大庆水库水生生物群落结构及水生态系统健康评价研究

关键词：大庆水库；水生生物；群落结构；环境因素；生态健康评价

前言

生物与环境之间相互作用，不同物种受到环境因素的影响程度不同，不同环境因素对不同物种的影响也不同。浮游生物和底栖动物是水体生态系统中的重要类群，在生物监测方面具有重要意义。大庆水库是大庆市的重要饮用水水源地之一。研究在大庆水库选取10个典型研究位置，对浮游生物及底栖动物进行了3次系统调查，了解分析大庆水库的群落结构特征及其主要影响因子，综合评价大庆水库水生态系统健康状况，以期为大庆水库水生态系统健康预警及可持续发展利用提供参考。

1材料与方法

1.1采样信息

为了系统评价大庆水库水生态系统健康现状，在大庆水库共设置了10个样点。野外调查分别于2022年7月、2023年6月和2023年9月进行，野外采样调查监测指标包括水质、浮游植物、浮游动物和底栖动物。2023年6月S1及S2点位因现场条件限制，未进行采样。

1.2样品采集与处理

水质采用采水器采集，使用哈希便携式多参数分析仪（HACH HQ40）现场测定pH及电导率。用于测定总氮（TN）、总磷（TP）、氨氮（NH3-N）、化学需氧量（COD）及高锰酸盐指数的水样采样后加入浓硫酸使pHlt;2，用于测定五日生化需氧量（BODs）的水样直接4℃低温保存，运回实验室后尽快完成测定。

浮游植物定量分析样品采集1L。浮游动物甲壳类定量样品采集20L水样过滤，原生动物与轮虫定量样品与浮游植物定量样品共用。使用25号浮游生物网划“∞”形采集定性样品，滤缩液加入鲁哥试液（终浓度为1%）固定。底栖动物用1/16m2规格的彼得森采泥器采集沉积物，过40目孔径筛网后将残渣装于封口袋中放人保温箱保存，挑取底栖动物样品后转移到50mL聚乙烯瓶中用甲醛固定。

1.3数据分析

物种多样性指数：采用香农维纳多样性指数（Shannon-Wiener H’）、Margalef丰富度指数（d）和Pielou均匀度指数（J'）对物种多样性进行分析，计算各类群优势度（Y），若Y≥0.02，表明该物种为优势种。

统计分析：使用CANOCO for Windows 5.0软件对不同次调查浮游生物与环境因子进行排序分析。单因素方差分析通过SPSS27.0完成。

2结果与分析

2.1不同时期水生生物组成及优势种

2022年7月浮游植物检测到7门66种，以绿藻门和和硅藻门为主。其中，绿藻门种类数最多，为29种；其次为硅藻门17种，优势种有5种。2023年6月浮游植物7门57种，以绿藻门为主。绿藻门包括38种；硅藻门等其他6个门类占33.33%，优势种有8种。2023年9月检测到8门55种，以绿藻门和和硅藻门为主。其中，绿藻门28种，硅藻门9种，优势种有6种。

2022年7月浮游动物57种，其中原生动物15种，轮虫24种，枝角类8种，桡足类10种，优势种有6种。2023年6月浮游动物57种，其中原生动物11种，轮虫11种，枝角类6种，桡足类8种，优势种共9种。2023年9月浮游动物36种，其中原生动物9种，轮虫13种．枝角类7种，桡足类7种，优势种7种。

2022年7月底栖动物10种，隶属于3门4纲5科。其中节肢动物门摇蚊科5种，其次为软体动物门4种，环节动物门1种，优势种共4种。2023年6月底栖动物7种，隶属于3门4纲5科。其中节肢动物门3种，其次为软体动物门3种，环节动物门1种，优势种同2022年7月。2023年9月底栖动物13种，隶属于3门3纲5科。其中节肢动物门9种，其次为环节动物门3种，软体动物门1种，优势种共4种（见表1）。

2.2不同时期水生生物密度

2022年7月浮游植物密度变化处于6.40x106～15.41×106cells/L之间；2023年6月密度变化处于9.83×106～17.78×106cells/L之间；2023年9月密度总体较高，处于18.28×106～154.37×106cells/L之间。2023年9月密度高于2023年6月，2023年6月高于2022年7月，但均无显著差异（Pgt;0.05）；2023年9月密度显著高于2022年7月（Plt;0.05）。

