澜沧江小湾库区浮游动物群落结构特征及水质综合评价

王 涛，彭 梦，李罗新，何秋杰，吴泽成，习佑军，谭凤霞，高 雷，柴 毅

(1.长江大学湿地生态与农业利用教育部工程研究中心/长江大学农学院/长江大学动物科学学院，湖北荆州 434025；2.中国水产科学研究院长江水产研究所，武汉 430223；3.云南小湾生态渔业有限公司，云南凤庆 677000)；4.荆州市动物疫病预防控制中心，湖北荆州 434020)

浮游动物是水域生态系统中主要初级消费者类群，同时也是滤食性鱼类如鲢、鳙等高级营养级水生动物的重要天然饵料，在能量传递、物质循环、维持食物网丰富性和稳定性等环节具有重要调控作用。浮游动物对水环境变化极为敏感，其种类组成、丰度、生物量等群落结构特征常被作为评价水域生态系统状况及预测变化趋势的的重要指标，目前浮游动物作为水体污染的指示生物被广泛应用。

澜沧江小湾水库位于云南临沧市与大理白族自治区和保山市交界处，由西支干流澜沧江与东支支流黑惠江组成，小湾水坝于2010年蓄水运行，以发电为主，兼有防洪、灌溉、拦沙及航运等功能，水库正常蓄水位1 242 m，总库容1.49×10m。通常大型水利工程的修建往往会改变水环境格局，如水域自然连通状况和生物格局，以及鱼类、高等水生植物与浮游生物等群落结构特征，加之流速、水深、水温等系列水文特征的综合环境因子变化，极易引起水体富营养化。小湾库区位于澜沧江下游河段，属典型的高山-峡谷地貌，具有较大的社会、经济和科研价值，目前围绕小湾库区相关研究包括地震地质、重金属等，水域生态学相关研究主要包括底栖动物、微生物、浮游植物、消落带生态及营养盐等。

小湾水库地处亚热带季风气候区，5-10月为丰水期，雨量充沛，携带土壤中营养盐流入，导致水库库区水体中氮磷营养盐含量增加。夏季较高的水温与营养盐是大多数浮游动物生长的基础，且对于大多数春季产卵鱼类，食物的充足与水环境健康状况对当年生幼鱼快速生长极为重要。因此，本研究于2017-2019年夏季连续三年对小湾库区干流和支流进行调查分析，运用多种评价方法，通过浮游动物群落结构特征和水环境因子的时空变化进行综合水质评价，有助于建立小湾库区完整的水环境监测评价体系和生态环境管理机制，从而为小湾库区水生生物保护、生态修复和功能恢复提供科学依据和重要参考，实现澜沧江流域的可持续发展与利用。

1 材料与方法

1.1 采样点设置

参照《水域生态系统观测规范》并根据实际水域形态、水域阶段划分及水文特征共设置16个采样点(图1)，其中干流澜沧江(L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8、L9)9个、支流黑惠江(H1、H2、H3、H4、H5、H6)6个，靠近小湾大坝(DW)1个，分别于2017、2018、2019年8月(夏季)采样调查。

图1 澜沧江小湾库区采样点分布

1.2 样品采集处理

浮游动物样本使用采水器(5.0 L)在表层至透明度的1、2、3倍处取水混合，水样的采集参考《水域生态系统观测规范》和《水生生物学》中样品采集方法。种类鉴定参考《中国淡水轮虫志》、《中国常见淡水枝角类检索》。使用光学显微镜(XSM-20，宁波舜宇仪器有限公司)进行种类鉴定和计数，除无节幼体与桡足幼体外，其余种类均鉴定到种。

用多参数水质分析仪(HQ40D，USA)现场测定溶解氧(DO)、pH值和水温(WT)，塞氏盘测定透明度(SD)。总悬浮物(TSS)、氨氮(NH-N)、硝酸盐氮(NO-N)、亚硝酸盐氮(NO-N)、化学需氧量(COD)、总磷(TP)和总氮(TN)等指标按照国家水质标准GB3828-2002在实验室测定。

