白洋淀浮游动物群落结构特征与环境因子的相关性分析

梁倍宁 郭冉 姚欣悦 李峰

摘 要：为研究环境因子对白洋淀地区浮游动物的影响，于2020年春季、夏季和秋季对白洋淀地区的18个采样点分别进行了三次调查，并采用相关性分析对浮游动物与环境数据之间的联系进行了研究。结果显示：浮游动物共鉴定出44种，轮虫类为构成浮游动物的最大种类，浮游动物优势种为萼花臂尾轮虫（Brachionus calyciflorus）、角突臂尾轮虫（Brachionus angularis）和台湾温剑水蚤（Thermocyclops taihokuensis）。浮游动物的种类组成以及丰度和生物量变化均受到环境变化的影响，其中浮游动物丰度主要受区位变化影响，而浮游动物的种类组成和生物量变化主要受时间变化影响。从相关性分析可以看出，浮游动物的丰度和生物量变化与水温、叶绿素a、总磷、总氮等环境数据均产生了一定的相关性，相关性最显著的是总磷。

关键词：白洋淀;浮游动物;环境因子;相关性分析

浮游动物在水体中往往以次级生产者和初级消费者的身份存在，无论是能量的流动还是生产力的转化，浮游动物在其中都扮演着非常重要的角色[1]。由于浮游动物对环境变化非常敏感，因此浮游动物与环境因子之间的相互联系就越发受到学者们的关注。由于环境因素非常复杂，研究者们的研究方向往往各不相同，罗丹等[2]分析了水体流速对浮游动物产生的影响，而赵予熙[3]则对总磷变化与浮游动物生长之间的联系进行了研究。近些年来，浮游动物与环境数据的相关性分析越发受到学者们的认可，已经成为了浮游生物研究的一个主要方向。

白洋淀位于雄安新区，不仅承担着引黄入冀工程调蓄枢纽的作用，还是雄安新区千年大计重要的组成部分，对维护华北地区的生态平衡有着不可低估的作用[4]。由于白洋淀地区拥有多条入淀河流，因此在同一气候下，白洋淀地区的环境更加复杂且多变。现有的研究往往只针对于淀区内的某一片或者几片区域进行探讨，而很少针对全湖进行研究，因此，本文在白洋淀全淀共选取了18个采样点，对浮游动物的群落结构进行了研究，同时结合相关性分析来探究浮游动物与环境因子之间的联系，以期了解不同水域浮游动物的变化情况，为白洋淀的生态修复提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 采样点设置

2020年春季、夏季、秋季在白洋淀地区分别进行了三次采样，冬季由于湖面结冰没有进行环境调查。如图1所示，根据环境部门的布点选择，特别考虑到白洋淀复杂的环境体系，共在淀区内围绕进水口、出水口、旅游区、居民区等环境，选取了18个站位进行研究。

1.2 样品采集

1.2.1 浮游动物 定性所使用的浮游动物样品主要通过25号浮游生物网在水面上通过画“∞”进行采集，定量所使用的浮游动物样品主要通过柱状采水器进行采集，经过过滤收集后加入甲醛进行固定，然后带回实验室置于显微镜下进行计数。通过浮游生物计数仪（杭州讯科）进行浮游动物定量分析，并依据《淡水微型生物图谱》[5]进行鉴定。

1.2.2 环境数据 环境数据主要包含水温、DO（溶解氧）、pH值、TN（总氮）、TP（总磷）、NH+4-N（氨氮）和Chl.a（叶绿素a）等。使用多参数水质测定仪（YSL Professional）现场测定水温、DO和pH值，使用便携式手持式叶绿素测定仪（ChloroTeah121A）现场测定Chl.a，将水样低温保存带回实验室后用分光光度计检测TN、TP和NH+4-N。

1.3 数据分析

采用Pearson分析方法对轮虫类、桡足类和枝角类等浮游动物的丰度及生物量变化结合环境数据进行Pearson相关性分析[6]，同時使用Canoco5软件对不同门类的浮游动物生物量与环境数据进行相关性分析。

