东苕溪夏季浮游动物群落结构及水环境的初步研究

刘 忱，黄 燕，刘 瑜，邵晓阳

（1杭州师范大学生态系统保护与恢复杭州市重点实验室，浙江 杭州310036；2.浙江省环境保护科学设计研究院 浙江 杭州310007）

太湖流域经济发展，给流域环境带来的化工、农业及生活污水等污染物持续增长，水体富营养化程度日益加剧［1-3］.近年来，针对太湖流域的污染治理力度在不断加强，但流域内的产业结构和污染物的治理效果仍难以满足水环境保护的要求.来自入湖河流污染物质是导致湖体水质恶化的主要原因之一［4］，东苕溪水系作为太湖流域主要的入湖河流，在气象、水文等条件因子的作用下，容易受到太湖回水倒灌影响［3］，对流域周边的居民生活与健康十分不利.陈六一、张明等在2010年调查了浙江省太湖流域不同地区的水环境污染状况，发现各监测断面的水质为Ⅱ类～劣Ⅴ类，其中Ⅴ类和劣Ⅴ类占56.8%.杭州和湖州地区水环境主要以氮、磷和有机污染为主［5］.目前针对东苕溪的信息严重缺乏.

作为水域生态系统的重要组成部分，浮游动物的种类和数量与水域生态环境的质量有一定的相关性［6-7］，利用生物指标来监测评价水环境，在国内外已有不少相关的研究［8-14］.刘一、禹娜等对城区已修复河道中的浮游动物进行调查，通过种类定性、定量测定，以及分析河道水体相关理化指标，提出了水体生物组成和分布与环境因子间的相关规律，以及可以通过生物群落结构的变化预测水质变化［15］.鉴于此，本研究通过调查东苕溪水系的水环境和生物资源状况，探讨了该水系水体营养现状及其与浮游动物群落结构的关系，以期为东苕溪供水安全治理、可持续发展及河流管理提供理论依据和借鉴.

1 材料与方法

1.1 东苕溪概况

东苕溪（30°05′～30°57′N，119°28′～120°08′E）是太湖的入湖河流，发源于浙江省境内的天目山脉的马尖岗［16］（1271 m），主要流经临安、杭州、湖州、德清等地，并于湖州市的杭长桥与西苕溪汇合后入太湖.东苕溪总流域面积2265.1 km2，汇流面积4533 km2，干流长165 km，多年平均径流量29.8亿m3，整个流域中山区面积占总面积的88%，属典型的山溪性河流［17］.东苕溪水系处于浙江省暴雨集中区［18］，雨量年际变化较大，分配不均，年平均降水量达1460 mm，全年受降雨影响，水位变化较大.东苕溪自南而北蜿蜒流淌于杭州和湖州等地区，其上游（包括正源南苕溪、中苕溪及北苕溪）山高岭峻，坡陡流急，基本保持自然生态系统特征，其下游属于平原河网，河道弯道多、水体流速较缓，沿河两岸矿业生产较活跃，航运较发达［16］.

1.2 调查时间与样点设置

在2013年7月21-23日，对浙江省太湖流域的浮游动物进行了调查，结合河流水质特点及污染源状况，在东苕溪流域上游至下游共布设12个样点（表1）.分别是东林镇（S2）、八里店镇（S3）、旧馆镇（S4）、织里镇（S5）、双林镇（S9）、南路乡（S22）、武康镇（S23）、高虹镇（S24）、良渚镇（S28）、菱湖镇（S29）、杨家埠镇（S30）、太湖源镇（S33）.以上采样点的位置基本与水质理化指标的监测位点相一致.

表1 东苕溪采样点Tab.1 Sampling sites in the East Tiaoxi River

1.3 水环境指标测定与分析

现场采用YSI 6600 V2型多参数水质分析仪现场测定水体理化指标，每个采样点表层（0.2～0.3m）、底层（采水器底部不触及淤泥）、中层（表层与底层的中间）的水样分别测定取平均值.检测指标包括水温（WT）、p H、溶解氧（DO）、电导率（EC）等.用浮游植物叶绿素荧光仪（Phyto-PAM，Walz，Germany）现场测定叶绿素（Chl-a）含量.采集的水样在冷藏条件下运回实验室，测量总氮（TN）、总磷（TP）、酸性高锰酸钾指数（CODMn）等指标.样品的采集、保存与测定步骤均参考《水和废水检测分析方法》（第四版）.

