清水河流域浮游动物种群结构及多样性研究

石 伟，段杰仁，邱小琮，王晓奕

（1.银川市水产技术推广服务中心，银川750001；2.宁夏固原市第七中学，宁夏 固原756002；3.宁夏大学生命科学学院，银川750021）

浮游动物是一类经常在水中浮游而自身不能制造有机物的异养型无脊椎动物和脊索动物幼体的总称。由于它们个体微小、生命短暂、繁殖极快、种类繁多，从低等的微小原生动物到高等的尾索动物几乎每一类都有永久性代表［1］。浮游动物在水域生态系统中有着十分重要的地位，部分浮游动物对水质变化比较敏感，其数量、种类易受水体生态环境影响，可作为指示性生物进行水体污染监测，且对污染有指示、富集及转化作用，所以浮游动物在水环境净化和水生态毒理中都有重要作用。近年来，国内外越来越多的学者开始利用浮游动物的群落结构变化监测和评价水环境质量状况［2-4］。

清水河全长320 km，发源于六盘山，向北流经固原、同心、海原、中宁等县，于中宁县泉眼山汇入黄河，宁夏境内流域面积13 511 km2，是宁夏境内流入黄河最大、最长的支流。清水河从南到北穿越宁夏南部黄土丘陵区和中部干旱风沙区，流域大部分区域位于中部干旱风沙区［5］。目前清水河水环境问题突出，矿化度和硬度均较高，水质现状较差。清水河流域取水主要用于农业，且对当地的生态环境有重要影响，作为清水河重要的水生生物之一，浮游动物的密度、种类、群落结构及多样性，对于清水河的水体营养状态和生态环境有着巨大的影响，本研究结果可为清水河流域水生态保护与水环境治理提供依据与基础数据。

1 材料与方法

1.1 样点设置与采样时间

根据清水河的自然地理条件，共设置了22个采样点，其中干流11个，支流折死沟1个、双井河1个、苋麻河1个、中河2个、西河1个、冬至河2个、井沟1个、沙沿沟1个、五排1个。采样时间为2018年7月与11月。

1.2 浮游动物标本的采集与鉴定、计数

浮游动物的采集分为定量采样与定性采样两种。定量采样用采水器采10 L水，用25号浮游生物网过滤浓缩，加入5%甲醛溶液固定。定性采样使用25号浮游生物网（轮虫）与13号网拖取（枝角类和桡足类），5%甲醛溶液固定低温保存带回实验室内进行浮游动物鉴定、计数工作［6］。

1.3 浮游动物优势种

优势种指对群落结构与环境的形成有显著控制作用的物种，依据物种出现频率与个体数量来判定，用 优势 度y来表 示：y=fiPi，fi是第i物种 的 出现 频率，Pi是第i物种个体数占总个体数量的比例，优势种选取y＞0.02的种类［7］。

1.4 浮游动物多样性

生物多样性是衡量种群是否稳定的重要标准，采用以下3种多样性指数［8-10］来分析清水河浮游动物的多样性。

1）Margalef物种丰富度指数（d）。

式中，S.种类数；N.个体数。

2）Shannon-Wieaver物种多样性指数（H'）。

式中，ni.第i种浮游动物的个体数；N.浮游动物总个体数。

3）均匀度指数（e）。

式中，H'.Shannon-Wiener指数；S.种类数。

2 结果与分析

2.1 浮游动物种类组成与分布

通过2018年7月与11月2个月对清水河22个采样点的浮游动物进行种类调查、数量统计和群落结构研究，共鉴定出浮游动物23种，其中轮虫类8种，占总种类数的34.8%；枝角类8种，占总种类数的34.8%；桡足类7种，占总种类数的30.4%。

在清水河22个采样点中，几处水库采集到的浮游动物种类最多，其中沈家河水库5种，冬至河水库7种；其次，五排与中河均有4种浮游动物分布；采集到浮游动物有3种的样点分别是双井河、寺口子水库，其余样点采集到的浮游动物均为1或2种。轮虫类中臂尾轮属的壶状臂尾轮虫（Brachionus urceus）分布最为广泛。

