海口市红城湖轮虫群落结构特征分析

朱为菊， 马浩晨, 谭海珍

(琼台师范学院 a. 理学院; b. 热带生物多样性与资源利用实验室， 海南 海口 571127)

0 引言

轮虫是淡水后生浮游动物中种类最丰富的类群，是水生经济动物的重要饵料资源，是水域生态系统食物链的关键环节[1]。由于轮虫对水体环境变化敏感，其群落结构的变化能反映水环境的现状，对水质现状具有一定的指示作用[2]。水体中轮虫的群落结构变化受温度、水体营养状态等因素的影响，因此探究轮虫群落结构与水环境因子之间的关系，对水环境状况评价、保护及其生态修复具有重要的意义。目前国内外对轮虫群落动态变化及其水质指示与评价的研究主要集中在河流[3-5]、湖泊[6-7]、水库[8-9]等水体，对于位于热带地区的城市景观湖轮虫群落结构的研究缺少相应的探索。

城市景观湖是城市水体系统的重要组成部分，在水资源积蓄、区域环境调节及其城市的美化等方面起到一定的作用，然而随着城市化进程的加快，景观湖水体面临着较大的污染压力，导致水环境质量恶化，因此加强城市景观湖生态监测，有助于对水体环境状况的科学研判提供理论依据。

红城湖是海口市中心城区重要景观湖，对于调节区域气候起到非常重要的作用，但是由于周边人口密集，湖区富营养化程度高，水质堪忧。关于红城湖浮游生物的研究，仅见朱为菊等[10]关于红城湖浮游植物群落结构和水质因子进行研究，而对于轮虫群落结构特征未见报道。2016—2017年课题组对红城湖轮虫群落结构进行研究，了解群落结构特征，为湖区改造进行样品的采集、理化数据的分析为该湖泊未来的水生态维护及构建提供科学的根据。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况及样点设置

红城湖位于海南省海口市琼山区，湖水面积33 hm2，平均水深2.5 m，东西长约800 m，南北长约500 m，地理坐标位置为110°20.521′—110°20.737′E，20°0.315′—20°0.439′N。根据红城湖的湖泊特征，设置7个采样点(S1—S7)，S1至S6点为靠近沿岸的点位，S7点为湖中心点位，如图1所示。

图1 2016—2017红城湖浮游植物样品采集样点Fig. 1 Sampling sites in Hongcheng lake during 2016—2017

1.2 样品采集与分析

轮虫采集与鉴定：利用25#浮游生物网收集定性标本，将网放入研究水域浅表至水面下0.5 m处拖动多次，等水滤尽后扭转生物网阀门，缓缓将采集到的样品收到50 mL的标本瓶中，收集完样品之后，加入4%甲醛溶液进行现场固定，带回实验室镜检观察。定量标本的采集用1 L有机玻璃采水器于水面以下0.5 m处采集水样1 000 mL置于采样瓶中。随即按照1.5%体积比加入鲁哥氏液(Lugol)固定，固定完毕后将样品带回实验室静置48 h，利用虹吸法缓缓吸去上清液定容至50 mL，加入4%甲醛溶液保存。使用1 mL浮游动物计数框来对定量样品计数，再在10×10倍的光镜下利用全片计数完成鉴定计数[11]。

水质指标的测定：利用便携式水质分析仪测定水温(WT)、pH值和电导率(Cond)，使用塞氏透明度盘测定水体的透明度(Tran)，并现场取1 L水样带回实验室(现场测完相应数据后，取1 L该湖泊水样带回实验室，进行下一步的数据测定),24 h内测定水体的总氮(TN)、总可溶性氮(TSN)、总磷(TP)、可溶性正磷酸盐(SRP)、可溶性总磷酸盐(TSP)，具体操作方法参照文献[12]。

1.3 数据统计与分析

运用R软件的Rstudio运行窗口进行分析，先对物种做去趋势对应分析(DCA)，然后进行典型相关分析(CCA)或冗余分析(RDA)。

2 结果与分析

2.1 轮虫群落结构时空变化特征分析

本研究共鉴定轮虫18种，发现轮虫密度呈现一定的时间和空间的差异(图2)。

图2 红城湖轮虫细胞密度时空化图Fig. 2 Spatio-temporal change of rotifers cell density in Hongcheng lake

在2016年11月轮虫密度在50～433 个/L范围内浮动，平均值为275 个/L，密度最高值在S6样点，最低值在S1样点。2017年3月轮虫密度在17～1 000 个/L之间波动，平均值为319 个/L，密度最高值在S4样点，最低值在S5和S6样点。2017年7月轮虫密度在17～233 个/L之间波动，平均值为81 个/L，密度最高值在S3样点，最低值在S1和S2样点。在此次研究中，轮虫的种类数与其他研究相比较少[13-14]，且优势种中普遍为耐污种、中污带指示种，这些轮虫的出现指示水体有朝富营养化发展的趋势，其原因可能是该湖位于海口市区，面临较大的生活污染，存在着底泥重金属含量较高的问题[10,15]。有研究表明，轮虫的食物来源较广，如藻类、自养鞭毛虫、细菌及其腐殖质均可作为其食物来源，也使得轮虫分布较广。多数学者研究表明，温度变化影响着轮虫的群落结构，虽然红城湖全年水温变动幅度较窄，但是轮虫的密度仍然呈现一定的时空变化。研究发现轮虫的密度在2017年3月达到最高、7月最低，其原因可能是春季随着气温的增高，水温随之升高，浮游植物大量生长，轮虫的食物增多而开始增殖；而夏季可能会存在轮虫间的种间竞争。从空间来看，轮虫密度较高的样点生境特点主要为种植水草和水域较为开阔的区域，水草为轮虫的生长提供了庇护场所[16]。

