济南市济西湿地浮游生物群落时空分布及功能群特征.pdf
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1、为掌握山东省济南市济西湿地水生生物群落结构及生态环境现状,于 2021 年 112 月逐月对济西湿地的浮游生物开展调查,并对水环境因子进行监测与影响效应分析。结果表明:浮游动物共鉴定出 4 类66 种,轮虫种类数最多(占比 56.06%),浮游动物平均密度为 181.8 ind./L,浮游动物可划分为 7 个功能群,其中轮虫滤食者(RF)为代表性功能群;浮游植物共采集到 8 门 180 种,绿藻门种类数最多(占比40.56%),浮游植物平均密度为1 052.2104 cells/L,浮游植物可划分为29 个功能群,其中 MP、J、L0、D和 X1 为代表性功能群;浮游动物和浮游植物的 Shan
2、non-Wiener 多样性指数(H)平均值分别为 2.504、2.828,Pielou 均匀度指数(J)平均值分别为 0.708、0.722;水质评价显示,济西湿地水质整体处于中营养化水平,受到轻度污染;RDA 分析显示,水温(WT)、电导率(COND)和磷酸盐(PO3-4-P)是显著影响浮游动物群落分布的环境因子(P0.05),WT、COND、悬浮物(SS)和 PO3-4-P 是显著影响浮游植物群落时空分布的环境因子(P0.05)。研究表明,济南市济西湿地浮游生物种类组成及生物密度在季节上和空间上呈现差异,济西湿地水体呈现中营养化。关键词:济西湿地;浮游生物;功能群;环境因子中图分类号:S
3、 932.4 文献标志码:A 济西湿地(116 4651.9 116 4853.6E,363822.236402.3N)位于山东省济南市西部城区,南临南水北调济平干渠,东临玉清湖水库,西北临黄河,总面积约 33.4 km2。济西湿地是平原型积水洼地,汇集了黄河、济平干渠和玉符河等丰富的地表水资源,形成了长江、黄河、泰山溪流三水脉合一的独特水系。湿地主要水源是黄河水与玉清湖水库的侧渗,水质清澈,湿地内河流、港汊交织形成大小岛屿近 100 座,水生植物丰富多样,水体经过湿地芦苇等植物的净化作用,水质基本可达到二类水的标准。济西湿地承担着济南市饮用水源保护、防洪安全和生态涵养的重要功能,被称为“城市
4、之肾”1。湿地生态系统是物质循环与能量转换的重要生态载体,亦是受人为活动干扰最为强烈的生态系统之一,特别是城市湿地2。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,而且在南水北调东线的生态环境保护中具有突出的地位。浮游生物在水生态系统中起着关键作用,是水生生物食物链的基础环节,可促进营养转化、能量流动和信息传递等生态过程,最终影响整个水域生态系统的稳定。其种类和数量的变动不仅会影响水体中其他水生生物的群落结构,而且能反映水域生态环境的变化,常被选作指示河流水环境质量特征的生物类群3-5。因此,了解和掌握浮游生物群落结构的变化及其与水环境因子的关系,有利于调整和保护湿地水生态系
5、统健康。目前,关于济西湿地水生生物资源的研究鲜有报道,且尚未系统开展基于浮游生物生态属性的功能群研究。本研究中,以济南市济西湿地为研究对象,对浮游生物的群落结构和水环境质量进行季节性调查分析,探讨浮游生物功能类群的时空分布特 收稿日期:2023-02-10 基金项目:国家自然科学基金(41977193)作者简介:侯恩光(1979),男,高级会计师。E-mail:houeg 通信作者:白海锋(1977),男,博士,工程师。E-mail:baihaifeng2002 殷旭旺(1980),男,博士,教授。E-mail:yinxuwang 征,分析驱动浮游生物群落结构分布的关键环境因子,以期为济西湿地