从季节变化分析（图1），整体水平浮游动物种类数夏季19种，占总种类数的82.6%，秋季11种，占总种类数的47.83%。轮虫类与桡足类夏冬两季种类数变化并不明显，而枝角类冬季种类数相比于夏季明显有所下降。夏季共采集到轮虫5种，占总种类数的26.32%，冬季4种，占总种类数的36.36%。夏季枝角类8种，占42.11%，冬季种类数下降为2种，占比下降为18.18%；桡足类夏季采集到6种，占夏季总种类数31.58%，冬季为5种，但所占比例有所上升，为45.45%。

图1 清水河浮游动物的季节分布

2.2 浮游动物的优势种

清水河浮游动物的优势种共有7种（表1），分别是壶状臂尾轮虫（Brachionus urceus）、蚤状溞［Daph⁃nia（Daphnia）pulex］、尖额溞（Ntermedia）、秀体尖额溞（Alona diaphana）、中型尖额溞（Alona intermedia）、剑水蚤（Clops）、广布中剑水蚤（Mesocyclops leuckarti）。

表1 清水河浮游动物优势种

2.3 浮游动物的密度与生物量

清水河浮游动物的平均密度为3.85 ind./L，平均生物量为10.78 mg/L。其中轮虫的平均密度为5.71 ind./L、枝角类的平均密度为2.13 ind./L、桡足类的平均密度为2.98 ind./L。桡足类在生物量中所占的比重最大，其次为枝角类、轮虫，三者的平均生物量为17.37、16.86、1.48 mg/L。从密度的角度来看，轮虫占绝对优势，但由于其体型较小，所以在平均生物量中所占的比例也较小，而体型较大的桡足类则在平均生物量中占有较大比重。

清水河浮游动物密度冬夏两季变化（清水河羊路、清水河李旺、清水河王团、清水河同心、清水河长山头、折死沟冬季未采到样本）：夏季浮游动物的密度大于冬季，夏季为4.44 ind./L，冬季为2.75 ind./L。轮虫密度冬季比夏季明显下降，夏季为7.89 ind./L，冬季为1.78 ind./L；枝角类密度冬夏两季相差不大，夏季为2.14 ind./L，冬季为2.08 ind./L；桡足类冬季密度大于夏季，夏季为2.14 ind./L，冬季为3.82 ind./L。各采样点浮游动物密度也存在一定季节差异，夏季折死沟浮游动物平均密度最大，为36 ind./L，井沟次之。冬季清水河东郊与沈家河水库浮游动物平均密度较大，分别为9、8 ind./L（图2）。

清水河浮游动物生物量冬夏两季变化：浮游动物生物量的季节变化趋势与密度的变化趋势相符，夏季生物量为12.03 mg/L，冬季生物量为8.44 mg/L。由于浮游动物各类群个体大小上的差异，故轮虫、枝角类、桡足类生物量四季变化趋势差异显著。轮虫较枝角类、桡足类体型较小，即便夏季密度较高的轮虫，其生物量的优势也不是很明显，桡足类体型较大，夏季桡足类的生物量明显高于轮虫和枝角类（图3）。

图2 清水河浮游动物的密度

图3 清水河浮游动物的生物量

2.4 浮游动物的多样性分析

Margalef物种丰富度指数的变化范围为0.233～2.066（图4）。各采样点之间平均值最大的是冬至河水库，达到1.033，最小的是折死沟，为0.117。Mar⁃galef物种丰富度指数的冬夏两季变化范围为0.432～0.997，夏季的Margalef物种丰富度指数大于冬季。各采样点的Margalef物种丰富度指数变化夏季与冬季有明显差异，夏季冬至河水库的Margalef物种丰富度指数明显高于其他各采样点，折死沟的指数值最小；冬季苋麻河的指数较夏季有所下降，五排、猫儿沟水库、冬至河的Margalef物种丰富度指数均上升。

清水河水体浮游动物的Shannon-Wieaver物种多样性指数1.251～1.922，平均为1.587。全年最大值出现在五排的冬季为8.786，最小值出现在双井河的夏季为0.183（图5）。Shannon-Wieaver物种多样性指数的季节变化较为显著，冬季的Shannon-Wieaver物种多样性指数比夏季大，冬季为1.922，夏季为1.251。夏季至冬季各采样点变化趋势呈线性，五排、冬至河及冬至河水库指数升高，中河基本不变，其余采样点Shannon-Wieaver物种多样性指数均下降。

