高郵湖輪蟲群落結(jié)構(gòu)分析及水質(zhì)生態(tài)學(xué)評(píng)價(jià)

馬會(huì)娟　李茹夢(mèng)　唐晟凱　李大命　閔元棋　楊家新

摘要：研究高郵湖輪蟲群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子的關(guān)系，并對(duì)水質(zhì)進(jìn)行生態(tài)學(xué)評(píng)價(jià)，2017年1—12月對(duì)高郵湖輪蟲的群落結(jié)構(gòu)以及水體理化因子進(jìn)行了1年的調(diào)查研究，共鑒定出輪蟲18屬31種，優(yōu)勢(shì)種13種。不同季節(jié)輪蟲群落結(jié)構(gòu)差異明顯，輪蟲密度在秋季最高，冬季最低;生物量在夏季最高，春季最低。典型相關(guān)分析（CCA）結(jié)果表明，水溫、溶解氧含量、葉綠素a含量、總氮含量、總磷含量等因子是影響輪蟲群落結(jié)構(gòu)的主要環(huán)境因子。運(yùn)用綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)、多樣性指數(shù)以及輪蟲污染指示種對(duì)高郵湖進(jìn)行水質(zhì)污染水平和富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，2017年高郵湖水質(zhì)處于中污染水平，營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)為中度富營(yíng)養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：高郵湖;輪蟲;群落結(jié)構(gòu);多樣性指數(shù);環(huán)境因子;水質(zhì)評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào)：S963.21+4;X824文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-1302（2021）01-0192-05

作者簡(jiǎn)介：馬會(huì)娟（1995—），女，河南周口人，碩士研究生，主要從事水域生態(tài)學(xué)與生態(tài)毒理學(xué)研究。E-mail：mhj199501@163.com。

通信作者：楊家新，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事海洋生物與生態(tài)學(xué)、生態(tài)毒理學(xué)、水域生態(tài)學(xué)、水產(chǎn)生物學(xué)和水產(chǎn)生物餌料學(xué)研究。E-mail：yangjx@njnu.edu.cn。

輪蟲是淡水生態(tài)系統(tǒng)中主要的浮游動(dòng)物類群之一，個(gè)體較小，但其生長(zhǎng)周期短，分布廣泛，在生態(tài)系統(tǒng)初級(jí)生產(chǎn)力向次級(jí)生產(chǎn)力傳遞過(guò)程中占有特殊生態(tài)位角色，是魚類和其他水生經(jīng)濟(jì)動(dòng)物的重要餌料資源。此外，輪蟲對(duì)許多外來(lái)污染物具有很強(qiáng)的敏感性，某些種類還可作為污染指示物，用于水體水質(zhì)污染水平和富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)，在物質(zhì)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)毒理影響和生態(tài)系統(tǒng)演替、穩(wěn)定性等研究方面具有重要的地位[1-4]。

高郵湖地處江蘇省中部（119°06′～119°25′E，32°42′～33°41′N），湖長(zhǎng)48km，最大寬度28km，總面積760.67km2。高郵湖是淮河入江主要通道，既是湖又是河，在濕地生態(tài)系統(tǒng)中扮演著極其重要的角色。長(zhǎng)期以來(lái)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要以及對(duì)湖泊不合理的開發(fā)利用，導(dǎo)致高郵湖濕地遭到破壞，同時(shí)對(duì)水域生態(tài)系統(tǒng)也造成了不良影響。本研究對(duì)高郵湖輪蟲群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行了1年的系統(tǒng)調(diào)查，通過(guò)分析輪蟲種類、生物量、密度、多樣性指數(shù)的季節(jié)變化與環(huán)境因子的關(guān)系，并結(jié)合綜合營(yíng)養(yǎng)指數(shù)、水體理化因子、多樣性指數(shù)以及輪蟲污染指示種對(duì)高郵湖水質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，以期為高郵湖的可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1采樣點(diǎn)設(shè)置

