分析方法》［9］測定，此外各采樣點采2.5L水樣帶回實驗室進行理化分析。

用長2m柱狀采水器在各采樣點取水5L，再用25號浮游動物生物網(wǎng)過濾，然后將過濾所得樣品裝入塑料瓶。每個采樣點取水2份，1份用于定性分析，1份作定量分析，用作定量分析的及時加入4%甲醛溶液。浮游動物種類鑒定參照《淡水浮游生物圖譜》［10］和《淡水微型生物圖譜》等［1112］。浮游動物各類生物量換算參照文獻［13］的方法進行。

圖1 太湖生物控藻區(qū)采樣點設置Fig.1 Distribution of sampling sites in the biological control enclosure ecosystem of Taihu Lake

1.4 數(shù)據(jù)處理

1.4.1 Shannon－Weaver生物多樣性指數(shù)（H）

H＝－∑PilnPi

式中，Pi為第i種個體數(shù)與總個體數(shù)的比值。

評價標準：H＞3，為輕或無污染；1＜H≤3，為中污染；0＜H≤1，為重污染［14］。

1.4.2 均勻度指數(shù)（E）

E＝H／Hmax

Hmax＝lnS

式中，S為樣品總種類數(shù)。

評價標準：0.5＜E≤0.8，為輕或無污染；0.3＜E≤0.5，為中污染；0＜E≤0.3，為重污染［15］。

1.4.3 優(yōu)勢度（Y）

Y＝（n／N）×y

式中，n為物種的個體數(shù)，N為所有種類總個體數(shù)，y為物種出現(xiàn)頻率［16］。

1.4.4 綜合營養(yǎng)指數(shù)評價方法

式中，TLI（∑）為綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)，TLI（j）為第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)，Wj為第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的相關權重，rij為第j種參數(shù)與基準參數(shù)的相關系數(shù)，m為評價參數(shù)的個數(shù)［1718］。

綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)計算公式：

TLI（chl）＝10（2.5＋1.086ln chl）

TLI（TP）＝10（9.436＋1.624ln TP）

TLI（TN）＝10（5.453＋1.694ln TN）

TLI（SD）＝10（5.118－1.94ln SD）

TLI（CODMn）＝10（0.109＋2.661ln CODMn）

式中，chl為葉綠素，TP為總磷，TN為總氮，SD為透明度，COD為化學需氧量。

評價標準：30＜TLI（∑）≤50，為中營養(yǎng)；50＜TLI（∑）≤60，為輕度富營養(yǎng)；60＜TLI（∑）≤70，為中度富營養(yǎng)［19］。

2 結果與分析

2.1 群落結構與優(yōu)勢種

2013年6—10月對太湖生物控藻區(qū)圍隔內連續(xù)5次采樣分析，鑒定出原生動物、輪蟲類、枝角類和橈足類共4門52種浮游動物（表1）。其中以輪蟲居多，共21種，占浮游動物總種數(shù)的40.38%；其次為原生動物，共12種，占23.08%；枝角類11種，占21.15%；橈足類最少，為8種，占15.38%。

以優(yōu)勢度＞0.02為優(yōu)勢種［20］，太湖生物控藻區(qū)浮游動物優(yōu)勢種有12種，分屬3門，其中，輪蟲類6種：團狀聚花輪蟲、細異尾輪蟲、蒲達臂尾輪蟲、萼花臂尾輪蟲、裂足臂尾輪蟲和曲腿龜甲輪蟲；枝角類3種：脆弱象鼻溞、簡弧象鼻溞和僧帽溞；橈足類3種：湖泊美麗猛水蚤、湯匙華哲水蚤和英勇劍水蚤。其中以輪蟲類和枝角類為全年的主要優(yōu)勢種。

2.2 密度與生物量的時空分布

從圖2看出，太湖生物控藻區(qū)水域浮游動物密度為337～448ind／L，平均為388.97ind／L，最大值出現(xiàn)在7月，最小值出現(xiàn)在10月。浮游動物密度為夏季（6－8月）＞秋季（9－10月），分別為404.45ind／L和365.76ind／L，秋季比夏季低9.57%。9個采樣點的浮游動物密度在330～536ind／L，平均為451ind／L，最高值在8號采樣點，最低值在3號采樣點。

生物控藻區(qū)水域浮游動物生物量為2.87～5.33mg／L，平均為3.98mg／L，最大值、最小值分別出現(xiàn)在8月和10月。浮游動物生物量為夏季＞秋季，其中夏季浮游動物平均生物量為4.37mg／L，秋季為3.39mg／L，秋季比夏季低22.43%。9個采樣點的浮游動物生物量在0.90～10.10mg／L，平均為3.80mg／L，最大值在1號采樣點，最小值在3號采樣點。

