安庆西江浮游动物群落结构及江豚生存状况评估

张晓可　刘　凯　万　安　陈敏敏　刘志刚　连玉喜　于道平

(1. 安庆师范大学水生生物保护与水生态修复安徽省高校工程技术研究中心, 安庆 246133; 2. 安庆师范大学生命科学学院,安庆 246133; 3. 中国水产科学研究院淡水渔业研究中心, 无锡 214081)

安庆西江位于长江下游北岸(E： 116°52′15.32″—116°55′13.43″, N： 30°26′26.75″—30°28′41.45″), 历史上曾是长江下游的一条支航道。为了减轻防洪压力, 分别于1979和2007年人工封堵其上、下游出口, 形成长度约为8.7 km的故道, 但下游通过闸门仍然与长江干流季节性连通。安庆西江水质良好,自然环境优越, 孕育了丰富的鱼类资源, 历史上就是长江江豚(Neophocaena asiaeorientalis asiaeorientalis)重要的栖息地之一。为了加强长江江豚的保护, 农业部2007年在安庆西江建立了长江江豚救护中心, 并于2014年4月成功救护5头江豚放入西江饲养。2016年11月, 农业部又在西江进行了迁地保护行动, 从长江干流人工捕捞7头江豚放入西江。目前西江共有江豚13头, 是长江中下游种群数量第二大的迁地保护区。

影响长江江豚野外存活的因素众多, 常见的有渔业资源匮乏、非法捕捞、水体污染、航运、建闸筑坝等[1]。就长江故道这种特殊水体而言, 水质和渔业资源可能是影响江豚存活最重要的因素。浮游动物作为淡水生态系统重要的组成部分, 其在江豚迁地保护区中的地位不容忽视[2]。一方面浮游动物由于对外界环境的变化较为敏感, 其种类组成、现存量及多样性特征可以很好的反映水质状况[3,4]; 另一方面浮游动物作为鱼类重要的食物来源, 可以通过上行效应影响江豚的生存状况和种群规模。目前关于江豚迁地保护区浮游动物与江豚生存状况的研究一直未见报道, 本研究于2015年4月至2016年1月对安庆西江浮游动物进行季节调查, 其主要目的是： (1)了解西江浮游动物的群落结构; (2)评价西江水质状况是否适合江豚生存; (3)通过浮游动物估算渔产力, 进而评估西江的江豚容纳量。本研究结果不仅有助于我们了解长江故道这种特殊水体浮游动物的群落特征, 还可以为长江江豚的迁地保护提供指导依据。

1　材料与方法

1.1　研究区域

安庆西江系长江下游典型的鹅头型河道, 距离安庆市中心约15 km。故道全长8.7 km, 最大水深23.8 m, 平均水深8.7 m, 平均宽度350 m, 水面面积约3 km2。区域内属于亚热带季风气候, 年均降雨量1347 mm, 年均气温17.6℃。周边植被覆盖率高,土地利用以农田为主, 无明显污染企业。本研究共在安庆西江设置3个采样断面, 每个断面分别在左、中、右各设置一个样点; 为保证采样数据的代表性, 还在故道中心区域增设2个样点, 因此整个西江共设置11个样点。采样点分布见图 1。

图 1　安庆西江浮游动物样点设置Fig. 1　Zooplankton sampling sites in Xijiang Oxbow of Anqing city

1.2　研究方法

2015年4、7、11月和2016年1月对安庆西江浮游动物和相关环境因子进行了调查。采用YSI多功能水质分析仪(YSI-EXO2)测定水体的水温(Temperature, Temp)、pH、电导率(Conductivity, Cond)和溶解氧(Dissolved oxygen, DO)等指标, 采用塞氏盘测定水体的透明度(Secchi depth, SD), 然后每个样点均取混合水样, 带回实验室按照国家标准方法测定水体中总氮(Total nitrogen, TN)、总磷(Total phosphorus, TP)、氨氮(Ammonium, NH3-N)、叶绿素a(Chlorophyll a, Chl. a)含量和高锰酸盐指数(Permanganate value, PV)等指标。

