螞蟻河流域浮游生物資源調(diào)查及多樣性分析

石金磊，王立權(quán)，趙文超，景夢(mèng)園

(黑龍江大學(xué)水利電力學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150080)

螞蟻河(又稱(chēng)螞蜒河)，是松花江右岸的較大支流，位于黑龍江省南部。發(fā)源于張廣才嶺西坡，流經(jīng)尚志、延壽、方正3個(gè)縣(市)，至方正縣境北端于通河縣城對(duì)岸注入松花江，全長(zhǎng)280.08 km，流域總面積10847.4 km2。浮游生物作為水生態(tài)系統(tǒng)中其他生物生產(chǎn)力的基礎(chǔ)，在物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)方面具有重要意義，且浮游生物種類(lèi)組成及物種多樣性能反映群落結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度，也能反映水生生態(tài)系統(tǒng)相關(guān)變化[1-4]。梯級(jí)灌區(qū)的開(kāi)發(fā)會(huì)改變流域的天然徑流過(guò)程，使得流域生境破碎化且該流域沿途受人類(lèi)活動(dòng)影響，浮游生物群落結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重。目前，隨著地區(qū)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、水利水電工程建設(shè)導(dǎo)致螞蟻河流域的水體環(huán)境發(fā)生了變化。因此，本研究通過(guò)對(duì)螞蟻河段流域內(nèi)的浮游生物進(jìn)行定性、定量分析，并采用Shannon-Wiener生物多樣性指數(shù)對(duì)該流域水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 調(diào)查研究方法

1.1 調(diào)查地點(diǎn)及時(shí)間

評(píng)價(jià)區(qū)域共設(shè)置9個(gè)采樣點(diǎn)(表1；圖1)，依次為S1(亞布力鎮(zhèn))、S2(葦河鎮(zhèn))、S3(一面坡鎮(zhèn))、S4(尚志市)、S5(延河縣)、S6(延壽縣)、S7(六團(tuán)鎮(zhèn))、S8(會(huì)發(fā)鎮(zhèn))、S9(三門(mén)于家屯)，于2018年7月采集浮游生物。

圖1 螞蟻河流域浮游生物采樣點(diǎn)分布

表1 螞蟻河和水庫(kù)水生生物調(diào)查采樣點(diǎn)

1.2 調(diào)查及評(píng)價(jià)方法

浮游生物采集、定性、定量分析參照張覺(jué)民和何志輝(張覺(jué)民主編，1991，農(nóng)業(yè)出版社，pp.12-122)的方法，鑒定分析依據(jù)胡鴻鈞(1980，上海科學(xué)技術(shù)出版社，pp.27-520)，王家楫(1961，科學(xué)出版社，pp.1-343)和章宗涉和黃祥飛(1991，科學(xué)出版社，pp.40-327)的方法，運(yùn)用Shannon-Wiener多樣性指數(shù)進(jìn)行多樣性分析和水質(zhì)評(píng)價(jià)。

2 結(jié)果與分析

2.1 浮游植物

2.1.1 浮游植物種類(lèi)

經(jīng)鑒定，調(diào)查共檢出浮游植物共計(jì)6門(mén)118種屬。其中，硅藻門(mén)的種類(lèi)最多，57種屬，占48.31%；綠藻的種類(lèi)次之，為37種屬，占31.36%；裸藻門(mén)15種屬，占12.71%；藍(lán)藻門(mén)4種屬，占3.39%；金藻門(mén)3種屬，共占2.54%；隱藻門(mén)2種屬，占1.69%(圖2)。

圖2 螞蟻河浮游植物種類(lèi)組成

從各采樣點(diǎn)的水平分布來(lái)看，三門(mén)于家屯種類(lèi)數(shù)次之為3門(mén)39種屬，會(huì)發(fā)鎮(zhèn)種類(lèi)數(shù)最多為5門(mén)40種屬，尚志市種類(lèi)數(shù)為5門(mén)35種屬，六團(tuán)鎮(zhèn)和一面坡鎮(zhèn)種類(lèi)數(shù)相同，均為5門(mén)34種屬，延河鎮(zhèn)種類(lèi)數(shù)為6門(mén)29種屬，延壽縣種類(lèi)數(shù)為4門(mén)28種屬，葦河鎮(zhèn)種類(lèi)數(shù)為5門(mén)25種屬，亞布力鎮(zhèn)的種類(lèi)數(shù)最少為4門(mén)23種屬(圖3)。