本次調(diào)查在高郵湖從南向北設(shè)置了12個(gè)采樣點(diǎn)（圖1）。根據(jù)高郵湖地理位置和各個(gè)采樣點(diǎn)的不同設(shè)置，將距離高郵湖大閘蟹養(yǎng)殖區(qū)域和人類活動(dòng)頻繁區(qū)遠(yuǎn)近不同的12個(gè)采樣點(diǎn)分為4個(gè)區(qū)域。樣點(diǎn)1、樣點(diǎn)2、樣點(diǎn)3為區(qū)域1，樣點(diǎn)4、樣點(diǎn)5、樣點(diǎn)6為區(qū)域2，樣點(diǎn)7、樣點(diǎn)8、樣點(diǎn)9為區(qū)域3，樣點(diǎn)10、樣點(diǎn)11、樣點(diǎn)12為區(qū)域4。

1.2樣品采集、物種鑒定

在2017年1—12月期間，對(duì)高郵湖輪蟲每月采樣1次。利用YSI水質(zhì)分析儀在每個(gè)采樣點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定水溫（WT）、溶解氧（DO）含量、pH值等指標(biāo)?？偟═N）含量和總磷（TP）含量通過(guò)堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法和鉬酸銨分光光度法測(cè)定;葉綠素a含量用90%丙酮萃取法測(cè)定;高錳酸鉀指數(shù)（CODMn）、氨態(tài)氮（NH3-N）含量參照文獻(xiàn)[5-7]。為避免微型輪蟲數(shù)據(jù)丟失，采用25號(hào)浮游生物網(wǎng)（網(wǎng)格0.064mm）采集輪蟲標(biāo)本。將標(biāo)本儲(chǔ)存在100mL聚乙烯塑料瓶中，定性樣本用4%福爾馬林溶液現(xiàn)場(chǎng)固定，帶回實(shí)驗(yàn)室分類鑒定。輪蟲鑒定和計(jì)數(shù)參照《中國(guó)淡水輪蟲志》《淡水浮游生物研究方法》[8-9]。[LM]

[FK（W16][TPMHJ1.tif][FK）]

1.3數(shù)據(jù)計(jì)算與分析

高郵湖輪蟲群落結(jié)構(gòu)的香農(nóng)維納多樣性指數(shù)（H）、Pielou均勻度指數(shù)（J）、Margatef豐富度指數(shù)（D）、優(yōu)勢(shì)度（Y）計(jì)算方法參見文獻(xiàn)[10-11]，將優(yōu)勢(shì)度Y≥0.02定義為優(yōu)勢(shì)種。輪蟲生物量運(yùn)用體積法進(jìn)行計(jì)算。

富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)根據(jù)“湖泊（水庫(kù)）富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法和分級(jí)技術(shù)規(guī)范”（中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)站）（表1），采用綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法評(píng)價(jià)高郵湖水質(zhì)。

綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)計(jì)算公式：

狀態(tài)指數(shù)。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用Excel、SPSS24.0等軟件。采用Canoco5.0軟件對(duì)輪蟲群落和環(huán)境因子進(jìn)行典型相關(guān)分析，在分析之前，將數(shù)據(jù)進(jìn)行l(wèi)g（x+1）轉(zhuǎn)化。

2結(jié)果與分析

2.1環(huán)境因子

從表2可以看出，高郵湖各樣點(diǎn)水溫全年變化范圍為6.6～32.8℃。pH值全年變化范圍為8.27～8.99，水體偏堿性。溶解氧含量全年變化范圍為8.43～13.84mg/L，最大值出現(xiàn)在3月，可能與水生植物光合作用的增強(qiáng)有關(guān)。高郵湖葉綠素a含量全年變化范圍為8.81～32.11μg/L，南部區(qū)域（樣點(diǎn)12）葉綠素a含量相對(duì)較高，湖心區(qū)域（樣點(diǎn)3）相對(duì)較低。透明度（SD）全年變化范圍為0.16～0.34m，其中透明度最高值出現(xiàn)在8月，最低值出現(xiàn)在4月。從整個(gè)湖泊的角度來(lái)看，樣點(diǎn)4和靠近人類活動(dòng)區(qū)的樣點(diǎn)5透明度較低，但是湖心區(qū)域（樣點(diǎn)3）透明度較高。總氮含量變化范圍為0.35～1.38mg/L，最大值出現(xiàn)在3月?？偭缀孔兓秶鸀?.04～1.20mg/L，與總氮含量一致，總磷含量最大值也出現(xiàn)在3月。