2.2 优势种分析

以轮虫相对丰度>2%定义为优势种，本次研究发现轮虫优势种有13种(见表1)，2016年11月优势种数目最多，有9种；2017年3月优势种为9种；2017年7月优势种数目最少，有5种。疣毛轮虫(Synchaeta sp.)在3个月份中均为优势种；微齿角突臂尾轮虫(B.angularisbidens)仅在2016年11月为优势种；圆筒异尾轮虫(T.cylindrica)、角突臂尾轮虫(B.angularis)、裂痕龟纹轮虫(A.fissa)、晶囊轮虫(Asplanchnasp.)在2016年11月和2017年3月均为优势种；鼠异尾轮虫(T.rattus)在2017年3月和7月为优势种；热带龟甲轮虫(K.tropica)和十字龟甲轮虫(K.cruciformis)仅在2017年7月为优势种。分析可知，红城湖的轮虫优势种多是广温性种类和暖温性种类[17]，疣毛轮虫(Synchaetasp.)、晶囊轮虫(Asplanchnasp.)在2016年11月、2017年3月、2017年7月都是优势种，与庞雨佳等人的研究一致[18]，红城湖浮游植物中以蓝藻、绿藻、硅藻居多，有研究指出晶囊轮虫(Asplanchnasp.)能以这些藻类为食[19]。研究发现双棘萼花臂尾轮虫(B.calyctiflorusamphiceros)在2017年7月为第一优势种。郑金秀等[20]研究发现螺形龟甲轮虫是富营养化的指示种，能在富营养化的湖泊中全年占据优势地位，在红城湖水体中十字龟甲轮虫(K.cruciformis)和热带龟甲轮虫(K.tropica)仅在2017年7月为优势种，这也说明水体在夏季面临较大的富营养化的压力。红城湖浮游动物优势种种类数在2016年11月和2017年3月均为9种，高于2017年7月，大多数研究表明浮游植物优势种种类数目多且优势度小，则群落结构会更复杂且稳定。这说明了夏季红城湖浮游动物群落结构简单且不稳定，这可能与水体的温度和其他环境因子的变化有密切的关系。

表1 红城湖轮虫优势种相对丰度Tab. 1 The relative abundance of the dominant rotifers in Hongcheng lake

2.3 浮游动物优势种群落与环境因子的关系

通过对优势种相对丰度进行DCA分析发现，最大梯度长均大于3，因此选用单峰典范对应分析(CCA)进行排序。根据红城湖轮虫群落结构和CCA分析可知，轴1(CCA1)的解释度为38%,轴2(CCA2)的解释度为28%。通过筛选可知pH值(P<0.001)、电导率(P<0.001)为显著解释性的环境变度。水体pH值与轴1呈正相关，电导率与轴1呈负相关，TSN和TP与轴2呈负相关(图3)。CCA分析显示，红城湖浮游动物优势种的变化受水体的温度、电导率、pH值、总可溶性氮、总磷的影响。双棘萼花臂尾轮虫(B.calyctiflorusamphiceros)、鼠异轮虫(T.rattus)与pH值成正相关，晶囊轮虫(Asplanchnasp.)与TP成正相关，疣毛轮虫(Synchaetasp.)与TSN成正相关，十字龟甲轮虫(K.cruciformis)、热带龟甲轮虫(K.tropica)与Cond成正相关。

图3 红城湖轮虫优势种与环境因子CCA分析Fig. 3 CCA analysis of the dominant rotifers and environmental factors in Hongcheng lake

轮虫群落的分布与环境因子的关系密切相关，其中多数学者的研究发现，温度是影响轮虫分布的主要因素之一[20]。虽然在热带地区水温的季节变化幅度小，但是晶囊轮虫(Asplanchnasp.)、鼠异尾轮虫(T.rattus)和双棘萼花臂尾轮虫(B.calyctiflorusamphiceros)在温度较高的夏季数量较高。本研究发现影响红城湖轮虫优势种群落的主要因子为水体的pH值和电导率，这与夏品华等[21]的研究结果一致。水体理化因子的影响首先体现在浮游植物的生长情况，通过影响其生长状况，间接对以浮游植物为食的轮虫产生影响[22]。多数研究表明，氮磷营养盐的浓度是影响浮游动物群落动态变化的重要因素[23]。本研究CCA分析显示，总可溶性氮和总磷是轮虫优势种的影响因子，尤其是长三肢轮虫(F.longisela)、晶囊轮虫(Asplanchna)与TP成正相关，臂尾轮虫(Brachionus)、疣毛轮虫(Synchaeta)与TSN成正相关。在水体富营养化进程中，氮磷营养盐浓度是其主要指标，这也说明了长三肢轮虫、晶囊轮虫、臂尾轮虫、疣毛轮虫能指示水体的富营养化程度。龚森森等[14]研究发现，广营养型的广布多肢轮虫在营养盐较高的水体中较易形成优势种类。

3 结论

红城湖轮虫种类数较少，群落具有一定的时空变化，且优势种多为耐污种、中污带指示种，水温、水体的理化指标影响轮虫群落结构的变化。红城湖轮虫群落结构较为简单且不稳定，指示红城湖水体有富营养化趋势。建议相关部门定时开展生态环境监测，并增加水生生物指标对水环境进行评价。湖边可适当种植水生植物，增加轮虫的生活场所，进而增加水生生物的种类，有助于推动红城湖水生态环境的可持续发展。

2019—2020年红城湖区进行了工程改造，包括底泥疏浚、水生植物的栽种及沿岸道路硬化等措施。改造后的湖区生态状况稳定需要1～2年时间。因此有必要在2022—2023年跟踪湖区改造后生物指标及理化指标的变化情况，比较湖区改造前后红城湖水体生态环境状况的变化情况。