北京潮白河水系浮游动物群落结构特征及水质评价

浮游动物通常体型微小、种类繁多，广泛分布于各类水体中，是水生生物群落的重要组成部分，其能够摄食浮游植物、细菌和腐质，也能被其他大型浮游动物和游泳动物等次级消费者所捕食，是生产者与次级消费者间能量传递的主要环节[1-2]，在稳定水生态系统结构与功能中发挥着重要作用。浮游动物群落结构变化是环境因子综合作用的结果，研究其中的变化规律对于水生态修复、环境监测、水产养殖等领域具有实际意义。

潮白河水系是北京五大水系之一，上游两条支流潮河和白河分别发源于河北省丰宁县和沽源县，在北京市密云区河槽村汇合为潮白河后于通州区西集镇出北京市，向东进入天津汇入海河水系。前期对潮白河水系中浮游生物的研究多局限于单一的河流、水库或湖泊[3-5]，而在流域层面上的研究报道相对较少[6]。本研究中，系统调查了潮白河水系浮游动物群落结构及水质特征，通过典范对应分析探究了浮游动物群落结构特征与环境因子的关系，并利用浮游动物多样性及综合营养状态指数评价了水质状况，旨在为潮白河水系生态环境的保护修复、生态服务价值评估等提供基础资料。

1 材料与方法

1.1 调查时间和站位

本次调查于2016年6月和9月对潮白河水系进行了采样，样站选取包括白河干流(A1-白河堡水库、A2-千家店干沟村、A3-千家店二滩村、A4-千家店龙湾村)，潮河干流(B1-娄子峪村)与支流(B2-安达木河的遥桥峪水库、B3-红门川河的沙厂水库和B4-栗榛寨水库)，潮河与白河交汇区域(C1-密云水库)，潮白河的干流(D1-潮白河)与支流(D2-沙河的青龙峡、D3-雁栖河的雁栖湖、D4-怀河的怀柔水库)，其中白河堡水库、遥桥峪水库、密云水库、青龙峡、雁栖湖各设置3个采样点，采样水体分布情况见图1。

1.2 方法

1.2.1 水环境因子测定使用Secchi盘现场测定水体透明度(SD)。用规格为5 L的有机玻璃采水器采集混合水样10 L，使用便携式pH仪(Mettler Toledo)现场测定水温(WT)与pH值，使用便携式溶氧仪(Milwaukee MW600)现场测定溶解氧(DO)含量。取1 L混合水样低温保存于样品瓶中带回实验室，按照国家环境保护总局相关标椎测定[7]叶绿素a(Chl-a)、高锰酸盐指数(CODMn)、总氮(TN)、总氨氮(NH3-N)、硝酸氮

亚硝酸氮

总磷(TP)和活性磷

等指标。

1.2.2 浮游动物样品的采集与鉴定使用5 L有机玻璃采水器采集混合水样20 L，经25#浮游生物网(300目筛绢网)过滤后，将遗留在生物网中的样品和少量的水转移至采样瓶中，加入样品体积5%的甲醛溶液摇匀后保存，在实验室内参照相关方法进行浮游动物种类鉴定和计数 [8-11]。

1.2.3 浮游动物多样性与密度优势种的计算浮游动物多样性用Shannon-Wiener多样性指数(H′)评价，其计算公式为

其中： Pi为第i种物种的个体数与所有物种个体总数的比值。

浮游动物优势度(Y)计算公式为

其中： ni为第i种物种的个体数；N为所有物种的个体总数；fi为第i种物种出现的频率。当Y>0.02时该物种即为密度优势种。

1.2.4 水质评价利用综合营养状态指数法与浮游动物多样性指标评价水质状况。综合营养状态指数计算公式为

其中： 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权重；TLI(j)为第j种参数的营养状态指数。

根据TLI(∑)数值评价水质状况：0

利用浮游动物Shannon-Wiener多样性指数(H′)评价水质状况：H′>3，为轻度污染或无污染；2<H′<3，为β-中度污染；1<H′<2，为α-中度污染；H′<1，为重度污染。

