Community Structure and Diversity of Zooplankton before and after Summer Water Replenishment in Daihai
In order to investigate the community structure and diversity of zooplankton before and after the summer water replenishment in Daihai, the community structure and diversity of zooplankton in the water body of Daihai were investigated before the summer water replenishment in 2022 (June) and after the summer water replenishment in 2023 (June), and their species composition, abundance, biomass and biodiversity index were analyzed. The results showed that 8 species of 3 phyla were identified before water replenishment, among which copepods (5), rotifers (2) and rotifers (1) were the most, and 21 species of 4 phyla were identified after water replenishment, among which copepods (14), rotifers (4), protozoa (2) and rotifers (1) were the most, and the number of dominant species after water replenishment was significantly higher than that before water replenishment. The average abundance of zooplankton before water replenishment (145.35 ind./L) was lower than that after water replenishment (157.50 ind./L), while the average biomass (36.70 mg/L) was higher than that after water replenishment (5.44 mg/L). Shannon-Wiener diversity index (H'), Pielou evenness index (J) and Margalef richness index (d) before water replenishment were 0.77~1.50, 0.36~0.70 and 0.60~1.12, respectively. After water replenishment, H', J and d ranged from 0.45~2.07, 0.69~0.96 and 0.31~1.65, respectively. Principal coordinate analysis (PCoA) showed that there were significant differences in the community structure of zooplankton before and after water replenishment in summer (P < 0.05). According to the water quality evaluation standard of diversity index, the water quality of Daihai in summer has not been significantly improved, and it needs to be strengthened to protect and control.
Zooplankton
随着全球气候变化、经济发展及城市化的不断推进,使得寒旱区浅水型湖泊富营养化一直是较为突出的水环境问题之一。大量营养物质的排入会造成湖泊水生生物的异常繁殖和水体生态功能的逐步恶化,最终导致湖泊水体富营养化的产生
岱海作为寒旱区浅水型湖泊的典型代表,是内蒙古自治区中部生态保护的核心区,也是北方重要的生态屏障,具有独特的流域地质地貌环境、水文气候特征及特殊的富营养化形成机制。近年来,由于人为及自然因素的干扰,岱海的水位下降、水域面积急剧萎缩、水质持续恶化及生物种群匮乏
