云南省澜沧拉祜族自治县浮游生物多样性研究

江卓韵, 何德权, 潘晓赋, 刘淑伟, 王继山, 罗旭,*, 王茉,*

云南省澜沧拉祜族自治县浮游生物多样性研究

江卓韵1, 何德权2, 潘晓赋3, 刘淑伟3, 王继山4, 罗旭1,*, 王茉1,*

1. 西南林业大学生物多样性保护学院, 云南省高校极小种群野生动物保育重点实验室, 昆明 650224 2. 普洱市渔业发展中心, 普洱 665000 3. 中国科学院昆明动物研究所遗传资源与进化国家重点实验室, 云南省高原鱼类育种重点实验室, 云南省高原湖泊水体生态健康评估与修复工程研究中心, 昆明 650223 4. 国家林业和草原局昆明勘察设计院, 昆明 650216

为了解澜沧拉祜族自治县浮游生物多样性及水质状况, 于2017年3月、8月和11月, 分为3个不同时期进行浮游生物采样。通过对澜沧县浮游生物定性和定量分析, 根据密度、生物量、多样性指数和指示生物对澜沧县水质进行评价, 弥补了澜沧县县内无相关研究的空缺。采集到澜沧县浮游植物共7门97属270种, 以硅藻门和绿藻门为优势类群; 浮游动物共4类85种, 以原生动物和轮虫为优势类群。浮游植物密度和生物量分别为0.8443×107—4.3240× 107ind.·L–1和42.1590—107.3514 mg·L–1, 峰值均出现在枯水期(3月)。浮游动物密度和生物量分别为0.4733×106—1.2000×106ind.·L–1和1.2121—2.8368 mg·L–1, 峰值均出现在丰水期(8月)。根据浮游生物不同生物指标对水质的评价标准, 分析得出澜沧县部分水体受到污染, 需要引起当地人民和政府对生态环境的重视。

澜沧县; 浮游生物; 多样性; 水质评价

0 前言

澜沧拉祜族自治县地处横断山脉怒山山系南段, 东临澜沧江, 西部和西南部有两段与缅甸国接壤。地势西北高、东南低, 海拔高低悬殊, 山区、半山区占98.8%[1]。该区域属亚热带山地季风气候, 雨量充沛, 日照充足, 水资源丰富。这些特点有利于水库和水电站的建立, 进一步发展当地的经济, 给人们提供了便利, 但是水库和水电站的建立有可能影响到当地的河流生态环境。然而, 浮游生物是水生生态系统中的重要组成部分, 它们在物质转化、能量流动、信息传递等生态过程中起到重要的作用[2]。其中浮游植物是水中的初级生产者, 其光合作用也是水中溶解氧的主要来源, 在决定水域生产能力上起着重要作用, 与渔业生产有着十分密切的关系。浮游动物是初级消费者, 它通过摄食浮游植物的数量, 作为鱼虾贝类等的直接或间接天然饵料来调节水体生态平衡[3-4]。许多浮游生物对水环境的变化十分敏感, 其群落结构如物种组成、密度和多样性等是评价水体营养类型和生产潜力的重要指标, 可作为指示水质好坏的生物类群[5-6]。因此, 被广泛应用于水域环境监测或水体富营养化评价中, 许多种类也被认为是水体污染的指示生物而得到广泛应用[7]。目前澜沧县缺少以浮游生物为对象的相关研究, 也没有详细的资料可以评价澜沧县内水质状况, 因此不能了解水库和水电站建立前后水质是否受到影响, 需要引起重视。

本研究对澜沧县县域河流进行水样采集, 通过定性和定量分析, 以浮游生物的密度、生物量、多样性和指示生物作为评价指标, 评价澜沧县水质状况。有利于掌握澜沧县内浮游生物多样性的本底资料, 为澜沧县流域水质评价提供浮游生物的基础数据, 建立澜沧县以浮游生物多样性为指标的快捷水质检测体系, 为之后浮游生物多样性保护的研究、调查监测积累基础资料, 对澜沧县流域生物多样性保护具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 采样时间和采样点设置

