北运河水系夏季浮游动物群落结构特征及其与环境因子的关系

王汨，杨柏贺，马思琦，徐宗学，殷旭旺，王博涵，，刘萌萌

1.大连海洋大学水产与生命学院，辽宁省水生生物学重点实验室，辽宁 大连 116023 2.北京师范大学水科学研究院，水沙科学教育部重点实验室，北京 100875 3.大连嘉汇橡树外国语学校，辽宁 大连 116023

浮游动物群落的行为和生活史在水域生态系统中有着十分特殊的地位[1-3]，它们在水环境生态系统的能量流动和物质循环等生态过程中起着不可替代的作用。浮游动物是水域生态系统中评价水质的重要指示生物，浮游动物群落密度及香农威纳指数等群落特征值的变化，能够十分准确地反映出水域生态系统的好与坏[4，5]，在水体质量监测中起着很重要的作用[6-8]。为此，笔者以浮游动物群落为研究对象，研究了流经北京的北运河水系夏季浮游动物的物种数、密度、香农威纳指数等群落结构特征[9-11]，探究了影响北运河水系浮游动物群落结构特征的主要环境因子，并且从水化指标和浮游动物群落特征等角度评价了北运河水系水质状况，旨在为北运河水系水体评价和开发利用提供科学依据。

1 北运河水系概况与采样点设置

北运河是流经北京市东郊和天津市的一条河流，是海河流域的一条支流，在古代称其为白河或沾水。其发源地在北京市昌平区和海淀区一带，向南流入通州区，在通州区北关上游称为温榆河，后流经河北香河县，并在天津市的大红桥汇入海河。北运河全长120km，水系流域面积5300km2，其支流有通惠河、凉水河等。

研究共设置45个采样点，采样点具体分布位置详见图1。

图1 北运河夏季采样分布点Fig.1 Summer sampling distribution sites of North Canal

2 浮游动物样品的采集及数据处理

使用浮游生物采水器在不同水层采集100L的混合水样，应用25号浮游生物网过滤，将过滤后的样本倒入100mL的样品瓶中，并加入体积分数为4%的甲醛溶液保存，样品在实验室中静置24h后吸取上清液，将水样浓缩为30mL。浮游动物的样品依据文献 [8-15]在显微镜下鉴定种类并记录。

在野外用水质分析仪现场测定水温(T)和溶氧量(DO)，使用酸度计测定pH，采集水样在实验室中测定叶绿素(Chl)、总氮(TN)、总磷(TP)、氨氮(NH3-N)含量和高锰酸盐指数(CODMn)[16]。

采用SPSS 16.0进行相关性分析，浮游动物香农威纳指数[5]和均匀度指数[12]计算用Biodiversity Profession完成，采用Canoco 4.5进行浮游动物与环境因子的主成分分析和典范对应性分析，采样图使用ArcMap 9.3软件完成[4,16]。

3 结果与分析

3.1 浮游动物群落结构特征

调查中，北运河水系共鉴定出浮游动物4类90种，其中轮虫物种数量最多，为45种，占浮游动物物种总数的50%；其次为原生动物，为25种，占浮游动物物种总数的27.78%，枝角类(13种)和桡足类(7种)物种数相对较少，分别占浮游动物物种总数的14.44%和7.78%；4类浮游动物中，轮虫密度最高，占总密度的60.80%；其次为原生动物，占总密度的27.05%，枝角类和桡足类密度较低，分别占总密度的2.64%和9.51%。原生动物和轮虫占主要地位，其他类别不占优势。

北运河水系夏季各采样点物种数量平均为17.56种，最高点位于B2(28种)，最低点位于B45；各采样点密度平均值为156.84ind./L，最高点位于B14(1301.00ind./L)，最低点位于B17；各采样点香农威纳指数平均值为0.61，最高点位于B8(3.91)，最低点位于B2；均匀度指数平均值为0.16，最高点位于B8(0.85)，最低点位于B2(见图2)。

