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International Journal of Ecology
2324-7967
2324-7975
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ije-95403
Articles
生命科学
微山湖浮游动物群落结构时空分布及驱动因子分析
王文慧
郭玉飞
娄
彤
王洪成
王
彤
潍坊科技学院经济管理学院，山东 寿光
09
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2024
This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
微山湖在2023年7月(夏季)、10月(秋季)、12月(冬季)以及接下来的2024年3月(春季)，经历了四次对其水域浮游动物的深入监测。整体监测出浮游动物种类共计77种，涵盖了18种原生动物、45种轮虫、8种枝角类和6种桡足类。盛夏及金秋期间，生物的种类繁多，总计监测到48种；而春季与冬季，则略有下降，冬季记录到43种物种。春季时，湖内浮游动物密度达顶峰，估计每升有1.26 × 10
3 个个体；而夏季数量最少，约每升0.47 × 10
3 个个体。秋季和冬季的数目大致为每升0.75 × 10
3 个和0.71 × 10
3 个。论及生物量，夏季观察到的最大值为6.69 mg/L；与此相对，冬季生物量最低，仅为1.52 mg/L。春季与秋季的生物量则分别为每升2.41 mg/L及4.03 mg/L。关于浮游动物的香农多样性指数，其测量结果在1.74至2.15之间变化；而均匀度指数则在0.48至0.74之间波动。综合这些生态学参数，判断微山湖具有中等的营养水平，指出应当对其水质保护和湖泊资源的合理开发予以高度关注。
3 individuals per liter, while the number was the lowest in summer, about 0.47 × 10
3 individuals per liter. The numbers in autumn and winter were roughly 0.75 × 10
3 and 0.71 × 10
3 per liter. In terms of biomass, the maximum value observed in summer was 6.69 mg/L; in contrast, the lowest biomass in winter was only 1.52 mg/L. The biomass in spring and autumn is 2.41 mg/L and 4.03 mg/L respectively. Regarding the Shannon diversity index of zooplankton, the measurement results vary between 1.74 and 2.15; while the uniformity index fluctuates between 0.48 and 0.74. Combining these ecological parameters, it is judged that Weishan Lake has a medium nutrient level, and it is pointed out that great attention should be paid to its water quality protection and the rational development of lake resources.
微山湖，浮游动物，群落结构，环境因子
Zooplankton
Community Structure
Environmental Factors
1. 前言
位于山东省西南边陲与江苏接壤的南四湖，由微山湖、昭阳湖、独山湖、南阳湖组成的四片连通水域集合而成，湖水平均深度不超过1.5米。该湖群作为山东省的关键淡水渔业基地，对当地经济、环境保护及居民生活具有极其重要的影响力
[1]
[2]
。然而，自上世纪80年代起，水域环境质量持续下降，生物多样性日渐萎缩，对渔业产量造成严重打击，并对居民的日常生活造成了明显影响
[3]
[4]
。1983年，南四湖检测到浮游动物高达249种。然而2000年的干旱期，浮游动物数量急剧降至28种。此后，该湖域的浮游动物种群经历了缓慢而不稳定的恢复期，在2007至2008年间有所回升，浮游动物种数增至50种左右，这一现象揭示了南四湖历经二十余年后，浮游动物种类遭遇了大规模的消减，将近200种的物种走向消失
[5]
-
[7]
。
微山湖身为南方四大湖泊中面积之首，其意义与影响力非常显著
[8]
。本次研究对该湖泊的浮游动物种群结构实行了定期监测，并且细致考察其物种构成、优势种与常见种、种群密度与生物量、多样性指数等四个关键维度，全面审视了微山湖当前的水环境质量。该研究力图基于研究成果，对微山湖乃至其他类似的水体的开发利用、保养及管理活动提出建议，同时为抑制湖泊营养过剩、保障水产业的可持续发展以及水生态环境的科研提供了坚实的科学基础。