圖3 螞蟻河浮游植物種類(lèi)組成的水平分布

2.1.2 浮游植物密度

根據(jù)鏡檢浮游植物的種類(lèi)、數(shù)量，計(jì)算出各采樣點(diǎn)浮游植物的密度。螞蟻河浮游植物數(shù)量平均為0.2501×104ind/L。其中，硅藻的數(shù)量最多，0.1163×104ind/L，占46.50%；綠藻次之，為0.0998×104ind/L，占39.90%；藍(lán)藻的數(shù)量為0.017×104ind/L，占6.80%；隱藻、裸藻相對(duì)較少，分別為0.0084×104ind/L，0.0074×104ind/L，共占6.32%；金藻的數(shù)量最少，0.0011×104ind/L，占0.48%(表2)。

表2 螞蟻河浮游植物數(shù)量分布 單位：104 ind/L

從各采樣點(diǎn)的水平分布來(lái)看，三門(mén)于家屯浮游植物的數(shù)量較高，0.351×104ind/L；一面坡鎮(zhèn)次之，0.321×104ind/L；尚志市的數(shù)量為0.3161×104ind/L；會(huì)發(fā)鎮(zhèn)和六團(tuán)鎮(zhèn)浮游植物的數(shù)量相差不多，分別為0.264×104ind/L和0.2415×104ind/L；葦河鎮(zhèn)、亞布力鎮(zhèn)和延壽縣采樣點(diǎn)浮游植物的數(shù)量分別為0.21×104ind/L、0.1944×104ind/L和0.1848×104ind/L，延河鎮(zhèn)采樣點(diǎn)浮游植物的數(shù)量最低，為0.1683×104ind/L(圖4)。

圖4 螞蟻河浮游植物數(shù)量的水平分布

2.1.3 浮游植物生物多樣性

采用Shannon-Weiner指數(shù)計(jì)算水域各采樣點(diǎn)浮游植物多樣性指數(shù)(表3)，從而來(lái)評(píng)價(jià)螞蟻河流域的水水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(表4)，其各采樣點(diǎn)的值均在1～2范圍之間。因此，螞蟻河水質(zhì)處于中等污染水平。

表3 螞蟻河各采樣點(diǎn)浮游植物多樣性指數(shù)

表4 水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2.2 浮游動(dòng)物

2.2.1 浮游動(dòng)物種類(lèi)

本次調(diào)查共發(fā)現(xiàn)浮游動(dòng)物經(jīng)鑒定共計(jì)4類(lèi)30種屬(表5)。其中，原生動(dòng)物種類(lèi)較多，12種屬，占40%；輪蟲(chóng)種類(lèi)次之，8種屬，占26.67%；枝角類(lèi)和橈足類(lèi)種類(lèi)最少，均為5種屬，共占33.33%(圖5)。

圖5 螞蟻河浮游動(dòng)物種類(lèi)組成分布

表5 螞蟻河流域浮游動(dòng)物種類(lèi)組成與分布

續(xù)表5

從各采樣點(diǎn)的水平分布來(lái)看，三門(mén)于家屯采樣點(diǎn)浮游動(dòng)物的種類(lèi)組成最多，為4類(lèi)18種屬；會(huì)發(fā)鎮(zhèn)采樣點(diǎn)浮游動(dòng)物的數(shù)量次之，為3類(lèi)9種屬；延河鎮(zhèn)采樣點(diǎn)浮游動(dòng)物的數(shù)量為4類(lèi)6種屬；六團(tuán)鎮(zhèn)采樣點(diǎn)浮游動(dòng)物的數(shù)量為2類(lèi)6種屬；延壽縣采樣點(diǎn)浮游動(dòng)物的數(shù)量為3類(lèi)4種屬；葦河鎮(zhèn)和亞布力鎮(zhèn)采樣點(diǎn)浮游動(dòng)物的數(shù)量均為2類(lèi)4種屬；尚志市采樣點(diǎn)浮游動(dòng)物的數(shù)量為3類(lèi)3種屬；一面坡鎮(zhèn)采樣點(diǎn)浮游動(dòng)物的數(shù)量最少，為2類(lèi)2種屬(圖6)。

