黄河河南段浮游生物生态特性与时空分布

惠 筠，介子林，贺海战，李芳亭

(1.河南省水产科学研究院，河南 郑州 450044； 2.河南水利与环境职业学院，河南 郑州450008)

浮游生物作为水域生态系统的重要组成部分，在生态系统的物质循环与能量流动中起着重要作用。浮游植物是淡水生态系统中重要的初级生产者，其群落结构的变化会引起系统中食物网结构的改变，从而影响淡水生态系统的能量流动、物质循环和信息传递[1-2]。浮游动物是河流生态系统中水生生物的重要组成部分，其种类组成、群落结构以及种群动态直接或间接制约着初级生产力水平，在河流生态系统的结构和功能中具有重要的调控作用，因此，浮游动物多样性常被广泛用作评价河流生态系统功能的重要指标[3]，近年来，有关黄河浮游生物群落的研究主要集中于黄河入海口附近水域[4-7]，黄河干流陕西段、山东段也有报道[8-9]，黄河河南段浮游生物群落在上世纪八十年代[10]做过调查，在2003年至2007年期间和2008年5-6月和9-10月也有项目资料记载。自2002年以来，小浪底水利枢纽工程每年一次的调水调沙，使下游河道水环境状况急剧变化，严重影响了干流生物的生长和繁殖，呈现出结构简单、物种数和生物量均较少的显著特点。张军燕等[11]也认为，流速较大和含泥沙量高的河流不是浮游动物的理想栖息场所。

笔者根据2013年5月至2014年3月浮游动物的调查结果，分析了黄河河南段浮游生物的分布特征，丰度和生物量，优势种及物种多样性等的动态变化，为今后对黄河生态环境的保护及可持续利用提供基础资料与依据。

1 材料与方法

1.1 站位设置及采样时间

本次调查根据《内陆水域渔业资源调查手册》[12]在黄河河南段干流设置9个调查断面，在黄河支流的伊洛河、沁河、天然文岩渠和金堤河设置4个调查断面。根据断面状况，每个断面设置2～3个采样点，具体采样点见表1；调查时间按季节进行：春季时间为2013年5月中旬，夏季为8月中旬，秋季为10月中旬，冬季为 2014年3月中旬。

表1 黄河河南段采样点地理位置

1.2 采样与分析方法

1.2.1 浮游植物采集 浮游植物定量样品采集于每个调查断面设左、中、右三个采样点，在每采样点水下0.5 m处采集水样混合，经短暂沉淀后取上层水1 000 mL加鲁哥氏液固定，沉淀48 h后虹吸弃上层清液，浓缩至40 mL。摇匀后，快速吸取滴于0.1 mL计数框内，在10×40显微镜下观察，计数两片，取平均值。浮游植物的生物量用体积法计算，本方法把生物体当做近似几何图形，按求积公式获得生物体积，并假定比重为1计算体重。其中原生动物随浮游植物一同检测，浮游植物与原生动物的种类鉴定参考《中国淡水生物图谱》[13]

浮游植物定性样品的采集采用13号浮游生物网(网孔直径为64μm)，在水面表层呈“∞”字形缓慢捞取浮游植物样品，并将网内浓缩液置于100 mL塑料水样瓶中，现场用鲁哥氏液固定，带回实验室供镜检用。

1.2.2 浮游动物采集 浮游动物定量样品采集于每个调查断面设左、中、右三个采样点，于每采样点水下0.5 m处采集水样混合，经短暂沉淀取上层水5 L，用25号浮游生物网过滤浓缩，并加入1.5 mL 4%的福尔马林固定，带回实验室进行样品分析。固定好的样品摇匀后，快速吸取滴于1 mL计数框内，在10×10显微镜下观察，计数两片，取平均值。浮游动物的生物量用体积法计算，本方法把生物体当做近似几何图形，按求积公式获得生物体积，并假定比重为1计算体重。浮游动物的种类鉴定参考《中国淡水生物图谱》[13]。

浮游动物定性样品的采集用25号浮游生物网于水面以下约0.5 m处,反复做“∞”型拖曳约5～10 min,提出水面得到浓缩样,滴加1 mL 4%甲醛溶液固定保存,带回实验室进行定性分析。

