小清河济南段浮游动物多样性及水质评价
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作者:汪中华 王帅帅 韩晓 殷旭旺 白海锋
摘 要：为了解济南地区浮游动物多样性及水质状况，于2019年5月在小清河（济南段）设置10个采样点，进行浮游动物群落调查，并利用生物多样性指数对水质进行评价。结果显示：小清河（济南段）共检测出浮游动物28种属，其中轮虫占比例为71.4%，原生动物和枝角类次之，均为10.7%。浮游动物平均密度为7.69个/升，各采样点位变化范围为0.24个/升～32.40个/升。采用浮游动物密度进行聚类分析显示，小清河各采样点浮游动物可分为2大类群。采样点位Shannon-Weiner多样性指数平均值为1.714，Pielou均匀度指数平均值为0.679，丰富度指数平均值为1.288。根据生物种多样性指数结果对水质状况进行综合评价，结果表明小清河（济南段）水环境质量处于轻-中度污染，因此，需要进一步加强河道污染治理和生态保护。
关键词：小清河;浮游动物;生物多样性;水质评价
浮游动物作为生态系统食物链中的次级生产者，是物质转化、能量流动和信息传递等生态过程中的重要一环[1]，其种类和数量的变动会直接或间接的影响水体中其他水生生物的数量与分布[2]。浮游动物具有种类多、世代时间短、对环境敏感和方便采集等特点[3]，是指示河流水环境质量特征的极佳类群，具有水体理化检测不可替代的作用[4]。近年来，相关研究显示，利用浮游动物群落结构的变化和多样性指数反映水体的富营养化状况和水质受污染程度具有一定的优势[5-6]，目前已广泛应用于湖泊、水库、河流等水域的水质状况检测和评价中[7-9]。
小清河是济南一条重要的河流，是集多种功能于一体的综合性河道，其水质直接影响着济南市区地下水环境。为了更好地治理水污染和修复水环境，需要对河流生态进行全面调查评价。目前对济南地区水系河流水生态环境的评价多集中在鱼类、底栖动物和浮游植物等[10-12]，而对浮游动物的研究较少[13]。基于此，本文通过调查小清河（济南段）浮游动物的种类组成、丰度和多样性指数等对其水环境质量进行研究和初步评价，以期为小清河乃至整个济南地区河流水生态系统健康评价和渔业管理提供基础理论数据。
1 研究区域及方法
1.1 采样点位设置
小清河位于鲁北平原南部，发源于济南诸泉，西起睦里庄，自西向东与黄河平行横贯济南，流经济南市区、章丘、淄博、潍坊、滨州、东营5市地的10个县、市、区，从辛丰庄出济南界，在潍坊寿光羊口流入莱州湾，全长237km，流域面积10336km2[14]。小清河济南段从睦里庄断面到辛丰庄断面，全长30km，沿途经马鞍山、五柳闸、还乡店、大码头、鸭旺口、从辛丰庄出济南界，地势南高北低。小清河（济南段）主要汇入的支流有东洛河、西洛河、兴济河、全福河、工商河以及章丘县境内的绣江河。
于2019年5月，根据小清河的地势地貌以及工业和人类密集程度，在河流调查区域共设10个调查点位（X1～ X10），其中河流上游（睦里庄-五柳闸）设置2个采样点（X1 ～ X2），中游（五柳闸-鸭旺口）设置6个采样点（X3 ～ X8），下游（鸭旺口-辛丰庄）设置2个采样点（X9 ～ X10），具体位置见图1。
所有数据统计和聚类分析采用软件SPSS19.0进行处理。
2 结果与分析
2.1 浮游动物种类组成及密度
小清河济南段10个采样点共采集到浮游动物28种，其中，轮虫有20种，（占比71.4%），桡足类有2种（占比7.2%），原生动物和枝角类一样，均有3种（均占比10.7%），在浮游动物种类组成中，轮虫占主导（见图2）。调查发现，小清河中上游的黄台桥采样点浮游动物种类数较多，上游的梁府庄采样点浮游动物种类数相对较低，沿着河流方向浮游动物的种类数呈现先降后升再降的波动趋势。
调查期间，小清河济南段各采样点浮游动物密度为0.24个/升～32.40个/升，平均密度7.69个/升（图3）。其中，原生动物密度占浮游动物总密度的48.96%，轮虫密度占浮游动物总密度的36.59%，枝角类密度占浮游动物总密度的12.50%，桡足类密度占浮游动物总密度的2.08%。原生动物在X1采样点的密度最高为32.24个/升，以普通表壳虫为主要组成种类，轮虫在X5采样点的密度最高为19.88个/升，以四角平甲轮虫、萼花臂尾轮虫、方形臂尾轮虫、前节晶囊轮虫为主要组成种类，枝角类在X2采样点的密度最高为4.80个/升，以多刺裸腹溞为主要种类，桡足类在X5采样点的密度最高为0.64個/升，以桡足幼虫为主要种类。各采样点浮游动物密度存在差异。