浮游动物的定性采集使用25号浮游生物网, 捞取后立即加5%福尔马林固定, 带回实验室后参照相关资料进行鉴定。原生动物和轮虫的定量采集使用5 L采水器在水体上、中、下层分别采水, 然后取1 L混合水样加入鲁哥氏液固定, 静置24h后用虹吸管吸去上清液, 剩余沉淀物全部倒入已标定容积(30 mL)的小塑料瓶中鉴定种类。枝角类和桡足类的定量采集取20 L混合水样, 经25号浮游生物网滤缩后放入100 mL小塑料瓶中, 加福尔马林固定后全部鉴定。

1.3　数据分析

在SPSS13.0软件中, 运用单因素方差分析(One-way ANOVA)来检验不同季节安庆西江环境因子以及浮游动物密度和生物量之间差异的显著性。采用Duncan’s多重比较来检验组之间的差异。采用优势度指数(D)来筛选浮游动物的优势种,计算公式为D=(Ni/N) fi, 其中Ni为个体数量, N为总数量, fi为不同物种的出现频率; 当D＞ 0.02时, 确定为优势种[5]。

采用浮游动物生物量对安庆西江水体的营养状态进行评价, 评价标准为生物量＜1.0 mg/L为贫营养型、1—3 mg/L为中营养型、＞3 mg/L为富营养型[6]。采用Shannon多样性指数(H′)和Margalef多样性指数(D′)来评价安庆西江水体的污染状况, 其计算公式： (1) H′=-Σ(Pi)(lnPi), 其中Pi为物种i个体数所占的比例。(2) D′=(S-1)/lnN, 公式中 S为样品中种类总数, N为样品中所有物种的总个体数[7]。两者评价标准均为： 0—1为多污型、1—2为α-中污、2—3为β-中污、3—4为寡污型、＞4为清洁[8]。

通过西江浮游动物的生物量和P/B系数(P生产量, B生物量)计算西江浮游动物的生产量(Pz), 然后通过以下公式计算渔产力(F)： F =(Pz×a)/K, 公式中a为鱼类对浮游动物的利用系数, K为饵料系数。根据已发表文献[9], 本研究中P/B系数确定为40, a为30%, K为10。

2　结果

2.1　水体理化参数

不同季节安庆西江水体理化参数均存在显著差异(P＜0.05)。夏季水体中TN、TP和Chl. a含量最高, 水体透明度最低, 水质相对较差; 春季和秋季营养盐含量差异不大, 而冬季营养盐含量最低(表1)。按照《地表水环境质量标准》(GB3838-2002),西江水体夏季为Ⅳ类水, 春季和秋季节为Ⅲ类水,冬季为Ⅱ类水。

2.2　种类组成

全年共采集浮游动物55种, 其中原生动物11属13种, 占总种类数的23.64%; 轮虫18属27种, 占总种类数的49.09%; 枝角类6属9种, 占总种类数的16.36%;桡足类6属6种, 占总种类数的10.91%(表 2)。

表 1　不同季节安庆西江环境参数(平均值±标准差)Tab. 1　Seasonal changes of environmental parameters of Xijiang Oxbow in Anqing city (Average ± SD)

4个季节浮游动物种类数差异较大。夏季种类数最多, 为39种; 其次是春季, 为29种; 秋季和冬季种类数相对较少, 仅分别为17和16种(表 2)。从分类群上来看, 春季、夏季和秋季均以轮虫种类数最多, 而冬季则以桡足类种类数最多(表 2)。

2.3　密度和生物量

全年浮游动物平均密度4115 ind./L, 生物量为1.74 mg/L。在浮游动物密度组成中, 原生动物占70.8%, 轮虫占28.7%, 枝角类和桡足类仅分别占0.1%和0.4%。在生物量组成中, 原生动物占8.4%,轮虫占81.6%, 枝角类和桡足类分别占4.2%和5.8%。

单因素方差分析结果表明, 4个季节浮游动物密度(F=101.10; P＜0.001)和生物量(F=68.46;P＜0.001)均存在显著差异。夏季浮游动物密度和生物量均最高, 且显著高于其他3个季节; 秋季和冬季的密度和生物量最低, 且2个季节间密度和生物量均不存在显著差异(图 2)。