2022年7月浮游动物密度变化处于512.2～1120.4ind. /L之间；2023年6月密度变化处于275.0～2028.5ind./L之间；2023年9月不同点位浮游动物密度处于402.6～1603.3ind./L之间。3次调查之间均无显著差异（Pgt;0.05）。

2022年7月及2023年6月底栖动物密度变化均在32～288各/m2之间；2023年9月在112～608个/m2之间。3次调查之间均无显著差异（Pgt;0.05）。

2.3水生生物多样性及水质评价

浮游植物香农维纳多样性指数（H'）2022年7月为1.73～2.36；Margalef丰富度指数（d）为1.45～2.06，Pielou均匀度指数（J）0.54～0.67;2023年6月H为2.06～2.44，d为1.61～1.92，J'0.61～0.71;2023年9月H为1.00～2.38，d为0.95～1.67，J为0.34～0.73。浮游动物2022年7月H为1.42～2.51，J为0.50～0.80;2023年6月H为1.38～2.27，J为0.49～0.79；2023年9月H为1.17～2.33，J为0.46～0.79。底栖动物2022年7月H为0～1.45；2023年6月为0～1. 15；2023年9月为0～2.13。

浮游植物3次H平均值处于2～3，显示水体污染类型为中污；d平均值处于1～2，显示水体污染类型为a-中污；Pielou指数均大0.5，水体污染类型为寡污或无污染。浮游动物H平均值略低于浮游植物，处于1～2，显示水体污染类型为a一中污；Pielou指数均大于0.5，水体污染类型为寡污或无污染。底栖动物H平均值最低，处于1～2，显示水体污染类型为a-中污。表明浮游生物分布相对均匀，浮游植物丰富度最高，底栖动物最低。

2.4环境参数

2022年7月未测定pH，2023年6月及9月pH在8.00～8.70，整体上水体偏碱性，6月总体高于9月（Plt;0.01）。2023年6月高锰酸盐指数显著高于2022年7月（Plt;0.05），其他指标与2022年7月无显著差异。2023年9月COD显著高于6月（Plt;0.01）和22年7月（Plt;0.05）；氨氮也显著高于6月和22年7月（Plt;0.01）。2023年6月未测定BOD5，2022年7月BODs显著高于2023年9月（Plt;0.01）。22年7月TP显著高于23年9月（Plt;0.05）。22年7月TN略高于23年6月和9月，但各次间均无显著差异（见表2）。

2.5水生生物与环境因子相关性

以水生生物优势种的密度数作为响应变量（编号如表1所示）进行去趋势分析（DCA）。3次调查的DCA分析结果显示排序轴中的梯度最大值均lt;3，因此选择线性模型冗余分析（RDA）分析大庆水库3次调查环境因子与水生生物分布的相关性。

2022年7月水生生物优势种与环境因子RDA排序如图1所示。P代表浮游植物，Z代表浮游动物，M代表底栖动物。RDA分析结果显示，水生生物优势种与BODs呈正相关，与TN、TP等呈负相关。底栖动物与BODs呈正相关，矩形龟甲轮虫（27）与总磷呈较强的正相关性，其他浮游植物及浮游动物与TN、高锰酸盐指数、TP、COD和NH3-N呈负相关。2023年7月小环藻（P3）和累枝虫（22）与TP、TN和pH呈正相关，NH3-N与部分浮游动物优势种呈正相关，沼三肢轮虫（28）和苏氏尾鳃蚓（M1）与高锰酸盐指数和COD呈正相关。2023年9月多数浮游植物及浮游动物优势种与TN、高锰酸盐指数、TP、COD和NH3-N等营养盐呈正相关，小环藻（P3）、直链藻（P4）和累枝虫（22）则与这些营养盐呈负相关，与pH呈正相关。