2.2 聚类分析
利用浮游动物密度对小清河10个采样点位进行系统聚类分析，聚类方法采用最短距离法，选定标尺为10。如图4可见，小清河浮游动物密度组成可分为两大类群，X1为一大类群，其余采样点位为第二大类群。
2.3 浮游动物多样性指数
小清河济南段浮游动物Shannon-Weiner多样性指数变化幅度较大，最大值出现在下游巨野河采样点，指数值为2.654，最小值出现上游吴家铺采样点，指数值为0.113，多样性指数（H′）平均值为1.717。浮游动物Pielou均匀度指数（J）变化幅度较小，平均值为0.679，除了X1采样点外，其余采样点浮游动物均匀度指数均大于0.5小于1.0。浮游动物丰富度指数（M）变化幅度较大，平均值为1.288，除X7、X9、X10外，其余采样点浮游动物丰富度指数均小于2（见图5）。参照浮游生物多样性指数水质评价标准，结合三种多样性指数对监测位点的水质进行评价：小清河济南段各采样点的水质除了X2、X5、X8和X9点位出现β-中污染外，其他采样点位水质均为α-中污染或重污染。
3 讨论
3.1 浮游动物多样性空间变化 浮游动物是一种个体较小，具有较短的世代交替周期，对环境变化反应迅速地水生生物，因此，近年来国内外很多学者关注于用浮游动物评价水体生态系统健康程度[24-25]。有研究显示，随着水体富营养化程度提高，浮游动物种类减少，丰度增加，多样性指数降低，群落结构趋于简单，其稳定性降低[26]。浮游动物对水环境变化的敏感性，使得其群落结构的变化和多样性的调查已成为水域生态系统调查的重要内容。
小清河流域是济南的重要河流，也是流经济南的主要地表水源，是济南典型的资源型缺水的季节性河道，具有防洪、排水、航运以及养殖等功能，影响着济南人民的生活以及工业发展，增加了居民的收入也保证了济南市的安全。小清河济南段沿途的工业种类齐全，行业众多，主要是以造纸、医药、化工、食品制造为主的行业[27]。近年来，由于很多企业受到资金短缺的影响，大部分废水未经处理直接排放到小清河，其中大量有毒有害物质势必会对河道水生生物的栖息、繁殖和生长造成影响，使其群落结构和多样性在空间分布上发生很大变化。调查结果显示，浮游动物丰富度指数（M）变化幅度最大，Shannon-Weiner多样性指数（H′）次之，Pielou均匀度指数（J）变化幅度最小。小清河多样性空间变化趋势与同一黄河流域的北洛河水系[28]变化不同，这可能由于地理环境与人为干扰程度存在差异所致。同时，通过对浮游生物密度进行聚类，结果发现，除采样点X1外，其余采样点位之间具有较高的自然属性，说明这样的水环境具有相似的浮游动物类群。调查发现X1采样点处于小清河上游，距离市区较远，因此受人为干扰较少，污染程度相对较低，水体浮游动物类群与其他采样点位存在空间异质性，其浮游动物物种多样性也存在空间差异，这种系统聚类结果与同一黄河流域的泾河水系调查结果[29]存在一定差距，这主要是因为泾河上游到下游存在较大的海拔差，海拔对浮游动物的多样性具有较大影响。
3.2 浮游动物对水质的总体评价
浮游动物物种多样性指数通常用来反映河段生物种群组成的丰富度和种群结构的稳定性，在特定的水环境条件下能相对地反映出河段水质的污染情况，Pielou均匀度指数是反映生物总个体数分配的均匀程度，指数越大表示中间个体数分布越均匀，Margalef物种丰富度指数是表示群落种类的丰富程度，一般情况下，在健康的环境种类丰富度高，在受污染环境中种类丰富度较低。根据浮游生物多样性指数水质评价标准评价小清河济南段水质，Shannon-Weiner多样性指数（H′）显示水环境质量为α-中污染，均匀度指数（J）显示水质为轻度污染，丰富度指数（M）显示水质为α-中污染。小清河济南段的水质状况较同流域的马颊河水系的水质[30]受污染严重。综合以上三种多样性指数评价结果分析，小清河济南段除个别采样点的水质处于轻度污染或β-中污染外，其他采样点水环境受外来人为污染（尤其是工业污染）程度比较严重。
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（责任编辑：常 顺）
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