1.3 数据处理与分析

1.3.1 浮游动物群落结构特征指数及富营养化评价

浮游动物丰度与生物量计算参考《水生生物学》，富营养化评价标准参考何志辉的方法。浮游动物优势种采用Mcnaughton优势度指数(≥0.02)来确定。群落结构特征采用Shannon-Wiener多样性指数()、Pielou均匀度指数()、Margalef丰富度指数()分析，富营养化评价标准参考黄玉瑶的方法。各指数计算公式如下：

Mcnaughton优势度指数()：=()×

Margalef丰富度指数()：=(-1)ln

式中：为群落中物种的总密度；为第个物种的密度；为该种在个采样点出现的频率；为总种类数。

1.3.2 水质评价标准

依据中国环境监测总站制定的《湖泊水库富营养化评价方法及分级技术规定，2001年9月》，采用综合营养指数法，选取叶绿素()、TP、TN、SD、COD共5项水质指标，计算公式如下：

()=10[2.5+1.086ln()]

(TN)=10[5.53+1.694ln(TN)]

(TP)=10[9.436+1.624ln(TP)]

(SD)=10[5.118-1.94ln(SD)]

(COD)=10[0.109+2.661ln(COD)]

(Σ)=[)×()+(TP)×(TP)+(TN)×(TN)+(SD)×(SD)

(∑)=∑×()

式中：()为第种水质指标的相关参数，为第种参数的营养状态指数的相关权重系数，综合营养指数的评判标准参考王明翠等。

数据预处理采用Excel2016进行，分析作图采用SPSS20、GraphPad Prism8进行。

2 结果与分析

2.1 浮游动物群落结构特征

2.1.1 浮游动物种类组成、丰度和生物量

澜沧江小湾库区2017-2019年夏季共鉴定出浮游动物4门54种，其中轮虫30种，占比55.56%；原生动物10种，占比18.52%；枝角类9种，占比16.67%；桡足类5种，占比9.26%。

浮游动物丰度与生物量在各采样点分布如图2所示。2017年浮游动物丰度范围为1.05～7.35 ind./L，生物量范围为0.82～7.28 mg/L，从采样点来看，干流澜沧江丰度最高在L2(6.05 ind./L)，生物量最高在L4(3.62 mg/L)，支流黑惠江丰度最高在H6(7.95 ind./L)，生物量最高在H3(3.94 mg/L)。2018年游动物丰度范围为0.90～13.75 ind./L，生物量范围为0.34～9.17 mg/L，干流澜沧江丰度最高在L9(6.65 ind./L)，生物量最高在L8(4.31 mg/L)，支流黑惠江丰度与生物量最高均在H2(11.80 ind./L、8.97 mg/L)。2019年浮游动物丰度范围为3.10～22.10 ind./L，生物量范围为0.66～12.31 mg/L，干流澜沧江丰度最高在L7(15.00 ind./L)，生物量最高在L8(4.87 mg/L)，支流黑惠江丰度与生物量最高均在H3(16.75 ind./L、7.49 mg/L)；大坝水域丰度与生物量均较高，且呈逐年上升趋势，分别为7.35 ind./L、7.28 mg/L；13.75 ind./L、9.17 mg/L；22.10 ind./L、12.31 mg/L。澜沧江小湾库区优势种以轮虫为主，其轮虫丰度与生物量呈逐年上升趋势(27.60 ind./L、0.15 mg/L；50.50 ind./L、3.93 mg/L、71.35 ind./L、8.80 mg/L)，如图3所示，其浮游动物丰度与生物量整体上呈逐年上升趋势，干流澜沧江丰度与生物量趋势一致，均呈逐年上升趋势，均值分别为3.59 ind./L、2.29 mg/L；3.86 ind./L、2.30 mg/L；6.68 ind./L；2.60 mg/L，2017与2018年浮游动物生物量差异较小；支流黑惠江浮游动物丰度呈逐年上升趋势，生物量呈先升后降趋势，均值分别为5.06 ind./L、3.21 mg/L；7.51 ind./L、4.61 mg/L；13.70 ind./L、4.31 mg/L。

