北京市温榆河干流浮游生物的群落结构研究

陈既元，赵 文，李 博，魏 杰，尹东鹏，时 晓，王 哲，王天宇

（1．大连海洋大学水产与生命学院，辽宁省水生生物学重点实验室，辽宁大连 116023；2.北京市水生野生动植物救护中心，北京 102100）

浮游生物分为浮游动物和浮游植物，浮游植物是水中进行浮游生活，并能进行光合作用的一类光合自养生物[1]，个体寿命通常很短[2]，浮游植物对水环境变化十分敏感，水体中环境因子的改变直接或间接的影响着浮游植物的群落结构[3]，其种类、丰度和生物量等群落结构特征常被用于监测和评价水环境[4-5]。浮游动物几乎存在于各种类型水体中，以小型藻类、细菌为主要食物来源的微小动物[6]。浮游生物对水域生态系统的生态功能有着极其重要的影响，其群落结构及数量的变化会对生态系统中生物和能量产生巨大影响[7]，在促进水生态系统中的物质循环及维持湖泊生态系统平衡等方面起着十分重要的作用[8]。

温榆河位于北京市东北部，从沙河水库至通州区北关拦河闸，是北京市的重要河流,是城区主要的排水和防洪通道。目前对温榆河浮游生物的研究较少而不系统，且只对温榆河浮游动物[9]或浮游植物[10]进行零星调查研究。本文主要研究了2017年和2018年夏秋两季北京温榆河浮游动物和浮游植物的群落结构，通过对浮游生物的种类组成、数量、密度变化规律等群落结构特征的研究，阐明温榆河浮游生物的群落结构特征，旨在对温榆河水体污染监测和有效治理提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 采样时间和地点设置

于2017年和2018年夏秋季节（6月和9月）分别在温榆河1（N-40°11′65.71″）温榆河2（E-116°36′01.86″）设置监测样站进行样品收集，共采集4次，站位设置如图1所示。

图1 温榆河采样点示意图

1.2 样品的采集和处理

利用水生80型采水器采水，参照《养殖水环境化学实验》[11]和《水生生物学实验》[12]对温榆河的水样以及浮游生物进行采集，水样采集后，现场对物理指标进行测定，化学指标和生物指标均带回实验室进行测定。在实验室内按照《内陆水域渔业资源调查手册》[13]和《水和废水监测规范》（第四版）[14]对采集水样化学特征进行测定，采用分光光度计法对叶绿素a测定，使用Jeffrey-Humphery法进行含量计算[15]。浮游生物定性定量参照相关文献进行[16-22]。

1.3 数据的测量和分析

水质评价标准采用地表水环境质量标准（GB 3838-2002）进行评价，营养状态利用叶绿素a、总磷、透明度计算综合营养状态指数MTSI和加权综合营养状态指数TLI（Σ）[15]，

计算公式为：

式中：TLI（∑）表示综合营养状态指数；Wj表示第j种参数的营养状态指数的相关权重；TLI（j）表示第j种参数的营养状态指数。

营养等级及评分值如表1所示。浮游生物指标有密度（N），生物量，Shannon-Wiener指数（H′），均匀度指数（J）和优势度，浮游生物密度、生物量、多样性指数Shannon-Wiener指数H′和Pielou均匀度指数J均参照《水生生物学》进行计算[12]。优势种利用优势度Y（Y>0.02）确定。

表1 水质类别与评分值对应表

浮游生物优势度（Y）用下式计算：

式中：ni为第i种的个体数，N为所有种类的的总个体数，fi为第i种的出现频率。以Y>0.02的种类为优势种，当优势度Y＞0.3时，认为物种多样性较好。数据分析采用SPSS软件进行。

2 结果与分析

2.1 温榆河水体理化因子

温榆河水体理化特征总结于表2，由表2可见，总体而言，温榆河透明度较低，平均值仅0.27m，叶绿素a含量在6.54μg/L—350.3μg/L之间，平均为124.9μg/L。氨氮含量较高，平均达0.931mg/L。与2017年相比，2018年温榆河水体的pH值的有所升高，溶解氧含量上升，叶绿素的含量显著上升，表明浮游植物的密度上升。其他水体指标并无明显变化。

