济南湖泊水体浮游动物群落结构特征调查对比分析

◎ 文/谭璐 刘鹏 商书芹 刘佳欣 陈琪 蒋宏经政 白海锋

为了解济南市水生生物资源状况，有效保护城市水生态环境，笔者团队于2020年～2021年对济南市4个湖泊开展了浮游动物群落结构调查及水质评价。调查共采集到浮游动物4类52种，多样性指数2.752，均匀度指数0.711，浮游动物群落结构存在区域差异；水环境质量评价表明，湖泊水质整体处于轻污染状态，较湖库生态治理前水环境质量提高显著。建议在健全湖库综合治理长效机制的同时，合理适度开展增殖放流，以鱼养水提高水体自净能力。

山东省济南市位于华北平原中部，是北方典型的人口特大型城市，其境内河流流域面积8177km2，地势南高北低，西高东低，海拔高程为20m～988m。受地势影响，济南河流多呈单侧树枝状，自北向南依次分布着徒骇河、黄河、小清河三条河流。独特的地理地势与地质环境形成了境内丰富的泉水资源，河流与泉水共同构成了济南市生态水网。作为古今中外远近闻名的泉城及国家水生态文明建设试点城市，济南市因独特的自然风貌和深厚的文化底蕴而成为独具一格的旅游生态城市。然而，随着城市现代化的推进，人类活动的扰动破坏了原有的优质水生态系统，生态系统的破坏（水污染、水体富营养化等）给旅游带来了负面影响。在此背景下，开展济南市水生态环境质量监测与评价具有重大意义。

浮游动物是水生态系统的重要组成部分，是营养转化、能量流动和信息传递等生态过程中重要的环节，其种类和数量的变动会影响水体中其它水生生物的群落结构，其具有种类多、世代时间短、对环境敏感和方便采集等特点，常被选作指示河流水环境质量特征的生物类群。2021年～2022年，团队对济南市典型湖库进行浮游动物多样性调查及水生态环境质量评价，并将调查与评价结果加以分析，以期为济南地区生态环境保护及水生态健康评价提供参考依据。

一、材料与方法

（一）调查时间及采样点设置

根据济南市的气候、水文及地势地貌特征，于2020年9月～10月、2021年9月～10月对大明湖、雪野湖、白云湖和玫瑰湖进行采样调查，其中大明湖设置4个调查点，雪野湖设置6个调查点，白云湖设置6个调查点，玫瑰湖设置6个调查点（见图1、表1）。

表1 调查湖泊基本情况

图1 调查湖泊位置示意图

（二）浮游动物采集与种类鉴定

依据《内陆水域渔业资源调查手册》及《水生生物学》进行浮游动物样品定性采集，样品鉴定分析参照《中国淡水生物图谱》及《中国淡水轮虫志》。使用5L有机玻璃采水器在每个采样点采集上、中、下三层水样并均匀混合，从中取混合水样1L对轮虫和原生动物进行定量采集，加入1%体积比的鲁哥试液固定，固定的样本带回实验室沉淀48h，浓缩并定容到30mL～40mL。枝角类与桡足类定量样品用采水器取均匀混合水样50L，用25号浮游生物网过滤浓缩，用4%的甲醛溶液现场固定后带回实验室镜检、分类与计数。

（三）数据处理与分析

采用Shannon-Weiner多样性指数（H´）、Pielou均匀度指数（J）和优势种对浮游动物物种进行分析。计算公式分别为：

式中，Pi为第i种浮游动物的个体数与种类总个体数的比值；ni为第i种浮游动物个体数；N为所有种类个体数；S为样品中总种类数；fi为第i种浮游动物在调查点出现的频率。

二、调查结果

（一）浮游动物种类组成

调查共发现浮游动物4大类52种（见图2、表2），其中轮虫30种，占总种类数的57.69%；原生动物6种，占总种类数的11.54%；枝角类6种，占总种类数的1154%；桡足类10种，占总种类数的19.23%。浮游动物种类组成在区域空间上变化如图3所示，白云湖种类数较多，有38种，其次是玫瑰湖和雪野湖，分别有33种、32种，大明湖种类数最少，有23种。四个湖泊浮游动物种类组成均以轮虫占主导，轮虫占比分别为55.26%（白云湖）、54.55%（玫瑰湖）、62.50%（雪野湖）、73.91%（大明湖）。