6、的生物多样性保护和生态系统修复提供科学参考。1 材料与方法1.1 采样点的设置根据济西湿地的地形地貌、水体生态特征(水深、水生植物和人类干扰程度等)及区域规划,在湿地内共设置 6 个采样点位(J1 J6),采样点分别位于 4 种典型区域。其中 J5 位于水源头的高科农业示范区域(玉清湖水库抽水区域),J1和 J6 分别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),J2 和 J4 位于人类活动干扰较小的大水面区域和断桥区域,J3 位于湿地公园水尾的映荷桥区域(入黄河区域)(图 1)。于 2021 年春季(35 月)、夏季(68 月)、秋季(911 月)和冬季(122 月)每月
7、进行一次浮游生物样品采集和水质监测。使用 GPS 全球卫星定位系统现场记录采样点地理坐标(表 1)。图 1 济西湿地浮游生物采样点位示意图Fig.1 Sampling site distribution for plankton collection in Jixi wetland表 1 济西湿地浮游生物采样点地理坐标Tab.1Longitude and latitude of sampling sites of plank-ton in Jixi wetland采样点位 sampling site东经 east longitude北纬 north latitudeJ11164740.9363
8、821.4J21164658.036381.7J31164749.5364037.2J4116479.2363856.4J51165539.7363841.2J6116568.9363842.31.2 方法1.2.1 样品的采集、鉴定与分析浮游生物定性样品:采用 25#(64 m)浮游生物网于水面下(0.3 0.5 m)做“”字形拖拽,510 min 后收集浮游生物样品。浮游动物定量样品:使用 5 L 有机玻璃采水器采集中上层水样,从中取水样 1.0 L 对轮虫和原生动物进行定量采集,加入体积分数为 1.0%的鲁哥氏液固定,带回实验室沉淀2448 h 后浓缩并定容至 40 mL。同时,用采水器
9、取均匀混合水样 50 L,用 25#浮游生物网过滤浓缩,定量采集枝角类与桡足类,用体积分数为 4%的甲醛溶液现场固定。浮游植物定量样品:采用 2.5 L 有机玻璃采水器采集中上层水样 1.0 L,加入体积分数为 1.5%的鲁哥氏液固定,带回实验室沉淀 48 h 后浓缩至50 mL,保存于标本瓶中。浮游生物样品采集后带回实验室,参照文献6-8 中的方法进行镜检、分类与计数。水环境样品的采集与检测:取双份混合水样置于 24 的保温箱保存,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 测定水 样 中 的 总 磷(TP)、总 氮(TN)、磷 酸 盐(PO3-4-P)、氨氮(NH4+-N)、
10、叶绿素(Chl-a)、高锰酸盐(CODMn)指数、硝酸盐氮(NO-3-N)和亚硝酸盐氮(NO-2-N)。水温(WT)、酸碱度(pH)、溶解氧(DO)、悬浮物(SS)和电导率(COND)在采样现场使用 HACH 系列便携式仪器进行测定,透明度(SD)采用萨氏盘测定。1.2.2多样性指数的计算利用 Shannon-Wiener多样性指数(H)和 Pielou 均匀度指数(J)对济西湿地浮游生物群落多样性进行描述,即 H=-(ni/N)log2(ni/N),(1)J=H/log2S。(2)式中:ni为第 i 种物种的个体数;N 为所有物种的个体数;S 为总物种种类数。1.2.3 综合营养状态评价选取
11、 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(TLI)对济西湿地生态系统健康状况进行评价。计算公式为ITL()=WjITL(j)。(3)式中:ITL()为综合营养状态指数 TLI();Wj为第 j 种参数营养状态指数的相关权重;ITL(j)为第 j 种参数的营养状态指数 TLI(j)。384第 3 期侯恩光,等:济南市济西湿地浮游生物群落时空分布及功能群特征采用 0100 的连续数字对水体营养状态进行分级,同一营养状态下,指数值越高表示其营养程度越严重。TLI()30 为贫营养(优),30TLI()50 为中营养(良),50TLI()60