表2 温榆河水体的理化特征

2.2 水体综合营养状态指数和营养状态等级

参考《湖泊（水库）富营养化评价方法及分级技术规定》，根据水样中叶绿素a（Chla），总磷（TP），和透明度（SD）进行水质综合营养状态指数的计算和营养状态等级的判断。结果见表3，由表可知在2017年温榆河1温榆河2的营养状态等级都是轻度富营养型，2018年温榆河1温榆河2的营养状态等级都是重度富营养型。

表3 温榆河综合营养状态指数和营养状态等级

2.3 浮游植物的群落结构

2.3.1 浮游植物种类组成及分布

调查期间温榆河共发现浮游植物104种，其中蓝藻门20种，占比19%；硅藻门19种，占比18%；金藻门0种；黄藻门5种占比5%；隐藻门3种占比3%；甲藻门2种占比3%；裸藻门3种占比2%，绿藻门52种占比50%（图2）。

图2 温榆河浮游植物种数百分比

2.3.2 浮游植物密度和生物量

温榆河浮游植物的密度和生物量见图3，密度和生物量百分比见图4，温榆河浮游植物的平均密度为15.03×106个/L，绿藻门最多，占比为53%，蓝藻门次之，占总量的22%，硅藻门占13%，隐藻门占9%，甲藻门占2%，裸藻门占1%，黄藻门占0.3%。整体上看浮游植物密度的变化规律是秋季大于夏季，但在2018年9月温榆河1的浮游植物密度较之前有着明显下降。点位的平均生物量为8.804mg/L，以隐藻门占比最高，为29%，裸藻们和绿藻门次之，占总量的18%，甲藻门占16%，硅藻们占13%，蓝藻门6%，黄藻门较少，为0.14%。从整体上看浮游植物生物量秋季大于夏季，但2018年温榆河1秋季的生物量较夏季有少量下降。

图3 温榆河浮游植物密度和生物量的时空变化

图4 温榆河浮游植物的生物量和密度百分比

2.3.3 浮游植物优势度及优势种

温榆河中浮游植物的优势种共有46种，蓝藻门9种，如水华束丝藻 （Aphanizomenon flosaquqe），钝顶节旋藻（Arthrospira platensis），小型色球藻（Chroococcus minor），微小色球藻（Chroococcus minutus）等，硅藻门7种如梅尼小环藻（Cyclotella meneghiniana），具星小环藻（Cyclotella stelligera）等，黄藻门2种小型黄丝藻（Heterotrichales minus），头状黄管藻（Ophiocytium capitatum），隐藻门2种啮蚀隐藻（Cryptomonas erosa），卵形隐藻（Cryptomonas ovata），甲藻门1种光薄甲藻（Glenodinium gymnodinium），裸藻门1种尖尾裸藻（Euglena caudata），绿藻门24种如蛋白核小球藻（Chlorella pyrenoidosa），普通小球藻（Chlorella vulgaris），小空星藻（Coelastrum microporum），空星藻（Coelastrum sphaericum），十字藻（Crucigenia apiculata），斜生栅藻（Scenedesmus obliquus），四尾栅藻（Scenedesmus quadricauda），小形月牙藻（Selenastrum minutum）等。主要为硅藻门的梅尼小环藻，绿藻门的普通小球藻和四尾栅藻。

2.3.4 浮游植物的均匀度与多样性指数

温榆河浮游植物的多样性和均匀度指数见图5，2017年9月温榆河1的多样性指数最高，为5.10，2017年9月温榆河2的多样性指数最低，为1.70。2017年9月的温榆河1均匀度指数最高，为0.90，同一时间的温榆河2最低，为0.37。

图5 温榆河浮游植物多样性与均匀度指数

2.3.5 浮游植物与环境因子间的典范对应分析

2017—2018年温榆河的浮游植物与水体理化数据进行典范对应分析（CCA），并通过分析找出影响温榆河浮游植物的关键环境驱动因子，见图6。其中浮游植物密度（D）和与COD、Chl-a显著相关，生物量（B）与TN显著相关，多样性指数（H）和均匀度指数（J）均与DO显著相关。

