安慶西江浮游動物群落結(jié)構(gòu)及江豚生存狀況評估

張曉可　劉　凱　萬　安　陳敏敏　劉志剛　連玉喜　于道平

(1. 安慶師范大學水生生物保護與水生態(tài)修復安徽省高校工程技術研究中心, 安慶 246133; 2. 安慶師范大學生命科學學院,安慶 246133; 3. 中國水產(chǎn)科學研究院淡水漁業(yè)研究中心, 無錫 214081)

安慶西江位于長江下游北岸(E： 116°52′15.32″—116°55′13.43″, N： 30°26′26.75″—30°28′41.45″), 歷史上曾是長江下游的一條支航道。為了減輕防洪壓力, 分別于1979和2007年人工封堵其上、下游出口, 形成長度約為8.7 km的故道, 但下游通過閘門仍然與長江干流季節(jié)性連通。安慶西江水質(zhì)良好,自然環(huán)境優(yōu)越, 孕育了豐富的魚類資源, 歷史上就是長江江豚(Neophocaena asiaeorientalis asiaeorientalis)重要的棲息地之一。為了加強長江江豚的保護, 農(nóng)業(yè)部2007年在安慶西江建立了長江江豚救護中心, 并于2014年4月成功救護5頭江豚放入西江飼養(yǎng)。2016年11月, 農(nóng)業(yè)部又在西江進行了遷地保護行動, 從長江干流人工捕撈7頭江豚放入西江。目前西江共有江豚13頭, 是長江中下游種群數(shù)量第二大的遷地保護區(qū)。

影響長江江豚野外存活的因素眾多, 常見的有漁業(yè)資源匱乏、非法捕撈、水體污染、航運、建閘筑壩等[1]。就長江故道這種特殊水體而言, 水質(zhì)和漁業(yè)資源可能是影響江豚存活最重要的因素。浮游動物作為淡水生態(tài)系統(tǒng)重要的組成部分, 其在江豚遷地保護區(qū)中的地位不容忽視[2]。一方面浮游動物由于對外界環(huán)境的變化較為敏感, 其種類組成、現(xiàn)存量及多樣性特征可以很好的反映水質(zhì)狀況[3,4]; 另一方面浮游動物作為魚類重要的食物來源, 可以通過上行效應影響江豚的生存狀況和種群規(guī)模。目前關于江豚遷地保護區(qū)浮游動物與江豚生存狀況的研究一直未見報道, 本研究于2015年4月至2016年1月對安慶西江浮游動物進行季節(jié)調(diào)查, 其主要目的是： (1)了解西江浮游動物的群落結(jié)構(gòu); (2)評價西江水質(zhì)狀況是否適合江豚生存; (3)通過浮游動物估算漁產(chǎn)力, 進而評估西江的江豚容納量。本研究結(jié)果不僅有助于我們了解長江故道這種特殊水體浮游動物的群落特征, 還可以為長江江豚的遷地保護提供指導依據(jù)。

1　材料與方法

1.1　研究區(qū)域

安慶西江系長江下游典型的鵝頭型河道, 距離安慶市中心約15 km。故道全長8.7 km, 最大水深23.8 m, 平均水深8.7 m, 平均寬度350 m, 水面面積約3 km2。區(qū)域內(nèi)屬于亞熱帶季風氣候, 年均降雨量1347 mm, 年均氣溫17.6℃。周邊植被覆蓋率高,土地利用以農(nóng)田為主, 無明顯污染企業(yè)。本研究共在安慶西江設置3個采樣斷面, 每個斷面分別在左、中、右各設置一個樣點; 為保證采樣數(shù)據(jù)的代表性, 還在故道中心區(qū)域增設2個樣點, 因此整個西江共設置11個樣點。采樣點分布見圖 1。

圖 1　安慶西江浮游動物樣點設置Fig. 1　Zooplankton sampling sites in Xijiang Oxbow of Anqing city

