天津市重点河湖浮游动物群落组成调查研究

Investigation of Zooplankton Community Composition in Key Rivers and Lakes in Tianjin

摘要: 浮游动物作为水生态系统的重要组成部分，对生态系统的结构和功能具有重要调控作用。本研究旨在调查天津市重点河湖的浮游动物群落组成，分析其生物多样性和群落结构，以评估水环境质量和水生态系统的健康状况。天津市位于海河流域下游，具有丰富的河流和水库资源，是重要的交通枢纽和港口城市。2021年6~7月和9~10月，天津市24条河流和2个水库共设置62个采样点，采集浮游动物样本并进行鉴定。浮游动物物种丰富度、平均密度和生物量在不同水系间存在差异，海河水系物种最丰富，南四河水系物种最少。浮游动物种类和生物量以轮虫为主，优势种为曲腿龟甲轮虫、萼花臂尾轮虫、针簇多枝轮虫。通过Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数、Margalef丰富度指数对环境进行评价，发现多样性指数普遍降低，而丰富度指数普遍升高，评价结果表明各水系水质处于轻–中度污染之间。

Abstract: As an important part of aquatic ecosystem, zooplankton plays an important role in regulating the structure and function of the ecosystem. The purpose of this study was to investigate the composition of zooplankton communities in key rivers and lakes in Tianjin, and analyze their biodiversity and community structure to assess the water environment quality and the health of water ecosystems. Located in the lower reaches of Haihe River Basin, Tianjin is an important transportation hub and port city with abundant river and reservoir resources. From June to July and September to October 2021, a total of 62 sampling sites were set up in 24 rivers and 2 reservoirs in Tianjin to collect and identify zooplankton samples. The species richness, average density and biomass of zooplankton were different among different river systems, with Haihe River system having the most abundant species and Nansihe River system having the least species. The species and biomass of zooplankton were mainly rotifers, and the dominant species were Keratella valga、Brachionus calyciflorus and Polyarthra trigla. Shannon-Wiener diversity index, Pielou evenness index and Margalef richness index were used to evaluate the environment, and it was found that the diversity index generally decreased, while the richness index generally increased. The evaluation results showed that the water quality of each water system was between light and medium pollution.

1. 引言

浮游动物，作为水体中进行浮游性生活的微型动物群体，主要涵盖了原生动物、轮虫、枝角类以及桡足类等类别。在淡水生态系统中，浮游动物是水生生态系统中重要组成部分，对生态系统的结构和功能具有重要调控作用[1]，它们是鱼类及其他经济性水生动物的主要食物来源，在水生态系统的物质循环和能量流动中扮演着至关重要的角色[2]。由于其广泛的分布和强大的环境适应能力，浮游动物常被用作重要的生物指标，以监测和评价水生态系统的健康状况[3]，可作为评估水环境质量与水生态系统健康的指示生物[4]，对渔业的可持续发展具有深远的影响。

天津市位于海河流域下游，承接北三河水系、永定河水系、大清河水系、子牙河水系、黑龙港运东水系、海河干流水系来水，是海河流域众多河流的出海口，河网密度、河道纵横、湖库众多，东临渤海，北依燕山[5]。天津地处华北平原东北部，是衔接华北、东北、华东的铁路枢纽及北方国际航运核心区。该城市被誉为“河海要冲”和“畿辅门户”。南北纵距189公里，东西横跨117公里，陆界1137公里，海岸线153公里。

2. 材料与方法

2.1. 调查时间与点位设置

本次调查时间分别于2021年6~7月、2021年9~10月完成两个季度的采样，天津市主要河流水库，共计24条河流、2个水库共设置采样点62个，选取调查点位信息见图1所示。

Figure 1. Survey point distribution diagram

图1. 调查点位分布示意图

2.2. 样品采集与鉴定

浮游动物的采集与鉴定工作遵循全国内陆水域水生生物及环境调查所规定的方法。利用有机玻璃采水器在0.5米深处采集。采水5升，通过25#浮游生物网过滤，然后收集在100毫升的广口瓶中，加入5%的福尔马林液固定，贴好标签并做记录[6]。

