泰湖夏季浮游动物多样性及水质评价

Zooplankton Diversity and Water Quality Assessment in Tai Lake in Summer

摘要: 为了解泰湖夏季浮游动物多样性及水质状况，本次调查在泰湖国家湿地公园内共设置了8个采样点进行样品采集与鉴定，并利用生物多样性指数进行水质评价。研究结果如下：此次调查在泰湖共鉴定出浮游动物31属52种，其中原生动物10种，轮虫26种，枝角类9种，桡足类7种。丰度为360.05~960.05，生物量为1.67~3.24 mg/L。Shannon-Wiener多样性指数为1.58~3.32，Pielou均匀度指数为0.32~0.46。通过对浮游生物生物群落结构的调查及生物多样性指数的分析对水质状况进行了综合评价，结果表明夏季泰湖水质处于中度污染，因此，要持续跟进泰湖湖水的污染治理和生态保护。

Abstract: To understand the zooplankton diversity and water quality in Taihu Lake in summer, 8 sampling sites were set up in Taihu National Wetland Park for sample collection and identification, and the water quality was evaluated by biodiversity index. The results are as follows: 52 species of zooplankton belonging to 31 genera were identified, including 10 protozoa, 26 rotifers, 9 cladophora and 7 copepods. The abundance was 360.05~960.05, and the biomass was 1.67~3.24 mg/L. Shannon-wiener diversity index was 1.58~3.32, and Pielou evenness index was 0.32~0.46. Based on the investigation of plankton community structure and the analysis of biodiversity index, the water quality of Lake Tai was comprehensively evaluated. The results showed that the water quality of Lake Tai was moderately polluted in summer. Therefore, we should continue to follow up the pollution control and ecological protection of Lake Tai.

1. 研究背景

在水生态系统中浮游动物扮演着非常重要的角色，与其它水生动物相比较浮游动物具有种类多、繁殖需要的时间短、能够快速的针对环境的变化做出相应和方便采集等特点 [1] [2]。生物的种群或群落的结构特征与生态环境有着密切的关系，因此，通过对浮游动物的结构特征调查分析也可以进一步探索环境的变化规律 [3] [4] [5]。近年来，水环境污染问题日益严峻，尤其是水华水体的频繁出现，浮游动物群落由于其在水生态系统中的重要地位及其响应环境的灵敏性得到了越来越多的研究 [6] [7]。

泰湖国家湿地公园坐落于黑龙江省齐齐哈尔市泰来县城东郊，三面环城，一面靠山，水域面积为700公顷。泰来镇内地势西高东低，湖内包含着市区的出水口，因此泰湖就成为了生活污水、雨水和工业废水的主要接纳场所，导致泰湖内水质逐渐恶化。为了不断增强泰湖国家湿地公园的可持续发展能力，生态旅游产业也在逐渐兴起，旅游业的快速发展以及人流量的增加对湿地公园也产生了一定的影响。本文初步探究了泰湖夏季浮游动物的群落结构，计算出优势种及生物量，应用冗余分析确定影响浮游动物群落结构的主要水环境因子，以期通过一定的数据支持为泰湖国家湿地公园的水系生态建设及资源保护提供一定的理论依据。

2. 材料与方法

2.1. 采样点设置

根据项目要求，分析了采样现场情况设置了8个采样点如图1所示。其中在湖面上均匀设置了5个采样点，其余三个点分别为1#雨水集污处，2#和3#采样点位于污水处理厂处。

Figure 1. Distribution map of zooplankton sampling sites in Taihu National Wetland Park

图1. 泰湖国家湿地公园浮游动物采样点分布图

2.2. 调查方法

浮游动物定量样品的采集，使用5 L的有机玻璃采水器于水下0.5 m处共采集20 L，用13号浮游生物网过滤浓缩，立刻加入4%体积的甲醛溶液进行固定。将样品带回室内静置48 h，虹吸法除去上清液，浓缩至30 mL。别根据《微型生物监测新技术》 [7]、《中国淡水轮虫志》 [8]、《中国动物志》(淡水枝角类) [9] 和《中国动物志》(淡水桡足类) [10] [11] 来鉴定原生动物、轮虫类、枝角类和桡足类。按体积法来统计轮虫的生物量，枝角类和桡足类生物量则分别按体长、体重回归方程式计算 [12] [13]。

2.3. 理化指标的测定

利用YSI-6600多功能水质分析仪在采样现场对水温(WT)、铵态氮浓度、硝态氮浓度和pH进行测定，再采集1 L水样带回实验室参考国家标准方法对其它的水环境因子进行测定。

2.4. 数据分析

物种的种类数、丰度、生物量均在Excel2010软件计算，Shannon-Wiener多样性指数(H′)、Pielou均匀度指数(J)用R语言处理。生物多样性指数评价如(表1)所示。使用优势度指数Y确定优势种类，计算公式为：