2.2輪蟲種類組成和群落結(jié)構(gòu)

2.2.1種類組成及優(yōu)勢(shì)種季節(jié)變化從表3、表4可以看出通過(guò)全年采樣，高郵湖12個(gè)樣點(diǎn)共鑒定出輪蟲18屬31種，優(yōu)勢(shì)種13種。1月的主要優(yōu)勢(shì)種為暗小異尾輪蟲（Trichocercapusilla）和前節(jié)晶囊輪蟲（Asplachnapriodonta）;5月的主要優(yōu)勢(shì)種為針簇多肢輪蟲（Polyarthratrigla）、獨(dú)角聚花輪蟲（Conochilusunicornis）;8月的主要優(yōu)勢(shì)種為針簇多肢輪蟲（Polyarthratrigla）、角突臂尾輪蟲（Brachionusangularis）、裂足臂尾輪蟲（Brachionusdiversicornis）;10月的主要優(yōu)勢(shì)種為前節(jié)晶囊輪蟲（Asplachnapriodonta）、曲腿龜甲輪蟲（Keratellavalga）。各季節(jié)輪蟲主要優(yōu)勢(shì)種交替變化明顯，并有部分種類如螺形龜甲輪蟲（Keratellacochlearis）、晶囊輪蟲（Asplanchna）、萼花臂尾輪蟲（Brachionuscalyciflorus）等作為常見種長(zhǎng)期存在。

2.2.2輪蟲密度與生物量從每個(gè)樣點(diǎn)的月平均變化量（圖2）來(lái)看，輪蟲密度變化范圍為110～1853ind/L，最大值出現(xiàn)在9月，最小值出現(xiàn)在1月。生物量變化范圍為0.089～1.030mg/L，最大值出現(xiàn)在7月，最小值出現(xiàn)在4月。

2.3種群群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子的關(guān)系

將高郵湖優(yōu)勢(shì)種的年變化與水溫、溶解氧含量、pH值、葉綠素a含量、透明度、總氮含量、總磷含量、氨態(tài)氮含量、高錳酸鉀指數(shù)等環(huán)境因子進(jìn)行CCA分析，[KG*8]結(jié)果顯示，第1排序軸的特征值為0.24，第2排序軸的特征值為0.15。WT、DO[JP+1]含量與第1軸的相關(guān)性較高，因此第1軸可以表示水體的物理性質(zhì)變化?？偟?、氨態(tài)氮含量、高錳酸鉀指數(shù)與第2軸相關(guān)性較高，因此第2軸可以表示水體的營(yíng)養(yǎng)水平。葉綠素a含量對(duì)輪蟲優(yōu)勢(shì)種的變化影響很大，說(shuō)明浮游植物生物量在輪蟲的生長(zhǎng)發(fā)育以及群落結(jié)構(gòu)變化過(guò)程中發(fā)揮了重要作用。另外，透明度也是影響輪蟲群落結(jié)構(gòu)的重要生態(tài)因子（圖3）。

2.4高郵湖水質(zhì)分析

2.4.1綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)（TSIM）評(píng)價(jià)法高郵湖綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)季節(jié)變化見圖4。TSIM季節(jié)變化范圍在56.57～68.32之間，平均值為61.41，總體處于中度富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)。但不同季節(jié)營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)有所不同，夏冬2季TSIM指數(shù)在60以下，屬于輕度富營(yíng)養(yǎng)，春秋2季TSIM指數(shù)在60以上，水質(zhì)較差，為中度富營(yíng)養(yǎng)。