采集和计数浮游生物应遵循SC/T 9012《渔业生态环境监测规范》(淡水)标准[7]。浮游生物种类的鉴定则依据相关文献[8] [9]进行。

2.3. 数据处理与分析

计算不同浮游动物多样性指数，包括浮游动物密度(N)、优势度指数(Y)、Shannon-Weiner指数($H^{\prime }$ )、均匀度指数(J)和丰富度指数(d)，见式(1)~(5)。

浮游动物密度(N)计算：

$N=\frac{v\times n}{V\times C}$ (1)

优势度指数(Y)计算：

$Y=\left(N_i/N\right)\times f_i$ (2)

式中：N_i为第i种的个体数，N为样品中所有个体总数，f_i为第i种在各采样位点出现的频率，Y ≥ 0.02为优势种。

Shannon-Wiener多样性指数($H^{\prime }$ )计算：

$H^{\prime }=-{\displaystyle \sum \left(N_i/N\right)}{\log }_2\left(N_i/N\right)$ (3)

Pielou均匀度指数(J)计算：

$J=H^{\prime }/{\log }_{2}S$ (4)

式中：$H^{\prime }$ ——多样性指数；S——总种类数。

Margalef丰富度指数(d)计算：

$d=\left(S-1\right)/{\log }_{2}N$ (5)

式中：S——调查生物的种类数；N——全部生物个体总数。

应用Excel 2016和Origin 2022软件进行数据记录、分析和作图。

3. 结果与分析

3.1. 物种丰富度

各水系浮游动物物种丰富度空间特征见图2。河流部分浮游动物物种丰富度结果显示，物种丰富度最大的是海河水系，两期共调查到浮游动物29种，其中第一期29种，第二期27种；物种丰富度最小的是南四水系，两期共调查到浮游动物23种，其中第一期19种，第二期15种。

水库部分浮游动物物种丰富度结果显示，物种丰富度较大的是于桥水库，两期共调查到浮游动物90种，其中第一期54种，第二期60种；物种丰富度较小的是北大港水库，两期共调查到浮游动物73种，其中第一期38种，第二期51种。

Figure 2. Spatial characteristics of zooplankton species richness in each water system

图2. 各水系浮游动物物种丰富度空间特征

河流部分浮游动物物种丰富度百分结果显示见图3，第一期轮虫在海河水系占比最大，为72%，枝角类在蓟运河水系占比最大，为24%，桡足类在南四河水系占比最大，为20%；第二期轮虫在海河水系占比最大，为78%；枝角类在蓟运河水系中所占百分比最大，为21%，桡足类在南四河水系中所占百分比最大，为13%。

水库部分浮游动物物种丰富度百分结果显示见图4，第一期原生动物在于桥水库占比最大，为31.48%；轮虫类在北大港水库占比最大，为47.37%；枝角类在于桥水库中所占百分比最大，为20.37%，桡足类在于桥水库中所占百分比最大，为14.81%。第二期原生动物在北大港水库占比最大，为27.45%；轮虫在于桥水库占比最大，为43.33%；枝角类在于桥水库中所占百分比最大，为15%；桡足类在于桥水库中所占百分比最大，为21.67%。

Figure 3. Spatial characteristics of percentile composition of zooplankton species richness in each river system

图3. 河流各水系浮游动物物种丰富度百分组成的空间特征

Figure 4. Spatial characteristics of percentile composition of zooplankton species richness in each reservoir

图4. 各水库浮游动物物种丰富度百分组成的空间特征

3.2. 浮游动物的平均密度

浮游动物各类群平均密度见图5。河流部分：第一期海河水系浮游动物平均平均密度最大，为1109 ind./L。南四河水系浮游动物平均平均密度最小，为53 ind./L；第二期南四河水系浮游动物平均平均密度 最大，为230 ind./L。蓟运河水系浮游动物平均平均密度最小，为211 ind./L。水库部分：第一期北大港水库浮游动物平均密度较大，为1487 ind./L，于桥水库浮游动物平均密度较小，为1432.75 ind./L；第二期于桥水库浮游动物平均密度较大，为4524 ind./L，北大港水系浮游动物平均密度较小，为930 ind./L。