$\text{Y}=\text{ni}/\text{N}\times \text{fi}$

式中，Y是优势度，ni是第i种丰度，N是该区域内出现的所有种类的总丰度，fi是第i种出现的频率，Y ≥ 0.02为优势种 [14] [15]。

Table 1. Evaluation criteria for biodiversity indicators

表1. 生物多样性指标评价标准

3. 结果与分析

3.1. 浮游动物群落结构分析

本次泰湖夏季共采集到浮游动物31属52种，其中原生动物7属10种，占总种类数的19.6%，轮虫14属26种，占总种类数的51%，枝角类5属9种，占总种类数的17.6%，桡足类5属7种，占总种类数的13.7% (图2)。通过优势度计算共有5种优势种(表2)分别为椎尾水轮虫(Epiphanes senta O. F. Muller)、蹄形腔轮虫(Lecane ungulata)、囊形单趾轮虫(Monostyla bulla Gosse)、长三肢轮虫(Filinia longiseta Ehrenberg)、无节幼体(Nauplius)。浮游动物Shannon-Wiener多样性指数范围在1.58~3.32间，Pielou均匀度指数在0.32~0.46间。通过对浮游生物生物群落结构的调查及生物多样性指数的分析表明泰湖夏季水质处于处于中度污染。

Figure 2. Composition of zooplankton species

图2. 浮游动物种类组成

Table 2. Ominant zooplankton species in Tay Lake in summer

表2. 夏季泰湖浮游动物优势种

3.2. 水质分析

本次调查中各采样点水环境因子的测量结果如表3所示，由于1#采样点周围存在大量植被，此处的水质会得到初步净化，与2#和3#采样点相比较磷污染程度较轻，在检测中依然出现了一定程度的磷超标现象。其中2#和3#采样点分别位于污水处理厂处和污水处理后的出水口，大量污染物的存在对泰湖的水质产生了一定的影响，通过对TN、TP、 ${\text{NH}}_4^{+}\text{-N}$ 和 ${\text{NO}}_3^{-}\text{-N}$ 等指标对比分析，发现其含量超出国家标准。7#采样点处流淌着大量处理后的“中水”虽经过一定的处理但其中仍含有一定的污染物，经检测发现TN和TP均超标。在此次泰湖的8个采样点中TN指标存在7个采样点的超标现象，TP指标存在6个采样点的超标现象，表明泰湖存在着较严重的水体富营养化。结合各采样点的pH可以看出泰湖国家湿地公园水体偏碱性。水温基本相差不大。

Table 3. Water quality measurements in Tai lake national wetland park

表3. 太湖国家湿地公园水质测量结果

3.3. 浮游动物优势种同水环境因子的RDA分析

对浮游动物优势种类丰度进行去趋势分析，得出SD值<3，因此选用RDA分析。排序轴1和排序轴2的特征值分别为0.837和0.160，前两轴共解释浮游动物群落结构与环境因子的关系的92.7%。通过RDA排序图显示(图3)，水温、PH和TN与个优势种具有明显的相关性其中蹄形腔轮虫、囊形单趾轮虫、长三肢轮虫和无节幼体与PH呈正相关，与TN呈显著负相关，与其它水环境因子无显著相关性。

Figure 3. RDA ordination of dominant zooplankton species and water environmental factors

图3. 浮游动物优势种与水环境因子RDA排序图

4. 结论

浮游动物在水生态系统中具有承上启下的作用 [16] [17]。根据采样调查结果可知，泰湖内轮虫种类最多，其次为原生动物和枝角类，桡足类最少。此外，通过查阅相关资料可知泰湖湿地公园浮游植物中蓝绿藻颇多，蓝绿藻的大量繁殖对枝角类等大型浮游动物摄食产生一定的影响。相关研究表明，水温、 ${\text{NO}}_3^{-}\text{-N}$ 、 ${\text{NH}}_4^{+}\text{-N}$ 、TP、TN、CODCr以及pH等在浮游动物群落结构的分布中产生一定的影响 [1] [18] [19]。本次调查共鉴定出浮游动物31属52种，浮游动物多样性指数(H′)范围在1.58~3.32间，Pielou均匀度指数在0.32~0.46间，通过对浮游生物生物群落结构的调查及生物多样性指数的分析表明泰湖夏季水质处于中度污染。浮游动物种类少，多样性较差。通过RDA分析可知水温、PH和TN是影响浮游动物生长的关键因素。

由于逐渐兴起的旅游业增强了泰湖内的人为干扰，此外生活污水不断排放，破坏了水体的稳定性从而导致水体中总氮含量严重超标，存在着较重的化学污染。结合较高的总磷及总氮的浓度，表明泰湖已出现较严重的水体富营养化现象。总氮含量的升高会对浮游植物的生长起到促进作用，进一步影响浮游动物的生长 [20] [21] [22]。

基金项目

中央支持高水平人才项目《冷水鱼资源产业化可持续利用集成技术创新》，项目编号2020GSP14。

NOTES

^*第一作者。

^#通讯作者。