3讨论

3.1水生生物群落结构特征

调查期间，浮游植物在种类组成上主要以绿藻门为主，其次为硅藻门，种类组成与多个河湖调查结果相似。浮游植物优势种主要为绿藻门、硅藻门、蓝藻门和隐藻门，不同次调查期间浮游植物优势度差异较大。这可能与调查时的温度影响有关，硅藻门多为冷水性物种，绿藻门更适宜生长在温暖的水体中，蓝藻门则在更高的温度下大量繁殖。微囊藻、四星藻及直链藻等中、富营养型水体指示种成为优势种，说明大庆水库有富营养化特征。结合微囊藻在各次调查优势种中均存在，需关注微囊藻水华风险。浮游动物种类以轮虫为主，其次为原生动物，两者占总种类数的60%以上，种类组成与国内许多大型河流及湖泊的调查结果较为一致。浮游动物优势种在各次调查期间差异较大，且2023年9月物种数显著低于其他两次调查，这可能与浮游动物易受环境条件影响有关，大庆水库将嫩江水引入水库，引水造成的水质变化对浮游动物群落结构变化也会产生影响。浮游动物密度低于国内多个湖库，但高于东北地区的多个水库如黑龙江龙头桥水库、西泉眼水库及辽宁观音阁水库。

底栖动物3次调查优势种及密度差异均不大，说明底栖动物受环境因子影响较小。苏氏尾鳃蚓、裸须摇蚊属等较为典型的富营养化指示种在3次调查中均为优势种，说明大庆水库已有富营养化特征。肖红等调查发现2001年-2005年大庆水库优势种主要为前突摇蚊属或摇蚊属，优势种有变化，但均为富营养化指示种，说明大庆水库水质变化不明显。

3.2水生生物群落与环境因子之间的关系

RDA分析发现，不同生物类群对环境因子的响应不同，TN、TP、COD和高锰酸盐指数等是影响浮游植物及浮游动物群落结构的主要环境因子。氮和磷等营养盐是藻类生长的重要物质基础，不同营养水平水体浮游植物优势种不同，这与此研究中各次调查期间水体营养水平差异不大，浮游植物优势种略有不同一致。侠盗虫、矩形龟甲轮虫和无节幼体等以细菌、藻类和有机质为食的滤食者浮游动物为大庆水库的主要优势种。

BOD5、COD和高锰酸盐指数是影响底栖动物的主要环境因子，这三个指标均与有机物污染相关，说明底栖动物受有机物含量的影响较大。摇蚊和水丝蚓主要以水中的有机颗粒为食，Honkoop等发现大型底栖动物的多样性和生物量随着底质有机碎屑增加而升高，这与此研究的结论一致。大庆水库5月份菹草开始生长，进入7月和8月份，菹草消亡降解，水体有机物含量增加为底栖动物提供食物，这可能也是2023年9月底栖动物密度略高于其他两次调查的主要原因。建议相关部门在菹草消亡期及时处理枯死菹草，减少降解造成的营养盐变化。

3.3水生态环境质量评价

物种多样性不仅可以反映群落结构的基本情况，还可以揭示水质状况。浮游生物H各次调查间差异不大，底栖动物2023年9月H显著高于其他两次，应该主要是因为水库中菹草消亡降解加剧，水体有机物含量增加为底栖动物提供更多营养引起。从种类组成来看，浮游植物以绿藻和硅藻为主，群落结构为绿藻一硅藻型；浮游动物主要以原生动物、轮虫和小型化的枝角类桡足类为主，结构相对简单；底栖动物则主要以较耐污的水丝蚓类和摇蚊类为主，群落结构更简单。综合多样性指数评价结果，大庆水库全年水质属于中污类型，与2001年-2005年相比变化不大。

4结论

3次调查浮游植物物种数在55～66种之间，浮游动物物种数在36～57种之间，底栖动物在7～13种之间。浮游植物以绿藻和硅藻为主，浮游动物主要以原生动物、轮虫和小型化的枝角类桡足类为优势类群；底栖动物则主要以较耐污的水丝蚓类和摇蚊类为主。TN、TP、COD和高锰酸盐指数等是影响浮游植物及浮游动物群落结构的主要环境因子，BOD5、COD和高锰酸盐指数是影响底栖动物的主要环境因子。综合多样性指数评价结果，大庆水库全年水质属于中污类型。