1.3 数据分析

采用香农—威纳指数(H′)表示多样性指数[14]；采用Margalef指数(DMa)表示物种丰富度指数[15]；采用Pielou指数(J)表示物种均匀度[16]；采用优势度(Y)表示优势种类[17]。计算公式如下:

DMa=(S-1)/log2N

J=H′/log2S

Y=(ni/N)fi

式中，N为某个样品中浮游动物的总个数；S为种类数；Pi为第i种的个体数在总个数中的比例，ni为第i种的个体数量，fi为第i种生物的出现频度，Y≥0.02的种类可视为优势种。所有数据的统计与分析利用软件SPSS19.0进行。

2 结果与分析

2.1 浮游植物群落特征

2.1.1 浮游植物种类组成 在采样的十三个断面中，春季共检出浮游植物23种(属)，其中硅藻门8种、裸藻门3种、甲藻门1种、绿藻门11种；夏季共检出浮游植物35种(属)，其中蓝藻门6种、硅藻门16种、裸藻门3种、隐藻门1种、金藻门1种、甲藻门1种、绿藻门7种；秋季共检出浮游植物22种(属)，其中蓝藻门5种、硅藻门9种、裸藻门1种、金藻门1种、隐藻门1种、绿藻门5种；冬季共检出浮游植物18种，其中蓝藻门4种、硅藻门6种、黄藻门1种、绿藻门7种。在种类数量上表现为：夏>春>秋>冬(图1)。

图1 各季节浮游植物种类组成

2.1.2 浮游植物丰度变化 四个季节各断面浮游植物的丰度变化范围为：4.57×104～79.73×104ind./L，各断面平均丰度变化如图2所示。其中，三门峡上游浮游植物丰度四个季节变化范围为4.87×104～16.66×104ind./L，浮游植物平均丰度在夏季达到最大值，在冬季最小；三门峡中游浮游植物丰度四个季节变化范围为为6.003×104～59.998×104ind./L，浮游植物平均丰度在秋季达到最大，冬季最小；三门峡下游变化范围为8.866×104～60.198×104ind./L，浮游植物平均丰度在秋季达到最大，冬季最小；小浪底上游变化范围为12.165×104～64.728×104ind./L，浮游植物平均丰度在夏季达到最大，冬季最小；小浪底中游的变化范围为9.73×104～53.059×104ind./L，浮游植物平均丰度在秋季达到最大，冬季最小；小浪底下游变化范围为15.792×104～49.628×104ind./L，浮游植物平均丰度在夏季达到最大，冬季最小；伊洛河口入黄口变化范围为12.16×104～53.792×104ind./L，浮游植物平均丰度在夏季达到最大，冬季最小。伊洛河变化范围为6.218×104～39.719×104ind./L，浮游植物平均丰度在夏季达到最大，冬季最小。沁河变化范围为6.636×104～44.868×104ind./L，浮游植物平均丰度在春季达到最大，冬季最小。桃花峪变化范围为8.355×104～16.214×104ind./L，浮游植物平均丰度在夏季达到最大，冬季最小。开封段变化范围为4.572×104～32.141×104ind./L，浮游植物平均丰度在夏季达到最大，冬季最小。天然文岩渠变化范围为19.252×104～44.278×104ind./L，浮游植物平均丰度在夏季达到最大，秋季平均值最小。金堤河变化范围为7.971×104～79.731×104ind./L，浮游植物平均丰度在春季达到最大，秋季最小。

图2 四个季节各断面浮游植物丰度变化

2.1.3 浮游植物优势种及季节变化 以优势度指数≥0.02的种类定为优势种，黄河河南段春季浮游植物优势种为：小席藻、林氏藻、鞘丝藻、条纹小环藻、圆筛藻、普通小球藻、空星藻，分别占该季度总丰度的4.23%、3.22%、2.98%、3.02%、2.33%、3.98%、2.56%；夏季浮游植物优势种为：条纹小环藻、颗粒直链藻、扁圆舟形、大羽纹藻、空星藻、韦氏藻、小席藻、林氏藻、腔球藻，分别占该季度总丰度的4.34%、3.76%、 3.67%、3.04%、2.76%、2.65%、4.2%、 3.23%、2.67%；秋季浮游植物优势种为尖针杆藻、颗粒直链藻、窗格平板藻、镰形纤维藻、单角盘星藻、细颤藻、水华束丝藻，分别占该季度总丰度的4.30%、2.87%、3.23%、3.24%、3.22%、3.12%、3.76%；冬季浮游植物优势种为：隐头舟形藻、颗粒直链藻、扁圆舟形藻、大羽纹藻、空星藻、韦氏藻、细颤藻、林氏藻、鞘丝藻，分别占该季度总丰度的隐头舟形藻4.32%、3.23%、3.23%、3.14%、2.78%、2.87%、3.99%、3.89%、3.32%。