2 结果与分析

2.1 群落结构特征

2.1.1 群落组成及优势种 分析结果显示，本次调查在白洋淀地区的18个站位共鉴定出浮游动物44种，主要为轮虫类、桡足类和枝角类，其中萼花臂尾轮虫（Brachionus calyciflorus）、角突臂尾轮虫（Brachionus angularis）和台湾温剑水蚤（Thermocyclops taihokuensis）为不同季节的优势种。春季共鉴定出轮虫类15种、桡足类8种、枝角类4种;夏季共鉴定出轮虫类7种、桡足类12种、枝角类6种;秋季共鉴定出轮虫类10种、桡足类9种、枝角类9种。鉴定出的轮虫类的总种类数为20种，约占总数的45%，占比最多;其次为桡足类和枝角类，分别为14种和10种，约占总数的32%和23%，轮虫类为构成浮游动物的最大种类。种类变化主要受季节变化影响，春季轮虫类较多，夏季桡足类较多，秋季枝角类较多。

2.1.2 丰度和生物量变化 浮游动物丰度分析结果如图2所示，浮游动物丰度变化范围为3.4～104.3个/L，变化波动较大。最高点为夏季的A10，最低点为秋季的A4。从图中可以看出，季节更迭和站位变化对浮游动物的丰度变化均产生了一定的影响，同时可以看出浮游动物丰度受季节变化的影响更明显。从站位变化上看，A3、A4和A16三个站位的浮游动物丰度明显低于其他站位，而其他站位则呈现出明显的季节差异，如A5、A15等，同时也有一些站位没有呈现出明显的季节差异，如A1、A18。从季节变化上看，浮游动物丰度主要在春季和秋季升高，夏季较为平均。

浮游动物生物量分析结果如图3所示，浮游动物生物量变化范围为0.93×10-2～4.61×10-2 g/L，最高点为秋季的A11，最低点为春季的A9。从图中可以看出，站位变化对不同站位浮游动物的生物量变化影响较小，浮游动物生物量受季节变化的影响更明显。从站位变化上看，不同站位的浮游动物生物量变化较为均衡，没有呈现出显著的站位变化。从季节变化上看，秋季的浮游动物生物量明显高于春季和夏季。

2.2 相关性分析

2.2.1 浮游动物和环境因子的Pearson分析 不同时期的浮游动物丰度及生物量变化与环境数据的相关性分析见表1。春季的相关性分析显示轮虫丰度与水温呈显著正相关（P<0.05）;桡足类丰度没有呈现出与环境数据的显著相关性;枝角类丰度没有呈现出与环境数据的显著相关性;生物量与水温呈显著正相关（P<0.05），与TP呈极显著负相关（P<0.01）。夏季的相关性分析显示轮虫丰度没有呈现出与环境数据的显著相关性;桡足类丰度与TP呈显著负相关（P<0.05）;枝角类丰度与Chl.a呈极显著正相关（P<0.01），与TP呈极显著负相关（P<0.01）;生物量没有呈现出与环境数据的显著相关性。秋季的相关性分析显示轮虫类、桡足类、枝角类的丰度和生物量变化均没有呈现出与环境数据的显著相关性。全年的相关性分析显示轮虫丰度没有呈现出与环境数据的显著相关性;桡足类丰度与TP呈显著负相关（P<0.05）;枝角类丰度与TN呈显著负相关（P<0.05）;生物量没有呈现出与环境数据的显著相关性。本次分析中水温、Chl.a、TP和TN与环境数据呈现出显著相关性（P<0.05），其中TP的浓度变化与浮游动物数据的相关性最密切，分别呈现出了2次显著负相关和2次极显著负相关。

2.2.2 优势种丰度和环境因子的RDA相关性分析 经过对浮游动物生物量和环境数据的去趋势对应分析（DCA），结果显示第一轴长度为0.328（<3），适用于RDA分析所使用的的线性模型[7-8]，因此最终决定使用RDA分析方式进行分析。