采样点的选取是根据澜沧县水域和断面特点, 以较为合理的密度覆盖全县水系, 包括了县内大部分的大小河流, 小黑江、芒帕河、南朗河、黑河、南腊河、发展河、南垒河、上允河、下允河和澜沧江。几乎覆盖所有生境类型, 如激流、浅滩、深潭等; 充分考虑地理隔离可能对浮游生物分布产生的影响, 系统全面的选取了17个采样点(图1)。

采样时间为2017年3月(枯水期)、8月(丰水期)和11月(平水期)各采1次。

1.2 样品采集与鉴定

水样采集包括定性采样和定量采样, 采样工具为25号浮游生物网、5 L玻璃瓶采水器和50 mL样品瓶, 固定药品为鲁哥试液。采样方法参照《内陆水域渔业自然资源调查手册》[8]和《SL 167—1996 水库渔业资源调查规范》[9]。

浮游生物样品采取Leica DM2500显微镜10—100倍基于传统形态学的鉴定方法。根据《水生生物学》[10]、《中国淡水生物图谱》[11]、《淡水微型生物图谱与底栖动物(第二版)》[12]、《淡水生物学(上册)(分类学部分)》[13]和《中国淡水藻类: 系统、分类及生态》[14]等分类书籍进行鉴定。

1.3 数据分析

1.3.1 浮游生物物种组成

按照Dufrêne法计算浮游生物群落结构中的优势度, 并评价得出优势物种; 评价标准: 优势度大于0.02的物种为优势种[16]。

浮游生物的密度根据水库渔业资源调查规范计算[9], 浮游植物的生物量计算按照浮游植物的比重接近1, 因此可直接由体积换算为生物量(湿重)[6]。浮游植物密度的水质评价标准按照表2。浮游动物各类群的生物量采用不同的方法计算, 原生动物和轮虫生物量的计算采用体积换算法, 根据不同种类的体形, 按最近似的几何形测量其体积[17]; 枝角类和桡足类生物量的计算采用测量不同种类的体长, 用回归方程式求体重进行[9]。

图1 澜沧县浮游生物采样点示意图

Figure 1 Sampling locations of plankton in the Lancang Lahu Autonomous County

表1 多样性指数公式及意义[18]

注:表示群落中所有物种数;表示群落中所有物种个数;n表示群落中第个物种的个体数量。

1.3.2 多样性指数

浮游生物的多样性分析采用Shannon-Wiener指数()和Pielou均匀度指数()(表1), 根据浮游植物和浮游动物的多样性指数评价标准(表3和表4)分析水质。

1.3.3 指示生物法

公认源于欧洲以Kolkwitz和Marsson在1908和1909年提出的污水生物系统是指示生物法的鼻祖[21]。指示生物法是根据浮游生物在水体中的存在与否来评价水质的好坏, 包括污水生物系统法和优势种群法[21-22]。本研究采用的是优势种群法, 是指用浮游生物群落和优势种的变化来评价水体污染的方法[2]。浮游植物优势种群对应的水质状况是参照庞清江和李白英的东平湖水体富营养化评价[23], 而浮游动物优势种群是选用轮虫和原生动物对应的水质状况来评价水体的污染, 参照微型生物监测新技术[24]和Sládeček V.在1983年发表的轮虫作为水质指标[25]。

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

澜沧县流域共鉴定出浮游植物270种，隶属于7门23目38科97属。在浮游植物各门类中, 硅藻门物种数最多, 有128种, 占调查到的浮游植物总物种数的47%; 其次为绿藻门, 有105种, 占调查到的浮游植物总物种数的39%; 蓝藻门21种, 黄藻门9种, 金藻门1种, 甲藻门4种, 裸藻门2种。3个时期中, 枯水期发现浮游植物有186种, 平水期发现150种, 丰水期发现127种。其中硅藻门和绿藻门为优势类群, 这两个类群物种数时期变化比较明显; 金藻门仅出现于枯水期; 蓝藻门、金藻门和裸藻门的物种数无明显时期变化。

