淄博市乌河浮游动物多样性调查

石 恺,曾 丹,陈 琪,商颖欣,王 刚

(1.淄博市水文中心,山东淄博 255000;2.大连海洋大学水产与生命学院,辽宁大连 116023)

乌河发源于山东省淄博市临淄区辛店街道矮槐树村的棉花山、打虎山等山丘区,全长60km,淄博境内河段长20.85km,河床宽30m～50m,流域面积160.03km2。乌河流经临淄区的凤凰镇、朱台镇、起凤镇多个乡镇后汇入小清河,乌河主要功能为承担汛期排涝和部分生活污水处理后的排放,是北方较为典型的城镇河流[1]。乌河流域属半湿润半干旱的大陆性气候区,全年平均气温12.3℃～13.1℃,极端最高气温42.1℃(7月份),极端最低气温-23.2℃(1月份)。年平均日照时数为1871hrs,年平均霜冻期120d,年平均降水量为550.6mm～750.0mm,全年64.1%的降水量集中在夏季(6月～8月),年平均蒸发量为1000mm～1300mm,年平均风速3.3m/s。乌河流域降水量高度集中7月～8月份,极易形成“春旱、夏涝、晚秋又旱的气候特征”,全年有73.1%的雨量集中在汛期6月～9月份[2]。近年来,随着乌河周边城镇化速度的加快,人类聚集和工农业发展致使水质富营养化和大气污染以及地下水水位下降等因素对乌河生态环境造成了重大影响,导致水生生物的生存环境发生了变化,其群落结构出现了不同程度演替,生物多样性呈下降趋势。为此,为有效修复河流生态环境,改善民生,还人民群众一个美丽的乌河,当地政府对乌河实施了综合治理,并将其列入全区为民办的十件实事之一。

浮游动物是水生生物重要的组成部分,是水生态系统中重要的初级消费者,对水环境变化敏感,通过食物链的“上行-下行效应”响应环境变化和调节生态系统平衡。浮游动物是生态系统进行营养转化、能量流动和信息传递等生态过程中重要的环节,是评价水环境质量变化与水生态系统健康的重要指示生物[3]。因此,了解和掌握浮游动物群落结构特征和多样性,可以更有利于调整和保护河流水生态系统,以便于更好地为人类提供可持续的高质量生态服务[4]。基于此,2022年9月对乌河浮游动物群落和多样性进行了调查,以期为淄博地区水生生物资源的保护和水生态健康评价提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 调查时间及调查点位

根据乌河的水文、地势及地貌特征,于2022年9月对乌河淄博段浮游动物进行了分布特征调查,此次调查共设置5个调查断面(W1～W5)(图1)。其中,调查断面W1、W2位于河流下游,调查断面W3、W4位于河流中游,调查断面W5位于河流上游。每个调查断面采集3个平行样,共采集水样15个。

图1 乌河调查断面示意

1.2 浮游动物样品采集与鉴定

根据乌河水流及水深的具体情况,在各调查断面对浮游动物进行定性和定量采样。定性样品用25 #浮游生物网采集,在水面下0.5m处呈“∞”型拖拽。定量样品使用5L有机玻璃采水器采集,在每个采样点采集中上层水样,取1L进行轮虫和原生动物定量,加入1%体积鲁哥氏液固定。用采水器取中上层水样50L进行枝角类和桡足类的定量,用25#浮游生物网过滤浓缩后加入4%的甲醛溶液现场固定,所有样品带回实验室沉淀24hrs后浓缩并定容到20mL～30mL。在实验室参照相关文献[5-7]进行镜检、分类与计数。

1.3 数据处理与分析

1.3.1 浮游动物群落多样性

采用Shannon- Weiner多样性指数(H′)、Pielou均匀度指数(J)对浮游动物物种进行分析。计算公式:

H′=-∑Pilog2PiJ=H′/log2S

式中,Pi为第i种的个体数与总个体数的比值;S为样品中总种类数。

1.3.2 浮游动物群落优势种和常见种

优势种的确定采用优势度(Y),计算公式:

Y=(Ni/N)fi

式中:Ni为第i种生物的个体数,N为所有种类的总个体数,fi为某种浮游生物出现的频率。Y≥0.02的物种确定为优势种,f≥65%的物种确定为常见种。

1.3.3 生物多样性指数水质评价标准

生物多样性指数水质评价标准如表1,可分为5个等级[8]。

表1 生物多样性指数水质评价标准

2 调查结果

2.1 浮游动物群落组成

乌河共鉴定出浮游动物4类50种。其中轮虫有32种,占总种类64.00%;原生动有7种,占总种类数14.00%;桡足类有7种,占总种类数14.00%;枝角类有4种,占总种类数8.00%(图2)。浮游动物种类组成在不同调查断面上存在差异,其中种类数最多的调查断面是W1,有33种;调查断面W5种类数最少,有11种(图3)。