Figure 5. Spatial characteristics of average density of zooplankton in each water system

图5. 各水系浮游动物平均密度空间特征

Figure 6. Spatial characteristics of mean biomass of each river system

图6. 河流各水系平均生物量的空间特征

3.3. 浮游动物平均生物量

河流部分浮游动物平均生物量结果显示见图6，生物量百分比的空间特征见图7。第一期南四河水系的平均生物量最大，最大值为10 mg/L。第二期蓟运河水系的平均生物量最大，最大值为14 mg/L。

水库部分浮游动物平均生物量结果显示见图8，生物量百分比的空间特征见图9。第一期于桥水库的平均生物量较大，为13.65 mg/L；北大港水库平均生物量较小，为13.32 mg/L。第二期于桥水库的平均生物量较大，为5.13 mg/L；北大港水库平均生物量较小，为4.60 mg/L。

Figure 7. Spatial characteristics of zooplankton biomass percentage by river system

图7. 河流各水系浮游动物生物量百分比的空间特征

Figure 8. Spatial characteristics of mean biomass in each water system of reservoir

图8. 水库各水系平均生物量的空间特征

Figure 9. Spatial characteristics of zooplankton biomass percentage in reservoirs

图9. 各水库浮游动物生物量百分比的空间特征

3.4. 浮游动物优势种

河流部分浮游动物优势种结果见表1。结果显示，第一期曲腿龟甲轮虫是各水系中均出现的优势种。独流减河水系优势种最多，为11种，于桥水库水系优势种最少，仅为4种。第二期中，萼花臂尾轮虫、针簇多枝轮虫和近邻剑水蚤是各水系中均出现的优势种。蓟运河水系优势种最多，为12种，于桥水库水系优势种最少，为6种。水库部分浮游动物优势种结果显示，第一期北大港水库优势种有6种，于桥水库优势种有3种。第二期桡足类幼体、广布中剑水蚤和台湾温剑水蚤是两个水库均出现的优势种。北大港水库优势种有3种，于桥水库优势种有5种。

Table 1. System resulting data of standard experiment

表1. 浮游动物优势种

水系	优势种
	第一期优势种	第二期优势种
蓟运河水系	角突臂尾轮虫(Brachionus angularis)	近邻剑水蚤(Cyclops vicinus)
	螺形龟甲轮虫(Keratella cochlearis)	中华哲水蚤(Calanus sinicus)
	萼花臂尾轮虫(Brachionus calyciflorus)	直额裸腹蚤(Moina rectirostris)
	曲腿龟甲轮虫(Keratella valga)	萼花臂尾轮虫(Brachionus calyciflorus)
	扁平泡轮虫(Pompholyx complanata)	卜氏晶囊轮虫(Asplanchna brightwelli)
	针簇多枝轮虫(Polyarthra trigla)	螺形龟甲轮虫(Keratella cochlearis)
	卜氏晶囊轮虫(Asplanchna brightwelli)	长额象鼻蚤(Bosmina longirostris)
	长刺异尾轮虫(Trichocerca longiseta)	曲腿龟甲轮虫(Keratella valga)
	长三肢轮虫(Filinia longisela)	针簇多枝轮虫(Polyarthra trigla)
	壶状臂尾轮虫(Brachionus urceus)	角突臂尾轮虫(Brachionus angularis)

