1、 290 国家重点研发计划项目(2021YFC3200901)资助 收稿日期:20220329;修回日期:20220410 北京大学学报(自然科学版)第 59 卷 第 2 期 2023 年 3 月 Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis,Vol.59,No.2(Mar.2023)doi:10.13209/j.0479-8023.2023.006 潮白河流域水库浮游动物群落季节 变化特征及其驱动因素 张群 许旭明 陈倩 国家环境保护河流全物质通量重点实验室,北京大学环境科学与工程学院,北京 100871;通信作者,E-mail:
2、摘要 为了解不同季节潮白河流域水库中浮游动物群落的结构特征及其影响因素,分别于 2020 年 9 月(秋)和12 月(冬),2021 年 3 月(春)和 6 月(夏)对 12 个水库监测断面的浮游动物群落开展调研。4 个季度共采集并鉴定浮游动物 67 属 90 种,其中夏季种类最丰富,春季最少。水库浮游动物密度和生物量在夏季达到峰值,均值分别为 231.5 ind./L 和 0.199 mg/L;春季浮游动物的平均密度(60.8 ind./L)和生物量(0.075 mg/L)均最低。不同季节浮游动物群落组成存在显著差异。夏秋两季浮游动物种类组成与密度组成均以轮虫为主,冬春两季则以原生动物为主。
3、侠盗虫在水库四季均为优势类群。相关性分析结果表明,浮游动物 Shannon-Wiener 多样性指数与亚硝酸盐氮和总有机碳均显著正相关,浮游动物丰富度则与硝酸盐氮、总氮和总磷显著正相关。典范对应分析结果表明,溶解氧、水温、亚硝酸盐氮、总有机碳和电导率是影响浮游动物群落季节分布的主要环境因子。研究结果较全面地揭示了不同季节潮白河流域水库的浮游动物群落变化规律,可为流域内水生态健康评估提供基础资料。关键词 浮游动物;环境因子;季节;多样性;潮白河 Seasonal Variation and Drivers of Zooplankton Community in Reservoirs of Cha
4、obai River Basin ZHANG Qun,XU Xuming,CHEN Qian State Environmental Protection Key Laboratory of All Materials Fluxes in River Ecosystems,College of Environmental Sciences and Engineering,Peking University,Beijing 100871;Corresponding author,E-mail: Abstract To reveal the seasonal variations of zoopl
5、ankton community and their drivers in reservoirs of the Chaobai River basin,12 reservoir monitoring stations were deployed in September(autumn)and December(winter)of 2020,and March(spring)and June(summer)of 2021,respectively.Totally 90 zooplankton species belonging to 67 genera were identified in th
6、e four seasons,with the highest richness in summer and the lowest in spring.The mean abundance(231.5 ind./L)and biomass(0.199 mg/L)of zooplankton peaked in summer,while they were merely 60.8 ind./L and 0.075 mg/L in spring,respectively.Significant seasonal differences were observed in the structure
7、of zooplankton community.Rotifers contributed the largest proportion of richness and abundance in autumn and summer,but the zooplankton in winter and spring were mainly dominated by protozoa.Strobilidium sp.was the most abundant species occurred in the four seasons of the reservoirs.Correlation anal
8、ysis showed that the Shannon-Wiener diversity index of zooplankton was positively related with nitrite nitrogen and total organic carbon,while the richness was strongly associated with nitrate nitrogen,total nitrogen and total phosphorus.Canonical correspondence analysis exhibited that dissolved oxy
