济南市雪野湖浮游生物群落结构特征及多样性分析

徐珊 于莉 徐秋云 陈聪 白海锋

摘要为了解济南市湖库水生生物资源状况，有效保护城市水生态环境，于2021年秋季对雪野湖开展了浮游生物调查。结果显示，共采集到浮游植物6门40种，其中绿藻门种类数最多，占浮游植物总种类数的35.00%，浮游植物密度和生物量平均值分别为10.06×106 cell/L、12.88 mg/L，优势种有5种。采集到浮游动物4类13种，其中轮虫种类数最多，占浮游动物总种类数的38.46%，浮游动物密度和生物量平均值分别为1.93 个/L、0.013 mg/L，优势种有5种。浮游植物和浮游动物Shannon-Wiener多样性指数平均值分别为1.554、1.556，Pielou均匀度指数平均值分别为0.467、0.966，Margalef丰富度指数平均值分别为1.059、2.873。生物多样性指数水质评价表明，湖区水质整体处于中污染状态，污染程度存在区域差异。

关键词浮游生物；群落结构；生物多样性；水质评价；雪野湖

中图分类号X 17文献标识码A

文章编号0517-6611（2023）24-0056-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.24.013

Analysis of Plankton Community Structure and Its Diversity in Xueye Lake of Jinan City

XU Shan，YU Li，XU Qiuyun et al

（Jinan Hydrology Office，Jinan，Shandong 250013）

AbstractIn order to understand the status of aquatic resources in the lake and reservoir，and effectively protect the urban water ecological environment，the plankton in Xueye Lake was investigated in the autumn of 2021.The results showed that there were a total of 40 species of phytoplankton belonging to 6 phyla，among which chlorophyta accounted for 35.00% of the total phytoplankton species，and the average density and average biomass of phytoplankton were 10.06×106 cells/L and 12.88 mg/L，respectively.There were 5 dominant species in phytoplankton.A total of 13 zooplankton species belonging to 4 groups were identified，in which the number of rotifera species was the most，accounting for 38.46% of the total zooplankton species，and the average density and average biomass of zooplankton were 1.93 ind./L and 0.013 mg/L，respectively.There were 5 dominant species in zooplankton.The average ShannonWiener diversity index of phytoplankton and zooplankton were 1.554 and 1.556，the average Pielou evenness index of phytoplankton and zooplankton were 0.467 and 0.966，the average Margalef richness index of phytoplankton and zooplankton were 1.059 and 2.873，respectively.The water quality evaluation of the diversity index showed that the water quality of the Xueye Lake was in the state of medium pollution，and the pollution degree was different in every research area.

Key wordsPlankton;Community structure;Biodiversity;Water quality assessment;Xueye Lake

浮游生物是湖泊、水库等水域的主要生产者和消费者，是水生态系统中重要的组成部分［1］。浮游生物的种类组成和数量分布在理化参数的影响下呈现出广泛的时空变化［2］，这种变化通常被认为是由环境参数例如温度、水流、光照、溶解氧、营养盐等的上行效应和滤食性鱼类、滤食性底栖动物等的下行效应控制，这些因子发生变化将在一定程度上影响浮游生物群落结构，改变其多样性。浮游生物不仅是影响湖库水体透明度的主要因素，也是湖库水生态修复的关键因素。浮游生物具有采集方便、对环境变化敏感等特点，对维持健康的水生生态系统至关重要，因此常被作为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］。

济南市雪野湖为山区丘陵型湖库，是一座集防洪、工农业供水、水产养殖、旅游科普等多功能于一體的大型水利工程。雪野湖湖面开阔，岸线曲折，四周群山环抱，周边有诸多河流水系，其中通天河和嬴汶河为大汶河的上游支流，是雪野湖的主要汇水河流，受区域降水量和上游来水量的影响，湖区水位全年变化幅度较大［4］。近年来，随着雪野湖周边城市化速度的加快，人类剧烈的社会活动、过度的养殖捕捞、严重的水质污染和大气污染等对湖区生态环境造成了重大影响，导致浮游生物的生存环境发生了变化，群落结构出现了演替［5］。该研究于2021年9—10月对雪野湖浮游生物进行调查分析，探索浮游生物群落组成、优势种变化、密度空间分布及其多样性，以期为济南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调查区概况与采样点设置