1.2　研究方法

2015年4、7、11月和2016年1月對安慶西江浮游動物和相關環(huán)境因子進行了調(diào)查。采用YSI多功能水質(zhì)分析儀(YSI-EXO2)測定水體的水溫(Temperature, Temp)、pH、電導率(Conductivity, Cond)和溶解氧(Dissolved oxygen, DO)等指標, 采用塞氏盤測定水體的透明度(Secchi depth, SD), 然后每個樣點均取混合水樣, 帶回實驗室按照國家標準方法測定水體中總氮(Total nitrogen, TN)、總磷(Total phosphorus, TP)、氨氮(Ammonium, NH3-N)、葉綠素a(Chlorophyll a, Chl. a)含量和高錳酸鹽指數(shù)(Permanganate value, PV)等指標。

浮游動物的定性采集使用25號浮游生物網(wǎng), 撈取后立即加5%福爾馬林固定, 帶回實驗室后參照相關資料進行鑒定。原生動物和輪蟲的定量采集使用5 L采水器在水體上、中、下層分別采水, 然后取1 L混合水樣加入魯哥氏液固定, 靜置24h后用虹吸管吸去上清液, 剩余沉淀物全部倒入已標定容積(30 mL)的小塑料瓶中鑒定種類。枝角類和橈足類的定量采集取20 L混合水樣, 經(jīng)25號浮游生物網(wǎng)濾縮后放入100 mL小塑料瓶中, 加福爾馬林固定后全部鑒定。

1.3　數(shù)據(jù)分析

在SPSS13.0軟件中, 運用單因素方差分析(One-way ANOVA)來檢驗不同季節(jié)安慶西江環(huán)境因子以及浮游動物密度和生物量之間差異的顯著性。采用Duncan’s多重比較來檢驗組之間的差異。采用優(yōu)勢度指數(shù)(D)來篩選浮游動物的優(yōu)勢種,計算公式為D=(Ni/N) fi, 其中Ni為個體數(shù)量, N為總數(shù)量, fi為不同物種的出現(xiàn)頻率; 當D＞ 0.02時, 確定為優(yōu)勢種[5]。

采用浮游動物生物量對安慶西江水體的營養(yǎng)狀態(tài)進行評價, 評價標準為生物量＜1.0 mg/L為貧營養(yǎng)型、1—3 mg/L為中營養(yǎng)型、＞3 mg/L為富營養(yǎng)型[6]。采用Shannon多樣性指數(shù)(H′)和Margalef多樣性指數(shù)(D′)來評價安慶西江水體的污染狀況, 其計算公式： (1) H′=-Σ(Pi)(lnPi), 其中Pi為物種i個體數(shù)所占的比例。(2) D′=(S-1)/lnN, 公式中 S為樣品中種類總數(shù), N為樣品中所有物種的總個體數(shù)[7]。兩者評價標準均為： 0—1為多污型、1—2為α-中污、2—3為β-中污、3—4為寡污型、＞4為清潔[8]。

通過西江浮游動物的生物量和P/B系數(shù)(P生產(chǎn)量, B生物量)計算西江浮游動物的生產(chǎn)量(Pz), 然后通過以下公式計算漁產(chǎn)力(F)： F =(Pz×a)/K, 公式中a為魚類對浮游動物的利用系數(shù), K為餌料系數(shù)。根據(jù)已發(fā)表文獻[9], 本研究中P/B系數(shù)確定為40, a為30%, K為10。

2　結(jié)果

2.1　水體理化參數(shù)

不同季節(jié)安慶西江水體理化參數(shù)均存在顯著差異(P＜0.05)。夏季水體中TN、TP和Chl. a含量最高, 水體透明度最低, 水質(zhì)相對較差; 春季和秋季營養(yǎng)鹽含量差異不大, 而冬季營養(yǎng)鹽含量最低(表1)。按照《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3838-2002),西江水體夏季為Ⅳ類水, 春季和秋季節(jié)為Ⅲ類水,冬季為Ⅱ類水。