共鉴定出浮游动物4类85种, 轮虫类物种数最多, 发现35种, 占调查到的浮游动物总物种数的41%, 其次是原生动物, 发现27种, 占调查到的浮游动物总物种数的32%; 枝角类有9种, 桡足类有14种。浮游动物在平水期发现的物种数最多, 有53种, 丰水期有41种, 枯水期有40种。原生动物、轮虫和枝角类在平水期发现的物种数最多, 桡足类的物种数时期变化不明显。

2.1.2 浮游生物的密度和生物量

定量分析得出澜沧县浮游植物总密度为6.2024× 107ind.·L-1, 总生物量为203.7049 mg·L-1。3个时期浮游植物的密度为枯水期(4.3240×107ind.·L-1)>平水期(1.0530×107ind.·L-1)>丰水期(0.8443× 107ind.·L-1)。浮游植物的生物量为枯水期(107.3514 mg·L-1)>平水期(54.1945 mg·L-1)>丰水期(42.1590 mg·L-1)。浮游动物总密度为2.2133×106ind.·L-1, 总生物量为6.0691 mg·L-1。3个时期浮游动物的密度为丰水期(1.2000×106ind.·L-1)>平水期(0.5400×106ind.·L-1)>枯水期(0.4733×106ind.·L-1)。浮游动物的生物量为丰水期(2.8368 mg·L-1)>平水期(2.0202 mg·L-1)>枯水期(1.2121 mg·L-1)。

表2 浮游植物密度和生物量评价标准[18-19]

表3 浮游植物多样性指数评价标准[19]

表4 浮游动物多样性指数评价标准[20]

2.1.3 优势度

根据优势度判断标准, 澜沧县浮游植物全年的优势物种为钝脆杆藻()、细丝藻()和丛毛微孢藻()。浮游植物不同时期优势物种有一定差异。枯水期的优势物种为钝脆杆藻、丛毛微孢藻和细丝藻; 丰水期的优势物种为钝脆杆藻、细丝藻、小席藻()、肘状针杆藻()、二形栅藻()、孤枝根枝藻()和基枝藻(); 平水期的优势物种为钝脆杆藻、细丝藻、基枝藻、变异直链藻()和埃伦桥弯藻()。空间上的优势物种(表5)共20种, 其中，钝脆杆藻、肘状针杆藻、丛毛微孢藻、基枝藻、孤枝根枝藻和细丝藻分布最广泛。

浮游动物的全年优势物种为瘤棘砂壳虫()、长肢多肢轮虫()、螺形龟甲轮虫()和广布中剑水蚤()。浮游动物不同时期优势物种具有显著差异。枯水期的优势物种为螺形龟甲轮虫和广布中剑水蚤; 丰水期的优势物种为瘤棘砂壳虫和长肢多肢轮虫; 平水期的优势物种为瘤棘砂壳虫、广布中剑水蚤和特异荡镖水蚤()。从空间角度得出优势物种(表6)共16种, 其中, 瘤棘砂壳虫、盘状表壳虫()和螺形龟甲轮虫分布最为广泛。

表5 浮游植物各样点优势物种及其优势度

表6 浮游动物各样点优势物种及其优势度

2.1.4 浮游生物多样性

澜沧县流域内浮游植物的2个多样性指数大小均为丰水期>平水期>枯水期。其中，Shannon-Wiener多样性指数()为丰水期(4.7363)>平水期(4.4899)>枯水期(3.0866); Pielou均匀度指数()为丰水期(0.7069)>平水期(0.6307)>枯水期(0.4305)。浮游动物的2个多样性指数大小均为枯水期>丰水期>平水期。其中，Shannon-Wiener多样性指数()为枯水期(3.9583)>丰水期(3.9027)>平水期(3.3017); Pielou均匀度指数()为枯水期(0.8067)>丰水期(0.7384)>平水期(0.7299)。