2.4　优势种

以优势度D≥0.02作为优势种, 安庆西江共记录到优势种12种, 其中原生动物4种, 轮虫6种, 桡足类2种。不同季节间优势种的组成差异较大, 春季和冬季均以原生动物占绝对优势, 优势度最大的种分别为旋回侠盗虫(Strobilidium viride)和王氏似铃壳虫(Tintinnopsis wangi); 夏季除原生动物球砂壳虫(Difflugia globulosa)和王氏似铃壳虫外, 暗小异尾轮虫(Trichocerca pusilla)优势度也较大; 秋季则以广布多肢轮虫(Polyarthra vulgaris)占绝对优势(表 3)。

2.5　水质评价

全年西江浮游动物生物量变化范围为0.06—9.63 mg/L, 平均值为1.74 mg/L, 相应地指示水体营养状态为中营养水平。Shannon多样性指数变化范围为0.31—2.26, 平均值为1.30, 指示水体为α-中污染。Margalef多样性指数变化范围为0.74—2.54, 平均值为1.67, 指示水体也为α-中污染。

2.6　江豚容纳量评估

依据西江浮游动物年均生物量和P/B系数求得西江的浮游动物生产量为45283.5 kg。依据浮游动物渔产力计算公式, 整个西江食浮游动物鱼类的渔产潜力为54340.2 kg。如果每头成年江豚的年摄食量为1500 kg[9], 相应的能满足36头江豚的营养需求。

3　讨论

3.1　浮游动物群落结构

长江故道是长江河道自然演变留下的一种特殊水体, 具有既不同于长江干流也不同于湖泊的自然特性。与长江干流相比, 故道为静止水体且水中泥沙含量低; 与长江中下游湖泊相比, 故道沿岸带多为陡坎, 且水深较深, 因此故道中浮游动物群落结构可能会有一定的独特性。本研究结果表明, 安庆西江共采集浮游动物55种, 年均密度和生物量分别为4115 ind./L和1.74 mg/L。与长江干流一些江段相比[9,10], 西江浮游动物种类数略低于后者, 但其现存量却远高于后者; 与沿江的一些湖泊相比[11,12],其种类数和现存量却均低于后者。这种差异可能主要是由水体营养状况和水文条件的联合作用形成的。一般在营养物质较丰富的水体, 浮游动物的多样性和现存量都较高[13], 但流速大、泥沙含量高的水体却不利于浮游动物的生存[14], 这是因为浮游动物个体小, 在较高的流速下可能会消亡[15], 且水中悬浮物还能影响部分浮游动物的过滤和吸收率[9]。安庆西江总氮和总磷年均值分别为0.67和0.045 mg/L, 均低于长江干流安庆段2016年[16]的测定结果, 这可能是西江浮游动物种类数较少的主要原因。就不同类群而言, 无论是种类数还是现存量,西江均是以原生动物和轮虫等小型浮游动物占主导, 这和许多其他研究一致[12]。其原因一般被认为是由于随着营养物质的增加, 小型浮游动物的增加更为迅速[17], 且鱼类在同等能量消耗下会优先捕食个体较大的浮游动物[18]。类似于大多数静态水体,西江的重要功能之一是发展渔业, 因此大量鲢、鳙等虑食性鱼类的投放可能是造成这一现象的主要原因。

表 2　安庆西江浮游动物种类名录Tab. 2　Species composition of zooplankton in Xijiang Oxbow of Anqing city

图 2　安庆西江浮游动物密度和生物量季节性变化(图中不同的上标字母表示有显著差异)Fig. 2　Seasonal variations of the density and biomass of zooplankton in Xijiang Oxbow of Anqing city (the different superscripts in the figure indicate significant differences)

不同季节间浮游动物的群落结构也存在较大差异。夏季浮游动物种类数最多, 其密度和生物量均显著高于其他3个季节。这一方面是由于夏季水体中营养物质更丰富, 另一方面是由于较高的水温可能更有利于浮游动物的生存繁殖。已有研究表明水温是影响浮游动物生长发育和群落组成等极为重要的环境因子, 且浮游动物的生长率一般随温度的增加而增大[19]。此外, 国内对长江故道天鹅洲的研究结果也表明, 浮游动物的密度和生物量均在夏季达到最大值[2]。不同季节间浮游动物的优势种差异也较为明显, 主要是以原生动物和轮虫等小型浮游动物为主。12个优势种当中暗小异尾轮虫、独角聚花轮虫(Conochilus unicornis)和等刺异尾轮虫( Trichocerca similis)均为寡污染指示种[20], 而王氏似铃壳虫和广布多肢轮虫均为中污染指示种[20,21]。在天鹅洲故道中报道的绿急游虫(Strombidium viride)、淡水筒壳虫(Tintinnidium fluviatile)和针簇多枝轮虫(Polyarthra trigla)等严重污染指示种均未在西江出现[2], 这表明西江水质总体上良好。根据水化学测定结果, 西江总氮和总磷年均值都达到Ⅲ类水质标准, 也证明了这一点。