圖6 螞蟻河浮游動(dòng)物種類(lèi)組成的水平分布

2.2.2 浮游動(dòng)物密度

螞蟻河浮游動(dòng)物的數(shù)量總計(jì)為23.22ind/L。其中，原生動(dòng)物的數(shù)量最多，為7.76ind/L，占33.42%；輪蟲(chóng)和橈足類(lèi)數(shù)量相差不多，分別為6.89ind/L和6.86ind/L，分別占29.67%和29.54%；枝角類(lèi)最少為1.71ind/L，占7.37%(表6)。

表6 螞蟻河浮游動(dòng)物數(shù)量分布 單位：ind/L

從各采樣點(diǎn)的水平分布來(lái)看，三門(mén)于家屯采樣點(diǎn)浮游動(dòng)物的數(shù)量最多，93ind/L；延河鎮(zhèn)采樣點(diǎn)浮游動(dòng)物的數(shù)量次之，為23.1ind/L；會(huì)發(fā)鎮(zhèn)、六團(tuán)鎮(zhèn)采樣點(diǎn)浮游動(dòng)物的數(shù)量相差不多，分別為20ind/L和19ind/L；延壽縣采樣點(diǎn)浮游動(dòng)物的數(shù)量為16ind/L；亞布力鎮(zhèn)采樣點(diǎn)浮游動(dòng)物的數(shù)量為12.8ind/L；葦河鎮(zhèn)采樣點(diǎn)浮游動(dòng)物的數(shù)量為10.8ind/L；尚志市采樣點(diǎn)浮游動(dòng)物的數(shù)量為8.4ind/L；一面坡鎮(zhèn)采樣點(diǎn)浮游動(dòng)物的數(shù)量最少，為5.86ind/L(圖7)。

圖7 螞蟻河浮游動(dòng)物數(shù)量的水平分布

2.2.3 浮游植物生物多樣性

浮游動(dòng)物多樣性同樣可作為反映河流健康的生物指標(biāo)，采用Shannon-Wiener指數(shù)計(jì)算水域各采樣點(diǎn)浮游動(dòng)物多樣性指數(shù)(表7)，螞蟻河各采樣點(diǎn)的浮游動(dòng)物多樣性指數(shù)均在1～2的范圍之間，該流域水質(zhì)處于中等污染水平。

表7 螞蟻河各采樣點(diǎn)浮游動(dòng)物多樣性指數(shù)

3 討論

3.1 浮游生物分布情況

佟斌等(2018)研究表明，該地區(qū)在凍融交替時(shí)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)對(duì)螞蟻河水體造成一定程度的氮磷污染。河岸緩沖帶濕地是該地區(qū)流域內(nèi)典型的水陸過(guò)渡型生態(tài)系統(tǒng)，對(duì)地表徑流中污染物的凈化作用是調(diào)節(jié)流域水系統(tǒng)生物地球化學(xué)循環(huán)、維系水生態(tài)系統(tǒng)健康的重要保障，濕地植物系統(tǒng)具有很強(qiáng)的凈化[5]。這表明三門(mén)于家屯浮游生物量與流域下游污染情況和水質(zhì)特征具有相關(guān)性。尚志市、延河鎮(zhèn)位于延壽縣上游，屬于河流至灌溉區(qū)的過(guò)渡區(qū)，此區(qū)流速開(kāi)始降低，水面加寬，有利于浮游動(dòng)物的生存，且河口上游的支流不斷有浮游生物的匯入。水底以砂石、淤泥為主，營(yíng)養(yǎng)鹽豐富，浮游生物種類(lèi)數(shù)量較多；三門(mén)于家屯、會(huì)發(fā)鎮(zhèn)、六團(tuán)鎮(zhèn)等區(qū)域內(nèi)浮游生物種類(lèi)數(shù)量多，這與其地區(qū)水環(huán)境特征相關(guān)。而本研究中螞蟻河流域內(nèi)已建成多處灌溉區(qū)，梯級(jí)灌溉區(qū)的建設(shè)改變了河流天然徑流和開(kāi)放性水生態(tài)系統(tǒng)特征，浮游生物的資源量在很大程度上取決于上游和支流的匯入，研究結(jié)果表明流域內(nèi)浮游生物分布特征為灌溉區(qū)高于河道，下游顯著高于上游。

