济南济西湿地公园浮游动物功能类群及其对环境因子的响应.pdf
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1、2023 年第 6 期收稿日期:2022-09-27修回日期:2023-06-19基金项目:国家自然科学基金项目(41977193)。作者简介:商书芹,女,1978年生,高级工程师,从事水文生态学研究。E-mail:通信作者:殷旭旺。E-mail:白海锋。E-mail:济南济西湿地公园浮游动物功能类群及其对环境因子的响应商书芹1,贾 丽1,王帅帅1,殷旭旺2,白海锋3,4(1.济南市水文中心,山东 济南 250014;2.大连海洋大学水产与生命学院,辽宁 大连 116023;3.陕西省地质环境监测总站(陕西省地质灾害中心),陕西 西安 710054;4.陕西省黄河研究院,陕西 西安 71012
2、7)摘要:研究济南济西湿地公园浮游动物的功能类群及其与环境因子的关系,了解湿地生态系统的结构与功能,可为城市湿地环境状况的评价及管理提供理论依据。于2020年4月至2021年3月在济西湿地公园6个采样点开展了浮游动物群落结构及环境因子调查,并分析了影响浮游动物功能群的主要环境因子。结果表明:济西湿地公园全年共采集到浮游动物4个大类66种,平均密度为181.8个/L,平均生物量为0.210 mg/L;浮游动物划分为7个功能群,春季、夏季、冬季均以功能群轮虫滤食者(RF)和原生动物滤食者(PF)为主,RF最高占比为62.86%(冬季)、PF最高占比为20.75%(春季),秋季以功能群RF和小型浮游
3、动物滤食者(SCF)为主,占比分别为58.54%、12.20%;浮游动物Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数和Margalef丰富度指数平均值分别为2.504、0.708、2.307;综合营养状态指数水质评价结果显示济西湿地公园水质整体处于中营养化水平;环境因子与生物典范对应分析表明WT、COND、和PO3-4是显著影响浮游动物功能群分布的主要环境因子。关键词:浮游动物;功能群;多样性评价;济西湿地公园中图分类号:Q178.1文献标志码:A文章编号:1674-3075(2023)06-0113-09DOI:10.15928/j.1674-3075.2022092703
4、88水 生 态 学 杂 志Journal of HydroecologyVol.44,No.6第 44 卷第 6 期2023年11月Nov.2023浮游动物依赖水流作用在水体中营浮游生活,作为水生态系统的初级消费者,通过“上行下效”作用进行着系统内营养转化、能量流动和信息传递等生态过程,其种类和数量的变动会影响水体中其他水生生物的群落结构。浮游动物具有种类多、世代时间短、对环境敏感和方便采集等特点,常被选作指示河流、湖泊等水体受污染的指示生物类群(Elijahet al,2011),如在富营养化水体中,臂尾轮虫(Brachionus)、龟甲轮虫(Keratella)、剑水蚤(Cyclops)等
5、一般作为优势种群出现(朱浩等,2020)。浮游动物对水温、溶解氧、pH、营养盐以及水体营养化程度等环境因子的变化极其敏感,能很好地评价水体质量(冯世敏等,2017;白海锋等,2021)。功能群是指存在相似结构或功能的一类物种集合体,是基于系统内相似特征或相似行为进行的物种归类(龚森森等,2022),通过功能群的研究,可以更直接地反映生态环境影响生物群落的生态过程。因此,对浮游动物功能群的研究能够更深入了解浮游动物在水体能量流动中的作用,对于分析评价水域生态系统健康状况具有重要意义(Hoeinghaus et al,2007)。济西国家湿地公园位于山东省济南市西部城区,南临南水北调济平干渠,东临
6、玉清湖水库,西北临黄河,属黄河流域济南段典型的城市湿地。地理坐标116 4651.9116 4853.6E,36 3822.236402.3 N,总面积约33.4km2,一期建设已完成11.3km2。济西湿地是平原型积水洼地,汇集了黄河、济平干渠、玉符河等丰富的地表水资源,水质清澈,湿地内河流、港汊交织形成大小岛屿近100座,水生生物丰富多样。济西湿地承担着济南市的饮用水源保护、防洪安全、生态涵养等重要功能,被称为“城市之肾”,根据规划济西湿地划分为保育区、恢复重建区、宣教展示区、合理利用区和管理服务区等区域。研究表明湿地生态系统是物质循环与能量转换的重要生态载体,亦是受人类活动干扰最为强烈的
