基于浮游動(dòng)物群落特征的渭河橡膠壩景觀河流水質(zhì)生物學(xué)評(píng)價(jià)

王西鋒，萬軍芳，王永平，孫長(zhǎng)順，李明，胡恩

(1.陜西省環(huán)境科學(xué)研究院，西安 710061；2.甘肅省建筑設(shè)計(jì)研究院，蘭州 730030；3.西北農(nóng)林科技大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，陜西 楊凌 712100)

通信作者:胡恩，博士，陜西省環(huán)境科學(xué)研究院高級(jí)工程師，E-mail：huen777@163.com.

河流是生物生存所依賴的重要自然資源.隨著城市化快速發(fā)展，人們?cè)诹鹘?jīng)城市的天然河道修筑大量攔水壩(多為橡膠壩)，營(yíng)造大水面景觀，從而提升城市形象.然而，攔河筑壩對(duì)天然河道生態(tài)系統(tǒng)影響較大[1]，改變了河流水文過程，導(dǎo)致城市河流湖泊化轉(zhuǎn)變[2]，促進(jìn)氮、磷等生源要素在壩體積聚，加速河道富營(yíng)養(yǎng)化或發(fā)生藻華[3]，部分景觀河流甚至轉(zhuǎn)變?yōu)槌鞘泻诔羲w.

浮游動(dòng)物是河流生態(tài)系統(tǒng)重要的組成部分，是水生態(tài)系統(tǒng)食物網(wǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化、能量流動(dòng)和信息傳遞的重要紐帶.它們作為初級(jí)消費(fèi)者以浮游植物、微生物和殘?jiān)樾紴槭?自身可被作為中上層魚類和其他經(jīng)濟(jì)動(dòng)物的餌料[4-5].由于其個(gè)體小、繁殖快、對(duì)環(huán)境要素反應(yīng)敏感，在評(píng)價(jià)水體營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)、水質(zhì)污染狀況以及指示水生態(tài)系統(tǒng)健康方面有重要的作用[6-7].目前城市水體浮游動(dòng)物生態(tài)學(xué)監(jiān)測(cè)研究多分布在上海、廣州等南方水網(wǎng)發(fā)達(dá)的區(qū)域，研究?jī)?nèi)容側(cè)重于浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)特征與環(huán)境因子的關(guān)系以及水質(zhì)生物學(xué)評(píng)價(jià)等方面[8-9].在干旱半干旱地區(qū)，城市水體浮游動(dòng)物研究關(guān)注較少[10]，橡膠壩景觀河流的浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)及水質(zhì)生物學(xué)評(píng)價(jià)調(diào)查研究更是鮮有報(bào)道.本研究通過對(duì)渭河關(guān)中段4處橡膠壩城市景觀河流開展浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)研究，以期為渭河乃至黃河流域典型城市河道水生態(tài)環(huán)境保護(hù)和開發(fā)利用提供參考依據(jù).

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域及采樣點(diǎn)

渭河是黃河最大的一級(jí)支流，發(fā)源于甘肅省渭源縣，于陜西潼關(guān)匯入黃河.渭河關(guān)中段流域接納了大量的工業(yè)、農(nóng)業(yè)以及城市生活污水，氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素水平較高.關(guān)中城市河流閘壩眾多，本文在渭河干流及其支流灃河、浐河、灞河各選1處橡膠壩類型景觀水體，于2018年 1月、4月、8月、11月(分別代表冬季、春季、夏季、秋季)，開展浮游動(dòng)物群落調(diào)查研究.

1.2 樣品的采集與分析

浮游動(dòng)物定性樣品用25號(hào)浮游生物網(wǎng)在水面下約0.5 m處呈“∞”狀緩慢拖行數(shù)分鐘，采集后轉(zhuǎn)移入樣品瓶中，加入體積分?jǐn)?shù)4%的甲醛溶液固定；定量樣品用5 L采水器采集混合水樣20 L，經(jīng)25號(hào)浮游生物網(wǎng)(孔徑64 μm)過濾后收集樣品裝入100 mL樣品瓶，甲醛溶液固定(同上)，實(shí)驗(yàn)室靜置48 h后濃縮至30 mL用于鑒定和計(jì)數(shù).

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用浮游動(dòng)物Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H′)、Margalef豐富度指數(shù)(d)、Pielou均勻度指數(shù)(J)評(píng)價(jià)水質(zhì)狀況；用優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(Y)反映浮游動(dòng)物優(yōu)勢(shì)度[11].

2 結(jié)果與分析

2.1 水體理化參數(shù)

渭河及其支流4處橡膠壩景觀河流理化參數(shù)見表1.pH全年變化不顯著；TN,TP濃度較高，秋冬兩季高于春夏，超過《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)湖(庫)Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)和的Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)，CODMn介于Ⅲ類和Ⅳ類之間.

表1 景觀水體理化參數(shù)

2.2 浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)特征

2018年，渭河關(guān)中段4處橡膠壩景觀河流全年共檢出浮游動(dòng)物78種.如圖1所示，春季檢出浮游動(dòng)物18種，其中輪蟲11種，枝角類4種，橈足類3種；夏季共檢出浮游動(dòng)物22種，輪蟲12種，枝角類3種，橈足類7種；秋季共檢出浮游動(dòng)物20種，輪蟲11種，枝角類5種，橈足類4種；冬季共檢出浮游動(dòng)物18種，輪蟲12種，枝角類2種，橈足類4種.景觀河流各季節(jié)檢出的輪蟲種類數(shù)量最多，枝角類與橈足類較少.