1.2.5 典范对应分析(CCA) 使用Canoco for Windows 4.5软件分析浮游动物与环境因子间的关系，将相对密度大于1%且出现频率大于12.5%的浮游动物密度优势种作为排序对象，通常环境因子数值与排序物种密度值存在较大的数量级差距，为提高分析准确性，排序前需将除pH值以外的环境与物种数据进行log(x+1)转换，排序结果用物种-环境因子排序图表示。

2 结果与分析

2.1 浮游动物群落结构特征

2016年6月和9月潮白河水系共发现浮游动物145种，其中，原生动物64种，占比为44.14%，轮虫59种，占比为40.69%，枝角类13种，占比为8.97%，桡足类8种，占比为5.52%。

2016年6月潮白河水系共发现浮游动物98种，其中，原生动物34种，占比为34.69%，轮虫50种，占比为50.00%，枝角类7种，占比为7.14%，桡足类8种，占比为8.17%。密度优势种共计37种，其中，原生动物21种，轮虫14种，桡足类1种，枝角类1种。

2016年9月潮白河水系共发现浮游动物131种，其中，原生动物63种，占比为48.09%，轮虫48种，占比为36.64%，枝角类13种，占比为9.92%，桡足类7种，占比为5.35%。密度优势种共计38种，其中，原生动物20种，轮虫17种，桡足类1种。

浮游动物优势种及其分布如表1所示。6月和9月在所有站点中出现频率最高的种类均为针簇多肢轮虫，出现频率分别为100%和82%。

注：++表示该物种在对应水体中为优势种；+表示该物种在对应水体中出现

Note： ++， indicates that the species is dominant species in the corresponding water body； +，indicates that the species occurs in the corresponding water body

从表2可见：2016年6月潮白河水系浮游动物密度变化范围868.5～32 053.0 ind./L，平均密度为4415.3 ind./L，6月娄子峪村浮游动物密度组成中，裂痕龟纹轮虫(5400 ind./L)、暗小异尾轮虫(5550 ind./L)、针簇多肢轮虫(13 100 ind./L)所占比例较大，6月不同水域浮游动物密度由大至小依次为潮河>潮白河>白河>密云水库。9月潮白河水系浮游动物密度变化范围为116～18 278 ind./L，平均密度为2977.4 ind./L，栗榛寨水库浮游动物密度组成中，僧帽斜管虫(13 025 ind./L)所占比例最大，9月不同水域浮游动物密度依次为潮河>潮白河>白河>密云水库。

从表3可见：2016年6月潮白河水系浮游动物生物量变化范围为0.21～9.32 mg/L，平均生物量为1.88 mg/L，6月娄子峪村浮游动物生物量组成中，针簇多肢轮虫(4.34 mg/L)、前节晶囊轮虫(2.51 mg/L)、绿草履虫(0.85 mg/L)所占比例较大，6月不同水域浮游动物生物量依次为潮河>潮白河>白河>密云水库。9月潮白河水系浮游动物生物量为0.04～13.10 mg/L，平均生物量为2.09 mg/L，怀柔水库生物量组成中，截头皱甲轮虫(2.30 mg/L)和郝氏皱甲轮虫(7.50 mg/L)所占比例较大，9月不同水域浮游动物生物量依次为潮白河>潮河>白河>密云水库。

北京潮白河水系浮游动物各类群密度组成中多数水体以轮虫和原生动物占优势，而生物量组成中大多以轮虫和枝角类占优。

2.2 浮游动物多样性与水质评价

从表4可见：6月浮游动物H′变化范围为1.42～3.84，平均值为2.76，这表明水质类型为β-中污染，H′指数平均值依次为密云水库>白河>潮白河>潮河，综合营养状态指数平均值为64.2，这表明6月潮白河水系水体处于中度富营养状态，潮河支流的栗榛寨水库与沙厂水库富营养化程度较大；9月浮游动物H′变化范围为1.75～4.79，平均值为3.15，这表明水质类型为轻污染或无污染,H′指数平均值依次为潮白河>密云水库>潮河>白河。综上所述，9月潮白河水系水体处于轻度富营养状态，潮白河干流富营养化程度相对较大。