7、生态系统之一,特别是城市湿地(Wang et al,2019)。因此,济西湿地的建设和维护不仅在城市生态文明建设中具有重要作用,而且在南水北调中线的生态环境保护中具有突出的地位。目前关于济西湿地水生生物资源研究报道相对较少,而对湿地浮游动物功能群的划分及分析2023 年 11 月水 生 态 学 杂 志第 44 卷第 6 期研究还未开展。基于此,为了掌握济西湿地公园的生态环境状况和水生生物资源,2020-2021年在湿地各功能区共选择6个调查点,调查探讨了浮游动物功能群的结构特征及环境影响因素,以期为济西湿地的水生态系统功能多样性研究和可持续发展利用提供支撑。1 材料与方法1.1 点位设置根据济
8、西湿地公园的地形地貌、园区规划及人类 活 动 影 响 情 况,在 湿 地 内 设 置 6 个 采 样 点(JX1JX6),其中JX5位于水源头的高科区域(玉清湖水库抽水区域),JX1和JX6位于人类活动干扰较大的次码头区域(游船区)和罗屯桥区域(度假区),JX2和JX4位于人类活动干扰较小的大水面区域和断桥区域,JX3位于湿地公园排水口的映荷桥区域(入黄河区域)(图1)。于 2020年4月-2021年3月每月中旬进行浮游动物样品采集和水质监测,采样时间选择在每天09:00-10:00。1.2 样品采集依据 水生生物学(赵文,2005)进行浮游动物样品定性采集,样品鉴定分析参照文献(王家楫,19
9、61;沈韫芬等,1990)。对轮虫和原生动物的定量采集使用5 L有机玻璃采水器,在水深超过2 m的采样点采集上层(水面下0.5 m)、下层(离底0.5 m)水样并均匀混合,水深小于2 m的采样点采集中层(水面下0.50.8 m)水样,从中取混合水样1L,加入1%体积比鲁哥氏液固定,带回实验室沉淀 48 h 后浓缩并定容到 3040 mL。枝角类与桡足类定量样品用采水器取水样50 L,用25#浮游生物网过滤浓缩,用4%的甲醛溶液现场固定后带回实验室镜检、分类与计数。每个采样点采集平行水样3份。1.3 水质测定水温(WT)、酸碱度(pH)、溶解氧(DO)、悬浮物(SS)和电导率(COND)采用HA
10、CH系列便携式采样仪在现场进行测定,透明度(SD)使用萨氏盘测定。现场采集混合水样2 L放置到24的保温箱进行保存,带回实验室后立即进行指标检测。参照 水和废水监测分析方法(国家环境保护总局,2002)测定总磷(TP)、磷酸盐(PO43-)、总氮(TN)、氨氮(NH4+-N)、硝酸盐(NO3-N)、亚硝酸盐(NO2-N)、高锰酸钾盐指数(CODMn)和叶绿素(Chl-a)。1.4 浮游动物功能群划分在国内外功能群研究(Allain et al,2007;安睿等,2017)基础上,根据浮游动物的大小、摄食习性、营养功能以及浮游动物之间的相互作用,将济西湿地公园浮游动物划分为原生动物滤食者(PF)
11、、轮虫滤食者(RF)、轮虫捕食者(RC)、小型浮游动物滤食者(SCF)、中型浮游动物滤食者(MCF)、中型浮游动物捕食者(MCC)和大型浮游动物滤食者(LCF)(表1)。1.5 数据分析1.5.1优势度与多样性浮游动物的优势种类以优势度指数Y0.02确定(白海锋等,2022),利用Shannon-Wiener指数(H)(Shannon,1948)、Pielou均匀度指数(J)和Margalef丰富度指数(D)对济西湿地公园浮游动物群落多样性进行描述:Y=(Ni/N)fiH=-(Ni/N)log2(Ni/N)J=H/log2S11730E117001163011600360036303700N图
12、1 济西湿地公园采样点位Fig.1 Location of the sampling sites in Jixi wetland park采样区域河流流域边界1142023 年第 6 期D=(S-1)/log2N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为第i种生物在采样点出现的频率,S为总物种数量。1.5.2综合营养状态评价选取 Chl-a 作为基准指数,TN、TP、SD和CODMn作为附加指数参数,运用综合营养状态指数法对济西湿地公园水生态系统健康状况进行初步评价,计算公式:TLI()WjTLI(j)式中,TLI()为综合营养状态指数,Wj为第j种参数的营养状态指数的相关