表2 浮游动物名录

图2 浮游动物种类组成

图3 浮游动物区域分布

（二）浮游动物优势种

济南市四个湖泊浮游动物优势种和优势度见表3。浮游动物优势种以轮虫和桡足类及幼体为主，其中大明湖优势种有6种，分别为普通表壳虫、盘状表壳虫、裂足臂尾轮虫、萼花臂尾轮虫、针簇多肢轮虫、暗小异尾轮虫；雪野湖优势种5种，分别为盘状表壳虫、针簇多肢轮虫、独角聚花轮虫、桡足幼体、无节幼体；白云湖优势种9种，分别为裂足臂尾轮虫、萼花臂尾轮虫、针簇多肢轮虫、暗小异尾轮虫、独角聚花轮虫、长三肢轮虫、长肢秀体溞、台湾温剑水蚤、无节幼体；玫瑰湖优势种6种，分别为角突臂尾轮虫、曲腿龟甲轮虫、广布中剑水溞、台湾温剑水蚤、桡足幼体、无节幼体。浮游动物优势度最大的是无节幼体，出现在玫瑰湖，优势度高达0.510。

表3 浮游动物优势种区域变化

（三）浮游动物密度

四个湖泊浮游动物密度百分组成见图4。大明湖浮游动物密度平均值为109.25ind./L，其中轮虫密度占比最高，占浮游动物总密度的83.41%，其次是原生动物，占比为16.02%，枝角类和桡足类占比较小，合计占比为0.57%。雪野湖浮游动物密度均值为141.00ind./L，轮虫密度占比最高，占浮游动物总密度的58.98%，其次是桡足类，占比为28.84%，原生动物占比为10.05%，枝角类占比较小，为2.13%。白云湖浮游动物密度均值为396.83ind./L，轮虫密度占比最高，占浮游动物总密度的55.50%，其次是桡足类，占比为28.56%，枝角类占比为10.48%，原生动物占比较小，为5.46%。玫瑰湖浮游动物密度均值为118.08ind./L，桡足类密度占比最高，占浮游动物总密度的78.76%，其次是轮虫，占比为19.48%，枝角类占比为1.06%，原生动物占比较小，为0.70%。

图4 不同湖泊浮游动物密度百分组成

（四）浮游动物生物量

浮游动物生物量百分组成见图5。大明湖浮游动物生物量平均值为0.118mg/L，其中轮虫占比最大，为97.40%，其次是枝角类，占比为1.59%，原生动物和桡足类占比较小，合计占比为1.01%。雪野湖浮游动物生物量均值为1.028mg/L，桡足类占比最大，为93.08%，其次是轮虫，占比为3.85%，枝角类占比为3.04%，原生动物占比较小，为0.03%。白云湖浮游动物生物量均值为2.425mg/L，桡足类占比最大，为72.28%，其次是枝角类，占比为18.51%，轮虫占比为9.15%，原生动物占比较小，为0.06%。玫瑰湖浮游动物生物量均值为1.184mg/L，桡足类占比最大，为95.86%，其次是枝角类，占比为2.57%，轮虫占比为1.57%，原生动物占比最小（＜0.01%）。

图5 不同湖泊浮游动物生物量百分组成

（五）浮游动物多样性

浮游动物Shannon-Weiner多样性指数（H´）、Pielou均匀度指数（J）见图6。多样性指数平均值为2.752，均匀度指数平均值为0.711，其中白云湖多样性指数和均匀度指数最大，分别为3.419、0.777。大明湖多样性指数最小，为2.405，雪野湖均匀度指数最小，为0.674。玫瑰湖的多样性指数（2.659）和均匀度指数（0.707）均处于相对较高水平。