2. 材料与方法
2.1. 采样点布设
依据《水环境监测规范》以及《湖泊生态调查观测与分析》，结合微山湖的独特环境条件，我们在水域不同作用区及主要流入点，共设置6处取样点，对微山湖的自然水域开展了浮游动物生态考察。同时，利用水质监测设备记录了相关环境参数。正如
图1
展示的，点1和点6位于湖泊的主要入湖河流旁，点2与点5位处微山湖的核心区域，点4靠近微山岛，点3在湖的西北侧，毗邻水体清澈的昭阳湖。
Figure 1
Figure 1. Weishan Lake sampling points--图1. 微山湖采样点--
2.2. 采样时间
估计自2023年7月起至2024年3月止，将对微山湖展开四期分季的取样作业，每一阶段对应一个季节，即2023年的7月对应夏季，10月对应秋季，12月对应冬季，以及2024年的3月对应春季。各阶段取样将选择在湖水水位较平稳及持续晴朗天气时进行。
2.3. 浮游动物样品采集与鉴定
为不扰乱水中浮游动物，定量采样须优先于定性采样进行。进行浮游动物的定量采样时，使用1升容量的采样器来取得6升水样，随后利用合适的浮游动物网(对于原生动物和轮虫，采用25#；对于枝角类和桡足类，则使用13#)进行三次过滤，最终收集至50毫升的标本瓶，并添加5%的甲醛溶液进行保存。至于浮游动物的定性抽样，需要用25#浮游生物网在水体表层呈“8”字形捞取3~5 min，并将滤取的样品放入样品瓶中，加入7%的甲醛溶液固定。样品带回实验室经2次沉淀(每次48 h)后浓缩至20毫升，将定性和定量的样品在光学显微镜下进行拍摄、鉴定和数量计数。
2.4. 水样检测
记录水体理化指透明度(SD)、水温(TW)、溶解氧(DO)、电导率(cond)、PH的值。并用1升容积的采样瓶将水样带回实验室检测总氮(TN)、总磷(TP)的值。
2.5. 数据处理
浮游动物群落数据与水体理化指标均使用Excel 2003进行记录、计算和统计，数据相关性分析和单因素方差分析用SPSS 26.0完成。
3. 结果与分析
3.1. 水体理化因子
微山湖水体理化因子如
表1
所示。四个季节间WT、Cond、TN、TP存在差异，且差异显著(P小于0.05)；春季、冬季、春季SD存在差异，且差异显著(P小于0.05)；夏季、春季DO存在差异，且差异显著(P小于0.05)，秋季、冬季DO不存在差异，并且他们与夏季、春季DO存在差异，且差异显著(P小于0.05)。
Table 1
<xref></xref>Table 1. One-way ANOVA of water physicochemical factors in Weishan Lake during different seasonsTable 1. One-way ANOVA of water physicochemical factors in Weishan Lake during different seasons 表1. 微山湖季节间水体理化因子的单因素方差分析
WT (℃)
SD (cm)
pH
DO (mg/L)
Con (mS/cm)
TN (mg/L)
TP (mg/L)
夏季
29a
21a
8.53a
8.54a
597a
2.72a
0.14a
秋季
23b
22ab
8.17a
6.19b
426b
2.56b
0.05b
冬季
14c
23b
8.18a
4.36b
191c
1.07c
0.02b
春季
25d
37d
8.4a
6.32c
392d
2.13d
0.07c
3.2. 浮游动物物种组成
依据
图2
所示，微山湖中浮游动物的种类总数随季节展现出显著的波动，其中夏季与秋季的物种数量较春季与冬季为高。春夏两季微山湖原生动物种类偏少，而到了秋冬则种类增加；夏天轮虫种类达到峰值，而春季则是最少；四季之中，枝角类生物的种类数量变化不太突出，但春季稍微居多；桡足类动物在春夏秋三个季节的物种数保持不变，但到了冬季则降至最低点。由此可见，浮游动物间的种间竞争作用影响到了它们各个季节的物种数目，使得物种总数呈现一种相对稳定的状态。根据
图3
数据可知，微山湖内不同采样站点间的浮游动物物种数分布区别不大。特别地，第3采样点的物种数量最为丰富，高达65种，占据湖泊总物种数的84.42%；而第4采样点的物种最少，仅有54种，占比湖泊总物种数的70.13%。
3.3. 浮游动物密度与生物量
微山湖中的浮游动物密度与生物量的季节性变化如
图4
与
图5
所示。浮游动物的密度在春天达到最高点，为1.26 × 103 个/L，而在夏季降至最低，为0.47 × 103 个/L，秋季和冬季的数值则分别是0.75 × 103 个/L和0.71 × 103 个/L。就生物量而言，夏季记录最高，达到6.69 mg/L；冬季则降到最低值，为1.52 mg/L；而春秋两季的数值则分别为2.41 mg/L和4.03 mg/L。浮游动物的密度与生物量变化似乎不遵循一定的模式，这主要是由于夏季轮虫数量减少，而如枝角类和桡足类这类体型较大的浮游动物数量增多。这可能是因为捕食作用或是资源争夺导致了该季节浮游动物数量呈现年度最低，而其生物量却达到年度最高。
Figure 2
Figure 2. Seasonal distribution of zooplankton species--图2. 浮游动物种数的季节分布--
