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1、入库河口水质改善示范工程对后生浮游动物群落结构的影响摘 要：以贵州百花湖麦西河入库河口生态浮床为载体的物理-生态集成技术改善水质示范工程为基础，研究了后生浮游动物群落结构变化及环境因子间的关系。结果表明：麦西河入库河口后生浮游动物主要是以轮虫为主，其中螺形龟甲轮虫（Keratell cochlearis）、萼花臂尾轮虫（Brachionus calycifloru）、裂足臂尾轮虫（Brachionus diversicornis）、前节晶囊轮虫（Asplachna priodonta Gosse）、广生多肢轮虫（Polyarthra vulgaris）为优势种类；长额象鼻溞（Bosmina l
2、ongirostris）为工程内数量相对较多枝角类，而在工程区外颈沟基合溞（deitersi Bosminopsis deitersi）的数量相对较多的枝角类；工程内桡足类丰度在0.63121.95个/L之间变化，而工程外在0.9942.62个/L之间变化，工程内和工程外的桡足类的丰度存在显著性的差异（n=14，p0.01），工程内的桡足类丰度明显高于工程外。后生浮游动物群落结构变化较好地反映出了水质变化，桡足类比例的增加和轮虫的比例减少，指示出了降低工程示范区内富营养化程度，水质好转。关键词：浮游动物；群落结构；物理-生态工程；河口；水库Effect of Physic-ecological
3、 Engineering on Metazoan Zooplankton Community Structure at the Estuary of Reservoir Abstract: Dynamics of metazoan zooplankton community structure and the relation between metazoan zooplankton and environmental factors were studied based on integrated physical and ecological engineering experiment
4、for ecological remediation at the Maixi river estuary in Baihua Reservoir Guizhou province, China. Rotifer was the main metazoan zooplankton at the estuary of the Baihua Reservoir. The dominant species of rotifer were Keratell cochlearis, Brachionus calycifloru, Brachionus diversicornis, Asplachna p
5、riodonta Gosse, Polyarthra vulgaris in different period. Bosmina longirostrishad a relatively large number of cladocera inside the project, but Deitersi Bosminopsis deitersi outside the project. Abundance of copepods changed from 0.63 to 121.95 ind./ L inside the project, while ranged from 0.99 to 4
6、2.62 ind./ L outside the project. The copepod abundance existed a significant difference (n = 14, p 0.01), the abundance of copepods within the project was significantly higher than outside the project. It reflected the changes of water quality from the dynamics of metazoan zooplankton community str
7、ucture. The proportion of the copepods increased and rotifer reduced indicated the water quality improved and the trend of eutrophication controlled. Keywords: zooplankton; community; physic-ecological engineering; Estuary; Reservoir水体富营养化及其“水华”灾害成为当今国际重大的水环境问题，已经引起世界各国和联合国环境规划署(UNEP)等国际组织的充分关注，而且水体