2.2　種類組成

全年共采集浮游動物55種, 其中原生動物11屬13種, 占總種類數(shù)的23.64%; 輪蟲18屬27種, 占總種類數(shù)的49.09%; 枝角類6屬9種, 占總種類數(shù)的16.36%;橈足類6屬6種, 占總種類數(shù)的10.91%(表 2)。

表 1　不同季節(jié)安慶西江環(huán)境參數(shù)(平均值±標準差)Tab. 1　Seasonal changes of environmental parameters of Xijiang Oxbow in Anqing city (Average ± SD)

4個季節(jié)浮游動物種類數(shù)差異較大。夏季種類數(shù)最多, 為39種; 其次是春季, 為29種; 秋季和冬季種類數(shù)相對較少, 僅分別為17和16種(表 2)。從分類群上來看, 春季、夏季和秋季均以輪蟲種類數(shù)最多, 而冬季則以橈足類種類數(shù)最多(表 2)。

2.3　密度和生物量

全年浮游動物平均密度4115 ind./L, 生物量為1.74 mg/L。在浮游動物密度組成中, 原生動物占70.8%, 輪蟲占28.7%, 枝角類和橈足類僅分別占0.1%和0.4%。在生物量組成中, 原生動物占8.4%,輪蟲占81.6%, 枝角類和橈足類分別占4.2%和5.8%。

單因素方差分析結(jié)果表明, 4個季節(jié)浮游動物密度(F=101.10; P＜0.001)和生物量(F=68.46;P＜0.001)均存在顯著差異。夏季浮游動物密度和生物量均最高, 且顯著高于其他3個季節(jié); 秋季和冬季的密度和生物量最低, 且2個季節(jié)間密度和生物量均不存在顯著差異(圖 2)。

2.4　優(yōu)勢種

以優(yōu)勢度D≥0.02作為優(yōu)勢種, 安慶西江共記錄到優(yōu)勢種12種, 其中原生動物4種, 輪蟲6種, 橈足類2種。不同季節(jié)間優(yōu)勢種的組成差異較大, 春季和冬季均以原生動物占絕對優(yōu)勢, 優(yōu)勢度最大的種分別為旋回俠盜蟲(Strobilidium viride)和王氏似鈴殼蟲(Tintinnopsis wangi); 夏季除原生動物球砂殼蟲(Difflugia globulosa)和王氏似鈴殼蟲外, 暗小異尾輪蟲(Trichocerca pusilla)優(yōu)勢度也較大; 秋季則以廣布多肢輪蟲(Polyarthra vulgaris)占絕對優(yōu)勢(表 3)。

2.5　水質(zhì)評價

全年西江浮游動物生物量變化范圍為0.06—9.63 mg/L, 平均值為1.74 mg/L, 相應地指示水體營養(yǎng)狀態(tài)為中營養(yǎng)水平。Shannon多樣性指數(shù)變化范圍為0.31—2.26, 平均值為1.30, 指示水體為α-中污染。Margalef多樣性指數(shù)變化范圍為0.74—2.54, 平均值為1.67, 指示水體也為α-中污染。

2.6　江豚容納量評估

依據(jù)西江浮游動物年均生物量和P/B系數(shù)求得西江的浮游動物生產(chǎn)量為45283.5 kg。依據(jù)浮游動物漁產(chǎn)力計算公式, 整個西江食浮游動物魚類的漁產(chǎn)潛力為54340.2 kg。如果每頭成年江豚的年攝食量為1500 kg[9], 相應的能滿足36頭江豚的營養(yǎng)需求。

3　討論

3.1　浮游動物群落結(jié)構(gòu)