2.4.2多樣性指數(shù)評(píng)價(jià)法香農(nóng)維納多樣性指數(shù)和Margatef豐富度指數(shù)數(shù)值在0～1之間，為重污染，1～2為α中污染，2～3為β中污染，3～4為輕污染，>4為清潔水體[12]。調(diào)查結(jié)果表明，高郵湖香農(nóng)維納指數(shù)變化范圍為1.03～2.13，平均值為1.44。最大值出現(xiàn)在夏季，最小值出現(xiàn)在冬季，高郵湖冬季屬于α中污染水平，夏季為β中污染水平，全年屬于α中污染。豐富度指數(shù)變化范圍為0.96～1.56，平均值為1.29，全年屬于α中污染水平。Pielou均勻度指數(shù)在0～0.3之間為重污染，0.3～0.4為α中污染，0.3～0.5為β中污染，0.5～0.8為輕污染，0.8～1.0為清潔型[13]。本次調(diào)查顯示，高郵湖Pielou均勻度指數(shù)變化范圍為0.62～0.79，平均值為0.69，全年屬于輕污染（圖5）。

2.4.3污染指示種評(píng)價(jià)法輪蟲世代周期短，個(gè)體發(fā)育快，且某些種類的輪蟲對(duì)外來(lái)污染物非常敏感，因此可根據(jù)湖泊中輪蟲種類季節(jié)演替進(jìn)行水體水質(zhì)污染水平和富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)。調(diào)查期間，高郵湖出現(xiàn)了10種富營(yíng)養(yǎng)化水體的指示種且為優(yōu)勢(shì)種的輪蟲：輕污染-β中污染的曲腿龜甲輪蟲、尖趾腔輪蟲;β-中污染的前節(jié)晶囊輪蟲、螺形龜甲輪蟲、裂足臂尾輪蟲;β-α中污染的壺狀臂尾輪蟲、針簇多肢輪蟲、萼花臂尾輪蟲、角突臂尾輪蟲等。耐污的臂尾輪蟲屬優(yōu)勢(shì)種比重的增加，表明高郵湖的富營(yíng)養(yǎng)化程度正在加劇。在污染指示種中，屬于中污染型的輪蟲比重大。綜合以上可知，2017年高郵湖水質(zhì)屬于中污染。

3討論與結(jié)論

3.1輪蟲群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子的關(guān)系

CCA分析結(jié)果表明，葉綠素a含量、WT、DO含量、NH3-N含量、TN含量、SD等環(huán)境因子對(duì)輪蟲群落動(dòng)態(tài)產(chǎn)生較大影響，葉綠素a在輪蟲群落動(dòng)態(tài)變化過(guò)程中具有重要作用。眾多學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，食物是影響輪蟲群落動(dòng)態(tài)變化的主要因素之一，通常情況下，輪蟲的密度與葉綠素a含量呈正相關(guān)[14-16]。這與本研究結(jié)果一致，春季隨著葉綠素a含量的增加，輪蟲密度也逐漸增加，在秋季達(dá)到最大值。CCA分析結(jié)果表明，水溫是影響輪蟲優(yōu)勢(shì)種季節(jié)交替的主要環(huán)境因子，多數(shù)輪蟲優(yōu)勢(shì)種與水溫呈正相關(guān)，如針簇多肢輪蟲、裂足臂尾輪蟲（Brachionusdiversicornis）等，而尖趾腔輪蟲（Lecaneclosterocerca）、獨(dú)角聚花輪蟲（Conochilusunicornis）、等刺異尾輪蟲（Trichocercasimilis）等與水溫相關(guān)性較低。此外，水溫也與輪蟲密度季節(jié)變化有關(guān)，冬季輪蟲密度一般低于其他3個(gè)季節(jié)。章宗涉等對(duì)武漢東湖調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在食物充足條件下，輪蟲密度高峰期一般出現(xiàn)水溫在20℃以上的月份，主要的原因是溫度升高，輪蟲休眠卵孵化速度加快，輪蟲種群周期周轉(zhuǎn)加快，種群密度迅速增加[9]。本研究CCA結(jié)果表明，DO含量也是影響輪蟲群落結(jié)構(gòu)的主要物理因素。當(dāng)夏季水體溫度達(dá)到最高時(shí)，往往會(huì)導(dǎo)致藍(lán)藻水華的暴發(fā)，隨著水體藻類的過(guò)度繁殖，溶解氧含量也會(huì)降低，繼而影響輪蟲的群落結(jié)構(gòu)[17]。TN、TP、NH3-N等化學(xué)元素也是影響輪蟲群落結(jié)構(gòu)的主要因素，一般認(rèn)為，水體氮磷元素的增加與水體富營(yíng)養(yǎng)化有關(guān)。Ortega-Mayagoitia等認(rèn)為，水體富營(yíng)養(yǎng)化的增強(qiáng)尤其是氮磷等營(yíng)養(yǎng)元素的增加可能會(huì)增加輪蟲的豐度，改變輪蟲的群落結(jié)構(gòu)[18]。另外，SD和pH值也是影響輪蟲群落結(jié)構(gòu)重要的環(huán)境因子。