图2 2017-2019年澜沧江小湾库区各采样点浮游动物丰度与生物量

图3 2017-2019年澜沧江小湾库区浮游动物丰度与生物量

2.1.2 浮游动物优势种

浮游动物优势种(Y≥0.02)分布由表1可知，2017-2019年小湾库区浮游动物优势种数量分别为10、12、8种，其中无节幼体()、汤匙华哲水蚤()、广布中剑水蚤()、长刺异尾轮虫()、裂足臂尾轮虫()是三年共有优势种。2017年优势种中，轮虫和桡足类均为4种，枝角类2种；2018年优势种中，轮虫7种、枝角类2种和桡足类3种；2019年优势种中，桡足类4种、轮虫3种和原生动物1种。除无节幼体()外，优势度指数较高(Y≥0.1)的种类有长肢秀体溞()、长额象鼻溞()、曲腿龟甲轮虫()、裂足臂尾轮虫(2017,2019年)。

表1 2017-2019年澜沧江小湾库区浮游动物优势度指数及优势种

2.1.3 浮游动物群落结构特征指数变化

如图4所示，2017-2019年Shannon-Wiener多样性指数的变化范围分别为0.063～0.247、0.049～0.282、0.075～0.270，干流多样性指数均值分别为0.187、0.199、0.206，支流分别为0.156、0.140、0.141；Pielou均匀度指数变化范围分别为0.036～0.107、0.013～0.081、0.022～0.079，干流均匀度指数均值分别为0.081、0.057、0.06，支流为0.680、0.040、0.041，以上均处于重污染状态；Margalef丰富度指数的变化范围为1.603～2.646、1.022～4.340、0.596～2.680，干流丰富度均值分别为2.093、2.728、1.633，支流为1.936、2.638、1.607，2017年整体处于中污染状态，2018年干流L1、L5、L7处于轻污染状态，2019年干流L5处于重污染状态，其余各采样点均处于中污染状态，且干流污染程度均小于支流黑惠江。

图4 2017-2019年澜沧江小湾库区各采样点浮游动物群落结构特征指数

2.2 小湾库区水环境因子及水质综合评价

水质理化因子时空变化结果如表2所示，WT范围为21.45～33.80 ℃，干流澜沧江水温略低于支流黑惠江；pH值范围为6.84～9.52，库区水质整体偏碱性；SD范围为0.20～1.35 m，采样点L1、L2透明度最低。TSS范围为0.50～32.50 mg/L，干流澜沧江高于支流黑惠江，且各采样点变化显著。

表2 2017-2019年澜沧江小湾库区水体理化指标

如图5所示，2017-2019年综合营养指数()分别为56.61、60.58、61.59，呈整体逐年上升趋势。从干流澜沧江9个采样点来看，2017年有1个采样点处于中营养状态，2个采样点处于中度富营养状态，其余6个采样点均处于轻度富营养状态；2018年有6个采样点处于中度富营养状态，其余3个采样点处于轻度富营养状态；2019年有5个采样点处于中度富营养状态，其余4采样点处于轻度富营养状态。从支流黑惠江6个采样点来看，处于轻度富营养化水平的采样点数量分布状况为2017年3个、2018年5个、2019年1个，其余采样点均处于中度富营养化水平。DW综合营养指数值呈上升趋势，呈轻度富营养-中度富营养水平。

图5 2017-2019年澜沧江小湾库区各采样点综合营养指数及水质评价

3 讨论

3.1 小湾库区浮游动物群落结构特征

浮游动物作为水域生态环境中的初级消费者，同时受到水生动物和浮游植物的影响，浮游植物的丰度、生物量和种类组成直接影响着浮游动物的种类组成和分布。本次调查共鉴定出浮游动物4门54种，其种类组成以轮虫占比最高(55.56%)。轮虫具有生长繁殖速度快等特点，能在很短时间内达到较高的丰度，且能快速适应河流水文条件和理化环境的变化。相关研究表明，浮游动物丰度与生物量随着水体营养水平的上升而增加，得益于小型浮游动物如轮虫数量的增加。本次调查中，轮虫丰度与生物量呈逐年上升趋势，可能与小湾库区夏季外源污染严重有关，导致水体富营养化程度较高，不利于大型浮游动物生长繁殖，这与张佳敏等的研究结果相似。