本研究于2022~2023年夏季对岱海生态补水前后浮游动物群落结构进行调查,通过分析岱海补水前后浮游动物的种类组成、丰度、生物量和生物多样性指数,对群落分布特征和水体状况进行讨论,以期为岱海的生态修复、环境保护及资源合理利用提供参考。
岱海位于内蒙古自治区乌兰察布市凉城县东部,地理位置为东经112˚33'~112˚46',北纬40˚29'~40˚37',流域面积达2339 km2。岱海属微咸水湖,为内陆型封闭湖泊,其水源主要来自降水、河流输入和地下水,入湖河流有22条,主要的支流有西侧的弓坝河、五号河及南侧的天成河、步量河等8条。主要保护对象为湖泊湿地生态系统及栖息珍稀鸟类
本研究分别于2022年6月(生态补水前)、2023年6月(生态补水后)共开展2次对岱海浮游动物群落特征的调查。利用网格法对岱海均匀设置调查点位,兼顾湖滨带和湖心区,共设置10个采样点(
点位编号名称 |
点位名称 |
东经(度) |
北纬(度) |
D1 |
岱海1 |
E 112˚40'19.01'' |
N 40˚36'07.26'' |
D2 |
岱海2 |
E 112˚42'12.90'' |
N 40˚36'08.76'' |
D3 |
岱海3 |
E 112˚43'52.73'' |
N 40˚36'04.93'' |
D4 |
岱海4 |
E 112˚38'44.61'' |
N 40˚34'15.36'' |
D5 |
岱海5 |
E 112˚38'56.58'' |
N 40˚34'46.26'' |
D6 |
岱海6 |
E 112˚42'25.02'' |
N 40˚34'52.29'' |
D7 |
岱海7 |
E 112˚44'05.72'' |
N 40˚35'23.02'' |
D8 |
岱海8 |
E 112˚39'49.15'' |
N 40˚33'08.18'' |
D9 |
岱海9 |
E 112˚41'34.48'' |
N 40˚33'29.55'' |
D10 |
岱海10 |
E 112˚43'53.35'' |
N 40˚34'06.20'' |
采集枝角类和桡足类,取20 L混合水样,通过13#浮游生物网过滤浓缩至50 mL,现场添5%的甲醛溶液进行固定处理;利用25#浮游生物网采集原生动物和轮虫,在水深0.5 m处采水,灌注1000 ml聚乙烯塑料大瓶中保存,现场加入15 ml鲁哥氏液进行固定并对水样贴上标签,运回实验室充分静置48 h后,虹吸浓缩至30 ml。均使用移液枪和MoticBA400光学显微镜进行计数与鉴定。枝角类和桡足类定量样品准确吸取5 ml置于相应规格计数框内,在10×物镜下,进行镜检鉴定和计数(若其样品密度过高时,适当稀释后再计数)。原生动物和轮虫浓缩样品经充分摇匀后分别取0.1 ml和1 ml置于相应规格计数框内,在20×物镜下全片计数。同一样品计数2片,如果误差超过15%,则计数第3片,结果取平均值。物类鉴定参考《微型生物监测新技术》
式中:N——1 L水样中所观察到的浮游动物个数;Vs——浓缩后的样品体积;n——显微镜下观察到的浮游动物个数;V——采样量;Va——计数体积。通过上述公式计算得到浮游动物丰度,结合浮游动物湿重数据,即可计算浮游动物生物量。
生物多样性指数是描述群落结构特征的一个指标,运用PAST软件计算出的3种多样性指数(Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数和Margalef丰富度指数)对岱海夏季补水前后浮游动物多样性进行分析。Shannon-Wiener多样性指数一般用于判断群落结构的复杂程度,重复性越小,复杂程度就越高,值就越大;Pielou均匀度指数则可以用于判断各物种个体数量分配的均匀程度;Margalef丰富度指数是指一个群落或环境中物种数目的多少,反映了群落物种的丰富度
(1) Shannon-Wiener多样性指数(
)计算公式
(2) Pielou均匀度指数(J)计算公式
式中: 为种类多样性指数; 为 ,表示多样性指数的最大值,S为样品中总种类数。
(3) Margalef种类丰富度指数(d)计算公式
式中:S为样品中总种类数;N为样品中的生物总个体数。
生物多样性指数 |
重污染 |
α-中污染 |
β-中污染 |
轻污染 |
清洁 |
H' |
<1.0 |
2.0~1.0 |
3.0~1.0 |
2.0~1.0 |
>4.5 |
J |
<0.1 |
0.3~0.1 |
2.0~1.0 |
2.0~1.0 |
>0.8 |
d |
1.0~0 |
2.0~1.0 |
2.0~1.0 |
2.0~1.0 |
>6.0 |
注:H':香农–维纳多样性指数;J:均匀度指数;d:丰富度指数。
运用Excel 2021对浮游动物物种丰度、生物量和优势种进行统计计算。根据浮游生物的优势度(Y)来确定优势种,当Y ≥ 0.02时确定为优势种。
优势度指数(Y)计算公式
式中 为样品中第i种生物个体数,N为样品种生物总数;fi为第i种生物在各采样点出现的频率。