续表

永定新河水系	曲腿龟甲轮虫(Keratella valga)	针簇多枝轮虫(Polyarthra trigla)
	长三肢轮虫(Filinia longisela)	曲腿龟甲轮虫(Keratella valga)
	萼花臂尾轮虫(Brachionus calyciflorus)	近邻剑水蚤(Cyclops vicinus)
	螺形龟甲轮虫(Keratella cochlearis)	螺形龟甲轮虫(Keratella cochlearis)
	近邻剑水蚤(Cyclops vicinus)	中华哲水蚤(Calanus sinicus)
	壶状臂尾轮虫(Brachionus urceus)	角突臂尾轮虫(Brachionus angularis)
	针簇多枝轮虫(Polyarthra trigla)	萼花臂尾轮虫(Brachionus calyciflorus)
	卜氏晶囊轮虫(Asplanchna brightwelli)	裂足臂尾轮虫(Brachionus diversicornis)
	剪形臂尾轮虫(Brachionusforficula)	卜氏晶囊轮虫(Asplanchna brightwelli)
		长额象鼻蚤(Bosmina longirostris)
海河水系	曲腿龟甲轮虫(Keratella valga)	针簇多枝轮虫(Polyarthra trigla)
	萼花臂尾轮虫(Brachionus calyciflorus)	萼花臂尾轮虫(Brachionus calyciflorus)
	螺形龟甲轮虫(Keratella cochlearis)	曲腿龟甲轮虫(Keratella valga)
	卜氏晶囊轮虫(Asplanchna brightwelli)	近邻剑水蚤(Cyclops vicinus)
	针簇多枝轮虫(Polyarthra trigla)	直额裸腹蚤(Moina rectirostris)
	近邻剑水蚤(Cyclops vicinus)	中华哲水蚤(Calanus sinicus)
	直额裸腹蚤(Moina rectirostris)	角突臂尾轮虫(Brachionus angularis)
		短型裸腹蚤(Moina brachiata)
		剪形臂尾轮虫(Brachionusforficula)
		螺形龟甲轮虫(Keratella cochlearis)
独流减河水系	曲腿龟甲轮虫(Keratella valga)	近邻剑水蚤(Cyclops vicinus)
	萼花臂尾轮虫(Brachionus calyciflorus)	萼花臂尾轮虫(Brachionus calyciflorus)
	壶状臂尾轮虫(Brachionus urceus)	针簇多枝轮虫(Polyarthra trigla)
	近邻剑水蚤(Cyclops vicinus)	曲腿龟甲轮虫(Keratella valga)
	长额象鼻蚤(Bosmina longirostris)	短尾秀体蚤(Diaphanosoma brachyurum)
	长三肢轮虫(Filinia longisela)	中华哲水蚤(Calanus sinicus)
	螺形龟甲轮虫(Keratella cochlearis)	角突臂尾轮虫(Brachionus angularis)
	中华哲水蚤(Calanus sinicus)
	针簇多枝轮虫(Polyarthra trigla)
南四河水系	中华哲水蚤(Calanus sinicus)	短尾秀体蚤(Diaphm2nosoma brachyurum)
	壶状臂尾轮虫(Brachionus urceus)	针簇多枝轮虫(Polyarthra trigla)
	萼花臂尾轮虫(Brachionus calyciflorus)	螺形龟甲轮虫(Keratella cochlearis)
	卜氏晶囊轮虫(Asplanchna brightwelli)	卜氏晶囊轮虫(Asplanchna brightwelli)
	曲腿龟甲轮虫(Keratella valga)	剪形臂尾轮虫(Brachionusforficula)
		曲腿龟甲轮虫(Keratella valga)
		萼花臂尾轮虫(Brachionus calyciflorus)
		花箧臂尾轮虫(Brachionus capsuliflorus)
		近邻剑水蚤(Cyclops vicinus)

续表

北大港水库	陀螺侠盗虫(Strobil diumvelox)	桡足类幼体(Copepods)
	角突臂尾轮虫(Brachionus angularis)	广布中剑水蚤(Mesocylops leuckarti)
	板壳虫(Coleps)	台湾温剑水蚤(Thermocyclops taihokuensis)
	简裸口虫(Holophrya simples)
	中华似铃壳虫(Tintinnopsis sinensis )
	裂痕龟纹轮虫(Anuraeopsisfissa)
于桥水库	针簇多枝轮虫(Polyarthra trigla)	桡足类幼体(Copepods)
	桡足类幼体(Copepods)	长额象鼻蚤(Bosmina longirostris)
	长三肢轮虫(Filinia longisela)	台湾温剑水蚤(Thermocyclops taihokuensis)
		广布中剑水蚤(Mesocylops leuckarti)
		陀螺侠盗虫(Strobil diumvelox)