浮游动物群落结构的稳定性与优势种种类数和丰度关系尤为重要，优势种种类越多，优势度越小，代表着群落结构越复杂、稳定。本研究中2017-2019年夏季浮游动物优势种分别为10、12、8种，以裂足臂尾轮虫、曲腿龟甲轮虫、针簇多肢轮虫、长刺异尾轮虫为主要优势种群。其中臂尾轮虫属、龟甲轮虫属、多肢轮虫属多出现在富营养化水体中，为典型富营养化水体指示物种，异尾轮虫属多出现在贫营养水体中，为典型贫营养水体指示物种。且小湾库区优势种种类数偏低，群落结构单一，稳定性差，表明小湾库区生态结构不稳定，富营养化程度有升高趋势，相似结果在汉城湖和微山湖中也有体现。

3.2 小湾库区水环境富营养综合评价

一般认为浮游动物丰度与水体营养盐呈正相关，水体污染状况与浮游动物多样性指数呈负相关。种类组成与群落结构能及时反映水体污染程度及预测污染发展趋势，种类数增加、丰度降低和均匀度增加则表明水体污染状况改善。

本次调查结果显示，干流澜沧江浮游动物的丰度与生物量均小于支流黑惠江，表明干流富营养化程度较支流低，这与吴嘉伟等通过浮游植物的富营养化评价结果有较好的一致性。其原因可能与小湾库区周围地形地貌及水文环境有关。环境因子及其他水生生物通过食物链作用均可以对浮游动物的丰度与生物量变化产生较大影响，支流水流较缓，透明度小于干流，加之周围居民生活污水的外源营养输入等导致支流氮磷营养盐浓度较高，这一定程度上刺激了浮游植物生长繁殖，进而导致支流浮游动物丰度和生物量的增加。这与杨潇等在鄱阳湖研究结果一致。此外，温度也是影响浮游动物种类组成、丰度和生物量的关键因子之一。

用Shannon-Wiener多样性指数()和Pielou指数()判断2017-2019年夏季各采样点水体均处于重污染状态，Margalef丰富度指数()表明各采样点水体处于轻污染-重污染状态。Pielou指数小于0.5，表明浮游动物种类数少，均匀度较差，但丰富度较高。结果表示澜沧江小湾库区干流污染程度均小于支流，其原因可能是支流流速较缓，随着水体营养水平的升高，导致生物多样性和均匀度降低。本研究中浮游动物群落结构指数结果与兰波等的研究结果呈现相同趋势。

参考地表水环境质量标准，水体中TN、TP、COD等多项指标符合或超过Ⅲ类水标椎，由此推断小湾库区水体处于Ⅲ类水状态，根据综合营养指数、TP、TN、SD、COD五项结果显示各采样点水体处于轻度-中度富营养化状态，这与魏洪祥等研究结果呈相同趋势，且2018-2019年部分采样点接近富营养化状态，其原因可能是丰水期降雨量大，土壤营养盐流入库区，导致水体中营养物质含量增加，生物多样性减少，使库区富营养化程度逐年上升。

从以上分析评价结果可知，浮游动物丰度与生物量、群落结构特征指数(、、)及综合营养指数()对水体富营养化程度评价结果略有差异，其原因可能是由于采样时间处于夏季丰水期，降雨量较大，水位上升及地表径流导致的营养盐水平变化等理化因子导致；2018年小湾库区拆围，人工投放滤食性鲢鳙鱼类，导致浮游动物群落逐渐小型化。经综合多参数分析结果表明，小湾库区整体处于中度富营养化-富营养化水平，且富营养化程度有升高趋势，其中干流澜沧江富营养化水平较支流黑惠江低，其中部分点位氮磷营养盐含量较高，支流浮游植物和浮游动物密度均较高，初级生产力充足，可适当放养草食性、滤食性鲢鳙鱼类，以达到控制浮游植物密度，充分利用水域中天然饵料资源，有效利用水体鱼产力，达到减缓水体富营养程度的目的。

4 结论

通过浮游动物丰度生物量、群落结构特征指数及综合营养指数可以反映出小湾库区富营养化程度。澜沧江小湾库区于2017-2019年夏季共鉴定出浮游动物4门54种，其中以轮虫为主要优势种群，原生动物次之；支流黑惠江TN、TP含量较干流高，导致小湾库区以小型浮游动物为主，且浮游动物丰度与生物量呈逐年上升趋势，支流黑惠江丰度与生物量大于干流。基于浮游动物群落结构特征指数及综合营养指数对小湾库区进行水质评价，结果表明小湾库区水质整体处于中度富营养化-富营养化水平。