2.2 水质评价

2.2.1 从密度和生物量的角度评价

根据浮游植物密度和生物量对水质的评价标准(表2), 对每个时期不同样点的密度进行评价。得出3个时期中, 澜沧县县内河流丰水期水质最好, 枯水期水质最差。从浮游植物密度的角度进行水质评价, 枯水期有2个样点为贫营养型, 6个样点为中营养型, 9个样点为富营养型; 丰水期有9个样点为贫营养型, 6个样点为中营养型, 2个样点为富营养型; 平水期有6个样点为贫营养型, 7个样点为中营养型, 4个样点为富营养型。其中5号点和9号点水质没有时期变化, 分别处于富营养型和中营养型(图7)。从浮游植物生物量的角度进行水质评价, 枯水期有3个样点为贫营养型, 6个样点为中营养型, 8个样点为富营养型; 丰水期有11个样点为贫营养型, 2个样点为中营养型, 4个样点为富营养型; 平水期有10个样点为贫营养型, 4个样点为中营养型, 3个样点为富营养型。其中5号点和13号点水质没有时期变化, 分别处于富营养型和贫营养型(图7)。综合上述, 5号点水质一直处于富营养状况。

2.2.2 从多样性指数的角度评价

根据浮游植物多样性指数评价标准(表3), 得出浮游植物不同样点的水质状况(图8)。从Shannon- Wiener多样性指数()得出有3个样点为β-中污染, 无重污染样点。从Pielou均匀度指数()得出有3个样点为轻污染或清洁, 7个样点为β-中污染, 3个样点为α-中污染; 4个样点为重污染。根据浮游动物多样性指数评价标准(表4), 得出浮游动物不同样点多样性水质评价(图9)。从Shannon-Wiener多样性指数()得出有4个样点为轻污染或清洁, 4个样点为β-中污染, 7个样点为α-中污染, 2个样点为重污染。综上所述, 根据浮游植物的2个多样性指数评价的水质状况，得出6、7和9号点的水质均为轻污染或清洁。综合浮游植物和浮游动物的多样性指数评价水质均得出9号点的水质为轻污染或清洁。

Figure 7 Water nutrient type at three periods of different sampling sites (phytoplankton)

图8 不同样点水质状况(浮游植物)

Figure 8 Water quality of different sampling sites (phytoplankton)

图9 不同样点的水质状况(浮游动物)

Figure 9 Water quality of different sampling sites (zooplankton)

2.2.3 从指示生物的角度评价

澜沧县浮游植物全年的优势种为钝脆杆藻、丛毛微孢藻和细丝藻, 3个时期优势度最大的2个物种为钝脆杆藻和细丝藻(表5)。钝脆杆藻属于脆杆藻属, 参照庞清江和李白英的东平湖水体富营养化评价[20], 该属指示的水体为中营养型。

浮游动物的全年优势种为瘤棘砂壳虫、长肢多肢轮虫、螺形龟甲轮虫和广布中剑水蚤。枯水期优势度最大的物种是螺形龟甲轮虫, 丰水期瘤棘砂壳虫和长肢多肢轮虫的优势度水平相当, 平水期优势度最大的物种是广布中剑水蚤, 其次为瘤棘砂壳虫(表6)。其中瘤棘砂壳虫属于砂壳虫属, 对应的水质为寡污型[21]。长肢多肢轮虫和螺形龟甲轮虫对应的水质为寡污型和β-中污型之间, 但长肢多肢轮虫指示的水体水质更偏向于寡污型, 螺形龟甲轮虫指示的水体水质更偏向于β-中污型[22]。因此得出澜沧县水质在枯水期最差, 全年水体均受到污染。