雪野湖（36°24′～36°27′N，117°30′～117°38′E）位于山东省济南市莱芜区北部，处于大汶河上游，距离济南市中心46 km，其流域面积444.0 km2，水域面积12.5 km2，蓄水量2.21×108m3，平均水位为 232.8 m［6］。雪野湖气候属暖温带大陆性季风气候，四季分明，温差较大，年平均气温11.0～13.0 ℃，年极端最高气温为39.2 ℃（7月），极端最低气温为-21.8 ℃（1月），年降水量为760.9 mm，年平均最大风速为13.5 m/s。根据雪野湖的水文、地势及地貌特征，于2021年9—10月对湖区浮游生物资源进行了分布特征调查，此次调查共设置6个调查区域（X1～X6）（图1）。其中，X1 和X3位于湖上游的湖叉区，X2位于湖上游的通天河入湖区，X4和X5分别位于湖中游和下游的敞水区，X6 位于湖下游的码头区（嬴汶河的入湖处）。每个区域设置3个平行采样点，共设置采样点12个。

1.2浮游生物采集与鉴定

根据雪野湖水流及水深的具体情况，参照《内陆水域渔业自然资源调查手册》在各调查点对浮游植物和浮游动物进行定性和定量采样。浮游植物定性用25#浮游生物网采集，在水面下0.5 m处呈“∞”型拖拽；定量样品用5 L有机玻璃采水器在水面下0.5 m处采集水样1 L，定性、定量样品现场加入1.5%（V/V）鲁哥试剂固定，将收集的样品带回实验室静置沉淀24 h后浓缩至30 mL待检。浮游植物的细胞计数在400倍生物显微镜下进行，种类鉴定参照相关文献［7］进行。

浮游动物采集使用5 L有机玻璃采水器，在每个采样点采集中上层水样并均匀混合，从混合水样中取1 L对轮虫和原生动物进行定量采集，加入1%（V/V）鲁哥试剂固定，带回实验室沉淀24 h后浓缩并定容到30 mL。枝角类与桡足类定量样品用采水器取均匀混合水样50 L，用25#浮游生物网过滤浓缩，用4%甲醛溶液现场固定后带回实验室镜检、分类与计数，种类鉴定参照相关文献［8-9］进行。

1.3数据处理与分析

1.3.1浮游生物群落多样性。采用Shannon-Wiener多样性指数（H′）、Pielou均匀度指数（J）和Margalef 丰富度指数（D）对浮游生物物种进行分析［10］。计算公式如下：

H′=-（Pilog2Pi）（1）

Pi=ni/N（2）

J=H′/H′max（3）

H′max=log2S （4）

D=（S-1）/log2N（5）

式中：Pi为第i种的个体数与总个体数的比值；ni为第i种个体数；N为所有种个体数；S为样品中总种类数。

浮游生物多样性指数水质评价标准如表1所示，可分为5个等级［11］。

1.3.2浮游生物群落优势种与常见种。优势种的确定采用优势度（Y），计算公式如下：

Y=（Ni/N）fi（6）

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［12］。

2结果与分析

2.1浮游生物种类组成

雪野湖共鉴定出浮游植物6门40种，绿藻门最为丰富，有14種，占总种类数的35.00%，其次是硅藻门12种，占比为30.00%，蓝藻门7种，占比为17.50%，隐藻门3种，占比为7.50%，裸藻门2种，占比为5.00%，甲藻门2种，占比为5.00%（表2和图2a）。各调查区的浮游植物门类组成和物种数存在差异，其中种类数最多的是调查区X5（25种），最少的是调查区X2（8种），平均每个调查区有10种。

浮游动物共鉴定出4类13种，其中轮虫有5种，占总种类数的38.46%，原生动物有5种，占比为38.46%，枝角类有1种，占比为7.69%，桡足类有2种，占比为15.39%（表2和图2b）。浮游动物种类组成在不同调查点位上存在差异，其中种类数最多的调查区是X1（6种），最少的调查区是X4（2种）、X5（2种）、X6（2种），平均每个调查区有3.5种。

2.2浮游生物密度与生物量

雪野湖浮游植物密度和生物量空间变化及组成占比如图3所示。浮游植物密度为61.41×104～2 473.57×104 cell/L，

平均值为1 005.80×104 cell/L，其中蓝藻门密度占比最高，占浮游植物总密度的92.06%，其次是绿藻门，占比为5.07%，硅藻门占比第三，隐藻门占比第四，占比分别为1.52%、1.19%，裸藻门和甲藻门占比较小，合计占比为0.16%。调查区X6的浮游植物密度相对最大（2 473.57×104 cell/L），其中蓝藻门密度占比最高，占X6浮游植物总密度的90.62%;调查区X3的浮游植物密度相对最小（61.41×104 cell/L），蓝藻门密度占比最高，占X3浮游植物总密度的50.11%。

浮游植物生物量为2.09～56.98 mg/L，平均值为12.88 mg/L，其中蓝藻门占比最大，为77.46%，其次是硅藻门，占比为11.93%，绿藻门占比第三，隐藻门占比第四，占比分别为 5.66%、3.33%，裸藻门和甲藻门占比较小，合计占比为1.62%。调查区X2的浮游植物生物量相对最大（56.98 mg/L），其中蓝藻门生物量占比最高，占X2浮游植物总生物量的97.77%；调查区X3的浮游植物生物量相对最小（2.09 mg/L），其中硅藻门生物量占比最高，占X3浮游植物总生物量的93.77%。