12、 为轻度富营养(轻度污染),6070 为重度富营养(重度污染)9。1.2.4 浮游生物功能群分类 参照国内外对浮游生物功能群的研究10-11,根据浮游动物的大小、摄食习性、营养功能及浮游动物之间的相互作用,对浮游动物群落进行功能类群划分;根据浮游植物的耐受性、敏感性及生境特征(营养水平、清洁程度、水体深度和混合状态等),对浮游植物群落进行功能类群划分。1.2.5浮游生物与环境因子的相关性分析使用CANOCO 4.5 软件对各采样点浮游生物数据进行去趋势对应分析(DCA)。若第一轴长度大于 4.0,选用典范对应分析法(CCA)进行浮游生物密度与环境因子的相关性分析;若第一轴长度小于3.0,选用冗
13、余分析法(RDA)进行相关性分析;若第一轴长度为 3.04.0,两种分析方法均可以选用。在进行相关性分析之前,对浮游生物相对密度和环境因子参数(除 pH 外)进行 lg(x+1)转换。1.3 数据处理采用 SPSS 19.0 软件进行单因子方差分析,用Duncan 法进行组间多重比较,显著性水平设为0.05。2 结果与分析2.1 浮游生物群落结构2.1.1浮游生物种类组成及优势种在济西湿地共采集到浮游动物 4 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(13 种),占比 19.70%,桡足类与枝角类最少(各 8 种),共占比 24.24%。浮游植物共鉴
14、定出 8门 180 种(属),其中,绿藻门(Chlorophyta)种类最为丰富,有 73 种(属),占比 40.56%,依次为硅 藻 门(Bacillariophyta)59 种(属),占 比32.78%,蓝藻门(Cyanophyta)21 种(属),占比11.67%,裸藻门(Euglenophyta)有 13 种(属),占比 7.22%,甲藻门(Pyrrophyta)有 5 种(属),占 比 2.78%,隐 藻 门(Cryptophyta)有 4 种(属),占比 2.22%,金藻门(Chrysophyta)有 3种(属),占比 1.67%,黄藻门(Xanthophyta)最少(2 种),占
15、比 1.11%。从季节分布看,浮游生物种类数存在较大变化,春季浮游动物种类数最多(53 种),秋季次之(41 种),夏季与冬季基本一致(35 36 种);春季浮游植物种类数最多,有124 种(属),秋季次之,有 104 种(属),冬季种类数最少,有 52 种(属)。从空间分布看,浮游生物种类数在各采样点存在明显差异,其中,采样点 J6 附近的浮游动物种类较丰富,J6、J1 和 J3附近的浮游植物种类较丰富(表 2)。表 2 浮游生物种类数的时空变化Tab.2 Spatio-temporal changes of plankton species采样点位sampling stite浮游动物 zo
16、oplankton浮游植物 phytoplankton春季 spring夏季 summer秋季 autumn冬季 winter春季 spring夏季 summer秋季 autumn冬季 winterJ113.75.413.74.216.04.39.31.316.06.527.74.020.34.58.72.1J213.33.813.71.711.00.810.02.216.35.621.70.921.35.47.73.8J311.03.313.71.712.32.18.32.617.36.722.02.926.07.59.76.7J414.36.613.70.913.32.97.31.315.