3 讨论

3.1 浮游生物的群落结构

淡水生境中的浮游植物, 如绿藻、蓝藻、硅藻、鼓藻等, 在水生植物区系中占有重要地位。浮游动物作为重要的水生生物, 在各种水生生境中大量出现, 在水生生态系统的能量转移中起着至关重要的作用[26]。它们在生态学上具有重要意义, 是所有水生生物食物链中的主要环节[27]。洪松等于2002年总结得出20世纪70—80年代中国17条主要河流(不包括澜沧江)中浮游植物种类组成, 除东北河流和黄河以硅藻门的种类数(属数)较多以外, 其他河流中的浮游植物一般以绿藻门属数最多, 硅藻门属数在绝大部分河流中仅次于绿藻门, 浮游动物中种数最多的一般为轮虫, 枝角类或桡足类次之[28]。本研究地点澜沧县县域河流属于澜沧江流域, 该地区的浮游植物以硅藻门和绿藻门为优势类群, 硅藻物种数多于绿藻, 属硅-绿藻型。浮游动物轮虫物种数最多, 原生动物次之。因此, 澜沧县河流流域浮游植物和动物的种类组成均与洪松等得出的结果类似, 大部分河流中浮游植物以硅藻门和绿藻门为主要优势类群, 浮游动物以轮虫为主要优势类群。然而, 这些特征可能与生物的生态分布有关, 硅藻门和绿藻门是藻类种类较多、分布较广的2大门, 原生动物、轮虫和桡足类都是浮游动物中分布很广的类群, 但是桡足类大多数种类属于海洋型[10]。

澜沧县县域河流中浮游植物的物种数、密度和生物量均在枯水期最多, 丰水期最少。而澜沧县在丰水期降雨量增加, 河流水位升高, 因地形地貌复杂、海拔高差悬殊等地势特征导致水流速度加快。并且有学者研究发现, 多数浮游植物在搅动状态下比静止状态生长困难, 即多数浮游植物适宜在静止环境中生长[29]。所以这有可能是澜沧县县域河流在丰水期不利于浮游植物的生长的原因。3个时期, 澜沧县浮游植物和浮游动物种群密度的高低变化恰好相反, 丰水期浮游动物种群密度相对较高, 而浮游植物种群密度相对较低。有研究指出, 浮游植物低密度与浮游动物摄食有关[30]。浮游动物生物量时空变化与密度变化总体趋势基本一致, 少数样点出现偏差, 主要是生物量除了与数量有关外, 还与细胞大小有关[31]。

多样性指数是研究生物群落特征的指标, 一般来说, 多样性指数越高, 种类越丰富、种类数量分布越均匀, 也就说明生物群落受外界干扰越少或生物群落较为稳定[32]。根据结果分析得知, 澜沧县浮游植物丰水期较平水期、平水期较枯水期群落更稳定、物种多样性程度更高、种类分布更均匀。浮游动物在枯水期群落更稳定、种类分布更均匀; 丰水期物种多样性程度更高。丰水期浮游动物物种多样性高, 可能是受到该时期浮游植物物种多样性的影响。

3.2 澜沧县水质状况

综合得出澜沧县河流流域水质处于轻-中污染范围, 从指示生物的角度评价水质, 澜沧县全年水质偏向于中营养型, 水体受到污染。从密度和生物量的角度评价水质得出澜沧县部分水体有一定程度的营养化, 其中5号点的水质全年均处于富营养化状态(图7)。从浮游生物多样性指数的角度评价水质均表明10号点(勐朗镇附近的东卡河双扶电站, 南朗河上游)水质受到污染, 9号点(东回乡附近的南朗河)水质为轻污染或清洁(图8和图9)。由于，9号点和10号点均处于勐朗镇附近, 10号点处于南朗河上游, 9号点处于南朗河下游。正常情况下, 10号点水质受到污染, 9号点的水质也应受到污染。但调查结果表明9号点水质为轻污染或清洁, 产生该现象可能是因为10号点水体受到水电站建设的影响, 而受到污染; 9号点处于南朗河干流, 水质污染可能被来自不同上游河流的河水冲淡。