13、权重,TLI(j)为第j种参数的营养状态指数(金相灿,1995)。参照 湖泊(水库)富营养化评价方法及分级技术规定,采用0100的连续数字对水体营养状态分级,同一营养状态下,指数值越高,其营养程度越严重:TLI()30为贫营养(优),30TLI()50为中营养(良),50TLI()60为轻度富营养(轻污染),6070为重度富营养(重污染)。1.5.3统计分析 所有数据的统计和分析采用SPSS19.0软件进行处理,浮游动物功能群与环境因子的关系分析采用Pearson相关性分析。使用CANOCO 4.5软件对生物数据与环境因子进行典范对应分析(CCA)。在进行相关性分析之前,对生物数据和环境因子参
14、数(除pH外)进行log(x+1)转换。春季(3月、4月、5月)、夏季(6月、7月、8月)、秋季(9月、10月、11月)与冬季(12月、1月、2月)之间的平均值差异性采用方差分析及多重比较检验,显著性水平设为 P=0.05。2 结果与分析2.1 浮游动物种类组成调查中全年共采集鉴定到浮游动物 4 个大类 66 种,其中轮虫种类最为丰富,有 37 种,占比56.06%,原生动物次之,占比19.70%,桡足类与枝角类最少,共占比24.24%(图2)。从采样时间来看,浮游动物种类数存在差异,春季种类数最多,有53种(n=6,P0.05),秋季次之,有41种,夏季与冬季种类数分别为36种、35种(图3
15、)。在空间分布上,浮游动物种类数在各采样点存在差异,其中JX6调查区浮游动物种类较丰富(52种)。原生动物轮虫枝角类桡足类图2 浮游动物种类组成Fig.2 Species composition of zooplankton community采样时间Sampling time种类数Species number02020-04510bbbaabababababababab152025302020-052020-062020-072020-082020-092020-102020-112020-122021-012021-022021-03不同字母表示显著性差异(P0.05)。图3 浮游动物种类
16、数Different superscripts indicate significant differences(P0.05).Fig.3 Variations in the zooplankton species number济西湿地浮游动物优势种有18种,其中原生动物4种:球形砂壳虫(Difflugia globulosa)、普通表壳虫(Arcella vulgaris)、砂表壳虫(Arcella arenaria)和盘状表壳虫(Arcella discoides);轮虫14种:螺形龟甲功能群原生动物滤食者轮虫滤食者轮虫捕食者小型浮游动物滤食者中型浮游动物滤食者中型浮游动物捕食者大型浮游动
17、物滤食者缩写PFRFRCSCFMCFMCCLCF大小/mm-1.5摄食功能描述及摄食习性滤食者;以细菌、藻类和有机质为主要食物滤食者;以小型原生动物为主要食物捕食者;以原生动物、其它轮虫及小型甲壳动物为主要食物滤食者;以细菌、藻类、有机质和原生动物为主要食物滤食者;主要以细菌、藻类、有机质及原生动物为食捕食者;主要以轮虫、枝角类、双翅目昆虫幼体、寡毛类为食滤食者;主要以细菌、藻类、有机质和原生动物为主要食物表1 浮游动物功能群分类Tab.1 Description of the zooplankton functional groups商书芹等,济南济西湿地公园浮游动物功能类群及其对环境因子的
18、响应1152023 年 11 月水 生 态 学 杂 志第 44 卷第 6 期轮虫(Keratella cochlearis)、矩形龟甲轮虫(Keratellaquadrala)、缘板龟甲轮虫(Keratella ticinensis)、针簇多肢轮虫(Polyarthra trigla)、长肢多肢轮虫(Polyarthra dolichoptera)、唇形叶轮虫(Notholon labis)、颤动疣毛轮虫(Synchacta tremula)、卜氏晶囊轮虫(Asplanchna brightwelli)、长三肢轮虫(Filinia longisela)、暗小异尾轮虫(Trichocerca p
19、usilla)、萼花臂尾轮虫(Brachionus calyciflorus)、角突臂尾轮虫(Brachionus angularis)、裂足臂尾轮虫(Brachionus diversicornis)、剪形臂尾轮虫(Brachionus forficula)。浮游动物种类优势度最大的是螺形龟甲轮虫(Y=0.438),在各调查点出现次数最多的是螺形龟甲轮虫和针簇多肢轮虫。2.2 浮游动物功能群1月-12月调查中济西湿地各采样点采集到的浮游动物划分为 7 个功能群,其中 PF13 种,占比19.70%,RF34种,占比51.52%,RC3种,占比4.55%,SCF6种,占比9.09%,MCF5种