2.3 浮游动物群落结构与环境因子的关系

从表5可见，6月和9月分别选取16种、19种浮游动物密度优势种进行排序。从图2可见：6月CCA分析中，排序轴1、2的特征值分别为0.371、0.248，浮游动物密度优势种与环境因子相关系数分别为0.917和0.831，排序轴1、2分别解释了39.7%和58.1%的浮游动物密度优势种与环境因子的相关性信息；9月的CCA分析中，排序轴1、2的特征值分别为0.297、0.212，浮游动物密度优势种与环境因子相关系数分别为0.973和0.872，排序轴1、2分别解释了31.8%、54.4%的浮游动物密度优势种与环境因子的相关性信息。

CCA分析结果表明:

是影响潮白河水系6月浮游动物密度优势种群落分布的主要环境因子，其中，

与轴1呈正相关关系，相关系数为0.558 8,Chl-a与轴2呈负相关关系，相关系数为-0.675 7;WT、SD和

是影响9月潮白河水系浮游动物密度优势种群落分布的主要环境因子，其中，WT、SD均与轴2呈负相关关系，相关系数分别为

与轴1呈显著负相关，相关系数为-0.923 0。

2016年6月和9月北京潮白河水系浮游动物密度优势种与环境因子的排序图如图2所示。6月小单环栉毛虫(a8′)、针簇多肢轮虫(b3′)与Chl-a呈显著正相关关系；螺形龟甲轮虫(b5′)、尖尾疣毛轮虫(b6′)与

呈正相关关系。9月浮游动物密度优势种排序结果相比于6月更加分散，说明9月浮游动物密度优势种之间对环境的适应性有较大差异，其中，匕瓶口虫(a8)与WT呈正相关关系；湖累枝虫(a9)、简单前翼轮虫(b6)、多态胶鞘轮虫(b8)与

呈正相关关系；小单环栉毛虫(a6)、团焰毛虫(a7)与SD呈显著性正相关关系。

Tab.5 Dominant species and their codes of zooplankton in Chaobai River system in Beijing

3 讨论

3.1 浮游动物群落结构特征

本次调查中潮白河水系浮游动物种类组成以原生动物与轮虫类为主，6月与9月的种类数均占总种类数的80%以上，而枝角类与桡足类种类数相对较少，此结果与多数相关研究的结果具有一致性[12-13]。本次调查发现，6月轮虫类平均密度与生物量均大于原生动物，虽然9月轮虫类密度要小于原生动物，但其生物量仍占据优势，这说明轮虫类组成中，体型较大的类群占据优势。轮虫类有滤食性(如螺形龟甲轮虫、独角聚花轮虫)、掠食性(如疣毛轮虫、多肢轮虫)、捕食性(如晶囊轮虫)和吮吸型(如异尾轮虫)[14-15]等多种类型，除细菌、浮游植物、腐质等，也可摄食原生动物、轮虫和小型甲壳类 [16]，此外，轮虫类繁殖速度快、发育时间短、食物转化效率高、怀卵量大[17-18]，因此，适应性较强，广泛分布于各类水体中。6月与9月，潮河与潮白河浮游动物的密度与生物量均大于白河，而密云水库最小，原因可能是白河流经山区峡谷，河道较窄、水体流速快、水浅且多为砂砾底质，水生植物数量少，浮游动物可稳定栖息的生境较少。密云水库占地面积广，水容量大，透明度达到3 m以上，水体富营养程度低，浮游植物数量少，限制了浮游动物群落的增长，而潮河与潮白河大部分区域地处平原，河道相对较宽，水流平缓，能够为浮游动物提供适宜的生存空间。密云水库是潮白河水系中物种多样性最大的水域，这是由于密云水库富营养化程度低，浮游动物群落相对稳定[19]，多种浮游动物均有充足的生存空间，近年来较少发生因环境改变而出现某种浮游动物异常增殖的现象。目前有关潮白河水系浮游动物的研究较少，2009 年7—10月黎洁[20]对海河流域浮游动物进行多样性调查，潮白河水系浮游动物平均密度为2479.8 ind./L，小于本研究中两次调查结果(平均密度为3696.3 ind./L)。