图6 温榆河浮游植物与环境因子的CCA分析

2.4 浮游动物群落结构

2.4.1 浮游动物物种统计

调查期间温榆河浮游动物共计检出113种，其中原生动物44种，占36%，轮虫58种占比最多为47%，枝角类9种占比为7%，桡足类9种，占7%，兼性浮游动物3种，占3%（图7）。

图7 温榆河浮游动物种数百分比

2.4.2 浮游动物的密度和生物量

温榆河浮游动物的密度和生物量见图8，各种类所占百分比见图9，浮游动物平均密度为13 442个/L，轮虫的密度最大，占总量的53%，原生动物占39%，枝角类占6%，桡足类占2%，兼性浮游动物占0.1%，整体上看浮游动物密度变化规律为秋季大于夏季，但在2018年9月温榆河1的浮游动物密度比夏季要少。与浮游植物密度的变化趋势相同。浮游动物的平均生物量为68 mg/L，枝角类生物量最多，占比为86%，桡足类占6%，原生动物和轮虫各占4%，兼性浮游动物占0.1%，整体上看浮游动物生物量变化规律是秋季大于夏季，但2017年秋季温榆河1的枝角类有明显下降。

图8 温榆河浮游动物密度和生物量的时空变化

图9 温榆河浮游动物密度和生物量百分比

2.4.3 浮游动物的优势度及优势种

温榆河内浮游动物的优势种共32种，其中原生动物8种，如小单环栉毛虫（Didinium balbianii nanum），湖累枝虫（Epistylis lacustrisc），腔裸口虫（Holophrya atra），钟形钟虫（Vorticella campanula），小口钟虫（Vorticella microstoma）等。轮虫17种，如裂痕龟纹轮虫（Anuraeopsis fissa），角突臂尾轮虫（Brachionus angularis），针簇多肢轮虫（Polyarthra trigla），暗小异尾轮虫（Trichocerca pusilla），壶状臂尾轮虫（Brachionus urceus）等。枝角类3种，如微型裸腹溞（Moina micrura），近亲裸腹溞（Moina affinis），隆线溞（Daphnia carinata）。桡足类1种透明温剑水溞（Thermocyclops hyalinus）。兼性浮游动物1种线虫（nematode）。主要是轮虫类的裂痕龟纹轮虫，角突臂尾轮虫，针簇多肢轮虫。其中针簇多肢轮虫在各个时期均为优势种。

2.4.4 浮游动物的均匀度与多样性指数

温榆河浮游动物的多样性和均匀度指数见图10，2018年9月温榆河1的浮游动物的多样性指数最高，2018年6月温榆河2的浮游动物多样性指数最低，整体上看，浮游动物的多样性指数秋季大于夏季，温榆河1的多样性指数大于温榆河2。2018年9月的温榆河1均匀度指数最高，同年6月的温榆河2最低。从整体上看，浮游动物的均匀度也是秋季大于夏季，温榆河1要大于温榆河2。2017年秋季温榆河1的均匀度较夏季有所下降，但幅度不大。

图10 温榆河浮游动物的多样性指数和均匀度指数

2.4.5 浮游动物与环境因子间的典范对应分析

调查期间浮游动物与水体理化数据采用典范对应分析（CCA），见图11。进而找出影响温榆河浮游动物的环境因子。其中浮游动物生物量（B）与其他环境因子相关较小，密度（D）与COD，SD显著相关，多样性指数（H）和均匀度指数（J）均与TP，pH，NO2-N显著相关。

