石臼湖(江蘇段)浮游動物群落結(jié)構(gòu)時空動態(tài)變化及水質(zhì)生物學(xué)評價

蘇雨艷，趙曉平，郭劉超

(1.南京市水利建筑工程檢測中心有限公司，江蘇 南京 210036；2.南京市高淳區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，江蘇 南京 211300；3.江蘇省水利科學(xué)研究院，江蘇 南京 210017)

石臼湖又名北湖，歷史上曾經(jīng)是古丹陽湖的一部分，是長江下游唯一的直接通江湖泊，位于長江右岸、水陽江入江尾閭，地處南京市域西南部，湖區(qū)東北、東南及西部片區(qū)行政分屬江蘇省南京市溧水區(qū)、高淳區(qū)和安徽省當涂縣。石臼湖屬于構(gòu)造型淡水湖泊，其保護范圍面積為222.9 km2(江蘇境內(nèi)115.3 km2)，主要有防洪調(diào)蓄、水資源供給、維護生態(tài)、漁業(yè)養(yǎng)殖、旅游等功能。

近年來，由于受到流域人類活動的干擾以及湖區(qū)的漁業(yè)活動，石臼湖生態(tài)系統(tǒng)受到較大破壞。目前，石臼湖科學(xué)研究主要在水質(zhì)方面[1]，對水生生物方面研究相對較少[2]，浮游動物作為水生生物的組成部分，是魚類和其他經(jīng)濟動物的餌料，在水生態(tài)系統(tǒng)中是重要的次級生產(chǎn)者，對水環(huán)境具有較強敏感反應(yīng)，能較好表征水體的營養(yǎng)狀態(tài)變化。本文選擇江蘇段的石臼湖作為研究對象，于2018年每月進行浮游動物調(diào)查，并對其密度和生物量進行時空動態(tài)變化分析。

1 材料與方法

1.1 采樣點設(shè)置

根據(jù)石臼湖的水文條件和湖盆形狀、湖水滯留時間，同時兼顧入湖河流、出湖河流、水產(chǎn)養(yǎng)殖和受外源(點源、面源)影響水域的諸多因素，設(shè)置12個采樣點(sjh-1～sjh-12)，見圖1。

圖1 石臼湖采樣點分布圖

1.2 采樣與處理

1.2.1 石臼湖浮游動物采樣和處理

根據(jù)江蘇省地方標準《湖泊水生態(tài)監(jiān)測規(guī)范》(DB32/T 3202—2017)開展石臼湖浮游動物定量樣品的采集、處理和鑒定工作[3]。

1.2.2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

主要采用Excel與 SPSS 22.0軟件對石臼湖浮游動物數(shù)據(jù)進行相應(yīng)處理和分析[4]。

(1)浮游動物的優(yōu)勢度計算方法

石臼湖浮游動物優(yōu)勢度指數(shù)計算公式見“高郵湖各生態(tài)功能區(qū)后生浮游動物群落特征及水質(zhì)評價”[5]，選取優(yōu)勢度大于等于0.02的種為優(yōu)勢種。

(2)浮游動物Shannon-Wiener多樣性指數(shù)計算方法

石臼湖浮游動物物種的多樣性計算采用Shannon-Wiener指數(shù)，計算公式[6]為

其中，ni為第i種的個體數(shù)(或其他現(xiàn)存量參數(shù))；N為總個體數(shù)(或其他現(xiàn)存量參數(shù))。

2 結(jié)果與分析

2.1 石臼湖浮游動物群落結(jié)構(gòu)時空變化

2.1.1 石臼湖浮游動物種類組成及優(yōu)勢種

根據(jù)定量分析，2018年石臼湖水樣鏡檢到浮游動物63種。其中，原生動物20種，占總種類的31.7%；輪蟲25種，占總種類的39.7%；枝角類8種，占總種類的12.7%；橈足類10種，占總種類的15.9%。

石臼湖中的浮游動物優(yōu)勢種，原生動物有：俠盜蟲(Strobilidiumsp.)、球形砂殼蟲(Difflugiaglobulosa)、江蘇擬鈴殼蟲(Tintinnopsiskiangsuensis)、王氏擬鈴殼蟲(Tintinnopsiswangi)；輪蟲有：螺形龜甲輪蟲(Keratellacochlearis)、長肢多肢輪蟲(Polyarthradolichoptera)、角突臂尾輪蟲(Brachionusangularis)、萼花臂尾輪蟲(Brachionuscalyciflorus)；枝角類有：長肢秀體溞(Diaphanosomaleuchtenbergianum)、簡弧象鼻溞(Bosminacoregoni)、微型裸腹溞(Moinamicrura)；橈足類有：廣布中劍水蚤(Mesocyclopsleuckarti)、湯匙華哲水蚤(Sinocalanusdorrii)。此外還有無節(jié)幼體(Copepodid)和橈足幼體(Nauplii)。

石臼湖2018年浮游動物優(yōu)勢度見表1。

表1 石臼湖2018年浮游動物優(yōu)勢種(屬)及優(yōu)勢度

2.1.2 石臼湖浮游動物群落結(jié)構(gòu)時間變化

調(diào)查結(jié)果顯示，石臼湖2018年浮游動物的生物密度年均值為2 032.1個/L。其中原生動物生物密度年均值為861.1個/L，占總生物密度年均值的42.4%；輪蟲生物密度年均值為1 113.9個/L，占總生物密度年均值的54.8%；枝角類生物密度年均值為24.3個/L，占總生物密度年均值的1.2%；橈足類生物密度年均值為32.8個/L，占總生物密度年均值的1.6%。由數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)可以看出，石臼湖浮游動物生物密度是由輪蟲和原生動物決定的；枝角類和橈足類的生物密度較小。