运用R语言“vegan”和“ggplot2”软件包对岱海夏季补水前后的浮游动物群落进行主坐标分析(PCoA),计算浮游动物种类之间的Bray-Curtis距离;
岱海夏季补水前后浮游动物物种组成如
时期/物种 |
原生动物 |
轮虫 |
枝角类 |
桡足类 |
总计 |
补水前 |
0 |
2 |
1 |
5 |
8 |
所占比例% |
0.00 |
25.00 |
12.50 |
62.50 |
|
补水后 |
2 |
1 |
4 |
14 |
21 |
所占比例% |
9.52 |
4.76 |
19.04 |
66.66 |
优势种 |
优势度 |
|||
门类 |
种类 |
拉丁名 |
补水前 |
补水后 |
枝角类 |
直额裸腹溞 |
Monia rectirostris |
0.174 |
0.051 |
微型裸腹溞 |
Moina micruraKurz |
- |
0.124 |
|
桡足类 |
球状许水蚤 |
Schmackeria forbesi |
0.025 |
0.050 |
腹突荡镖水蚤 |
Neutrodiaptomus genogibbosus |
0.398 |
- |
|
亚洲后镖水蚤 |
Metadiaptomus asiaticus |
0.154 |
- |
|
荡镖水蚤 |
Neutrodiaptomus |
- |
0.050 |
|
中华窄腹剑水蚤 |
Limnoithona sinensis |
- |
0.033 |
|
哲水蚤幼体 |
Calanoida |
- |
0.041 |
|
剑水蚤幼体 |
Cyclopoidea |
- |
0.100 |
岱海夏季补水前后浮游动物现存量的分析如
2022年6月生态补水前Shannon-Wiener多样性指数(H')、Pielou均匀度指数(J)和Margalef丰富度指数(d)的平均值分别为1.29、0.58、0.82,均低于2023年6月生态补水后补水后H'、J、d的平均值(1.55、0.84、1.16)。补水前,全域采样点H'介于0.77~1.50之间、J介于0.36~0.70之间、d介于0.60~1.12。补水后,全域采样点H'介于0.45~2.07之间、J介于0.69~0.96之间、d介于0.31~1.65 (
采样时期 |
采样点 |
H' |
J |
d |
补水前 |
D1 |
1.50 |
0.56 |
1.01 |
D2 |
1.50 |
0.64 |
1.12 |
|
D3 |
1.23 |
0.69 |
0.60 |
|
D4 |
0.77 |
0.36 |
0.75 |
|
D5 |
1.26 |
0.58 |
0.84 |
|
D6 |
1.43 |
0.70 |
0.66 |
|
D7 |
1.36 |
0.65 |
0.73 |
|
D8 |
1.37 |
0.65 |
0.72 |
|
D9 |
1.36 |
0.49 |
1.02 |
|
D10 |
1.16 |
0.53 |
0.70 |
|
补水后 |
D1 |
1.66 |
0.87 |
1.07 |
D2 |
1.91 |
0.75 |
1.65 |
|
D3 |
1.28 |
0.90 |
0.90 |
|
D4 |
1.70 |
0.91 |
1.20 |
|
D5 |
1.34 |
0.96 |
0.79 |
|
D6 |
0.45 |
0.78 |
0.31 |
|
D7 |
1.47 |
0.87 |
1.06 |
|
D8 |
1.94 |
0.87 |
1.45 |
|
D9 |
2.07 |
0.80 |
1.61 |
|
D10 |
1.71 |
0.69 |
1.55 |
注:H':香农–维纳多样性指数;J:均匀度指数;d:丰富度指数。
根据Shannon-Wiener指数水质评价标准(
通过PCoA对岱海夏季补水前后的浮游动物群落结构组成进行比较发现(
已知的湖泊、水库浮游动物群落组成的研究中,大多数都是以轮虫的种类和丰度所占的比例较高,而枝角类和桡足类占比较少
在富营养化的浅水湖泊中,浮游动物通常呈现小型化趋势(轮虫和原生动物),而本研究中表现出桡足类占主导并呈现大型化特征(桡足类和枝角类),补水前后桡足类均占总物种数的60%以上,优势种也是以桡足类和枝角类为主,不符合富营养化水域中的浮游动物的组成特点
通常情况下,生物量与丰度成正比关系,即丰度增加,生物量也随之增加
岱海夏季生态补水前共鉴定出3门8种,补水后共鉴定出4门21种,均以桡足类和枝角类为优势种;补水前浮游动物平均丰度低于补水后,而平均生物量高于补水后;补水前后的浮游动物群落结构存在显著差异(P < 0.05);经过生态补水工程后岱海夏季浮游动物生物状况呈现向好趋势,而水质仍处于较差水平,并没有得到明显的改善,考虑到浮游动物群落组成的复杂性,仅凭多样性指数来评价生物状况与水质状况不够全面。本次调查时间为夏季,只能代表该流域丰水期浮游动物群落分布情况,对于全年的整体变化规律,尚需进一步探讨。