图2 浮游动物种类组成

图3 浮游动物种类空间变化

浮游动物群落组成中共出现优势种4种,其中轮虫有3种:萼花臂尾轮虫(Brachionuscalyciflorus)、角突臂尾轮虫(Brachionusangularis)和曲腿龟甲轮虫(Keratellavalga);桡足类1种:无节幼体(Nauplius)。优势度最高的是曲腿龟甲轮虫(优势度0.226)。常见种有7种,除了4种优势种外,还包括球形砂壳虫(Difflugiaglobulosa)、长圆疣毛轮虫(Synchaetaoblonga)和桡足幼体(Copepodite),三种的出现频率均为80%(表2)。

表2 浮游动物优势种及常见种

2.2浮游动物密度和生物量

浮游动物密度范围为32.5ind./L～1558.0ind./L,平均密度为492.4ind./L,密度主要取决于轮虫,轮虫密度占浮游动物总密度的79.47%,其次是桡足类,密度占比为18.03%,原生动物密度占比为2.17%,枝角类密度相对较小,占比为0.32%(图4)。浮游动物密度在调查断面存在差异,调查断面W1密度最高,调查断面W4密度最低(图5)。

图4 浮游动物密度空间占比

图5 浮游动物密度空间变化

浮游动物生物量变化范围为0.053mg/L～5.361mg/L,平均生物量为1.309mg/L,轮虫生物量占总生物量的63.45%,桡足类占比为32.70%,枝角类生物量占比为3.82%,原生动物生物量相对较小,占比为0.02%(图6)。浮游动物生物量在调查断面存在差异,调查断面W1生物量最大,调查断面W4生物量最小(图7)。

图6 浮游动物生物量空间占比

图7 浮游动物生物量空间变化

2.3 浮游动物多样性

乌河浮游动物Shannon-Wiener多样性指数(H′)变化区间为1.711～3.236,平均值为2.590,最高值出现在调查断面W1,最小值出现在调查断面W5(图8)。Pielou均匀度指数(J)变化区间为0.444～0.784,平均值为0.617。最高值出现在调查断面W4,最小值出现在调查断面W2(图8)。参照生物多样性指数水质评价标准,依据浮游动物Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数,乌河秋季(9月份)水质整体受到轻度污染。

3 分析与讨论

浮游动物在水域生态系统中有着十分重要的地位,其对水质变化比较敏感,其数量、种类易受水体生态环境影响,不仅可作为指示性生物进行水体污染监测,而且对污染物有指示、富集及转化作用,因此,在水域生态系统中浮游动物对水环境净化和水生态毒性分解具有重要作用[9]。该调查共鉴定浮游动物50种,以轮虫和桡足类占主导,优势种主要为角突臂尾轮虫、萼花臂尾轮虫、曲腿龟甲轮虫,其种类组成具有典型的北方河流浮游动物群落结构特征[10]。浮游动物种类数相比大于同一区域的小清河济南段的浮游动物种类数[11],与山东省济南市其它湖库和湿地浮游动物种类调查结果[12]相比存在差异,种类组成的差异主要在于不同水体在特定时期可能会演替出不同的生物群落结构。从研究结果可以看出,乌河浮游动物个体小型化比较明显,浮游动物主要以小型轮虫为主,分析原因可能与乌河水域生态环境中的营养盐结构的变化有关。在全球气候变暖的背景下,水温的提升和氮磷比例的变化给浮游生物的生长繁殖提供了适宜的条件,小型浮游生物的生长周期短,繁殖速度快,对水体中生态位的占领具有绝对优势,因此,其大量繁殖抑制大型浮游生物的生长繁殖,最终导致浮游生物的种类朝着小型化发展[13]。

种群多样性是衡量生物群落是否稳定的方式之一。一般可通过多种指数来表示,Margalef丰富度指数比较依赖物种数,能充分反映物种种类的分布情况,Shannon-Wieaver多样性指数一般用于判断群落结构的复杂程度,Pielou均匀度指数则判断各物种个体数量分配的均匀程度[14]。该调查结果显示,乌河浮游生物多样性指数变化范围在1.711～3.236,平均值为2.590,整体处于相对较高水平,根据浮游动物水质评价标准[8]显示该流域水质处于轻污染状态,与徒骇河流域[15]水体状况相比水环境质量相对较低,而与徒骇河济南段[16]的水体相比质量基本一致,2005年宋尚波[17]通过采用理化指标评价乌河水环境质量为Ⅴ类,该次调查结果与其相比水质量得到了大幅提高。从乌河水域水环境质量状态时间序列来看,乌河目前的水质相比2010年之前均有提高,这表明加强乌河水文连通、增加乌河水量、减少生活污水排放在一定程度上可有效改善乌河流域的污染状况。

2010年乌河进行河道综合治理,治理河道全长30km,通过清淤除污、更换河水、堤岸绿化美化、修葺桥梁栈道等措施,恢复了昔日风景秀丽的面貌。工程治理完成后,乌河水质得到了极大改善,两岸环境大幅提升,实现了“人在花中走,鱼在水中游”的目标,区域人民生活质量普遍提高。目前,乌河已成为淄博重要的城郊湿地休闲地,也是淄博市重要的水生态治理展示基地、科普宣教基地。因此,研究河流水生生物群落结构及其多样性可为淄博市水生态保护和区域高质量发展提供支撑。