3.2輪蟲種類組成的動(dòng)態(tài)變化

本次調(diào)查共發(fā)現(xiàn)鑒定出輪蟲18屬31種，比郭劉超2016年的調(diào)查結(jié)果多3種，但是郭劉超等的調(diào)查只選取了4個(gè)代表性月份而非周年調(diào)查[19]。輪蟲種類季節(jié)變化明顯，春季各采樣點(diǎn)種類數(shù)大于其他季節(jié)，出現(xiàn)這種情況的主要原因是春季溫度升高，湖底輪蟲休眠卵隨著春季全同溫導(dǎo)致的水層交換而被帶到表層孵化，在5月，輪蟲種類數(shù)達(dá)到高峰，共有14種。冬季氣溫較低，輪蟲受遺傳節(jié)律和低溫導(dǎo)致的藻類等食物補(bǔ)充不足的影響，出現(xiàn)種類演替，生物量和密度也較低，12月的8、9、10采樣點(diǎn)和1月的10、11、12采樣點(diǎn)的輪蟲種類只有1種。

3.3高郵湖富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)

從綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)來(lái)看，高郵湖全年處于中度富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)。從生物多樣性指數(shù)、香農(nóng)維納多樣性指數(shù)、Margalef豐富度指數(shù)來(lái)看，高郵湖全年屬于α-中污染水平。從污染指示種評(píng)價(jià)方法來(lái)看，高郵湖出現(xiàn)了多種富營(yíng)養(yǎng)化水體的指示種，表明高郵湖的富營(yíng)養(yǎng)化程度正在加劇，高郵湖全年水質(zhì)屬于中污染型。以上3種富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法均表明高郵湖2017年處于中污染水平。姜磊娜等在2009—2014年對(duì)高郵湖各年的綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果表明，除2011年高郵湖為中營(yíng)養(yǎng)外，其他年份均為輕度富營(yíng)養(yǎng)[20]。郭劉超等2016年調(diào)查發(fā)現(xiàn)，高郵湖綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)為50.1～54.2，表明高郵湖水體處于輕度富營(yíng)養(yǎng)[19]。魏文志等在2010年對(duì)高郵湖水質(zhì)、浮游植物和營(yíng)養(yǎng)狀況的調(diào)查結(jié)果顯示，高郵湖綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)為51.14～60.53，處于輕度污染水平，但有污染化加重的趨勢(shì)[21]。與前人調(diào)查結(jié)果比較，本研究結(jié)果高郵湖的水體富營(yíng)養(yǎng)化程度正在逐年加重。

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