2.2 浮游动物群落特征

2.2.1 浮游动物种类组成 黄河河南段浮游动物进行了四个季节调查，共鉴定浮游动物4大类153种属(图3)，其中，原生动物51种属、轮虫72种属、枝角类24种属、桡足类6种属，分别占总种类数的33.33%、47.06%、15.69%和3.92%。在采样的十三个断面中，春季共检出浮游动物89种属，其中原生动物35种、轮虫30种、枝角类20种、桡足类4种；夏季共检出浮游动物145种属，其中原生动物48种、轮虫69种、枝角类23种、桡足类5种；秋季共检出浮游动物138种属，其中原生动物50种、轮虫64种、枝角类19种、桡足类5种；冬季共检出浮游动物68种属，其中原生动物34种、轮虫23种、枝角类10种、桡足类1种。表现为：夏>秋>春>冬。

图3 各季节浮游动物种类组成

2.2.2 浮游动物丰度的变化 四个季节各断面浮游动物的丰度变化范围为：0.67×102～17.59×102ind./L，各断面平均丰度变化如图4所示。其中，三门峡上游浮游动物丰度范围为0.87×102～3.95×102ind./L，浮游动物平均丰度在春季达到最大值，秋季最小；三门峡中游浮游动物丰度变化范围为1.47×102～9.30×102ind./L，浮游动物平均丰度在夏季达到最大，冬季最小；三门峡下游浮游动物丰度变化范围为2.19×102～8.07×102ind./L，浮游动物平均丰度在春季达到最大，冬季最小；小浪底上游浮游动物丰度变化范围为4.45×102～8.86 ×102ind./L，浮游动物平均丰度在夏季达到最大，冬季最小；小浪底中游浮游动物丰度变化范围为3.45×102～9.21×102ind./L，浮游动物平均丰度在春季达到最大，冬季最小；小浪底下游浮游动物丰度变化范围为4.32×102～8.57×102ind./L，浮游动物平均丰度在夏季达到最大，冬季最小；伊洛河口浮游动物丰度节变化范围为1.23×102～7.41×102ind./L，浮游动物平均丰度在夏季达到最大，冬季最小；伊洛河浮游动物丰度四个季节变化范围为5.64×102～12.55×102ind./L，浮游动物平均丰度在夏季达到最大，冬季平均值最小；沁河浮游动物丰度变化范围为2.1×102～12.38×102ind./L，浮游动物平均丰度在夏季达到最大，冬季最小；桃花峪段浮游动物丰度变化范围为0.67×102～4.26×102ind./L，浮游动物平均丰度在夏季达到最大，冬季最小；开封段浮游动物丰度变化范围为0.89×102～4.77×102ind./L，浮游动物平均丰度在秋季达到最大，冬季最小；天然文岩渠浮游动物丰度变化范围为2.31×102～17.59×102ind./L，浮游动物平均丰度在夏季达到最大，冬季最小；金堤河浮游动物丰度变化范围为3.24×102～9.26×102ind./L，浮游动物平均丰度在春季达到最大，冬季平均值最小。

各调查断面浮游动物各大类的平均丰度如图4所示。各断面四季平均丰度为6.32×102ind./L。其中：原生动物为1.45×102ind./L，占到22.87%；轮虫平均丰度为1.86×102ind./L，占到29.49%；枝角类平均丰度为1.95×102ind./L，占到30.78%；桡足类平均丰度为0.97×102ind./L，占到15.34%。

