基于浮游动物群落特征的渭河橡胶坝景观河流水质生物学评价

王西锋，万军芳，王永平，孙长顺，李明，胡恩

(1.陕西省环境科学研究院，西安 710061；2.甘肃省建筑设计研究院，兰州 730030；3.西北农林科技大学 资源环境学院，陕西 杨凌 712100)

通信作者:胡恩，博士，陕西省环境科学研究院高级工程师，E-mail：huen777@163.com.

河流是生物生存所依赖的重要自然资源.随着城市化快速发展，人们在流经城市的天然河道修筑大量拦水坝(多为橡胶坝)，营造大水面景观，从而提升城市形象.然而，拦河筑坝对天然河道生态系统影响较大[1]，改变了河流水文过程，导致城市河流湖泊化转变[2]，促进氮、磷等生源要素在坝体积聚，加速河道富营养化或发生藻华[3]，部分景观河流甚至转变为城市黑臭水体.

浮游动物是河流生态系统重要的组成部分，是水生态系统食物网物质转化、能量流动和信息传递的重要纽带.它们作为初级消费者以浮游植物、微生物和残渣碎屑为食.自身可被作为中上层鱼类和其他经济动物的饵料[4-5].由于其个体小、繁殖快、对环境要素反应敏感，在评价水体营养状态、水质污染状况以及指示水生态系统健康方面有重要的作用[6-7].目前城市水体浮游动物生态学监测研究多分布在上海、广州等南方水网发达的区域，研究内容侧重于浮游动物群落结构特征与环境因子的关系以及水质生物学评价等方面[8-9].在干旱半干旱地区，城市水体浮游动物研究关注较少[10]，橡胶坝景观河流的浮游动物群落结构及水质生物学评价调查研究更是鲜有报道.本研究通过对渭河关中段4处橡胶坝城市景观河流开展浮游动物群落结构研究，以期为渭河乃至黄河流域典型城市河道水生态环境保护和开发利用提供参考依据.

1 材料与方法

1.1 研究区域及采样点

渭河是黄河最大的一级支流，发源于甘肃省渭源县，于陕西潼关汇入黄河.渭河关中段流域接纳了大量的工业、农业以及城市生活污水，氮、磷等营养元素水平较高.关中城市河流闸坝众多，本文在渭河干流及其支流沣河、浐河、灞河各选1处橡胶坝类型景观水体，于2018年 1月、4月、8月、11月(分别代表冬季、春季、夏季、秋季)，开展浮游动物群落调查研究.

1.2 样品的采集与分析

浮游动物定性样品用25号浮游生物网在水面下约0.5 m处呈“∞”状缓慢拖行数分钟，采集后转移入样品瓶中，加入体积分数4%的甲醛溶液固定；定量样品用5 L采水器采集混合水样20 L，经25号浮游生物网(孔径64 μm)过滤后收集样品装入100 mL样品瓶，甲醛溶液固定(同上)，实验室静置48 h后浓缩至30 mL用于鉴定和计数.

1.3 数据处理

利用浮游动物Shannon-Wiener多样性指数(H′)、Margalef丰富度指数(d)、Pielou均匀度指数(J)评价水质状况；用优势度指数(Y)反映浮游动物优势度[11].

2 结果与分析

2.1 水体理化参数

渭河及其支流4处橡胶坝景观河流理化参数见表1.pH全年变化不显著；TN,TP浓度较高，秋冬两季高于春夏，超过《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)湖(库)Ⅴ类标准和的Ⅳ类标准，CODMn介于Ⅲ类和Ⅳ类之间.

表1 景观水体理化参数

2.2 浮游动物群落结构特征

2018年，渭河关中段4处橡胶坝景观河流全年共检出浮游动物78种.如图1所示，春季检出浮游动物18种，其中轮虫11种，枝角类4种，桡足类3种；夏季共检出浮游动物22种，轮虫12种，枝角类3种，桡足类7种；秋季共检出浮游动物20种，轮虫11种，枝角类5种，桡足类4种；冬季共检出浮游动物18种，轮虫12种，枝角类2种，桡足类4种.景观河流各季节检出的轮虫种类数量最多，枝角类与桡足类较少.