分析结果显示，与浮游动物生物量相关性最密切的是TP和pH值，分别呈现为极显著相关（P<0.01）和显著相关（P<0.05），轴一和轴二解释的拟合变异分别为81.27%和89.85%。同时从图4中可以看出，TP与轮虫类、桡足类、枝角类等浮游动物的生物量呈负相关，与桡足类的相关性最明显，这与前文中的Pearson相关性分析结果相符合。pH值与浮游动物生物量呈负相关，同时前文中的pH值也与生物量呈负相关，但没有呈现出显著相关性，这说明pH值变化对生物量的影响较小。

3 讨论

3.1 白洋淀浮游动物群落结构特征

研究结果显示，白洋淀地区的浮游动物主要由轮虫类、桡足类和枝角类组成，同时种类组成存在时间差异，不同季节的优势类群各不相同，这说明同一片水域在不同季节的影响下，其内部的浮游动物群落组成会出现不同程度的变化[9]。通过与前几次在白洋淀地区的调查结果进行对比[10]，可以发现本次鉴定出的浮游动物种类数低于2009年的56种，与2019年的43种接近，同时可以看出，本次调查发现的优势种萼花臂尾轮虫、角突臂尾轮虫和台湾温剑水蚤等在前几次的调查中均有发现，因此可以断定白洋淀地区的浮游动物种类组成近年来没有发生明显改变。通过查阅文献[11]，发现太湖地区近20年间浮游动物的种类数及生物量在不断下降，其中轮虫类的下降幅度最大，因此与2009年相比白洋淀地区的浮游动物种类数减少可能属于大环境的自然演替和人类活动的共同结果，而不是白洋淀地区的局部效应。

3.2 浮游动物丰度及生物量变化

浮游动物的丰度和生物量是反映生物群落和环境质量变化的重要指标[1]。在本次调查中，浮游动物的丰度受时空变化影响明显，除受季节变化影响外，不同站位的丰度变化也较为明显，浮游动物密度较低的A3、A4、A15站位位于湖泊进水口和出水口附近，这可能是浮游动物丰度较低的原因。同时可以看出，季节更迭对浮游动物的丰度和生物量变化产生的影响都十分明显，这一现象在我国其他水域内也有发现，白海峰等[12]在对泾河水系的浮游动物进行调查时发现，丰水期泾河流域浮游動物的丰度和生物量远高于其他时期。9月为白洋淀地区的引水期，经过引黄入淀，淀区内加入了大量引水带来的浮游生物，最终造成了浮游动物丰度和生物量的改变。

3.3 浮游动物与环境的相关性分析

李瑞娇等[13]指出，COD、TN和pH值是影响黄河部分流域浮游动物丰度变化的主要因素，而夏品华等[14]在关于红枫湖水库的研究中指出，水温、氨氮、电导率和pH值是影响浮游动物分布的主要因素。这说明在不同地理环境下，导致浮游动物产生改变的环境因子各不相同，但营养盐的变化往往都会对浮游动物产生影响。本研究中的Pearson相关性分析显示，在本次调查中对浮游动物产生主要影响的环境因子是水温、Chl.a、TP和TN，这与其他学者的分析结果基本符合。吴利等[15]指出，pH值是影响西凉湖浮游动物群落结构改变的较强的环境因子。本次研究RDA分析显示，对浮游动物生物量产生主要影响的环境因子为TP和pH值，其中pH值在RDA分析中显示与不同门类的浮游动物生物量相关性显著，但在Pearson相关性分析中并没有表现出来，这也说明pH值变化主要导致群落结构发生改变而对整体生物量变化的影响较小。

4 结论

2020年白洋淀地区浮游动物群落结构组成没有发生明显改变，浮游动物丰度受季节和区域变化影响明显，浮游动物生物量受季节变化影响明显。

浮游动物与环境因子的相关性明显，水温、Chl.a、TP、TN和pH值改变都会对浮游动物的丰度和生物量变化产生一定的影响，与TP的相关性最密切。

参考文献：

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[2] 罗丹，李星浩，余育和，等.长江中游干流浮游动物空间分布[J].水生生物学报，2019，43（S1）：3-8.

[3] 赵予熙.扎龙自然保护区后生浮游动物功能群与水环境因子的相关性分析[D].哈尔滨：东北林业大学，2020.

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（收稿日期：2021-09-17;修回日期：2021-11-04）