17、77.725.02.819.08.07.02.2J513.05.19.34.211.33.99.01.614.05.722.73.919.32.98.01.6J618.07.411.71.918.02.814.02.523.05.421.03.625.33.49.73.9 浮游生物主要优势种包括原生动物、轮虫、硅藻、绿藻、蓝藻、金藻和裸藻,其中,浮游动物优势种 15 种,浮游植物优势种 21 种。春季浮游生物优势种有 13 种,夏季优势种有 13 种,秋季优势种有 16 种,冬季优势种有 7 种;优势度相对较高的浮游动物出现在冬季的螺形龟甲轮虫(Keratella cochlearis),优势
18、度为 0.495,优势度相对较低的浮游动物出现在秋季的萼花臂尾轮虫(Brachionus ca-lyciflorus),优势度为 0.020;优势度相对较高的浮游植物出现在冬季的尖针杆藻(Synedra acus),优势度为 0.192,优势度相对较低浮游植物出现在秋季的二形栅藻(Scenedesmus dimorphus)和春季的湖泊 鞘 丝 藻(Lyngbya limntica),优 势 度 均 为0.023(表 3)。2.1.2 浮游生物密度变化从季节分布看:浮游动物密度变化范围为 16.0824.0 ind./L,年平均值为 181.8 ind./L,夏季和冬季浮游动物平均密度显著高于
19、秋季和春季(P夏季春季冬季,且各季节间有显著性差异(P0.05)(表 4)。从空间分布看:采样点 J1、J4、J5 浮游动物密度(平均为 223.4 ind./L)总体大于采样点 J2、J3(平均为 125.8 ind./L);采样点 J1、J6 浮游植物密度(平均为 1 347.6104cells/L)总体大于采样点 J4、J5(平均为 894.69104 cells/L),浮游植物与浮游动物密度在空间分布上存在明显差异(表 4)。表 4 浮游生物密度的时空变化Tab.4Variations of plankton density in different seasons and sampl
20、ing sites时间和空间time and space浮游动物密度/(ind.L-1)zooplankton density浮游植物密度/(104 cellsL-1)phytoplankton density季节season春季 spring143.6371.57b629.1286.31c夏季 summer209.92173.70a1 163.36256.64b秋季 autumn155.1789.22b2 285.53585.74a冬季 winter218.50207.88a292.6160.09d采样点位sampling siteJI216.39137.41ab1 258.78762.64
21、abJ2135.3671.98bc1 051.70544.88bJ3116.2369.21c1 019.32569.06bcJ4216.44183.67ab879.99369.75cJ5237.41136.39a909.39428.43bcJ6168.9974.71b1 436.73893.08a 注:同列中标有不同字母者表示相同时间或空间上组间存在显著性差异(P0.05)。Note:The means with different letters within same column are signifi-cantly different between the groups in sam
22、e time or space at the 0.05 probability level,and the means with the same letter within the same column are not significant differences.2.1.3 浮游生物多样性从季节分布看,浮游动物 Shannon-Wiener 多样性指数为 1.9903.045,平均值为 2.504,平均多样性指数季节变化特征为秋季(2.656)春季(2.595)夏季(2.493)冬季(2.273),季节差异不显著(P0.05);从空间分布看,采样点 J6 的平均多样性指数(2.804)
23、显著高于采样点 J5(2.247)(P冬季(0.710)春季(0.703)夏季(0.702),季节差异不显著(P0.05);从空间分布看,采样点 J2 的平均均匀度指数最大(0.728),J5 和 J1 最小(0.6830.686),且最大值与最小值间存在显著性差异(P0.05)(图 2)。从季节分布看,浮游植物 Shannon-Wiener 多样性指数为 1.5832.281,平均值为 2.828,平均多样性指数季节变化特征为夏季(3.131)秋季584第 3 期侯恩光,等:济南市济西湿地浮游生物群落时空分布及功能群特征(3.091)春季(2.982)冬季(2.108),冬季与其他季节间存在
24、显著性差异(P0.05);从空间分布看,采样点 J3 平均多样性指数(2.986)显著高于采样点 J5(2.585)(P冬季(0.733)秋季(0.709)夏季(0.694),季节间无显著性差异(P0.05);从空间分布看,采样点 J2 平均均匀度指数最大(0.779),采样点 J5 最小(0.666),且二者间存在显著性差异(P0.05)(图 3)。图 2 浮游动物多样性分布特征Fig.2 Distribution characteristics of zooplankton diversity图 3 浮游植物多样性分布特征Fig.3 Distribution characteristics
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