济南地区水域春、秋两季浮游动物群落结构与环境因子的关系

    商书芹+李萌+王博涵+郭伟++曹龙智+王瑾

    

    

    

    摘要：为了解济南地区水域浮游动物群落结构特征，于2015年春季（5月）和秋季（11月）對济南地区水域24个采样点位进行了采样调查。结果表明，两季节共鉴定出浮游动物50种，春季浮游动物共计4类46种，以枝角类为主，平均密度为3 421.67 ind./L；秋季浮游动物共4类34种，以轮虫为主，平均密度为1 68667ind./L。春季浮游动物香农威纳指数平均值为1.89，均匀度指数平均值为0.76，秋季浮游动物香农威纳指数平均值为1.92，均匀度指数平均值为0.74，典范对应分析结果显示：春季总硬度和电导率是影响浮游动物群落的主要环境因子，秋季总氮和氨氮及总碱度是影响浮游动物群落的主要环境因子。通过综合分析得出结论，济南地区水域呈中度污染。

    关键词：济南；浮游动物；多样性指数

    浮游动物是水域生态系统中重要的组成部分。淡水浮游动物主要由原生动物、轮虫、枝角类和桡足类组成，具有种类多、分布广、繁殖速度迅速等特点[1]。浮游动物在生态系统的物质循环、能量流动和信息传递中起着重要作用，浮游动物群落多样性是生态系统重要的评价指标，其种类和密度及多样性指数等群落结构特征是评价水环境的重要标准，能够准确地反映出生态系统环境的好坏[2]。浮游动物经常被用作水体污染的重要指示物种，在环境监测及环境保护中起着重要作用[3]。

    近年来由于人类活动、生活污水排放等原因，破坏了济南地区生态环境。近年来对济南地区河流浮游动物群落结构研究相对较少，因此，本文以济南地区作为研究区域，分析了2015年济南水域春季和秋季浮游动物群落结构特征，并应用浮游动物群落密度及多样性指数等来评价济南地区水体状况，希望能够为济南地区水质健康评价提供理论依据。

    1材料与方法

    1.1采样点位设置及样品采集与处理

    济南市位于山东省中西部，南依泰山，北跨黄河，背山面水，分别与西南部的聊城、北部的德州和滨州、东部的淄博、南部的泰安和莱芜交界。从地形上济南市可分为三带：北部临黄带，中部山前平原带，南部丘陵山区带；山地丘陵3 000多km2，平原5 000 km2。最高海拔1 108.4 m，最低海拔5 m，南北高差1 100多米。三个区域水网密集，水生态系统类型复杂，代表性的水生态类型有泉水、河流、水库、湖泊、湿地、城市水控闸坝等。于2015年春季和秋季两个季节对济南地区进行采样调查，根据济南实地具体状况，在济南区域选择具有代表性的24个采样点位（图1）。使用采水器在各水层采混合水样100 L，用25号浮游生物网过滤，将滤取过的样本放入100 mL标本瓶中，加4%～5%的甲醛溶液固定[4]。固定的样本在室内静止24 h后虹吸上清液，浓缩至50 mL。在100～400倍Olympus—CX21生物显微镜下鉴定浮游动物种类，记录个体密度。浮游动物种类鉴定参考主要根据相关文献[4-5]。

    1.2水体理化性质的测定

    对各采样点位的水体理化性质进行测定，测定水温（Temp）、pH、溶解氧 （DO）、电导率（Cond），各位点位采集2 L水样，低温保存，48 h内送回实验室根据标准方法测定氨氮（NH3-N）、钙离子（Ca2+）、氯离子（Cl-）、硬度（TD）、碱度（ALK）、总氮（TN）、总磷（TP）和高锰酸钾指数（CODMn） [6]。

    1.3数据分析和处理

    计算香农威纳指数（H'）、均匀度指数（J）来研究浮游动物多样性[7-8]。

    （1） 香农威纳指数（H'）：H'=-Σ（ni/N）×log2（ni/N）

    （2） 均匀度指数（J）：J=H'/lns

    式中：s为浮游动物的种类数；N为浮游动物的总密度，ni为第i种的密度，fi为第i种出现的频率。

    香农威纳指数指数评价水质标准：0～1为重度污染、1～3为中度污染、>3为轻度或无污染

    采用独立样本t检验分析2个季节环境因子的相关性以及与代表性浮游动物之间的相关性。各采样点位筛选出的水环境因子和浮游动物群落数据在Canoco 4.5软件上进行典范对应分析（Canonical correspondence analysis，CCA）。