Figure 3
Figure 3. Horizontal distribution of zooplankton species--图3. 浮游动物种数的水平分布--
Figure 4
Figure 4. Seasonal changes in zooplankton density in Weishan Lake--图4. 微山湖浮游动物季节密度变化情况--
Figure 5
Figure 5. Seasonal changes in zooplankton biomass in Weishan Lake--图5. 微山湖浮游动物季节生物量变化情况--
3.4. 各门类浮游动物的密度和生物量的分布
图6
展现了微山湖内多种浮游动物密度的分布，很明显，轮虫的数量远远超过其他类别，成为数量最多的存在，达到0.54 × 103 个/L。相比之下，桡足类动物的数目则显著不足，仅为0.07 × 103 个/L。故而，在微山湖的浮游动物群落中，轮虫无疑是最为繁盛的物种。
图7
展现了微山湖中各类浮游动物生物量的分布状况，通过监测发现，以1.59 mg/L的生物量领先的是枝角类，排在生物量末位的则为原生动物，其生物量仅为0.19 mg/L。这项发现清楚表明，在微山湖的浮游动物群落中，以枝角类和桡足类为生物量的主要构成。
Figure 6
Figure 6. Density composition of zooplankton in Weishan Lake--图6. 微山湖浮游动物的密度组成--
Figure 7
Figure 7. Biomass composition of zooplankton in Weishan Lake--图7. 微山湖浮游动物的生物量组成--
3.5. 浮游动物多样性指数
表2
详细显示了微山湖中浮游生物种类多样性指数的季节性波动情况。每个季节的香农多样性指数H'均超过1，夏秋两季的数值介于2与3之间，春冬两季则位于1至2区间内；而均匀度指数J则在0.5至0.8范围内稳定。依据水体质量评定准则，香农指数反映出春季与冬季微山湖水体处于中等污染水平，而夏季与秋季则属于轻度污染。水质的好坏依季节排序为：夏季 > 秋季 > 冬季 > 春季。
Table 2
<xref></xref>Table 2. Zooplankton diversity index of Weishan LakeTable 2. Zooplankton diversity index of Weishan Lake 表2. 微山湖浮游动物多样性指数
指数
夏季
秋季
冬季
春季
Shannon-Wiener多样性指数H'
2.15
2.13
1.97
1.84
均匀度指数J
0.74
0.71
0.63
0.61
3.6. 浮游动物与理化因子的相关性分析
微山湖浮游动物与理化因子的相关性系数如
表3
。生物多样性的测量指标与水体的温度、pH值、溶解氧、电导率、总氮含量和总磷含量均显示出正相关，但与其透明度则表现为负相关；均匀度指数与水温、pH值、溶氧量、导电性、氮总量和磷总量也呈现正相关，而与透明度负相关；生物量与水温、pH、溶氧量、电导值、总氮和总磷的含量呈正相关性，相对地，透明度低则生物量减少；而物种的密度则与透明度成正相关，但却与水温、pH、溶解氧、电导率以及氮和磷的总量呈负相关。
Table 3
<xref></xref>Table 3. Correlation coefficients between zooplankton and physicochemical factors in Weishan LakeTable 3. Correlation coefficients between zooplankton and physicochemical factors in Weishan Lake 表3. 微山湖浮游动物与理化因子的相关性系数
水温
透明度
酸碱度
溶解氧
电导率
总氮
总磷
多样性指数
0.314
−0.883
0.044
0.497
0.553
0.544
0.421
均匀度指数
0.558
−0.742
0.289
0.713
0.759
0.726
0.639
生物量
0.809
−0.466
0.652
0.933
0.938
0.833
0.898
密度
−0.04
0.955*
−0.071
−0.322
−0.308
−0.163
−0.346
* 表示P小于0.05。
3.7. 微山湖四个季节的浮游动物群落结构对比
微山湖四个季节间浮游动物群落结构聚类分析如
图8
所示，秋季与冬季群落结构相似性最大，其次是夏季，相似性最小的为春季。
Figure 8
Figure 8. Cluster diagram of zooplankton community structure in four seasons in Weishan Lake--图8. 微山湖四个季节间浮游动物群落结构聚类图--
4. 讨论
浮游动物种群对水体生态环境改变的适应能力与灵敏度各不相同，以浮游动物群体的物种结构状况及其优势种的分布情况对水体环境质量的观察与评估有着重大的应用价值，且操作简单。
浮游动物对水中营养盐的含量及其分布有着重大影响，并且在水体生态系统中有着关键地位，是水质管理的经典生物操纵所依托的主要对象