表1 太湖生物控藻區(qū)浮游動物種類組成及優(yōu)勢種Table1 Species composition and dominant species of zooplankton in the biological control enclosure ecosystem of Taihu Lake

2.3 多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)

經(jīng)計算，太湖生物控藻區(qū)浮游動物多樣性指數(shù)在1.75～2.90，平均為2.37，10月浮游動物的多樣性指數(shù)最大，7月最?。▓D3）。從季節(jié)角度看，浮游動物多樣性指數(shù)為秋季＞夏季，夏季平均為2.16，秋季平均為2.77。根據(jù)評價標準，生物控藻區(qū)圍隔內水體處于中污染水平。

浮游動物均勻度指數(shù)在0.30～0.48，平均為0.38，7月均勻度指數(shù)最小，10月最大（圖3），與多樣性指數(shù)變化趨勢一致。浮游動物均勻度指數(shù)為秋季＞夏季，夏季平均為0.33，秋季平均為0.46。6—1 0月均勻度指數(shù)均小于0.5，說明藍藻易發(fā)時段生物控藻區(qū)浮游動物均勻度整體較低。根據(jù)評價標準，生物控藻區(qū)水域水體處于中污染水平，且秋季水質優(yōu)于夏季。

圖2 太湖生物控藻區(qū)不同月份浮游動物的密度和生物量Fig.2 Density and biomass of zooplankton in the biological control enclosure ecosystem of Taihu Lake in different months

圖3 太湖生物控藻區(qū)浮游動物的多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)Fig.3 Diversity index and evenness index of zooplankton in the biological control enclosure ecosystem of Taihu Lake in different months

2.4 水質評價

太湖生物控藻區(qū)水域6—10月綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)在51.84～61.96，平均為57.12（表2）。其中，7月的綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)大于60，表明該月水體為中度富營養(yǎng)化，水質類別為中度污染；其余4個月綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)在50～60，表明水體處于輕度富營養(yǎng)化，水質為輕度污染。

太湖生物控藻區(qū)圍隔內TP含量為0.17～0.26mg／L，平均為0.20mg／L；TN含量為1.53～1.94mg／L，平均為1.82mg／L。按照《地表水環(huán)境質量標準》（GB／T3838－2002）［21］，以TP、TN指標而言，生物控藻區(qū)圍隔內水質為Ⅳ類水。綜合考慮TP、TN水平及綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)、浮游動物多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)等評價指標，生物控藻區(qū)圍隔內水體處于輕度富營養(yǎng)化，水質為輕度污染。

表2 太湖生物控藻區(qū)的水質綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)Table2 Water quality of the biological control enclosure ecosystem of Taihu Lake

3 結論與討論

3.1 太湖浮游動物的群落結構

2013年6—10月對太湖西北部風浪較小的馬山鎮(zhèn)與竺山之間的湖灣生物控藻區(qū)圍隔進行5次調查，共鑒定出浮游動物4門52種，其中輪蟲類占比最大，其次為原生動物和枝角類，橈足類占比最小。浮游動物種類數(shù)受輪蟲種類的影響最大，兩者變化趨勢基本相同，與太湖其他區(qū)域的研究結果［2224］相同。2003—2004年太湖3個湖區(qū)（五里湖、梅梁灣和大太湖）的浮游動物種類數(shù)分別為40種、37種和33種［22］；2010年6—7月西太湖流域有浮游動物共38種［23］，都較本次所鑒定的浮游動物種類數(shù)少，總體上看，浮游動物種類數(shù)呈增加趨勢；2010年3月至2011年2月太湖亮河灣區(qū)域有浮游動物56種［24］，比本次鑒定的種類多，這可能與亮河灣修復區(qū)的生態(tài)功能恢復，其浮游動物多樣性增加有關。