图6 浮游动物多样性指数区域分布

三、分析与讨论

（一）浮游动物群落结构比较

调查发现济南湖泊水体中浮游动物物种组成以中小型轮虫和原生动物占主导，大型枝角类和桡足类占比相对较小，这与国内已报道的碧流河水库、红碱淖等湖库水体研究结果相似。由于轮虫具有孤雌生殖、生长周期短、能快速适应水环境变化等特点，使其能快速在水体中占据优势。浮游动物群落结构趋于小型化的特征，很大程度上与湖区周边城镇发展及农业开发密切相关。本次调查发现大明湖浮游动物种类相比最少，较白云湖相差15种，较玫瑰湖和雪野湖分别相差10种和9种，生物密度和生物量相比较低，与白云湖相比分别低72.5%和95.1%，低于玫瑰湖7.5%和90.1%，低于雪野湖22.5%和88.5%。浮游动物生活史过程与湖泊的自然水文密切相关，部分种类对于湖泊污染、温度变化、人为扰动等都较为敏感，其群落结构、生物多样性等极易受到环境变化的影响，呈现出较强的空间异质性。

优势种调查显示四湖中白云湖优势种最多，包括了浮游动物的三大类的种类（轮虫、枝角类与桡足类），其优势种的优势度变化范围在0.021～0.196，表明其群落结构相对较稳定，有一定的缓冲能力。浮游动物种类、现存量及优势种等区域间的差异主要与湖泊所处的地理位置（人类干扰）及生态环境（土地利用）有关，大明湖地处市区人类密集区，人类活动对湖区环境影响较大，而其他三个湖库由于相对远离城区，受影响程度相对较小。水体相对静止的库区为浮游动物的生长提供了一个相对稳定的生存环境，相比河流具有较复杂的生物群落结构和较高的多样性。因此，在湖泊水生态系统的研究中，常常将浮游动物作为重要的指示物种和健康评价体系指标被广泛应用。

（二）浮游动物多样性比较与水质评价

生物多样性指数是表示生物群落内种类多样性程度的量纲数值，通过结合生物种类、数量等参数比较客观地反映生境对生物产生的综合累积效应，多样性指数越高，表明群落结构越稳定。调查发现，四个湖库中白云湖生物多样性指数和均匀度指数均相对较高，多样性指数变化范围在2.76～3.79，与大明湖相比较，多样性指数高42.2%，与雪野湖和玫瑰湖相比较，多样性指数分别高35.5%、28.6%。四湖中，雪野湖均匀度指数最低，白云湖与其相比，指数高15.3%。多样性指数的差异与湖区生境密不可分，生境发生变化，生物群落多样性在空间上会随之作出响应，以便较快适应新的生境。

根据生物多样性水质评价标准（见表4），Shannon-Weiner多样性指数评价显示白云湖水质状况（清洁）优于玫瑰湖（轻污染）、雪野湖（轻污染）、大明湖（轻污染），Pielou均匀度指数评价显示四个湖泊均处于轻污染状态。与历史资料相比，大明湖的浮游生物水质评价结果变化较大，水质从β-中污染提高到轻污染，其他三个湖库水环境质量从中污染提高到了轻污染-清洁，表明湖区环境治理和生态保护对生物多样性的提高及水环境的改善具有重要作用。

表4 多样性水质评价标准

四、建议

济南市境内泉水众多，拥有“七十二名泉”，被称为“泉城”，素有“四面荷花三面柳，一城山色半城湖”的美誉，是“山、泉、湖、河、城”景观格局比较鲜明的城市，也是国家历史文化名城、首批中国优秀旅游城市。“十四五”以来，为实现水生态文明的建设目标，济南市实施了有关泉水保护及河道治理的多项举措，通过“一心一环三横五纵多泉群”的绿色水系网络格局，提高了水生态系统健康水平，促进了区域人与自然和谐发展。

但是，由于湖库调储运行和自然环境变化以及湖滨滩地资源过度开发等原因，仍然存在湖区自然生态系统受损的现象。尤其是大坝建成后，河水流速减缓，湖区内水体的自净能力随之减弱，加之上游及库区周边人类活动产生的垃圾、污染物及温室气体进入湖区，造成水体污染，导致水环境质量降低，生物群落趋于简单化，生态系统的平衡遭到破坏。

基于此，建议各地区根据湖库水体保护要求，建立健全湖库流域综合治理长效机制，开展湖区分级保护区划定工作，在保护区禁止一切不利于保护生态系统水源涵养功能的经济社会活动和生产方式，同时在湖区浅水区通过种植多样的水生植物，增强水体的生态调节能力。此外，在保护水资源和水环境的同时通过科学增殖放流，合理利用水体，以鱼养水，实现更大的生态效益，为区域生态保护和高质量发展提供有力支撑。