8、富营养化有加剧的趋势13。目前，对富营养化水体的水质改善进行过大量的研究和治理工作，积累了丰富的技术、经验和方法45。采用单一方法控制营养盐不是解决问题的根本途径，生态修复要求与流域削减污染治理相结合，采用物理-生态工程(PEEN)和生物环保产业(BEEN)，从局部到大范围修复水生态系统是可操作、投入少、效益高，能实现社会、生态、环境、效益的良好途径610。浮游动物是水体生态系统的重要组成部分1112，其种类的组成和群落结构的变化能够较好的反映出水质状况1317。已有的研究多侧重于浮游动物群落结构域水质状况方面的评价1822，对于物理-生态集成技术修复重污染水体中浮游动物的群落动态变化及其响应
9、研究较少2324。本研究以贵州百花湖麦西河入库河口生态浮床为载体的物理-生态集成技术改善水质示范工程为基础，通过对浮游动物群落结构动态变化及与环境因子之间关系研究，重点探讨浮游动物群落变化与水质改善间的响应关系，初步揭示出贵州高原物理-生态集成技术对富营养化水体水质改善对浮游动物群落结构的影响的规律，为治理贵州高原湖库的水体富营养化提供理论依据和技术支持。1 材料与方法1.1 试验系统物理-生态集成技术水质改善生态修复工程简介参见其文献10,25。1.2 采样频率 在2010年6月水质改善工程实施之后，在水华高发期以每月2次的频率采样调查或1月1次，2月1次的频率跟踪调查。其中在工程区外对照点
10、为(NE-S1)(26655003 N，106533933E)和工程区内设点为(E-S2) (26655005N，106533945E)。1.3实验方法透明度(Secchi depth, SD)和pH值现场测定，分别采用透明度盘(塞氏盘)和pHS-3C型酸度计。根据水和废水监测分析方法(第四版)(国家环境保护总局，2002)，测定总氮(total nitrogen, TN)、总磷(total phosphorus, TP)、硝酸盐氮(nitrate nitrogen, NO3-N)化学需氧量(chemical oxygen demand, COD)等水化指标。叶绿素a(chlorophyll
11、a，Chl-a)采用经过0.45 m的纤维滤膜抽滤 200500 mL，反复冻融，运用丙酮萃取方法进行实验27。总氮(TN)采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定，总磷(TP)采用钼酸铵分光光度法，水样经0.45m醋酸纤维滤膜过滤后分别以分光光度法测定硝酸盐氮(NO3-N)。化学好氧量( chemical oxygen demand, COD)采用重铬酸钾标准法滴定，浮游动物定量样品从表层到底层取水样20L，用25#浮游生物网现场过滤，用福尔马林固定，浓度为3%5%，在实验室Olympus显微镜镜检28。1.4数据分析方法用Microsoft Excel及统计软件SPSS18.0处理和分析数据
12、。用独立样本T检验(Independent-Sample T Test)检验工程内外后生浮游动物间的差异。用SigmaPlot 10绘图。2 结果与分析2.1 富营养化指标处理效果通过对工程示范区内外各富营养化指标的定期监测，研究期间工程示范区内外的水质指标总氮（TN）、总磷（TP）、叶绿素（Chl.a）、化学耗氧量（COD）有明显的区别（n= 24 ，p 0.01），尤其是在水华高发期（79月），示范工程区内指标明显要低于工程区外指标，叶绿素（Chl.a）低23.06gL -1；总氮（TN）浓度低0.61 mgL -1；总磷（TP）浓度低0.041 mgL -1；化学好氧量（COD）低8.4
13、 mgL -1；透明度工程区内平均达到1.73m，而工程区外平均仅0.90m，工程区内透明度是工程区外的2.63倍。富营养化指数指示出示范工程区外大部分时期处于富营养化状态或中-富营养化状态，而工程内已经处于贫-中营养状态，水质改善生态工程明显的抑制了工程区富营养化恶化趋势10。2.2 后生浮游动物种类组成表1 后生浮游动物种类组成种类工程区内工程区外种类工程区内工程区外桡足类Copepoda萼花臂尾轮虫Brachionus calycifloru+无节幼体Nauplii+角突臂尾轮虫Brachionus angularis+温中剑水蚤Mesocyclops thermocyclopoides
14、+尾突臂尾轮虫Brachionus caudatus+桡足幼体Copepodites+裂足臂尾轮虫Brachionus diversicornis+猛水蚤 Harpacticella sp.+方形臂尾轮虫Brachionus quadridentatus+待添加的隐藏文字内容2枝角类Cladocera剪形臂尾轮虫Brachionus forficula+长额象鼻溞Bosmina longirostris+暗小异尾轮虫Trichocerca pusilla+颈沟基合溞deitersi Bosminopsis deitersi (Richard)+对棘异尾轮虫richocerca stylata+