    应用浮游动物密度进行CCA分析时，先进行除趋势对应分析（Detrended correspondence analysis，DCA），得出物种的单峰响应值（梯度SD），SD>2，即可进行CCA，否则采用冗余度分析（Redundancy analysis，RDA），并对数据进行999次蒙特卡洛置换检验（Monte Carlo permutation test），以判定显著影响浮游动物群落空间分布特征的环境因子。在进行CCA分析之前，除pH以外，所有水体环境数据和浮游动物密度数据均进行数据对数转换[log10（x+1）][9]。

    1.4数据统计分析

    香农威纳指数指数和均匀度指数计算用Biodiversity Profession 2.0完成，Canoco 4.5上进行CCA的分析，济南地区图在ArcMap 9.3上完成。

    2结果及分析

    2.1春季和秋季浮游动物群落结构特征

    济南地区两季节共鉴定出浮游动物共4类50种，春季种类相比秋季较多，其中春季46种，秋季34种。春季共鉴定出浮游动物4类，其中轮虫种类最多，共18种，占种类组成的39.31%；其次为原生动物，共14种，占3044%；枝角类8种，桡足类6种，分别占17.39%和13.04%；秋季共鉴定出浮游动物4类，其中轮虫最多，为15种，占种类组成的44.11%；其次为枝角类，共9种，占26.47%；原生动物与桡足类均为4种，占14.71%（表1）。

    济南地区春季浮游动物密度范围在0～33 480.00 ind./L，平均值为3 421.67 ind./L。中上游地区浮游动物密度较高，密度最高的点位为J22，密度值为33 480.00 ind./L。春季浮游动物群落主要由枝角类组成，占浮游动物群落总密度的65.15%，其次密度高的是轮虫，占26.15%，桡足类与原生动物密度相对较低，分别占6.56%和2.14%。秋季浮游动物密度范围在0～13 280.00 ind./L，平均值为1 686.67 ind./L。各点位密度相差不大，中下游地区密度较高，密度最高点位为J15，密度值13 28000 ind./L。浮游动物主要由轮虫组成，密度比春季有所下降，轮虫密度最高，占浮游动物总密度的51.90%，其次为枝角类，占31.98%，桡足类与原生动物密度相对较低，分别占14.72%和140%。 （表2和图2）。表1不同季节浮游动物的种类组成及其所占比例

    时期原生动物轮虫 枝角类 桡足类 种类占百分比%种类占百分比%种类占百分比%种类占百分比%种类合计春季1430.441839.13817.39613.0446秋季514.711544.11926.47514.7130表2不同季节浮游动物的密度组成及其所占比例

    时期 原生动物 轮虫 枝角类 桡足类占百分比%占百分比%占百分比%占百分比%春季2.1426.1565.156.56秋季1.4051.9031.9814.72

    济南地区春季与秋季香农威纳指数与均匀度指数相差不大。香农威纳指数数值在1～2之间的采样点位较多。春季香农威纳指数平均值为1.89，中部地区香农威纳指数较高，香农威纳指数最高点位J6，数值为3.37，均匀度指数平均值为0.76，中下游地区均匀度指数较高，最高值位于J24；秋季香农威纳指数平均值为1.92，中下游地区香农威纳指数较高，香农威纳指数最高点位J20，数值为3.00，均匀度指數平均值为0.74，中下游地区均匀度指数较高，最高值位于J1（图3）。

    2.2浮游动物群落结构特征与环境因子关系

    济南春季温度较高，平均温度在21 ℃，秋季温度降低，平均水温在19.78 ℃，两个季节水体均偏碱性（表3），两个季节中pH值、总硬度、溶解氧及总磷含量相差不大，春季总碱度、氨氮含量高于秋季，其他环境因子含量均低于秋季。

    3讨论

    本次调查济南地区春季及秋季浮游动物共鉴定出4类50种，从各季节种类组成来看，轮虫占绝对的优势，春季与秋季均以轮虫种类最多，分别为18种与15种，占总物种数的39.13%和4411%。从各物种密度来看，轮虫与枝角类为主要物种，春季枝角类密度占绝对优势，占总密度的65.15 %，秋季轮虫密度占绝对优势，占浮游动物总密度的51.9%。春季浮游动物密度平均值要高于秋季，原因可能是由于春季温度升高，食物、水温、光照等条件充足，为浮游动物提供了良好的生活环境，适合浮游动物生长繁殖，而秋季温度下降，各方面条件都达不到春季标准，浮游动物生活环境质量下降，导致浮游动物的种类与数量下降。

    研究表明，浮游生物多样性指数在一定程度可以鉴定水质状况，物种多样性是判断群落重要性的基础。当物种的种类越多，各物种分布越均匀，物种的多样性指数就越大，水质越良好[7-8]。济南地区春季与秋季多数采样点位香农威纳指数数值为1～2之间，平均值分别为1.89和1.92，根据香农威纳指数（H'）值，0～1为重度污染、1～3为中度污染、>3为轻度或无污染，我们得出结论：济南地区春季与秋季水体呈中度污染。