图4 四个季节各断面浮游动物丰度变化

2.2.3 浮游动物优势种及季节变化 以优势度指数≥0.02的种类定为优势种，黄河河南段春季浮游动物优势种为：萼花臂尾轮虫3.8%、蒲达臂尾轮虫3%、花筐臂尾轮虫2.86%、中华似铃壳虫2.8%、球型沙壳虫2.45%，优势种占总丰度比例14.91%；夏季浮游植物优势种为：长额象鼻蚤3.67%、短尾秀体蚤3.1%、萼花臂尾轮虫3%、蒙古剑水蚤2.63%、萼花臂尾轮虫2.38%、花筐臂尾轮虫2.1%,优势种占总丰度比例16.88%；秋季浮游植物优势种为：猛水蚤3.76%、长额象鼻蚤3.49%、蒙古剑水蚤3.28%、镖水蚤2.81%、蒲达臂尾轮虫2.4%,优势种占总丰度比例15.74%；冬季浮游植物优势种为：王氏似铃壳虫3.85%、尖顶沙壳虫3.59%、镖水蚤3.5%、萼花臂尾轮虫2.34%，优势种占总丰度比例13.28%。

2.3 浮游生物物种多样性、丰富度和均匀度

2.3.1 浮游植物Shannon-Wiener指数、丰富度和均匀度 对各调查站浮游植物进行物种多样性分析，得到不同季节13个断面浮游植物多样性指数变化。13个断面Shnnon-Wiener指数平均值变化范围为0.78～1.89，Margalef指数平均值变化范围为0.97～1.83，Pielou均匀度指数平均值变化范围为0.45～0.78，多样性指数在天然文岩渠平均值最大，桃花峪段最小。

各断面Shnnon-Wiener指数、Margalef指数及Pielou均匀度指数拟合较好，均表现出冬季指数值较低的趋势。其中，浮游植物多样性指数分析显示三门峡水库、小浪底水库、伊洛河、沁河、金堤河和天然文岩渠较高，黄河干流桃花峪、伊洛河口和开封段较低(图5)；各断面多样性指数高峰出现在夏、秋季，冬季最低。最高值出现在天然文岩渠的夏季，最低值出现在黄河开封段的冬季。Margalef指数与多样性指数规律相似(图6)，三门峡水库、小浪底水库、伊洛河、沁河、金堤河和天然文岩渠较高，黄河干流桃花峪、伊洛河口和开封段较低；高峰数值出现在夏、秋季，冬季最低。最高值出现在天然文岩渠的夏季，最低值出现在伊洛河口的冬季。各断面Pielou均匀度指数差异不显著(图7)。季节上，春季最高，冬季最低。最高值出现在小浪底水库上游的秋季，最低值出现在三门峡水库中游、桃花峪段和开封段的冬季。

图5 各断面不同季节浮游植物Shnnon-Wiener指数变化

图6 各断面不同季节浮游植物Margalef指数变化

图7 各断面不同季节浮游植物Pielou指数变化

2.3.2 浮游动物Shannon-Wiener 指数、丰富度和均匀度 对各调查站浮游动物进行物种多样性分析，得到不同季节13个断面浮游动物多样性指数变化。13个断面Shannon-Wiener指数平均值变化范围为0.75～1.12，Margalef指数平均值变化范围为1.21～1.89，Pielou均匀度指数平均值变化范围为0.46～0.83，各断面多样性指数变化各异。

Shannon-Wiener指数最高值发生在桃花峪和天然文岩渠的夏季和三门峡上游的秋季,最低值发生在发生在三门峡上游的冬季；春、夏、秋三季差异不显著,以夏季为最大,冬季最小(图8)。Margalef最大值在三门峡中游的夏季，最小值在三门峡下游的冬季；夏、秋季节高于冬春，以秋季最高，冬季最低(图9)。Pielou值最大值出现在天然文岩渠的秋季，最小值出现在三门峡中游的冬季；季节上，从高到低顺序依次为秋﹥春﹥夏﹥冬，平均值分别为：0.73、0.71、0.69和0.58(图10)。