表 3　安庆西江浮游动物优势种的季节性变化Tab. 3　Seasonal variations of the dominant species of zooplankton in Xijiang Oxbow of Anqing City

3.2　江豚生存状况评估

水体污染常被认为是威胁江豚生存的主要原因之一[1]。水体中一些有毒有害物质可以直接引起豚类死亡, 也有一些污染物可通过食物链在江豚体内富集, 最终引起江豚死亡。国内已有研究表明,杀灭血吸虫中间寄主钉螺使用的农药经雨水冲刷后进入洞庭湖, 农药中的汞通过食物链在江豚体内富集, 最终导致6头江豚中毒死亡[22]。此外, 一些研究还表明除草剂和杀虫剂的主要成分通过生物富集也会对水体中高营养级生物产生毒害[23]。然而,这些有毒有害污染物通过常规的水化学监测一般难以实现, 且水化学监测往往只能反映水体的瞬时污染状况, 很难反映水体长期的健康状况。利用浮游动物进行的生物监测不仅可以克服以上缺点, 还能体现各污染物之间的联合或协同效应, 且操作简便、成本较低。本研究利用浮游动物的评价结果表明, 西江水体处于中度污染状况; 参考国内其他江豚迁地保护区水质的生物学评价结果[9], 我们认为西江水体适宜江豚生存。为了进一步验证评价结果的合理性, 我们于2015年7月测定了西江水体中五氯酚和五氯联苯两种污染物含量。五氯酚常用于除草剂和杀虫剂中, 五氯联苯是常见的全球性环境污染物, 由于西江周围没有明显污染企业, 这2种物质可能是西江水体中主要的有毒有害物质。检测结果表明五氯酚和五氯联苯含量都很低, 分别为0.0036和0.00002 mg/L, 均不会对江豚和其他水生生物构成威胁。在水体的营养状态方面, 江豚在富营养的天鹅洲故道中能够健康的生存繁殖[2], 因此中营养水平的西江应该也适宜于江豚的生存。

鱼类资源也是影响迁地保护区江豚生存的重要因素之一, 已有研究表明江豚的摄食具有选择性,具体表现在： (1)受咽喉结构特征所限, 一般只能吞食体高小于6 cm的鱼类[24]; (2)很少会摄食一些体表具明显硬棘的底层鱼类(如黄颡鱼Pelteobagrus fulvidraco)[24]; (3)为了减少能量消耗, 江豚会优先摄食中上层小型鱼类, 如鰐(Hemiculter leucisculus)和油鰐(Hemiculter bleekeri)等[24,25]。在西江水体中,中上层小型鱼类主要有鰐、油鰐、似鱎(Toxabramis swinhonis)和飘鱼(Pseudolaubuca sinensis)等, 这些鱼类均主要是以浮游动物为食, 因此浮游动物可以通过上行效应最终影响西江江豚的生存状况。目前国内仅代梨梨等[9]通过浮游动物估算了江苏镇江长江豚类保护区的江豚容纳量, 结果表明保护区57.3 km2水面仅能满足19头江豚的营养需求。这说明长江干流豚类的食物资源已经十分匮乏, 在长江中下游建立迁地保护区可能是江豚保种最有效的手段。我们对安庆西江的评估结果表明, 3 km2的水面约能满足36头江豚的营养需求, 因此完全可以容纳目前西江种群规模为13头的江豚。然而, 我们也必须认识到本研究中给出的只是一个粗略的估算结果, 受环境因素和人为因素的影响, 实际过程中浮游动物、鱼类和江豚之间的关系会更复杂, 因此只有定期对西江鱼类和浮游动物资源开展调查,才能更准确的评估江豚的生存状况。

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