2.3 浮游动物密度与生物量

浮游动物总密度季节变化在0.452×103～7.48×103ind./L，均值为2.45×103ind./L.如图2所示，浮游动物总密度从高到低依次为秋、夏、春、冬.轮虫密度占浮游动物总密度的83.51%，其在秋季密度达到最高.

浮游动物总生物量为0.207～6.834 mg/L，均值为2.679 mg/L.如图3所示，浮游动物总生物量大小依次为秋、夏、春、冬.浮游动物生物量以枝角类和桡足类为主，其生物量占总生物量的74.05%，轮虫生物量只在灞河的春秋冬季以及沣河的夏秋冬季高于枝角类与桡足类.

2.4 浮游动物优势种

浮游动物优势种如表2所示.浮游动物优势种全年共17个.其中春季优势种5个，萼花臂尾轮虫(Brachionuscalyciflorus)优势度最高，为0.38；夏季7种，蒲达臂尾轮虫(Branchionusbudapestiensis)占优，为0.196；秋季4种，针簇多肢轮虫(Polyarthratrigla)优势度最高，为0.177；冬季6种，矩形龟甲轮虫(Keratellaquadrata)占优，优势度为0.095.萼花臂尾轮虫全年均为优势种.

表2 浮游动物优势种及其优势度

2.5 浮游动物多样性指数

浮游动物多样性指数H′春、夏、秋、冬均值分别为2.27,2.72,2.06,2.13，评价结果均为中污染；丰富度指数d均值为0.990,0.069,0.020,0.830，评价结果均为重污染；均匀度指数J均值为0.32,0.02,0.01,0.24，评价结果为中污染～重污染(图4).

3 讨 论

渭河关中段4处橡胶坝景观河流浮游动物种类个数、密度均以轮虫为主，生物量则以体型较大的枝角类和桡足类占优.与枝角类和桡足类相比，轮虫孤雌生殖，个体小、发育快、生命周期较短，常在淡水生态系统占据优势[12].由于橡胶坝阻隔，天然河道流速变缓，更有利于浮游动物群落聚集和快速繁殖[13].景观河流浮游动物物种个数、密度以及生物量有明显的季节差异，夏秋季高于冬春季.水温是影响浮游动物生长繁殖差异最重要环境因子之一，决定着浮游动物的体温和新陈代谢速率.较高的水温有助于促进浮游动物生长发育[14-15].

浮游动物优势种全年共17个，其中轮虫12种，枝角类和桡足类5种.轮虫多以臂尾轮虫为主，龟甲轮虫属、晶囊轮虫属优势度也较高.枝角类的象鼻溞属和桡足类的剑水蚤属在个别季节成为优势种.萼花臂尾轮虫全年均为优势种.研究表明，臂尾轮虫类大多在中污染或者富营养水体中形成优势[16].曲腿龟甲轮虫、针簇多肢轮虫、螺形龟甲轮虫等则为中污染水体指示种[17].枝角类象鼻溞属多出现在中富营养水体中[11].以上优势种的出现或可作为判断渭河景观河流水质及营养状况的指示物种，未来需要长期调查研究.渭河关中段人类活动密集，城市污水排放强度大，水体氮、磷浓度高，橡胶坝景观河流流速缓慢，已趋于富营养化湖泊的特点，同期调查发现，几个采样点全年浮游植物平均密度可达1.02×107～3.31×107ind./L.

水生生物多样性指数广泛应用于水环境质量和水生态健康评价研究[18].调查评价结果发现，渭河景观河流浮游动物多样性指数(H′)、均匀度指数(J)、丰富度指数(d)季节变化趋势较为一致，春冬两季略高于夏秋季，水质评价结果相对较好.总体来看，3种生物多样性指数与景观河流水质生物学评价结果较为一致，全年均处于中污染～重污染状态，能够较为准确反映渭河关中段橡胶坝景观河流水环境质量的实际状况.

4 结 论

1)景观河流全年共检出浮游动物78种，种类组成、细胞密度均以轮虫为主，生物量枝角类、桡足类占优；

2)浮游动物优势种共17个，其中轮虫12种，枝角类和桡足类5种，且多为中污染或富营养水体的常见种；

3)渭河关中段橡胶坝景观河流处于中污染～重污染状态.