3.5. 浮游动物多样性指数

本次调查主要从Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数、Margalef丰富度指数三个方面对环境做出评价，结果见表2。河流部分，两期数据对比Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数和Margalef丰富度指数二期比一期普遍降低。水库部分对Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数和Margalef丰富度指数两期数据对比北大港水库第一期多样性低于第二期，于桥水库第一期多样性高于第二期。

Table 2. Zooplankton diversity Index

表2. 浮游动物多样性指数

水系	点位	Shannon-Wiener多样性指数($H^{\prime }$ )		Pielou均匀度指数(J)		Margalef丰富度指数(D)
		第一期	第二期	第一期	第二期	第一期	第二期
蓟运河水系	JY01	1.96	1.87	0.7	0.59	0.99	1.45
	JY02	2.17	1.63	0.72	0.7	0.95	0.98
	JY03	2.58	1.88	0.92	0.57	1.2	1.59
	JY04	3.07	2.38	0.79	0.6	1.49	2.82
	JY05	3.55	1.48	0.8	0.43	2.56	1.4
	JY06	3.01	1.59	0.87	0.4	1.87	1.78
	JY07	2.25	2.07	0.71	0.58	1.05	1.55
	均值	2.66	1.84	0.79	0.55	1.44	1.65
永定新河水系	YD01	3.38	2.31	0.89	0.59	1.31	2.12
	YD02	2.37	2.01	0.92	0.51	0.82	2.02
	YD03	2.71	1.91	0.96	0.48	1.21	1.83
	YD04	3.51	2.19	0.92	0.55	1.74	2.35
	YD05	3.13	1.6	0.87	0.4	1.35	1.85
	YD06	1.98	1.85	0.62	0.53	0.95	1.63
	YD07	2.58	2.07	0.81	0.58	1	1.36

续表

	YD08	0.72	2.03	0.2	0.55	1.01	2
	YD09	3.05	1.87	0.88	0.46	1.69	2.21
	YD10	2.54	2.21	0.85	0.54	1.44	2.35
	YD11	2.46	1.32	0.78	0.44	1.27	1.29
	YD12	2.56	2.09	0.69	0.51	1.56	1.91
	YD13	3.56	2.09	0.89	0.61	2. 17	1.63
	YD14	3.07	2. 10	0.77	0.52	1.45	1.88
	均值	2.69	1.98	0.79	0.52	1.36	1.89
海河水系	HH01	3.34	2.13	0.88	0.53	1.38	1.62
	HH02	3.28	2.22	0.89	0.67	1.59	1.54
	HH03	2.99	1.85	0.86	0.58	1.21	1.44
	HH04	2.92	2.04	0.84	0.59	1.14	2.13
	HH05	3.66	2.27	0.9	0.6	2.06	2.10
	HH06	2.92	2.53	0.77	0.61	1.63	2.25
	HH07	3.34	2.04	0.8	0.54	1.71	1.6
	HH08	1.93	1.81	0.47	0.46	1.22	2.03
	HH09	3.28	1.93	0.82	0.54	1.73	1.95
	HH10	1.82	1. 13	0.7	0.38	0.79	1. 15
	HH11	2.07	1.94	0.89	0.47	0.85	2.09
	均值	2.87	1.99	0.8	0.54	1.39	1.81
独流减河水系	DL01	2.63	1.72	0.67	0.57	1.56	1.25
	DL02	3.19	1.91	0.82	0.55	1.53	1.81
	DL03	3	2.08	0.87	0.56	1.27	2.04
	DL04	2.19	1.89	0.69	0.51	1.14	1.81
	DL05	3.11	0.56	0.87	0	1.61	0
	DL06	2.31	1.97	0.64	0.53	1.15	1.72
	DL07	2.34	2	0.74	0.49	0.91	2.06
	DL08	2.84	1.16	0.86	0.39	1.05	0.72
	均值	2.7	1.66	0.77	0.45	1.28	1.43
南四河水系	NS01	1.13	1.56	0.49	0.6	0.52	1.35
	NS02	1.52	1.12	0.96	0.71	0.86	0.86
	NS03	1.29	1.58	0.65	0.53	0.79	1.53
	NS04	0	2. 15	0	0.58	0	1.2
	NS05	1.34	1.56	0.84	0.55	0.36	1.02
	均值	1.06	1.59	0.59	0.59	0.51	1. 19