图8 各断面不同季节浮游动物Shnnon-Wiener指数变化

3 讨论

3.1 浮游植物数量变动及种类组成

此次通过对河南黄河段2013年5月至2014年5月四个季节的调查，共鉴定浮游植物8门73种(属)，绿藻门、硅藻门、蓝藻门的种类数较多，分别有24种(属)、23种(属)和11种(属)。这与黄河流域浮游植物以绿藻门、硅藻门和蓝藻门为主的研究结果在种类组成上与黄河山东段冷春梅等[9]的结果相一致。由于布点范围及时间差异，与2003年至2007年黄河干流中上游鉴定出的浮游植物相比也略有减少，与上世纪八十年代黄河调查[10]相比硅藻门种类最多的结果有所不同。

图9 各断面不同季节浮游动物Margalef指数变化

图10 各断面不同季节浮游动物Pielou指数变化

通过此次调查鉴定，黄河河南段浮游植物的丰度变化范围为：4.57×104～79.73×104ind/L，与2008年5-6月和9-10月黄河干流浮游植物丰度变化范围大体相同，与其对黄河中、下游浮游植物种类组成硅藻最多，绿藻、蓝藻次之的调查结果有所不同，本次研究结果与本项目组已结题资料记载的2008年5-6月和9-10月黄河中、下游浮游植物丰度变化范围基本相同。

黄河干流河南段浮游植物种类和丰度与支流河流相比，数值均较低，这与黄河上三门峡水库和小浪底水库大坝下泄低温水、河道多泥沙有关，这也与我国河流水生生物种类在黄河出现最低点、黄河浮游植物贫乏的观点一致[18]。

此次多样性指数分析显示Shnnon-Wiener指数平均值变化范围为0.78～1.89，Margalef指数平均值变化范围为0.97～1.83，Pielou均匀度指数平均值变化范围为0.45～0.78，多样性指数以三门峡水库、小浪底水库和支流平均值较大，干流上的伊洛河口、桃花峪和开封段较小。不同断面多样性指数季节变化，夏秋季节大，冬季小。一般来说，多样性指数值越大，水质越好。有研究发现[11]，黄河玛曲段浮游植物H'介于2～3，水质较好，黄河干流浮游生物H'比水库和支流小。这可能是与黄河干流泥沙含量高、营养盐相对缺乏有关。

3.2 浮游动物数量变动及种类组成

此次通过对黄河河南段2013年5月至2014年5月四个季节的月调查，共鉴定出浮游动物4大类153种属。其中，其中，原生动物51种属、轮虫72种属、枝角类24种属、桡足类6种属，浮游动物的丰度变化范围为：0.67×102～17.59×102ind./L。这与上世纪八十年代以及2003年至2007年期间调查结果相比，鉴定出的浮游动物的种类数没有显著变化，但丰度降低。不同生态类型水域比较：水库和黄河支流丰度大于黄河干流；夏秋季节丰度大于冬春季，冬季丰度最低。

此次多样性指数分析显示Shannon-Wiener指数平均值变化范围0.75～1.12，Margalef指数平均值变化范围为1.21～1.89，Pielou均匀度指数平均值变化范围为0.46～0.83。此段浮游动物多样性指数水平较低，可能与黄河相对恶劣的环境有关。

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Abstract：From May 2013 to March 2014,four quarterly surveys were conducted on the Henan section of the Yellow River,and the community composition,density,biomass and biodiversity of plankton community were analyzed.A total of 8 phyla(73 genera)of phytoplankton were identified,among which,the number of species of green algae,diatoms and cyanobacteria was the largest,with 24 species(genera),23 species(genera)and 11 species(genera)respectively.There is an obvious seasonal variation of phytoplankton abundance,range:4.57×104～79.73×104ind/L,with the largest in summer or autumn,and the minimum in winter; Four categories of 153 kinds of animal plankton were identified,among which,there were 51 species of protozoa,72 species of rotifers,24 species of Cladocera and 6 species of copepods.The average abundance was 6.32×102ind./L.The sequence of species richness is autumn > spring > summer > winter.The Shannon-Wiener index phytoplankton variation range is 0.78～1.89 in Henan section of the Yellow River,and the variation range of zooplankton is 0.75～1.12.H' is low,according to the Shannon-Wiener index evaluation standard,the water quality of Henan section of the Yellow River is moderately polluted.

Keywords：Henan section of the Yellow River; plankton; abundance; community structure; seasonal variation