清水河浮游动物均匀度为2.535～3.801，平均为3.168，平均均匀度最高的采样点是五排和冬至河，分别为8.45、8.43，其他采样点的平均均匀度差异不大。冬季均匀度大于夏季，冬季为3.801，夏季为2.535。均匀度的最大值出现在五排冬季为14.6，最小值出现在折死沟夏季为0.598（图6）。

图4 清水河浮游动物Margalef物种丰富度指数季节变化

图5 清水河浮游动物Shannon-Wieaver物种多样性指数季节变化

图6 清水河浮游动物均匀度指数季节变化

3 讨论

3.1 清水河浮游动物种类组成及季节变化

清水河共采集到浮游动物23种，其中轮虫类8种，桡足类7种，枝角类8种。清水河浮游动物种类季节变化明显，整体水平上冬季较夏季有所下降。从各个类群来看，轮虫类与桡足类冬夏两季种类数变化并不显著，而枝角类冬季种类数相比于夏季明显有所下降。不同季节，水体温度、营养盐水平、pH等均不同，所以造成了浮游动物季节分布的变化，除此之外，生活污水的排入也是不可忽略的因素。

在样点间轮虫种类也有差异，几处水库采集到的浮游动物种类最多，其中包括沈家河水库、冬至河水库。较多采样点采集到的浮游动物仅为1种或2种，分布最广泛的是轮虫类臂尾轮属壶状臂尾轮虫，且在各样点处的密度及生物量都比较大。不同类群的浮游动物对环境条件的适应情况有差别，因而就造成了其水平分布的变化。

3.2 清水河浮游动物密度及生物量

不同类型的河流，浮游动物的密度与生物量高峰期不同，主要受水体温度、食物量多少及河内水草丰度等因素影响［11］。清水河浮游动物中密度最大的是轮虫，夏季浮游动物的密度大于冬季。就密度而论，轮虫占很大优势，但由于其体型较小，占平均生物量的比重相较小，而桡足类体型较大，则在平均生物量中占有较大比重。除了季节影响，各采样点的水体环境不同也使得浮游动物的密度与生物量均存在差异。

3.3 清水河浮游动物物种多样性

衡量群落是否稳定的方式之一就是种群多样性，可以通过多个指数来表示，Margalef指数比较依赖物种数，能充分反映物种种类的分布情况；Shan⁃non-Wieaver指数一般用于判断群落结构的复杂程度；均匀度则判断各物种个体数量分配的均匀程度。本研究使用Margalef指数、Shannon-Wieaver指数与均匀度分析讨论清水河的浮游动物，3个指数能较好地表示清水河浮游动物的种群多样性。

Margalef多样性指数主要反映了群落物种的丰富度，可以通过浮游动物的物种丰富程度判断水质［12］，当d＞5时，水质清洁；d=4～5，水质轻度污染；d=3～4时，水质中度污染，d＜3，水质重度污染。Shannon-Wieaver多样性指数可以反映群落物种多样性，H值越大，水污染程度越轻，0～1为重度污染，1～3为中度污染，大于3则污染较轻或无污染。均匀度指数同Shannon-Wieaver多样性指数一样，重、中、轻污染或无污染的e值区间分别为0～0.3、0.3～0.5、0.5～0.8。一般说来，多样性指数越大表示水质越好，清水河各样点中浮游动物Margalef多样性指数在0.233～2.066，为重度污染。Shannon-Wieaver多样性指数1.251～1.922，均匀度指数2.535～3.801，均匀度较高。避免清水河水体污染程度加重，需平衡好其水生态系统，如减少氮、磷的来源，减少营养物质的富积，做好环境管理及研究保护水体环境等。

4 结论

1）清水河共采集到浮游动物23种，其中轮虫类8种，桡足类7种，枝角类8种，优势种有7种，季节变化明显，冬季较夏季有所下降。轮虫类与桡足类冬夏两季种类数变化并不明显，而枝角类冬季种类数相比于夏季明显有所下降。在样点间分布也有差异，水库采集到的浮游动物种类最多。分布最广泛的是壶状臂尾轮虫，且密度及生物量都较大。

2）清水河夏季浮游动物的密度大于冬季，其中密度最大的是轮虫，除了季节影响，各采样点的水体环境不同也使得浮游动物的密度与生物量均存在差异。

3）清水河中浮游动物Margalef多样性指数为0.233～2.066，Shannon-Wieaver多样性指数为1.251～1.922，均匀度指数为2.535～3.801。清水河为中度富营养化，应加强水生态保护与水环境治理。