雪野湖浮游动物密度和生物量空间变化及组成占比如图4所示。浮游动物密度为0.80～4.00个/L，平均值为1.93个/L，其中轮虫密度占比最高，占浮游动物总密度的34.48%，其次是原生动物，占比为31.04%，桡足类占比第三，为20.69%，枝角类占比最小，为13.79%。调查区X1的浮游动物密度相对最大（4.00个/L），其中轮虫密度占比最高，占X1浮游动物总密度的50.00%；调查区X4、X5的浮游动物密度相对最小（均为0.80个/L），其中原生动物和轮虫密度各占X4总密度的50.00%，原生动物和枝角类密度各占X5总密度的50.00%。

浮游动物生物量0.001～0.047 mg/L，平均值为0.013 mg/L，其中枝角类占比最大，为41.74%，其次是桡足类，占比为31.30%，轮虫占比第三，为26.87%，原生动物占比最小，为0.09%。调查区X2的浮游动物生物量相对最大（0.047 mg/L），其中枝角类生物量占比最高，占X2浮游动物总生物量的51.06%；调查区X3的浮游动物生物量相对最小（0.001 mg/L），其中原生动物生物量占比最高，占X3浮游动物总生物量的100%。

2.3浮游生物优势种与常见种

从表3可以看出，雪野湖浮游生物优势种有10种，其中浮游植物优势种5种，全部属于蓝藻门，主要包括微小平裂藻（Merismopedia tenuissima）、不定微囊藻（Microcystis incerta）、两栖颤藻（Oscillatoria amphibia）、小席藻（Phormidium tenus）、类颤藻鱼腥藻（Anabaena osicellariordes）；浮游动物优势种有5种，其中原生动物1种（球形砂殼虫Difflugia globulosa），轮虫2种（缘板龟甲轮虫Keratella  ticinensis、前节晶囊轮虫Asplachna priodonta），枝角类1种（长额象鼻溞Bosmina longirostirs），桡足类1种（台湾温剑水蚤Cyclops strennus）。雪野湖浮游生物常见种有3种，其中浮游植物常见种2种，主要包括啮蚀隐藻（Cryptomonas erosa）、类颤藻鱼腥藻（Anabaena osicellariordes），浮游动物常见种1种，即球形砂壳虫（Difflugia globulosa）。

2.4浮游生物多样性与水质评价从图5可以看出，雪野湖浮游植物Shannon-Wiener多样性指数（H′）为0.272～3.083，平均值为1.554，最高值出现在X1调查区，最小值出现在X2调查区；浮游动物Shannon-Wiener多样性指数（H′）为0.917～2.721，平均值为1.556，最高值出现在X1调查区，最小值出现在X6调查区。浮游植物Pielou均匀度指数（J）为0.091～0.928，平均值为0.467，最高值出现在X1调查区，最小值出现在X2调查区；浮游动物Pielou均匀度指数（J）为0.910～1.000，平均值为0.966，最高值出现在X3、X4、X5调查区，最小值出现在X2调查区。浮游植物Margalef 丰富度指数（D）为0.634～1.347，平均值为1.059，最高值出现在X3调查区，最小值出现在X2调查区；浮游动物Margalef 丰富度指数（D）为2.165～7.604，平均值为2.873，最高值出现在X3调查区，最小值出现在X2调查区。参照浮游生物多样性指数水质评价标准，依据浮游植物和浮游动物多样性指数、均匀度指数和丰富度指数，雪野湖秋季水质处于中污染状态，各调查区水质状况存在差异。

3讨论与结论

3.1浮游生物群落结构变化特征

在水生生物种群中，浮游生物个体小、具有较短的生活史，对环境变化响应迅速，生活史过程与湖泊水库的自然水文密切相关，其种类、密度和多样性直接影响水域生态系统的结构和功能。随着湖库水体富营养化程度提高，浮游生物群落结构区域简单，种类减少，数量增加，多样性指数降低，生物群落稳定性下降［13］。此次调查发现雪野湖水体中浮游植物物种组成以绿藻和硅藻占主导，水体呈现出绿-硅藻型，浮游动物的种类数以小型浮游动物（原生动物、轮虫）为主，这与国内已报道的相关湖泊、水库、池塘等水体研究结果相似［14-16］。由于浮游植物中的绿藻和硅藻具有快速适应水环境变化等特点，浮游动物中的轮虫具有孤雌生殖、生长周期短、对环境变化敏感等特点，使其能快速在水体中占据优势。浮游生物群落结构趋于小型化的特征，很大程度上与湖区周边城镇发展及农业开发密切相关。此次调查分析共发现浮游生物优势种10种，其中浮游植物优势种主要为蓝藻门种类，优势种较为简单；浮游动物优势种相比2019年雪野湖调查结果，增加的种类主要是球形砂壳虫、缘板龟甲轮虫、前节晶囊轮虫、台湾温剑水蚤等的种类。浮游植物出现的微囊藻和鱼腥藻类均是水体富营养化的标志［17］，浮游动物出现的龟甲轮虫和晶囊轮虫类均为β-中污带的指示物种［5］。浮游生物相比同一区域的大明湖［18］和小清河［19］，优势种均较为丰富。优势种间的差异主要与湖泊和河流所处的地理位置及生态环境有关。