長江故道是長江河道自然演變留下的一種特殊水體, 具有既不同于長江干流也不同于湖泊的自然特性。與長江干流相比, 故道為靜止水體且水中泥沙含量低; 與長江中下游湖泊相比, 故道沿岸帶多為陡坎, 且水深較深, 因此故道中浮游動物群落結(jié)構(gòu)可能會有一定的獨特性。本研究結(jié)果表明, 安慶西江共采集浮游動物55種, 年均密度和生物量分別為4115 ind./L和1.74 mg/L。與長江干流一些江段相比[9,10], 西江浮游動物種類數(shù)略低于后者, 但其現(xiàn)存量卻遠高于后者; 與沿江的一些湖泊相比[11,12],其種類數(shù)和現(xiàn)存量卻均低于后者。這種差異可能主要是由水體營養(yǎng)狀況和水文條件的聯(lián)合作用形成的。一般在營養(yǎng)物質(zhì)較豐富的水體, 浮游動物的多樣性和現(xiàn)存量都較高[13], 但流速大、泥沙含量高的水體卻不利于浮游動物的生存[14], 這是因為浮游動物個體小, 在較高的流速下可能會消亡[15], 且水中懸浮物還能影響部分浮游動物的過濾和吸收率[9]。安慶西江總氮和總磷年均值分別為0.67和0.045 mg/L, 均低于長江干流安慶段2016年[16]的測定結(jié)果, 這可能是西江浮游動物種類數(shù)較少的主要原因。就不同類群而言, 無論是種類數(shù)還是現(xiàn)存量,西江均是以原生動物和輪蟲等小型浮游動物占主導, 這和許多其他研究一致[12]。其原因一般被認為是由于隨著營養(yǎng)物質(zhì)的增加, 小型浮游動物的增加更為迅速[17], 且魚類在同等能量消耗下會優(yōu)先捕食個體較大的浮游動物[18]。類似于大多數(shù)靜態(tài)水體,西江的重要功能之一是發(fā)展?jié)O業(yè), 因此大量鰱、鳙等慮食性魚類的投放可能是造成這一現(xiàn)象的主要原因。

表 2　安慶西江浮游動物種類名錄Tab. 2　Species composition of zooplankton in Xijiang Oxbow of Anqing city

圖 2　安慶西江浮游動物密度和生物量季節(jié)性變化(圖中不同的上標字母表示有顯著差異)Fig. 2　Seasonal variations of the density and biomass of zooplankton in Xijiang Oxbow of Anqing city (the different superscripts in the figure indicate significant differences)

不同季節(jié)間浮游動物的群落結(jié)構(gòu)也存在較大差異。夏季浮游動物種類數(shù)最多, 其密度和生物量均顯著高于其他3個季節(jié)。這一方面是由于夏季水體中營養(yǎng)物質(zhì)更豐富, 另一方面是由于較高的水溫可能更有利于浮游動物的生存繁殖。已有研究表明水溫是影響浮游動物生長發(fā)育和群落組成等極為重要的環(huán)境因子, 且浮游動物的生長率一般隨溫度的增加而增大[19]。此外, 國內(nèi)對長江故道天鵝洲的研究結(jié)果也表明, 浮游動物的密度和生物量均在夏季達到最大值[2]。不同季節(jié)間浮游動物的優(yōu)勢種差異也較為明顯, 主要是以原生動物和輪蟲等小型浮游動物為主。12個優(yōu)勢種當中暗小異尾輪蟲、獨角聚花輪蟲(Conochilus unicornis)和等刺異尾輪蟲( Trichocerca similis)均為寡污染指示種[20], 而王氏似鈴殼蟲和廣布多肢輪蟲均為中污染指示種[20,21]。在天鵝洲故道中報道的綠急游蟲(Strombidium viride)、淡水筒殼蟲(Tintinnidium fluviatile)和針簇多枝輪蟲(Polyarthra trigla)等嚴重污染指示種均未在西江出現(xiàn)[2], 這表明西江水質(zhì)總體上良好。根據(jù)水化學測定結(jié)果, 西江總氮和總磷年均值都達到Ⅲ類水質(zhì)標準, 也證明了這一點。

表 3　安慶西江浮游動物優(yōu)勢種的季節(jié)性變化Tab. 3　Seasonal variations of the dominant species of zooplankton in Xijiang Oxbow of Anqing City