续表

北大港水库	DL09	2.43	1.18	0.6	0.59	2.4	0.44
	DL10	1.93	1.85	0.52	0.8	1.68	0.8
	DL11	2.29	2.68	0.72	0.77	1.02	1.28
	DL12	2.66	2.05	0.74	0.68	1.69	1.07
	DL13	2.84	0.9	0.79	0.39	1.44	0.67
	均值	2.43	1.73	0.67	0.65	1.65	0.85
于桥水库	YQ01	2.94	2.61	0.79	0.93	2.69	2
	YQ02	1.10	1.75	0.43	0.49	0.81	1.16
	YQ03	1.21	2.46	0.47	0.55	0.72	2.32
	YQ04	1.87	1.8	0.72	0.6	0.67	0.95
	YQ05	3.22	1.86	0.77	0.47	2.03	1.67
	YQ06	2.74	1.44	0.77	0.43	1.67	1.21
	YQ07	2.37	1.41	0.71	0.47	1.14	1.04
	YQ08	2.63	2.56	0.83	0.67	1.62	1.64
	YQ09	0.17	1.23	0.06	0.41	0.8	1.04
	YQ10	2.33	2.41	0.74	0.62	1.05	1.51
	YQ11	0.97	1.38	0.37	0.4	0.68	1.35
	YQ12	0.66	1.74	0.22	0.46	1.08	1.55
	均值	1.85	1.89	0.57	0.54	1.25	1.45

4. 讨论

关于河流与水库浮游动物的调查结果显示：在河流区域的第一期调查中，共记录浮游动物37种，包含轮虫26种、枝角类7种和桡足类4种；第二期调查中物种总数降至31种，其中轮虫占24种，枝角类与桡足类分别减少至5种和2种。相较而言，水库区域两期调查累计发现浮游动物115种，包含轮虫类44种、原生动物32种、枝角类20种及桡足类19种，优势种为曲腿龟甲轮虫。浮游动物种类和生物量均以轮虫为主，这与轮虫对流动环境的适应性相关[10]。其主要原因是水体营养水平较高，有助于以滤食小型藻类的轮虫的快速生长与繁殖，使轮虫中的富营养种类和数量大量增加[11]。第二期较第一期桡足类所占比重增加，温度对桡足类影响较大[12]，研究发现桡足类卵的发育时间与温度呈负相关[13]。本次调查主要从Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数、Margalef丰富度指数三个方面对环境做出评价。浮游生物多样性指数是研究浮游生物群落结构特征和动态规律的必须指标，在一定程度上也能反映水质情况[14]。$H^{\prime }$ 、J、d指数值越大，群落结构越复杂，稳定性越强，水质也就越好[15]。两期数据对比，Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数二期比一期普遍降低，这个可能跟第一期处于汛期有关[16]；Margalef丰富度指数二期比一期普遍升高。

应用浮游动物多样性指数($H^{\prime }$ )对水质进行评价，$H^{\prime }$ 值在0~1为重污染，1~2为α中污型，2~3为β中污型，>3为清洁水体[16]。由两期结果均值来看，各水系水质处于α中污型~β中污型之间。根据Pielou均匀度指数(J)评价调查水域水质，J值0~0.3为重污染，0.3~0.5为中污染，0.5~0.8为轻污染或无污染[17]，由两期结果均值来看，各水系水质为轻污染或无污染。结合多样性指数和均匀度指数来看，各水系受到一定程度的污染。单纯依赖浮游动物群落结构及生物多样性指数(如Shannon-Wiener指数)等单一生物指标进行水质评价存在局限性，为实现对水生态系统的全面诊断，建议整合浮游植物、底栖动物(如大型无脊椎动物)及大型沉水植物等多元生物群落的动态变化，并结合溶解氧、总磷、氨氮等关键水质理化参数，构建涵盖“生物–理化–水文形态”要素的多层次评估体系，建立综合、多层次、客观的评估体系，以实现对水生态健康及营养状态的全面评价。

基金项目

2021年天津市生态环境保护专项资金项目。

NOTES

^*通讯作者。