20、,占比7.58%,LCF4种,占比6.06%,MCC1种,占比1.52%。浮游动物功能群在时间上呈季节性变化,春季以功能群RF和PF占优势,种类数占比分别为52.83%、20.75%;夏季与春季一致,RF和PF占优势,种类数占比分别为58.33%、11.11%;秋季功能群 RF 和 SCF 占优势,分别为58.54%、12.20%;冬季与春夏2季保持一致,以功能群RF和PF占优势,种类数占比分别为62.86%、17.14%。春夏季LCF多于秋冬季,MCC在4个季节中占比最小(图4)。200406080100比例/%PercentageMCCLCFMCFSCFRCRFPF采样时间Sampling
21、 time2020-042020-052020-062020-072020-082020-092020-102020-112020-122021-012021-022021-03图4 浮游动物功能群Fig.4 Variations in zooplankton functional groups浮游动物密度变化范围为16.0824.0个/L,年平均值为181.8个/L。其中,夏季浮游动物平均密度显著高于秋季(P0.05),冬季浮游动物平均密度显著高于春季(P夏季秋季春季,密度最大值出现在7月份(322.2个/L)(图5)。4个季节浮游动物生物量为0.0041.667mg/L,年平均值为0.21
22、0 mg/L,各采样点生物量的变化趋势与密度变化趋势存在差异。其中,春季浮游动物平均生物量显著高于夏、秋、冬季浮游动物平均生物量(P秋季夏季冬季,生物量最大值出现在4月份(0.556 mg/L)(图6)。采样时间Sampling time密度/个L-1Density0100200300400500600abababbabaababababa2020-042020-052020-062020-072020-082020-092020-102020-112020-122021-012021-022021-03不同字母表示显著性差异(P0.05)。图5 浮游动物密度Different supersc
23、ripts indicate significant differences(P0.05).Fig.5 Variations in zooplankton density采样时间Sampling time生物量/mgL-1Biomass00.20.40.60.8abbabaabbababab2020-042020-052020-062020-072020-082020-092020-102020-112020-122021-012021-022021-03abab不同字母表示显著性差异(P0.05)。图6 浮游动物生物量Different superscripts indicate signi
24、ficant differences(P春季(2.595)夏季(2.493)冬季(2.273),季节差异不显著,4月生物多样性指数最大。Pielou均匀度指数(J)的变化范围为0.6420.779,平均值为0.708,季节变化特征为秋季(0.715)冬季(0.710)春季(0.703)夏季(0.702),差异不显著,3 月均匀度指数最小。Margalef丰富度指数(D)的变化范围为1.4513.791,平均值为2.307,季节变化特征为秋季(2.649)夏季(2.331)春季(2.322)冬季(1.925),冬季与春季、夏1162023 年第 6 期季和秋季均存在显著差异(n=6,P0.05)
25、,丰富度指数最大值出现在4月。H01abbb234bbbabababbbJ0aaa0.30.6aaaaaaaaa0.9D0采样时间Sampling time12345bbbaabababababababab2020-042020-052020-062020-072020-082020-092020-102020-112020-122021-012021-022021-03不同字母表示显著性差异(P0.05)。图7 浮游动物多样性分布特征Different superscripts indicate significant differences(P0.05).Fig.7 Distributio
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