该研究各调查区浮游植物密度为61.41×104～2 473.57×104cell/L，浮游动物密度为0.80～4.00个/L，浮游植物的生物量为2.09～56.98 mg/L，浮游动物的生物量为0.001～0.047 mg/L。与2019年雪野湖浮游生物的调查结果［5］相比较，此次调查获得的浮游生物的密度和生物量相对偏低，但与同一区域的湖库、河流和湿地［5］相比较，此次雪野湖浮游生物的密度和生物量相对较高。有研究表明，蓝藻和轮虫喜欢富营养环境，水体营养状态的提升有利于蓝藻和轮虫种类密度的提高，硅藻、绿藻及枝角类喜还原性的中营养或贫营养的清洁水体，其对水环境的变化响应能力更为敏感，而大型藻类及桡足类受环境因子的影响相对较少［20］。该研究结果显示浮游生物密度主要是由蓝藻和轮虫占比较大，大型藻类及浮游甲壳类密度所占比例相对较低。

3.2浮游生物多样性及水环境质量初步评价

物种多样性是衡量生物群落结构的基本特征之一，Shannon-Wiener多样性指数主要反映生物群落结构的复杂性，是表示生物群落内种类多样性的程度的量纲数值，通过结合生物种类、数量等参数比较客观地反映生境对生物产生的综合累积效应，多样性指数在一定程度上可以反映水质好坏状况，数值越大，表明浮游植物群落结构越稳定，水质相对较好，反之则相对较差［21］。Margalef丰富度指数用于对同一地点进行群落种类的多样性比较，其值表示的水质类型与Shannon-Wiener多样性指数接近，Pielou均匀度指数是实际多样性与理论最大多样性的比值，反映各个物种个体数目在群落中分配的均匀程度［22］。

此次调查发现，雪野湖生物多样性指数和均匀度指数均相对较高，与2019年的调查结果相比多样性指数和均匀度指数增加，丰富度指数降低；与同一区域的湿地调查结果相比，济西湿地多样性指数比雪野湖高46.45%［23］；与河流调查结果相比，徒骇河多样性指数比雪野湖高84.97%［24］。多样性指数的差异与湖区生境密不可分，生境发生变化，生物群落多样性在空间上会随之作出响应，以便较快适应新的生境。根据生物多样性水质评价标准，雪野湖水质状况为中污染，水环境质量与白云湖（β-中污染）、小清河（α-中污染）和济西湿地（β-中污染）基本一致［5］；与以往调查结果［5］相比，雪野湖的浮游生物水质评价结果变化不大，水环境质量一直保持在α-中污染至β-中污染，表明湖区的水质在一定时期内受到污染，环境治理和生态保护亟待加强，以改善水环境质量提高水生生物多样性。

3.3湖区水生态保护措施

雪野湖是济南重要的水资源与水生态区，其水生态系统的健康直接关系到人类的发展。雪野湖区周边主要为发展休闲度假旅游区，环湖地区主要分布国际航空园、国际度假区等旅游项目。雪野湖是济南莱芜区最大的地表水水源地，据资料分析，雪野湖库区经过兴利库容，减少弃水，环境容量及儲水量有所提高，在保证现有工农业用水的情况下，每年还可以提供工业或城市供水2.54×107 m3［25］。近年来，由于湖库调储运行和自然环境变化以及湖滨滩地资源过度开发等原因，导致湖区自然生态系统逐渐退化。尤其是大坝建成后随着河水流速的减缓，库区内水体的自净能力减弱，加之上游及库区周边人类活动产生的垃圾及污染物进入湖区，造成水体污染，水质量降低，生物群落减少，生态系统的平衡遭到破坏。基于此，根据湖库水体保护要求，应在湖区划定分级保护区，在保护区禁止一切不利于保护生态系统水源涵养功能的经济社会活动和生产方式，同时在湖区浅水区通过采取种植水生植物等手段，增强水体的生态调节能力。此外，在保护水资源和水环境的同时通过科学增殖放流，合理利用水体，以鱼养水，实现更大的生态效益，为区域生态保护和高质量发展提供有力支撑。

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