3.2 太湖浮游動物的密度與生物量

太湖自2007年藍藻水華大爆發(fā)以來就一直成為水生生態(tài)學界的關注熱點，很多學者在太湖富營養(yǎng)化加劇情況下，采用非經(jīng)典生物操縱法控藻對浮游生物的影響做了大量研究。有學者認為，由于藍藻水華爆發(fā)期藍藻的大量繁殖，藻毒素聚集迅速，直接影響藻類的適口性，此時鰱、鳙會改為濾食浮游動物，因此來自鰱、鳙的攝食壓力會導致浮游動物生物量減小，浮游動物小型化且密度增大的情況發(fā)生［25］。調查發(fā)現(xiàn)，在6—10月調查期內浮游動物的密度和生物量呈下降趨勢，與生物量下降、密度增大的理論不符［4］。由此認為，本次調查區(qū)域內不存在鰱、鳙的攝食壓力導致浮游動物小型化的現(xiàn)象，更有可能是由于夏秋季節(jié)變化，水溫變化較大，直接導致浮游動物種群結構和優(yōu)勢種發(fā)生變化［26］，使浮游動物密度和生物量均下降；或鰱、鳙攝食壓力導致浮游動物小型化是一個較長時間作用的結果，在1個調查周期內差異不大，具體原因有待進一步研究。

此外，在空間上，7號和8號采樣點的浮游動物密度較大，而1號、8號和9號采樣點的浮游動物生物量較大，即表現(xiàn)為圍隔的右下角區(qū)域浮游動物密度和生物量較大，這可能與湖灣內夏秋季的風向有關。

3.3 太湖浮游動物優(yōu)勢種的指示作用與水質狀況

太湖處于富營養(yǎng)化狀態(tài)已成為學術界不爭的事實，但是由于地理條件差異以及各湖區(qū)及湖灣的水文條件不同，因此不同區(qū)域的富營養(yǎng)狀態(tài)不盡相同。根據(jù)相關污染指示生物［2732］，太湖生物控藻區(qū)鑒定的富營養(yǎng)指示種有壺狀臂尾輪蟲、萼花臂尾輪蟲、前節(jié)晶囊輪蟲、裂足臂尾輪蟲、長三肢輪蟲、針簇多肢輪蟲、曲腿龜甲輪蟲、長額象鼻溞和中華窄腹劍水蚤，其中，作為優(yōu)勢種出現(xiàn)的有萼花臂尾輪蟲、裂足臂尾輪蟲和曲腿龜甲輪蟲，且萼花臂尾輪蟲和中華窄腹劍水蚤被認為是喜富營養(yǎng)化條件下生長的種類。圍隔內出現(xiàn)的污染指示種眾多也進一步驗證太湖的富營養(yǎng)化現(xiàn)狀。此外，浮游動物的多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)分別為2.37和0.38，即達到中污染水平；綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)平均值為57.12，表明該水體處于輕度污染水平。兩種評價方法的評價結果不一致，說明在實際操作過程中不應只采用單一的評價指標，而應多方面綜合考慮才能得出較符合實際的評價結果。

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（責任編輯：馮 衛(wèi)）

Zooplankton Community Structure and Water Quality of the Biological Control Enclosure Ecosystem in Taihu Lake

SHEN Zhenhua1，YANG Jianzhong1，XU Xueying2，ZHU Mingsheng1，ZHANG Hongwei1
（1.The Office of Taihu Lake Fishery Management Committee，Suzhou，Jiangsu215004；2.Suzhou Popularization Station of Fishery Technology，Suzhou，Jiangsu215100，China）

The biological control enclosure ecosystem between Mashan Town and Zhushan Lake was stocked with silver carp and bighead carp according to 3∶1ratio and 50g／m3from 10，June to 10，October in 2013anDThen the water quality was evaluated by reference to the relevant evaluation standarDTo discuss the effects of stocking silver carp and bighead carp on water quality and zooplankton in Taihu Lake.Results：There are 52zooplankton species including 21Rotifers，12Protozoa，11Cladocera and 8 Copepods.The dominant species are 12species.Rotifers and Cladocera are main dominant species in a year.The average density and biomass of zooplankton are 388.97ind／L and 3.98mg／L respectively.The biological diversity index and evenness index of zooplankton is 2.37and 0.38separately，which indicates that the water quality of the biological control enclosure ecosystem is at moderate pollution level.The water comprehensive nutrition index of the biological control enclosure ecosystem is 51.84～61.96，which indicates that the water is in the mild eutrophication status anDThe water quality is at mild pollution level.The evaluation results from two water pollution evaluation methods are inconsistent but the results both indicate the water of Taihu Lake is polluteDTo a certain extent.

Taihu Lake；biological control；water quality；zooplankton

S917.4

A

1001－3601（2016）10－0445－0144－05

2016－05－03；2016－07－21修回

江蘇省水產(chǎn)三新工程項目“太湖鰱鳙魚分級培育及控藻技術研究”（Y2014－27）

沈振華（1971－），男，工程師，從事漁業(yè)資源管理與保護工作。E－mail：shenzhenhua＿szh＠126.com