2.3 浮游動(dòng)物密度與生物量

浮游動(dòng)物總密度季節(jié)變化在0.452×103～7.48×103ind./L，均值為2.45×103ind./L.如圖2所示，浮游動(dòng)物總密度從高到低依次為秋、夏、春、冬.輪蟲密度占浮游動(dòng)物總密度的83.51%，其在秋季密度達(dá)到最高.

浮游動(dòng)物總生物量為0.207～6.834 mg/L，均值為2.679 mg/L.如圖3所示，浮游動(dòng)物總生物量大小依次為秋、夏、春、冬.浮游動(dòng)物生物量以枝角類和橈足類為主，其生物量占總生物量的74.05%，輪蟲生物量只在灞河的春秋冬季以及灃河的夏秋冬季高于枝角類與橈足類.

2.4 浮游動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種

浮游動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種如表2所示.浮游動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種全年共17個(gè).其中春季優(yōu)勢(shì)種5個(gè)，萼花臂尾輪蟲(Brachionuscalyciflorus)優(yōu)勢(shì)度最高，為0.38；夏季7種，蒲達(dá)臂尾輪蟲(Branchionusbudapestiensis)占優(yōu)，為0.196；秋季4種，針簇多肢輪蟲(Polyarthratrigla)優(yōu)勢(shì)度最高，為0.177；冬季6種，矩形龜甲輪蟲(Keratellaquadrata)占優(yōu)，優(yōu)勢(shì)度為0.095.萼花臂尾輪蟲全年均為優(yōu)勢(shì)種.

表2 浮游動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種及其優(yōu)勢(shì)度

2.5 浮游動(dòng)物多樣性指數(shù)

浮游動(dòng)物多樣性指數(shù)H′春、夏、秋、冬均值分別為2.27,2.72,2.06,2.13，評(píng)價(jià)結(jié)果均為中污染；豐富度指數(shù)d均值為0.990,0.069,0.020,0.830，評(píng)價(jià)結(jié)果均為重污染；均勻度指數(shù)J均值為0.32,0.02,0.01,0.24，評(píng)價(jià)結(jié)果為中污染～重污染(圖4).

3 討 論

渭河關(guān)中段4處橡膠壩景觀河流浮游動(dòng)物種類個(gè)數(shù)、密度均以輪蟲為主，生物量則以體型較大的枝角類和橈足類占優(yōu).與枝角類和橈足類相比，輪蟲孤雌生殖，個(gè)體小、發(fā)育快、生命周期較短，常在淡水生態(tài)系統(tǒng)占據(jù)優(yōu)勢(shì)[12].由于橡膠壩阻隔，天然河道流速變緩，更有利于浮游動(dòng)物群落聚集和快速繁殖[13].景觀河流浮游動(dòng)物物種個(gè)數(shù)、密度以及生物量有明顯的季節(jié)差異，夏秋季高于冬春季.水溫是影響浮游動(dòng)物生長(zhǎng)繁殖差異最重要環(huán)境因子之一，決定著浮游動(dòng)物的體溫和新陳代謝速率.較高的水溫有助于促進(jìn)浮游動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育[14-15].

浮游動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種全年共17個(gè)，其中輪蟲12種，枝角類和橈足類5種.輪蟲多以臂尾輪蟲為主，龜甲輪蟲屬、晶囊輪蟲屬優(yōu)勢(shì)度也較高.枝角類的象鼻溞屬和橈足類的劍水蚤屬在個(gè)別季節(jié)成為優(yōu)勢(shì)種.萼花臂尾輪蟲全年均為優(yōu)勢(shì)種.研究表明，臂尾輪蟲類大多在中污染或者富營(yíng)養(yǎng)水體中形成優(yōu)勢(shì)[16].曲腿龜甲輪蟲、針簇多肢輪蟲、螺形龜甲輪蟲等則為中污染水體指示種[17].枝角類象鼻溞屬多出現(xiàn)在中富營(yíng)養(yǎng)水體中[11].以上優(yōu)勢(shì)種的出現(xiàn)或可作為判斷渭河景觀河流水質(zhì)及營(yíng)養(yǎng)狀況的指示物種，未來需要長(zhǎng)期調(diào)查研究.渭河關(guān)中段人類活動(dòng)密集，城市污水排放強(qiáng)度大，水體氮、磷濃度高，橡膠壩景觀河流流速緩慢，已趨于富營(yíng)養(yǎng)化湖泊的特點(diǎn)，同期調(diào)查發(fā)現(xiàn)，幾個(gè)采樣點(diǎn)全年浮游植物平均密度可達(dá)1.02×107～3.31×107ind./L.

水生生物多樣性指數(shù)廣泛應(yīng)用于水環(huán)境質(zhì)量和水生態(tài)健康評(píng)價(jià)研究[18].調(diào)查評(píng)價(jià)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，渭河景觀河流浮游動(dòng)物多樣性指數(shù)(H′)、均勻度指數(shù)(J)、豐富度指數(shù)(d)季節(jié)變化趨勢(shì)較為一致，春冬兩季略高于夏秋季，水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果相對(duì)較好.總體來看，3種生物多樣性指數(shù)與景觀河流水質(zhì)生物學(xué)評(píng)價(jià)結(jié)果較為一致，全年均處于中污染～重污染狀態(tài)，能夠較為準(zhǔn)確反映渭河關(guān)中段橡膠壩景觀河流水環(huán)境質(zhì)量的實(shí)際狀況.

4 結(jié) 論

1)景觀河流全年共檢出浮游動(dòng)物78種，種類組成、細(xì)胞密度均以輪蟲為主，生物量枝角類、橈足類占優(yōu)；

2)浮游動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種共17個(gè)，其中輪蟲12種，枝角類和橈足類5種，且多為中污染或富營(yíng)養(yǎng)水體的常見種；

3)渭河關(guān)中段橡膠壩景觀河流處于中污染～重污染狀態(tài).