1.4 浮游动物采样与处理

轮虫定性样品用25＃（网孔64μm）浮游生物网采集，枝角类和桡足类定性样品用13＃（网孔112μm）浮游生物网采集，所有样品立即加入4%的甲醛摇匀后保存，经固定后带回实验室鉴定.枝角类和桡足类定量标本采集：每个断面设3个采样点，每个采样点根据水深可分表层、中层、下层，用2.5L 采水器在不同水层分别采集水样，倒入13＃浮游动物网过滤15L混合水样，收集滤过液注入70 ml标本瓶；轮虫定量样本采集方法的同上，只是用于收集轮虫的网是双层筛绢.内层筛绢网孔约为90μm，主要用于过滤水中的大型浮游动物和悬浮杂物，外层收集网为25＃筛绢.轮虫、枝角类和桡足类样本的采集与鉴定参考文献［19-23］.

1.5 浮游动物密度与生物量的计算

浮游动物样品观察计数采用全过数法，用所得数据除所采水样体积得出样本密度.当密度很高时，采用分小样方法，把样品充分摇匀后用5 m L浮游动物计数框在显微镜下进行，镜检计数3 片，取平均值，最后乘以稀释倍数求得单位体积中浮游动物的数量.

枝角类和桡足类的生物量是通过测量观察个体体长，每个种类测量30个，根据陈雪梅（1981）和黄祥飞（1986）的体长-体重回归方程换算成生物量，无节幼体取各期的平均生物量根据宋大祥（1994）的每个按0.003 mg 换算.轮虫的生物量按照章宗涉和黄祥飞（1991）的方法算出体积，以上浮游动物均按密度1 mg／mm3换算成生物量（湿重）.

1.6 数据处理

数据统计分析主要应用Sigmaplot 10.0和SPSS 16.0软件完成.对浮游动物种类的Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数进行分析，浮游动物优势种的优势度公式如下.

1.6.1 生物多样性指数

Shannon-Wiener生物多样性指数［24］，公式为：H＝-∑Pilog2Pi式中Pi＝Ni／N

式中：Pi＝Ni／N；Ni为第i种的个体数；N为所有种类个体数.

1.6.2 群落均匀度指数

Pielou均匀度指数［25］，公式为：J＝H／Hmax＝H／logS

式中：H为实测多样性，Hmax最大多样性指数，S为种数.

1.6.3 优势度［26-27］公式为：Y＝（Ni／N）×fi

式中：Ni为第i种的个体数，N为所有种类个体数，fi为出现频率.Y值大于0.02的种类为优势种.

2 结果与分析

2.1 理化参数

采样期间，东苕溪水系各河段水体的表层温度保持在一个较高的水平，均超过25℃，变化范围为27.0～37.8 ℃；p H 在6.38～8.03之间波动，变化不大；DO 在2.90～20.27 mg／L间波动，明显高出西苕溪水系3.0～8.0 mg／L［18］，水体中的最低与最高的DO 分别出现在德清的南路乡S6和下游的织里镇S4.EC自下游向上游呈现先增加后降低的趋势，在德清县的S6 处达到最高值.Chl-a含量变化范围为0.08～7.42μg／L，变化幅度较大.Chl-a的最高值出现在S3，浓度达到了7.42μg／L，其含量明显高于其他样点；最低值出现在S12，为0.08μg／L，可能与S12为水系上游近源头样点，水体流速较快（33～35 cm／s），四周茂密的树木使得浮游藻类用于光合作用的光能减少，适合藻类自身生长较稳定的环境因素和营养物质相对较少有关.

东苕溪水系各河段的TN、TP、COD 的浓度变化范围分别为1.39～5.05 mg／L（平均值2.23 mg／L）、0.02～0.51 mg／L（平均值0.17 mg／L）、17.62～40.63 mg／L（平均值28.54 mg／L）.根据2013年7月对东苕溪水系主要污染物污染现状的分析表明：1）德清、湖州境内的河段COD 污染状况较接近，污染区域特征明显；2）S9 位于杭州市境内，其TN 和TP 的含量均达到水系的最大值（分别为5.05 mg／L，0.51 mg／L），野外监测发现：S28受人类活动影响强烈，此外工业污染较突出，土地利用类型多为城镇建设用地，这可能是S9的氮、磷污染状况最为严重的原因；3）S12和S8处于临安市境内，为东苕溪上游样点，TN 污染较严重.现场实地考察发现：上游土地利用多以毛竹、山核桃等农业用地为主，很可能是农业用地氮肥的大量使用，部分氮元素随地表径流进入东苕溪.东苕溪水体理化指标的空间变化详见表2.