4 结论与建议

澜沧县河流流域浮游植物相比于浮游动物种类更丰富、数量更繁多, 其中浮游植物群落组成属于硅-绿藻为优势类群的模式, 浮游动物以原生动物和轮虫为优势类群。澜沧县海拔差大, 地势复杂, 导致地形小气候复杂, 具有典型的立体气候, 从而浮游生物物种组成、密度、生物量和多样性的空间分布变化复杂, 没有特定的变化形式。研究得出澜沧县部分水体受到污染, 需要引起当地人民和政府对生态环境的重视。澜沧县大部分河流都存在采砂场、水库和水电站, 对浮游生物多样性均可能存在影响, 由于缺乏相关历史数据, 采砂场、水库和水电站建立前后水质变化情况和影响程度有待于进一步研究。而浮游生物作为快捷的水质指示生物, 长期的水质监测和生物监测对澜沧县和澜沧江流域流经的周边地区具有重要意义, 为之后建立澜沧县以浮生多样性为指标的快捷水质检测体系积累基础资料, 对澜沧县流域生物多样性保护具有重要意义。

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Study on the diversity of plankton in Lancang Lahu Autonomous County, Yunnan

JIANG Zhuoyun1, HE Dequan2, PAN Xiaofu3, LIU Shuwei3, WANG Jishan4, LUO Xu1,*, WANG Mo1,*

1. Yunnan Provincial Key Laboratory for Conserving Wildlife with Small Population, Faculty of Biodiversity of Conservation, Southwest Forestry University, Kunming 650224, China 2. Fisheries Development Center of Puer, Puer 665000, China3. State Key Laboratory of Genetic Resources and Evolution, Yunnan Key Laboratory of Plateau Fish Breeding, Yunnan Engineering Research Center for Plateau-Lake Health and Restoration, Kunming Institute of Zoology, Chinese Academy of Sciences, Kunming 650223, China 4. China Forest Exploration and Design Institute in Kunming, Kunming 650216, China

To evaluate plankton community composition and water quality of the Lancang Lahu Autonomous County, the sample were collected in three different periods in March, August and November 2017. The water quality of Lancang was evaluated with biological indicator, density, biomass, diversity index and indicator organisms,which made up for the lack of relevant research in Lancang County. In the study, 270 species of phytoplankton were identified which belonged to 97 genera and 7 phyla, dominated by Bacillariophyta and Chlorophyta. A total of 85 species of zooplankton from 4 classes, dominated by Protozoa and Rotifer. The density and biomass of phytoplankton respectively were 0.8443×107-4.3240×107ind.·L-1and 42.1590-107.3514 mg·L-1, with the peaks in drought period (March). The density and biomass of zooplankton respectively were 0.4733×106-1.2000×106ind.·L-1and 1.2121-2.8368 mg·L-1, with the peaks in wet period (August). According to the evaluation criterion of water quality by different biochemical indicators of plankton, it was analyzed and evaluated that the sectional of water was polluted in Lancang. So, it is necessary to pay attention to the ecological environment by the local people and the government.

Lancang Lahu Autonomous County; plankton; diversity; water quality evaluation

10.14108/j.cnki.1008-8873.2021.02.008

Q179.1

A

1008-8873(2021)02-056-11

2019-11-05;

2020-02-27

生物多样性调查评估项目(2019HJ2096001006); 国家自然科学基金项目(31501846); 遗传资源与进化国家重点实验室开放课题项目(GREKF17-07)

江卓韵(1995—), 女, 湖南娄底人, 硕士研究生, 主要从事浮游生物相关研究, E-mail: lenney123@foxmail.com

王茉, 女, 讲师, 主要从事鱼类系统发育研究, E-mail: wangmo.139@163.com; 罗旭, 男, 教授, 主要从事鸟类学研究, E-mail: luoxu@swfu.edu.cn

江卓韵, 何德权, 潘晓赋, 等. 云南省澜沧拉祜族自治县浮游生物多样性研究[J]. 生态科学, 2021, 40(2): 56–66.

JIANG Zhuoyun, HE Dequan, PAN Xiaofu, et al. Study on the diversity of plankton in Lancang Lahu Autonomous County, Yunnan[J]. Ecological Science, 2021, 40(2): 56–66.