15、短腹锐额溞Alonella exigua+刺盖异尾轮虫Trichocerca capucina+短尾秀体溞Diaphanosoma brachyurum+圆筒异尾轮虫Trichocerca cylindrica+短腹平直溞Pleuroxus aduncus+前节晶囊轮虫Asplachna priodonta Gosse+微型裸腹溞Moina micrura+广生多肢轮虫Polyarthra vulgaris+蚤状溞Daphnia pulex Leydig+叉角聚花轮虫Conochilus dossuarius+僧帽溞Daphnia cucullata+月形腔轮虫Lecane luna+奥氏秀体
16、溞Diaphanosoma orghidani+囊形腔轮虫Lecane bulla+轮虫类Rotifera长三肢轮虫Filinia longisela+螺形龟甲轮虫Keratell cochlearis+奇异六腕轮虫Hexartra mira+-热带龟甲轮虫Keratell tropica+腹足腹尾轮虫Gastropus hyplopus-+顶生三肢轮虫Filinia sp.+注： + 表示存在；+ 表示较多；- 表示未检出从表1可以看出，在工程实施之后的一年多的时间中，工程内和工程外的浮游动物种类组成区别不大，桡足类的种类较少，仅检出了温中剑水蚤（Mesocyclops thermocycl
17、opoides），工程区内和工程外均以无节幼体为优势种类。工程内和工程外共检出了枝角类9种，但是在工程区内长额象鼻溞（Bosmina longirostris）数量相对较多，而在工程区外颈沟基合溞（deitersi Bosminopsis deitersi）的数量相对较多，工程内和工程外的枝角类的优势种有区别。轮虫共检出21种，在不同时期主要以螺形龟甲轮虫（Keratell cochlearis）、萼花臂尾轮虫（Brachionus calycifloru）、裂足臂尾轮虫（Brachionus diversicornis）、前节晶囊轮虫（Asplachna priodonta Gosse）、广
18、生多肢轮虫（Polyarthra vulgaris）为优势种类，但是，我们也可以看出，广生多肢轮虫（Polyarthra vulgaris）有一段时间在工程内为优势种类，而在工程外没有成为优势种。2.3 后生浮游动物数量动态变化图1 工程内/外桡足类、枝角类和轮虫数量季节动态变化从图1可以看出，工程内桡足类丰度在0.63121.95个/L之间变化，而工程外在0.9942.62个/L之间变化。桡足类最大值出现在2011年8月工程内，而工程外最大值出现在2010年11月，工程内和工程外的桡足类的丰度存在显著性的差异（n=14，p0.05）。轮虫的密度季节变化较大，工程内轮虫的密度在3.3258.5
19、8个/L之间变化，工程外轮虫的密度在1.721309.75个/L之间变化，工程内和工程外最大值均出现在2010年11月，以前节晶囊轮虫（Asplachna priodonta Gosse）为优势种，而最小值出现在工程外2011年6月，工程内和工程外的轮虫的丰度不存在显著性的差异（n=14，p0.05）。2.4 后生浮游动物组成百分数动态变化图2 工程内/外桡足类、枝角类和轮虫数量百分数季节动态变化从图2可以看出，工程内外桡足类、枝角类和轮虫数量百分数季节动态变化规律，工程区内外浮游动物主要是由桡足类和轮虫组成，枝角类占较少的部分。工程内桡足类的含量在10.8594.91%之间，轮虫在5.108
20、6.84%之间，枝角类在05.93%之间；工程外桡足类的含量在3.1089.21%之间，轮虫在5.0493.90%之间，枝角类在05.76%之间。在工程实施初期（2010年6月2010年11月）工程内外桡足类、枝角类和轮虫的丰度百分数的组成相差不大，但是在工程运行半年之后，在2011年工程内和工程外浮游动物组成有不同，工程区内桡足类的百分数含量明显要高于轮虫的百分数含量，而且工程区内桡足类的含量也高于工程外。2.5 后生浮游动物与环境因子之间关系表2 工程内后生浮游动物与环境因子之间的关系工程内透明度叶绿素总氮总磷硝氮pH值浊度化学耗氧量桡足类枝角类轮虫透明度1叶绿素-0.4021总氮0.39
21、60.0621总磷-.728*.610*-0.3471硝氮.563*0.12.895*-0.3961pH值-.592*0.228-0.2440.421-0.4121浊度-.841*0.441-0.521.854*-.624*0.5281化学耗氧量-0.428-0.241-0.5140.355-.540*0.1280.5091桡足类0.271-.555*0.083-.583*-0.0540.045-0.409-0.21枝角类0.4160.1260.214-0.2510.229-0.097-0.37-0.3870.3891轮虫0.3460.4220.503-0.1970.486-0.037-0.2