2.2 浮游动物种类组成及分布

通过2013年7月对东苕溪水系的12个采样断面的浮游动物检测，共采集到浮游动物41种，隶属于14科，21属（表3），以臂尾轮虫科、鼠轮虫科、剑水蚤科种类居多，其中轮虫最多，共23种，占总种类数的56.10%；其次为桡足类11 种（包括无节幼体），占总数的26.83%；枝角类最少，共7 种，仅占总数的17.07%.从类群看，东苕溪水系的优势种群为轮虫.优势种有3种：卜氏晶囊轮虫（A.brightwelli）、长三肢轮虫（F.longiseta）、针簇多肢轮虫（P.trigla）.一般认为，在污染较严重的水体中，一些耐污型种类会取代大部分敏感生物种类而得以存活.有研究发现，卜氏晶囊轮虫往往出现在湖湾或者河口等富营养化区域，针簇多肢轮虫为广营养型种，主要生活在中污型水体中［28］.枝角类和桡足类在个别样点优势度较高，不形成区域性优势.

表2 东苕溪水系地表水基本理化参数Tab.2 Chemical and physical parameters of the East Tiaoxi River

表3 夏季东苕溪水系浮游动物种类Tab.3 List of zooplankton species in the East Tiaoxi River in Summer

续表

图1 东苕溪水系各采样点浮游动物群落种类组成Fig.1 Species composition of zooplankton community in the East Tiaoxi River

东苕溪水系各样点的浮游动物种类总数存在较大差异（图1，图2）.在S12、S8采集到的浮游动物种类最少，分别为2种和5种.浮游动物是水生生态系统的重要组成部分，其受诸多因素的影响，如水温、透明度、水深、水质污染程度、地形和水流速度等［29］.调查发现，S12和S8 的浮游动物群落较简单，其丰度和生物量均较低，与其余样点表现出较大的差异，S12、S8 为东苕溪上游样点，虽然基本保持自然生态系统特征，可能由于这两样点的地形与水体流速（S12为33～35cm／s；S8 为46～68cm／s）的影响所致，加之近年来，水系上游的农业化肥使用量逐年增加，使得以氮元素为主的营养过量，可能是影响浮游动物栖息和繁殖的主要原因.S7浮游种类数最多，共检出19种，轮虫种类数量占绝对优势，为68.42%；S3浮游动物的种类数量仅次于S7，共检出17种，其中轮虫7种，枝角类和桡足类分别检出3 种和7 种.在种类数较多的样点，轮虫所占的比例较大.桡足类在各样点检出种类数均不小于枝角类，其中轮虫和枝角类在部分样点未检测出.

图2 东苕溪水系各采样点浮游动物密度分布Fig.2 Distribution of zooplankton abundance in the East Tiaoxi River

2.3 浮游动物丰度及生物量

东苕溪水系浮游动物丰度的变化范围为2.00～1948.20 ind.／L，平均丰度为435.72 ind.／L，大多数采样点的浮游动物丰度不足500 ind.／L.由图3所示，轮虫是丰度最为丰富的类群，其丰度远高于枝角类和桡足类.轮虫丰度变动为0～1920.02ind.／L，平均为412.45ind.／L.就丰度而言，浮游动物主要以轮虫为主，占浮游动物总丰度的92.15%；枝角类丰度变动范围在0～70.20 ind.／L 之间，平均为11.51 ind.／L，占浮游动物总丰度的2.57%；桡足类的丰度变动较大，为0～33.47ind.／L，平均为11.77 ind.／L.桡足类以无节幼体和桡足类幼体组成为主，其占桡足类总丰度的48.51%.轮虫的丰度比桡足类和枝角类高1个数量级之多.

图3 东苕溪水系各采样点浮游动物生物量分布Fig.3 Distribution of zooplankton biomass in the East Tiaoxi River

东苕溪水系浮游动物生物量的变化范围为0.05～8.15mg／L，平均生物量为1.68mg／L，大多数采样点的浮游动物生物量不足1mg／L.轮虫生物量变动为0～0.12mg／L，平均为0.03mg／L.就生物量而言，轮虫占浮游动物总生物量比重较小；枝角类生物量变动范围在0～5.64 mg／L之间，平均为0.76ind／L，占浮游动物总生物量的45.28%；桡足类的生物量变动较大，为0～3.14mg／L，平均为0.89mg／L，占浮游动物总生物量的52.98%.其生物量最高值出现在S11，达到3.14mg／L，其次是S1，为2.60 mg／L.从三种类群的生物量来看，桡足类为第1优势类群，枝角类其次，轮虫的生物量最低.