9、gen,water temperature,nitrite nitrogen,total organic carbon and conductivity were crucial in driving the seasonal distribution of zooplankton 张群等 潮白河流域水库浮游动物群落季节变化特征及其驱动因素 291 community.This study further provided supplementary data for the assessment of ecosystem health in reservoirs of the Chaobai
10、 River basin.Key words zooplankton;environmental factors;season;biodiversity;Chaobai River浮游动物(zooplankton)指生活在自由水域,自主游动能力较弱,主要依靠随波漂流运动的小型动 物1,广泛分布于各类水体中,是淡水生态系统的重要组成部分。浮游动物主要摄食浮游植物、细菌和腐质,同时被其他大型浮游动物和游泳动物等次级消费者捕食,在物质循环和能量流动中具有十分关键的作用2。作为水环境中的指示类群,浮游动物对水体理化因子的变化较为敏感,其种类组成、密度、生物量及多样性的变化是反映水环境质量的重要指标34
11、。潮白河水系是北京市五大水系之一,是京津冀都市区的重要水源地、国家水土保持重点控制区以及总体规划确定的重点景区5。受到北方地区经济发展和城市化速度加快的影响6,潮白河流域人类活动增强,水生态环境面临严峻的考验7。潮白河水系拥有包括密云水库、半城子水库和怀柔水库在内的众多水库,这些水库承担着防洪、蓄水、灌溉和供水等众多功能,为人类生活和经济发展带来巨大的效益。与河流相比,水库水体流动相对缓慢,营养物质及污染物容易富集。因此,对潮白河流域的水库开展研究,可以为京津冀地区水质监测与保护提供理论依据,为京津冀地区的高质量发展提供科学支撑。近年来,已有研究人员对潮白河流域单一水库开展基于浮游动物群落与多
12、样性的水生态评价研究。高思佳等8总结了白河堡水库中浮游动物的优势种,并通过多样性等指标反映出库区水质总体上清洁。周萌等9研究密云水库浮游动物多样性分布及其影响因素,并通过浮游动物群落结构对水库水质进行评价,结果表明密云水库水质状况总体良好。王媛媛等10研究南水北调前后密云水库浮游动物的群落结构,发现在南水北调开始阶段群落结构发生剧烈的变化,之后保持稳定,并与南水北调之前基本上持平。总体而言,目前对潮白河流域水库群不同季节的浮游动物群落变化规律及其驱动因素仍然缺乏系统性的认知。基于上述背景,本研究于 20202021 年对潮白河流域主要水库 4 个季度的浮游动物群落进行样品采集,分析库区浮游动物
13、群落结构的时空变化特征,揭示影响浮游动物群落组成的主要环境因子,以期为潮白河流域水生生物群落结构的系统性研究提供支撑,并为流域内水生态健康评估和水资源合理开发提供基础资料。1 材料与方法 1.1 研究区域概况 潮白河是海河水系的重要支流之一,全长 467 km,流域面积为 19354 km2,属于温带季风型大陆性半湿润半干旱气候区。流域内全年降雨量集中在68 月,占年降水量的 85以上。潮白河流域湖库众多,解放后修建大型水库 2 座、中型水库 5 座以及小型水库 33 座11。其中,密云水库是华北地区第一大水库,位于北京市中心东北约 100 km 的密云县,其汇水流域主要为水库上游的潮河、白河
14、流域,最大水深为 60 m,最大库容为 43.75 亿 m3。怀柔水库为京郊主要水利工程之一,位北京市怀柔区城西侧,水库流域由怀九河及怀沙河组成,蓄水面积为 1200 万 m2,总库容为 1 亿 m3。此外,还包括白河堡水库、半城子水库、沙厂水库和大水峪水库等。水库的建设大大缓解北京地区供水不足的问题,产生巨大的经济效益、社会效益和生态效益,是北京重要的“战略库”和“资源库”。1.2 采样站点布设 参照北京市环境保护局的监测断面布设,我们分别于 2020 年 9 月(秋季)和 12 月(冬季)、2021 年3 月(春季)和 6 月(夏季)对潮白河流域水库 12 个监测站点开展 4 次浮游动物群
15、落的样品采集。采样站点涉及密云水库(M1:库东;M2:库西;M3:内湖;M4:潮河主坝;M5:白河主坝)、怀柔水库(M6)、白河堡水库(M7)、遥桥峪水库(M8)、半城子水库(M9)、沙厂水库(M10)、大水峪水库(M11)和北台上水库(M12)。采样站点的分布如图 1 所示。1.3 样品采集与鉴定 使用有机玻璃采水器采集混合水样 20 L,通过25#浮游生物网进行过滤,然后浓缩至 50 mL,加入 5%的甲醛溶液固定。依据相关资料1215,在实验室通过显微镜对浮游动物种类进行鉴定,并统计个数与生物量。北京大学学报(自然科学版)第 59 卷 第 2 期 2023 年 3 月 292 图 1 采
16、样点分布 Fig.1 Distribution of the sampling sites 1.4 理化因子的测定 每个采样站点的经度、纬度和海拔通过手持GPS(美国麦哲伦)记录。使用 YSI 6600 V2 多参数水质监测仪现场测定水体的 pH、温度(WT)、溶解氧(DO)以及电导率(COND)。同步采集适量水样,在实验室测定总有机碳(TOC,HJ 5012009)、高锰酸盐指数(CODMn,GB/T118921989)、亚硝酸盐(NO2-N,GB 749387)、硝酸盐氮(NO3-N,HJ/T 3462007)、总氮(TN,HJ 6362012)和总磷(TP,GB 1189389)等理化指标。1.5 数据处理与分析 浮游动物优势度(Y)、Shannon-Wiener 多样性指数(H)、Simpson 多样性指数(D)与 Pielou 均匀度指数(J)的计算公式如下:Y=fi Pi,(1)H=Pi log2 Pi,(2)D=1 Pi2,(3)J=H/ln S,(4)式中,fi为第 i 个物种的出现频率,Pi为第 i 个物种个体数量与总个体数量的比值,S 为种类数。本文 将出现频率大于