3.2 影响浮游动物群落结构的环境因子

浮游动物游泳能力相对较弱，但繁殖速度快，世代周期短，因此，环境因素的变化能够间接改变浮游动物群落组成及结构。陈红等[21]对灞河的研究结果表明，影响浮游动物群落结构的主要因子为水温、总磷、总氮、叶绿素a和汞；白海锋等[22]发现，水温、海拔与河宽是驱动泾河流域浮游动物群落结构的主要环境因子。在本研究中，CCA分析结果表明，

是影响6月和9月潮白河水系浮游动物密度优势种分布的共同环境因子，此结果与对上海市城区河道及陕西渭河流域的研究结果相同[23-24]。耿燕等[25]发现，多种轮虫类密度优势种的分布与

相关，

作为水体TN中的组成之一，是含氮有机物氧化生成硝酸盐过程的中间产物，可在一定程度上反映水体中腐质的多少，能够影响轮虫类密度优势种的分布[26]；浮游植物作为初级生产者，能够通过上行效应影响浮游动物的群落结构，而TN是其生长所必需的物质之一，在对抚仙湖[27]的研究中，浮游动物种类及数量与氮、磷营养盐密切相关。本研究中，Chl-a和WT分别是影响6月和9月潮白河水系浮游动物密度优势种分布的主要环境因子。Chl-a是浮游植物进行光合作用的主要色素，反映水体中浮游植物现存量多少，能够直接影响小单环栉毛虫(a8′)、针簇多肢轮虫(b3′)的密度及分布。郭坤等[28]研究表明，不同种类浮游动物的最适生长温度不同，而适宜的温度可缩短发育时间，从而影响浮游动物的群落结构。本研究中，9月原生动物密度优势种的分布与水温的相关性较大，相比于轮虫类、枝角类和桡足类，多数原生动物最适生长温度范围较窄，为10～25 ℃[29]，表5中所列6月与9月原生动物密度优势种的变化较大，在一定程度上反映了不同月份水温变化对原生动物密度优势种的影响。透明度是通过影响水体叶绿素a含量间接影响浮游动物群落结构，一般情况下，大多数浮游动物与水体透明度、叶绿素a含量呈负相关关系[30]，但在本次研究中，小单环栉毛虫与团焰毛虫等原生动物与透明度呈正相关关系，原因是不同于多数滤食性轮虫、枝角类以浮游植物为主要食物，原生动物摄食细菌及腐质的速率较高[31]，受浮游植物数量的限制较小。

3.3 水质评价

本研究显示，潮白河水系水体富营养化程度处于中度富营养状态，9月水体富营养化程度低于6月。白河水域水体基本为中度富营养状态，仅上游白河堡水库水质较好，与以往调查结果基本相同[5]，白河流经山区，水量的70%来源于自然降水，而山区坡度陡峭，降雨形成的地表径流流速大、冲刷强度高，水质受地表径流影响极大[32]，此外，白河周边景区数量较多，旅游业的发展是否会对水质造成不利影响还需进一步研究。6月潮河水域栗榛寨、沙厂水库水体为重度富营养化状态，这是由于两处水域周边植被覆盖率较低，周边区域有一定程度的水土流失，水质受近岸地表径流影响较大，使水域内N、P等营养盐含量偏高，造成水体重度富营养化，另外，潮河周边区域的农业用地也会对潮河水域富营养化造成影响。近年来，密云水库水质状况保持在稳定状态，2002—2003年水体处于中-富营养状态[33]，2006年处于清洁或轻度污染状态[34]，2009年处于中营养状态[35]，本次调查表明，密云水库水体处于轻度富营养状态，与近年调查结果基本一致，但水质状况受上游河流白河、潮河、清水河的影响较大[32]。2008—2009年潮白河顺义段水质为富营养状态[36]，主要原因是潮白河两岸人口相对集中且有大量农业用地，汛期会有大量污染物随地表径流进入河道，造成河道水体富营养化。近几年北京市通过引温济潮调水、流域生态修复、南水北调补水等措施[37]，有效改善了潮白河水环境质量，本次调查表明，潮白河处于轻度富营养状态，水体质量与以往相比有较大提升。

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