图11 温榆河浮游动物与环境因子的CCA分析

3 讨论

3.1 温榆河浮游植物的群落结构

温榆河浮游植物群落主要种类组成显示为绿藻-蓝藻型，这个结果也与其他北方河流的研究结果基本上一致（表4）[23-28]。温榆河浮游植物密度以绿藻门占比最多，这一结果与刘静在2015年对温榆河的研究结果出入较大[24]，主要原因可能是温榆河污染程度加重，导致绿藻等大量繁殖，从种类数上来看，大于金沙江和五里湖[27-28]，略小于碧流河[29]，密度上远大于金沙江和碧流河[27-29]，略小于五里湖[28]，生物量远大于金沙江，五里湖和碧流河[27-29]，多样性指数大于金沙湖和五里湖[27，28]，与碧流河相近[29]，从整体上看变化规律是秋季大于夏季，但在2018年9月温榆河1的浮游植物密度较之前有着明显下降，主要是绿藻门密度的大量减少。温榆河的生物量从整体上看是秋季大于夏季，但18年温榆河1秋季的生物量较夏季有下降。温榆河中浮游植物的优势种主要是绿藻门的普通小球藻和四尾栅藻。2018年温榆河1的优势种数量较2017年有明显下降。温榆河1点位多样性从17年秋季后开始明显下降并趋于平稳，温榆河2点位在2017年夏季明显下降，从2017年秋季开始上升，两个点位多样性指数变化趋势相反。2018年9月的温榆河1在浮游植物密度和浮游植物生物量上都有一个明显的下降，初步推测与绿藻的大量减少有关，但具体的原因需要进一步的研究。

表4 温榆河浮游植物与其他水体的比较

3.2 温榆河浮游动物的群落结构

温榆河浮游动物种类组成、密度及百分比均以轮虫和原生动物为主，这一结果与李莉娜等（2008年）对温榆河的研究结果相一致[25]。从种类上看，温榆河的种类数较少，远少于密云水库、白河和碧流河，略小于滴水湖；多样性大于滴水湖[30]，小于密云水库和白河（表5）[31，32]，与碧流河相近[32]；密度远高于滴水湖、密云水库、白河和碧流河[30-32]；生物量也同样远高于这些河流[30-32]。可能的原因是水体富营养化较为严重，朱莹等（2021年）认为当原生动物和轮虫物种数高，而枝角类和桡足类比较低时，说明水体营养物质较为丰富[26]。本次研究结果与该结论一致，证明了温榆河水体营养物质含量较高，水体富营养化程度高，有进一步加剧污染的风险，应予以注意。温榆河浮游动物的生物量主要组成是枝角类，轮虫的密度最高，但生物量较小，可能是由于轮虫的体积较枝角类小，从整体上看浮游动物生物量变化规律是秋季大于夏季，温榆河2大于温榆河1，但2017年秋季温榆河1的枝角类有明显下降，所以导致生物量的下降。温榆河内浮游动物的优势种主要是轮虫，其中针簇多肢轮虫在各个时期均为优势种。枝角类作为生物量的主要组成部分但是优势种很少，可能是温榆河内鱼类的捕食和自身的竞争导致的。整体上看，浮游动物的多样性指数秋季大于夏季，温榆河1的多样性指数大于温榆河2。从整体上看，浮游动物的均匀度也是秋季大于夏季，温榆河1要大于温榆河2。但2017年秋季温榆河1的均匀度较夏季有所下降，但幅度不大，主要是枝角类和桡足类有所下降。

表5 温榆河浮游动物与其他水体的比较

3.3 温榆河水体的富营养化程度

温榆河的水体营养状态在2017年为轻度富营养到2018年变为重度富营养，表明了水体富营养化加重，从水体的理化数据来看，主要是叶绿素a大幅度增加，水中叶绿素a的含量反映了浮游植物的丰度，符合浮游植物密度的变化，所以水体富营养的加剧与浮游植物密度的大量增加相关而浮游植物密度的上升又浮游动物的密度下降相关，由此可见浮游动物、浮游植物和水体之间互相联系，彼此影响。

4 结论

温榆河共发现浮游植物104种，其中蓝藻门20种，硅藻门19种，黄藻门5种，隐藻门3种，甲藻门2种，裸藻门3种，绿藻门52种。平均密度为15.03×106个/L，平均生物量为8.80 mg/L，优势种主要有硅藻门的梅尼小环藻，绿藻门的普通小球藻和四尾栅藻。

温榆河共发现浮游动物113种，其中原生动物44种，轮虫58种，枝角类9种，桡足类9种，兼性浮游动物3种。平均密度为1.34×104个/L，优势种主要是裂痕龟纹轮虫、角突臂尾轮虫和针簇多肢轮虫。水体营养状态在2017年为轻度富营养，到2018年变为重度富营养。表明水体污染程度加剧，要引起重视，尽快加强治理。□