[9]
-
[11]
。浮游动物群体对环境变化的响应和感受力差异显著，利用这些生物群落的种类更替及优势物种的分布演变来对水环境品质进行跟踪和鉴别，既具有至关重要的应用价值，同时又操作便捷
[12]
-
[14]
。
微山湖内的浮游动物种群构成以小型浮游动物(如原生生物、轮虫)居多，相反，大型浮游动物(比如枝角类、桡足类)较少，这一现象与国内其他一些湖泊中的浮游动物群落比例分布有所类似
[15]
-
[17]
。在不同季节中，占据主导地位的物种会有显著的变化，每一个季节中都有不同的轮虫物种成为最具优势，其数量的高峰通常出现在夏季和秋季；春季和秋季则是原生生物种类成为优势；仅有一种枝角类成为优势种，名为长额象鼻溞，在夏季数量达到最多；而作为桡足类的优势种，中华窄腹剑水蚤同样在夏季达到数量高峰，而春季、夏季和秋季三个季节的桡足类无节幼体均显著多于其他。通过对微山湖中优势浮游动物种类的组成分析，发现大部分都是中–富营养化水体的指示物种
[18]
-
[20]
。因此，从浮游动物种类来评估水质，微山湖的水体属于中–富营养化类型的水域。根据浮游动物生物量标准来评价水体营养类型，微山湖也为中等至富营养状态。
经过生物多样性指标的评估结果显示，微山湖在不同季节的水环境状况依次排列为：夏季 > 秋季 > 冬季 > 春季。通过香农多样性指数H'所反映的数据表明，微山湖在春季与冬季时呈现出中等程度的污染水平，而在夏季与秋季则属于较轻的污染状况。
综上所述，微山湖浮游动物群落趋于小型化，水体质量处于中营养水平，虽然水质污染并未达到非常严重的程度，但仍应在重视湖区水质的保护的前提下进行合理的开发。
基金项目
潍坊科技学院科研启动资金项目(SKRC2023007)。
NOTES
* 通讯作者。
References
[
]1
张祖陆, 沈吉, 孙庆义, 等. 南四湖的形成及水环境演变[J]. 海洋与湖沼, 2002, 33(3): 314-321.
[
]2
李俊莉, 史同广, 孙庆义. 南四湖区水环境质量综合评价[J]. 国土与自然资源研究, 2004(4): 66-67.
[
]3
济宁市科委. 南四湖自然资源调查及开发利用研究[M]. 济南: 山东科学技术出版社, 1983.
[
]4
帅莉, 王本华, 杨永亮. 山东南四湖浮游动植物的调查研究[J]. 青岛大学学报: 工程技术版, 2006, 21(4): 19-24.
[
]5
王元军. 南四湖水域环境现状及生态管理对策[J]. 环境治理, 2009(5): 48-50.
[
]6
侯元同, 舒凤月, 董士香, 等. 水盾草-南四湖外来水生植物新记录及其生境特点[J]. 水生生物学报, 2012, 36(5): 1005-1008.
[
]7
舒凤月, 朱庆超, 张念伟, 等. 微山湖发现中国淡水蛏[J]. 动物学杂志, 2013, 48(2): 278-280.
[
]8
刘顺湖, 尹春光, 孔万英, 等. 南四湖浮游藻类植物资源现状调查[J]. 济宁师专学报, 1997, 18(3): 50-53.
[
]9
黄翔飞. 湖泊生态调查观测与分析[M]. 北京: 中国标准出版社, 2000.
[
]10
张觉民, 何志辉. 内陆水域渔业自然资源调查手册[M]. 北京: 农业出版社, 1991.
[
]11
霍堂斌, 徐伟, 吴计生, 等. 雅鲁河底栖动物群落结构及生物多样性[J]. 水产学杂志, 2013, 26(3): 38-42.
[
]12
Sladecek, V. (1983) Rotifers as Indicators of Water Quality. Hydrobiologia, 100, 169-202. >https://doi.org/10.1007/BF00027429
[
]13
黄玉瑶. 内陆水域污染生态学一原理与应用[M]. 北京: 科学出版社, 2001.
[
]14
Brary, J.R. and Curis, J.T. (1957) An Ordination of the Upland Forest Communities of Southern Wisconsin. Ecological Monographs, 27, 325-349. >https://doi.org/10.2307/1942268
[
]15
康玉辉. 后生浮游动物群落对热带浅水湖泊生态修复的响应[D]: [硕士学位论文]. 广州: 暨南大学, 2009.
[
]16
王新华, 王宏鹏, 纪炳纯. 天津市团泊水库浮游动物研究与水环境评价[J]. 四川动物, 2008, 27(5): 807-809.
[
]17
陈光荣, 钟萍, 张修峰, 等, 惠州西湖浮游动物及其与水质的关系[J]. 湖泊科学, 2008, 20(3): 351-356.
[
]18
杨宇峰, 黄祥飞. 武汉东湖浮游动物群落结构的研究[J]. 应用生态学报, 1994, 5(3): 319-324.
[
]19
吴利, 冯伟松, 张堂林, 等. 湖北省西凉湖浮游动物群落周年动态变化及其与环境因子的关系[J]. 湖泊科学, 2011, 23(4): 619-625.
[
]20
何志辉, 中国湖泊和水库的营养分类[J]. 大连水产学院学报, 1987(1): 1-10.