3.2 浮游生物多樣性分析

生物多樣性是反映生物群落結(jié)構(gòu)特征的重要參數(shù)，也是衡量群落結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的一個(gè)重要尺度，通常多樣性越高，群落中的物種組成就越豐富，結(jié)構(gòu)就越穩(wěn)定[6]。反之，物種組成越單一，群落結(jié)構(gòu)就越不穩(wěn)定。同時(shí)，Shannon-Wiener多樣性指數(shù)常用于表示群落組成的復(fù)雜程度，重復(fù)性越小，復(fù)雜程度就越高，值就越大。本研究結(jié)果表明，各個(gè)采樣點(diǎn)浮游生物指數(shù)均在1～2的范圍內(nèi)；而總體水平上，各樣點(diǎn)的浮游生物多樣性指數(shù)H值水平變化不大，說(shuō)明該流域浮游生物群落結(jié)構(gòu)較一致，種類(lèi)較少，群落組成重復(fù)性較大，群落的穩(wěn)定性較低。浮游生物多樣性較低的原因一方面可能是調(diào)查期間為7月，僅較利于硅藻和綠藻等生殖存活；另一方面螞蟻河灌區(qū)開(kāi)發(fā)的建設(shè)，切斷了河流的連通性，阻礙水生生物的自然遷移，進(jìn)而使浮游生物群落結(jié)構(gòu)趨異單一化，生物多樣性降低。本次調(diào)查時(shí)間為夏季，只能代表該流域豐水期浮游生物群落分布情況，對(duì)于全年的整體變化規(guī)律，尚需進(jìn)一步探討。

3.3 螞蟻河水質(zhì)評(píng)價(jià)

浮游生物多樣性與水質(zhì)存在相關(guān)性，可作為反映河流健康的生物指標(biāo)。通過(guò)采用Shannon-Weiner多樣性指數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)螞蟻河流域的水質(zhì)，H值等于0為嚴(yán)重污染，0～1為重污染富營(yíng)養(yǎng)型，1～2為中污染中營(yíng)養(yǎng)型，2～3為輕污染中營(yíng)養(yǎng)型，大于3為清潔貧營(yíng)養(yǎng)型，據(jù)此評(píng)價(jià)該流域?qū)儆谥形廴局袪I(yíng)養(yǎng)型水體類(lèi)型。硅藻門(mén)和橈足類(lèi)在各樣點(diǎn)分布比例最多，其硅藻門(mén)的優(yōu)勢(shì)種類(lèi)梅泥小環(huán)藻為富營(yíng)養(yǎng)化水體的代表種類(lèi)[7]，橈足類(lèi)的劍水蚤適合生活在中度污染的水體中[8]。浮游動(dòng)物輪蟲(chóng)門(mén)在本次流域的常見(jiàn)種螺形龜甲輪蟲(chóng)為耐污種[9](施利民等，2016)，該物種出現(xiàn)也說(shuō)明該水體處于富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)。此外，該流域水體中浮游生物耐污種出現(xiàn)頻率較高，這表明水體向富營(yíng)養(yǎng)化方向發(fā)展，需進(jìn)一步加強(qiáng)流域內(nèi)水環(huán)境保護(hù)和管控，防止水質(zhì)惡化。

4 結(jié)語(yǔ)

這項(xiàng)研究的結(jié)果對(duì)河流的生態(tài)保護(hù)和水質(zhì)恢復(fù)有一定的深遠(yuǎn)意義。但是，由于數(shù)據(jù)的限制，只用了一次采樣活動(dòng)的數(shù)據(jù)來(lái)分析河流的水質(zhì)特征，有一定的偶然性，本節(jié)的討論有些欠缺。通過(guò)長(zhǎng)期收集浮游生物，并使用適當(dāng)?shù)乃|(zhì)物理化學(xué)指標(biāo)進(jìn)行分析，從各采樣點(diǎn)的水平分布來(lái)看，三門(mén)于家屯采樣點(diǎn)浮游動(dòng)物的種類(lèi)組成最多；會(huì)發(fā)鎮(zhèn)采樣點(diǎn)浮游動(dòng)物的數(shù)量次之；一面坡鎮(zhèn)采樣點(diǎn)浮游動(dòng)物的數(shù)量最少。其次研究區(qū)域中的浮游生物與水質(zhì)存在著相關(guān)性，通過(guò)此關(guān)系有利于明確水質(zhì)現(xiàn)狀及控制污染物的輸入，這也是今后研究工作的重點(diǎn)。