22、13-.691*-0.070.4761注：*. 在 .01 水平（双侧）上显著相关；*. 在 0.05 水平（双侧）上显著相关从表2可以看出，在工程内后生浮游动物与环境因子之间的关系，工程内桡足类与水体的叶绿素（n=14, p0.05, r=-0.555）和总磷（n=14, p0.05, r=-0.583）表现出了较好的负相关，枝角类和环境因子之间的关系不明显，而轮虫与化学耗氧量（n=14, p0.01, r=-0.691）表现出了较强的负相关关系。表3 工程外后生浮游动物与环境因子之间的关系工程外透明度叶绿素总氮总磷硝氮pH值浊度化学耗氧量桡足类枝角类轮虫透明度1叶绿素-0.421总氮0.4
23、810.0851总磷-0.1990.398-0.2341硝氮.752*-0.029.866*-0.2491pH值-.814*0.336-0.3550.115-.636*1浊度-.806*0.219-.642*0.515-.888*.697*1化学耗氧量-0.5220.164-0.431.594*-.625*.548*.726*1桡足类0.265-0.4350.215-.747*0.297-0.203-0.482-0.4841枝角类.618*-0.330.303-0.105.570*-0.52-.542*-0.4830.4851轮虫0.361-0.1780.191-0.0150.388-0.36
24、7-0.297-0.3430.413.841*1注：*. 在 .01 水平（双侧）上显著相关；*. 在 0.05 水平（双侧）上显著相关从表3可以看出，在工程外后生浮游动物与环境因子之间的关系，工程外桡足类与水体的总磷（n=14， p0.01， r=-0.747）表现出了较强的负相关，枝角类和透明度（n=14， p0.05，r=0.618）和硝氮（n=14，p0.01， r=0.570）表现出了较好的正相关关系，而与浊度（n=14， p0.01， r=-0.542）表现出了较好的负相关关系，而轮虫与枝角类（n=14， p0.01，r=0.841）表现出了较强的正相关关系。2.6 后生浮游动物与
25、对营养水平的响应图3桡足类、枝角类和轮虫丰度与水体营养水平的相关分析从图3可以看出，桡足类与水体的营养水平表现出较强的负相关关系（n=28，p0.05， r=-0.290）、轮虫（n=28，p0.05，r=-0.079）与水体富营养化水平相关性较差(图3.B, C)。3 讨论3.1 后生浮游动物群落结构动态全球水环境问题日益突出，浮游动物作为水域生态系统重要的组成部分，在水域生态系统营养结构中是一类极为重要的消费者，扮演着一个非常重要的较色1112。浮游动物能作为指示生物，能够较好的反映水质好坏，特别是轮虫对水质比较敏感1317。麦西河是百花湖水库一条重要的入库河流，也是污染较为严重的一条河流
26、。轮虫也成为该区域主要的后生浮游动物种类。在鉴定出的21种轮虫中，螺形龟甲轮虫、萼花臂尾轮虫、裂足臂尾轮虫、前节晶囊轮虫、广生多肢轮虫为不同时期的优势轮虫种类，而这些轮虫种类都是喜好污染水体生活且及耐低氧的浮游动物种类，也指示出了该区域水质状况较差。从后生浮游动物的组成比例可以看出，随着工程运行时间的增加，工程内桡足类、枝角类的丰度百分数增加，而轮虫的百分数有降低，而且工程内桡足类、枝角类的丰度百分数要高于工程外。工程内轮虫的优势地位随时间逐步弱化，桡足类丰度明显增加的趋势，并逐步形成稳定的群落结构，这也是示范工程实施之后，浮游动物的生境得到改善后，浮游动物丰度及组成发生了改变，反映出了水质好
27、转2324。3.2后生浮游动物与环境因子之间关系无论是工程内还是工程外，桡足类与总磷表现出来较强的负相关关系，而枝角类与透明度和硝氮表现出了较好的正相关关系。磷的降低有利于桡足类增加，在工程实施后，桡足类的比例增加而轮虫比例较小，反映了工程区水质好转2324。从浮游动物与富营养化指数相关性可以看出，桡足类的变化能够很好地反映出水质状况和水体的营养状态，而轮虫和枝角类表现出对富营养化指示较弱，水体富营养化程度降低有利于桡足类的浮游动物增加，也降低了轮虫在浮游动物丰度中的比例19。从浮游动物群落结构及与环境因子之间的关系也反映出了水质改善工程实施之后，工程区的水环境得到有效地改善，富营养化程度得到
28、了有效地抑制。4 结论 1）百花湖麦西河入库河口浮游动物主要是以轮虫为主，螺形龟甲轮虫、萼花臂尾轮虫、裂足臂尾轮虫、前节晶囊轮虫、广生多肢轮虫为优势种类；长额象鼻溞为工程内数量相对较多的枝角类，而在工程区外颈沟基合溞的数量相对较多的枝角类。2）工程内桡足类密度在0.63121.95个/L之间变化，而工程外在0.9942.62个/L之间变化。工程内和工程外的桡足类的丰度存在显著性的差异，工程内的桡足类丰度明显高于工程外。3）后生浮游动物群落结构变化较好地反映出了水质变化，桡足类的增加，降低了轮虫的比例，指示出了工程实施后富营养化程度降低，水质好转。参考文献1 金相灿，屠清瑛.湖泊富营养化调查规范
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