图2 北运河浮游动物群落结构特征Fig. 2 The characteristics of zooplankton community structure in North Canal

3.2 浮游动物群落结构与环境因子关系

北运河水系夏季水环境因子测定结果如表1所示。结果显示，北运河水系水温平均为23.66℃；水体呈弱碱性，pH平均为7.99， 水体平均TN含量和CODMn较高，分别为9.69mg/L和 6.49mg/L；Chl含量相对较低。

表1 北京地区北运河水系水环境因子(平均值±标准差)

通过对北运河水系水环境因子的主成分分析，筛选出两主轴变化分数大于0.8的水环境因子有TN、TP、NH3-N 和CODMn，不选择的水环境因子有DO、T、pH和Chl(见图3)。

浮游动物群落典范对应性分析结果(见图4)表明，北运河水系影响浮游动物群落结构的主要环境因子是TP(P=0.04)和TN(P=0.04)，TP对第一轴影响较大，TN对第二轴影响较大，NH3-N和CODMn对第一轴影响较大。TP、TN、NH3-N 和CODMn与浮游动物的群落密度呈正相关。

图3 北运河水系水环境因子主成分分析 图4 北运河水系浮游动物群落典范对应性分析Fig.3 Principal component analysis of water environmental Fig.4 Canonical correspondence analysis of zooplankton factors in North Canal river system community in North Canal river system

3.3 浮游动物群落健康评价

许多国内外学者都运用浮游动物的群落特征指数来进行城市生态环境的健康评价，香农威纳指数法是最常用的健康评价方法之一，此方法与其他水生生物群落评价方法一致：浮游动物香农威纳指数高，则意味着其生活的水体稳定性较好，水体的健康状况比较好，反之，则表明水体的稳定性和健康状况较差(见表2)。研究采集到的浮游动物群落的香农威纳指数平均为0.61，均匀度指数平均为0.16。仅从浮游动物多样性指数的角度来看，北运河夏季的水体呈重度污染。

表2 基于浮游动物群落多样性指数的水生态健康标准

4 讨论

此次野外调查流经北京的北运河水系，共鉴定出浮游动物4类90种，其中轮虫种类最多，为45种，原生动物25种，枝角类13种，桡足类7种。浮游动物平均密度为156.84ind./L，北运河水体受到人类的影响较大，水流较慢，水体透明度较低，水生植物覆盖率较低，水生态环境质量较差，水土流失较为严重，部分采样点位甚至有严重的污染。北京地区北运河水系水体中也出现了多种富营养化水体的耐污种，如萼花臂尾轮虫、前节晶囊轮虫、盖氏晶囊轮虫和椎尾水轮虫等等[10，15-17]，且这些物种密度较大，这表明北运河水系水体营养化，已经受到了一定程度的污染。

研究表明，浮游动物群落香农威纳指数在一定程度上可以鉴定水质状况，浮游动物群落香农威纳指数数值越大，水体水质状况越好[18-20]。北运河水系浮游动物群落香农威纳指数平均为0.61，相对较低。根据浮游动物香农威纳指数评价水质标准[5,12，13]，香农威纳指数介于0～1之间，为重度污染。综合来看，北运河水系受到了重度污染。

北运河水系主要影响浮游动物群落结构的环境因子为TP和TN，CODMn和NH3-N对浮游动物群落结构也有十分重要的影响。TN对水中浮游动物群落的分布起着重要作用。水中TN和TP含量较高时，水体呈富营养化状态，对一部分浮游动物群落繁殖起到重要作用[21]。TN、TP、NH3-N和CODMn与浮游动物的群落密度呈正相关，对浮游动物的群落分布有一定影响。CODMn也是水文环境监测中的一个重要指标，北运河水系CODMn平均为6.49mg/L，已经超过了国家标准含量指标，说明北运河水体中的有机物污染对浮游动物群落的影响较为严重[22]。