3.2　江豚生存狀況評估

水體污染常被認為是威脅江豚生存的主要原因之一[1]。水體中一些有毒有害物質(zhì)可以直接引起豚類死亡, 也有一些污染物可通過食物鏈在江豚體內(nèi)富集, 最終引起江豚死亡。國內(nèi)已有研究表明,殺滅血吸蟲中間寄主釘螺使用的農(nóng)藥經(jīng)雨水沖刷后進入洞庭湖, 農(nóng)藥中的汞通過食物鏈在江豚體內(nèi)富集, 最終導致6頭江豚中毒死亡[22]。此外, 一些研究還表明除草劑和殺蟲劑的主要成分通過生物富集也會對水體中高營養(yǎng)級生物產(chǎn)生毒害[23]。然而,這些有毒有害污染物通過常規(guī)的水化學監(jiān)測一般難以實現(xiàn), 且水化學監(jiān)測往往只能反映水體的瞬時污染狀況, 很難反映水體長期的健康狀況。利用浮游動物進行的生物監(jiān)測不僅可以克服以上缺點, 還能體現(xiàn)各污染物之間的聯(lián)合或協(xié)同效應, 且操作簡便、成本較低。本研究利用浮游動物的評價結(jié)果表明, 西江水體處于中度污染狀況; 參考國內(nèi)其他江豚遷地保護區(qū)水質(zhì)的生物學評價結(jié)果[9], 我們認為西江水體適宜江豚生存。為了進一步驗證評價結(jié)果的合理性, 我們于2015年7月測定了西江水體中五氯酚和五氯聯(lián)苯兩種污染物含量。五氯酚常用于除草劑和殺蟲劑中, 五氯聯(lián)苯是常見的全球性環(huán)境污染物, 由于西江周圍沒有明顯污染企業(yè), 這2種物質(zhì)可能是西江水體中主要的有毒有害物質(zhì)。檢測結(jié)果表明五氯酚和五氯聯(lián)苯含量都很低, 分別為0.0036和0.00002 mg/L, 均不會對江豚和其他水生生物構(gòu)成威脅。在水體的營養(yǎng)狀態(tài)方面, 江豚在富營養(yǎng)的天鵝洲故道中能夠健康的生存繁殖[2], 因此中營養(yǎng)水平的西江應該也適宜于江豚的生存。

魚類資源也是影響遷地保護區(qū)江豚生存的重要因素之一, 已有研究表明江豚的攝食具有選擇性,具體表現(xiàn)在： (1)受咽喉結(jié)構(gòu)特征所限, 一般只能吞食體高小于6 cm的魚類[24]; (2)很少會攝食一些體表具明顯硬棘的底層魚類(如黃顙魚Pelteobagrus fulvidraco)[24]; (3)為了減少能量消耗, 江豚會優(yōu)先攝食中上層小型魚類, 如鰐(Hemiculter leucisculus)和油鰐(Hemiculter bleekeri)等[24,25]。在西江水體中,中上層小型魚類主要有鰐、油鰐、似鱎(Toxabramis swinhonis)和飄魚(Pseudolaubuca sinensis)等, 這些魚類均主要是以浮游動物為食, 因此浮游動物可以通過上行效應最終影響西江江豚的生存狀況。目前國內(nèi)僅代梨梨等[9]通過浮游動物估算了江蘇鎮(zhèn)江長江豚類保護區(qū)的江豚容納量, 結(jié)果表明保護區(qū)57.3 km2水面僅能滿足19頭江豚的營養(yǎng)需求。這說明長江干流豚類的食物資源已經(jīng)十分匱乏, 在長江中下游建立遷地保護區(qū)可能是江豚保種最有效的手段。我們對安慶西江的評估結(jié)果表明, 3 km2的水面約能滿足36頭江豚的營養(yǎng)需求, 因此完全可以容納目前西江種群規(guī)模為13頭的江豚。然而, 我們也必須認識到本研究中給出的只是一個粗略的估算結(jié)果, 受環(huán)境因素和人為因素的影響, 實際過程中浮游動物、魚類和江豚之間的關系會更復雜, 因此只有定期對西江魚類和浮游動物資源開展調(diào)查,才能更準確的評估江豚的生存狀況。

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