原生動物周年生物密度中，最多的為9月份，最少的為2月份，生物密度主要集中于春季和秋季。輪蟲周年生物密度中，最多的為9月份，最少的為1月份，生物密度主要集中于夏季和秋季。枝角類周年生物密度中，最多的為9月份，最少的為1月份生物密度主要集中在夏季和秋季。橈足類周年生物密度中，最多的是10月份，最少的為2月份，生物密度主要集中于夏季和秋季，見圖2～3。

石臼湖浮游動物總生物量年均值為3.6994 mg/L。其中，原生動物生物量年均值為0.0404 mg/L，占總生物量的1.1%；輪蟲的生物量年均值為1.7305 mg/L，占總生物量的46.8%；枝角類生物量為0.6707 mg/L，占總生物量的18.1%；橈足類生物量為1.2579 mg/L，占總生物量的34.0%。雖然枝角類和橈足類的生物密度占比較少(2.8%)，可它們的生物量占比較大，達到52.1%，見圖3。

(注：枝角類和橈足類生物數(shù)量繪制在次坐標軸上)圖2 石臼湖浮游動物各種類生物密度的2018年逐月變化

圖3 石臼湖2018年浮游動物各種類生物量的逐月變化

2.1.3 石臼湖浮游動物群落結(jié)構(gòu)空間變化

石臼湖的生物密度和生物量空間分布不均勻，整體上呈現(xiàn)出由西向東逐漸減少的趨勢。生物密度高值主要出現(xiàn)在石臼湖的北部，其次是兩省交界處，而東部水域的密度最低。生物量最高值出現(xiàn)石臼湖兩省交界水域，其次是北部水域，最低值出現(xiàn)在東南部水域。石臼湖各采樣點年均生物密度排在前五位的是sjh-1、sjh-12、sjh-2、sjh-11、sjh-4。石臼湖浮游動物各采樣點生物量年均值排在前五位的是sjh-12、sjh-2、sjh-4、sjh-6、sjh-1，最低年均生物量出現(xiàn)在sjh-7，石臼湖浮游動物年均生物密度和生物量分布,見圖4～5。

圖4 石臼湖浮游動物年均生物密度空間分布云圖

圖5 石臼湖浮游動物年均生物量空間分布云圖

2.2 石臼湖浮游動物水體評價及多樣性時空變化

2.2.1 石臼湖浮游動物水體評價

一般來說，浮游動物的多樣性越高，其群落結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，穩(wěn)定性越大，水質(zhì)越好；而當水體受到污染時，敏感型種類消失，多樣性降低，群落結(jié)構(gòu)趨于簡單，穩(wěn)定性變差，水質(zhì)下降。石臼湖浮游動物Shannon-Wiener多樣性指數(shù)變化范圍為1.6～2.4，年均值為1.95，從多樣性指數(shù)可以判斷石臼湖屬于中度污染水體。

2.2.2 石臼湖浮游動物多樣性時空變化

浮游動物多樣性呈現(xiàn)顯著時空變化，空間上低值出現(xiàn)在石臼湖南部水域，而在湖北部敞水區(qū)多樣性較高，見圖6。時間上，4—9月呈上升趨勢，至9月份達最高值；10—12月呈下降趨勢，見圖7。

圖6 石臼湖浮游動物多樣性空間變化

圖7 石臼湖浮游動物多樣性時間變化

3 討論

3.1 石臼湖浮游動物群落結(jié)構(gòu)特征

2018年石臼湖浮游動物定量水樣鏡檢見到的種類63種，原生動物20種，輪蟲25種，枝角類8種，橈足類10種。石臼湖浮游動物在生物密度和種類上以輪蟲和原生動物占優(yōu)勢，大型甲殼動物(枝角類和橈足類)雖然數(shù)量較少，但是在生物量方面卻貢獻較大，這也其他湖泊的浮游動物群落結(jié)構(gòu)特征研究結(jié)論相似[6-7]。

3.2 石臼湖浮游動物水質(zhì)生物學(xué)評價

石臼湖浮游動物優(yōu)勢種中出現(xiàn)了球形砂殼蟲、螺形龜甲輪蟲、角突臂尾輪蟲、萼花臂尾輪蟲、微型裸腹溞等耐污種[8]，說明石臼湖水體受到了一定程度的污染。

石臼湖浮游動物Shannon-Wiener多樣性指數(shù)為年均值1.95，表明石臼湖屬于中度污染水體。這與石臼湖浮游動物優(yōu)勢種的中污帶指示種螺形龜甲輪蟲、萼花臂尾輪蟲等出現(xiàn)相吻合。

3.3 石臼湖水體污染治理與保護對策

依據(jù)石臼湖浮游動物Shannon-Wiener多樣性指數(shù)，石臼湖整體處于中污染狀態(tài)，南部水體尤其(sjh-7)蛇山段水體區(qū)域，多樣性指數(shù)最低等問題提出以下治理與保護對策：

(1)將石臼湖治理納入流域范疇進行污染防治，減少長江流域農(nóng)業(yè)、工業(yè)等對湖水的污染；(2)科學(xué)開發(fā)湖泊資源，逐步實施退圍還湖；(3)實施湖泊網(wǎng)格化動態(tài)管理；(4)推進石臼湖南部水環(huán)境綜合整治。加快推進蛇山段漁民住戶的搬遷，在石臼湖南部建立生態(tài)濕地，通過濕地來凈化水質(zhì)，提升水環(huán)境。