2.4 浮游动物物种多样性

东苕溪水系浮游动物Shannon-wiener多样性指数（H）变化幅度较大，最大值出现在S9，指数为3.35，最小值出现在S12，指数为0.10，除了S12和S8外，其余采样点的H 指数均大于0.50，处于较高水平，说明调查水系的绝大多数样点浮游动物空间异质性不大，多样性较高.Pielou均匀度指数（J）变化范围也较大，最大值出现在S5和S8，指数为0.86，最小值出现在S12，指数为0.06.Shannon-wiener多样性指数（H）和Pielou均匀度指数（J）在S12和S8保持较一致的低水平，说明这两个样点的生物多样性较低，与其余样点的空间异质性较高.

表4 浮游生物多样性指数水质评价标准［30］Tab.4 Zooplankton diversity index of water quality evaluation criteria［30］

根据浮游动物Shannon-wiener多样性指数（H）判定，有75%的样点水质达到β-中污染及以上标准，有8.33%属于α-中污染水体.根据Pielou均匀度指数（J）判定，有83.33%的样点水质达到轻度污染及清洁标准，有8.33%属于β-中污染水体.Shannon-wiener指数（H）与Pielou均匀度指数（J）的分析结果比较接近，综合两种浮游动物多样性指数结果，可判断东苕溪水系水环境质量属于轻度污染-中度污染水平.

2.5 浮游动物群落结构相关性分析

浮游动物群落结构与生物和非生物因子的相关分析表明（表5），浮游动物种类数与轮虫丰度和轮虫生物量呈极显著正相关，相关系数r分为为0.815，0.810，与叶绿素a浓度呈显著正相关，相关系数r为0.590；浮游动物多样性指数与轮虫丰度和轮虫生物量也呈显著正相关，相关系数r分别为0.666，0.693；浮游动物总丰度与轮虫的丰度和生物量极显著相关，相关系数r分别为0.999，0.951；浮游动物总生物量与枝角类的丰度和生物量、桡足类的生物量呈极显著正相关.浮游动物总生物量与TP极显著正相关，相关系数为0.766，与TN 显著正相关，相关系数为0.689，其与DO、COD、EC等环境因子的相关性不显著.

表5 浮游动物群落结构与生物和非生物因子的相关分析Tab.5 The correlation analysis between zooplankton community structure and biotic and abiotic factors

3 讨论

3.1 理化分析

从总氮（TN）、总磷（TP）来看，2010年苕溪水系的TN、TP变化范围分别为1.55～5.14 mg／L（平均值3.27 mg／L），0.07～0.63（平均值为0.19 mg／L）［31］，2013年东苕溪所设置的样点与上述调查水域相近，水环境评价结果显示：东苕溪的水质以TN 污染最为严重，有50%的样点TN 浓度超出《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）的五类水质标准要求（≤2 mg／L），TN 和TP的范围分别为1.39～5.05mg／L（平均值2.23mg／L）、0.02～0.51mg／L（平均值0.17mg／L）.2013年东苕溪的多数样点的溶解氧（DO）、高锰酸钾指数（CODMn）等指标存在普遍超标现象，与2010年结果相比［31］，存在普遍的恶化现象.东苕溪水系目前状况不容乐观，水质污染状况虽有所好转，但沿途的含氮和磷元素的居民生活污水、工业废水及农业废水直接或间接排入河道仍是导致水质持续污染的主要原因.

3.2 生物分析

从东苕溪水系浮游动物群落结构在种类组成上看，主要以轮虫为主，轮虫有23 种，占种类数的56.10%，其浮游动物群落的组成结果与国内其他流水性河流较相似［32］；从浮游动物的丰度及生物量来看，轮虫的丰度为4949.33ind.／L，占总丰度的94.56%，轮虫的生物量的百分比有所下降，而枝角类和桡足类的比重有所上升，主要是因为枝角类和桡足类的相对湿重相对于体型较小的轮虫偏高.

根据浮游动物多样性指数（H）和Pielou均匀度指数（J）的高低来反映水环境质量的优劣程度.浮游动物Shannon-Wiener多样性指数（H）显示水环境质量为β-中污染水体，而浮游动物Pielou均匀度指数（J）显示水环境质量为轻度污染，除S12（H 为0.10）和S8（H 为0.62）外，其余样点的生物多样性指数H 相对较高，Pielou均匀度指数（J）判定结果与多样性指数H 较一致.一般污染环境下，种类间个体数分布差别较大，均匀度较低.Shannon-Wiener生物多样性指数（H）是反映生物种类数和种类间个体数分配均匀性的综合指标.依照生物指数判定标准可以看出，除个别样点处于重污染状态外，东苕溪水系大多数样点的水环境质量为轻度-β-中污染状态.需要关注东苕溪水系的生物资源及水环境状况，防止富营养化发生，加强治理点源污染的同时加大力度控制非点源污染.

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