安格庄水库浮游生物群落季节演替及鲢、鳙鱼产力评估

赵 祺，张秀文，于 佳，叶 敏，崔 晨，石保佳，侯 润，齐遵利

( 河北农业大学 海洋学院，河北 秦皇岛 066003 )

浮游生物是水域生态系统的重要组成部分，其在物质转化、能量流动和信息传递等过程中起着重要作用[1]。浮游生物为鱼类的天然饵料，分析浮游生物群落结构特征和多样性的变动，并评估其资源量，有助于增强对整个水域生态系统功能的理解[2-3]。

安格庄水库位于河北省保定市易县境内的大清河北支中易水河，是以防洪、灌溉为主的大(Ⅱ)型水利枢纽工程。该水库流域面积为476 km2，总库容3.09亿m3，调洪库容1.847亿m3，兴利库容1.4亿m3。地貌主要以丘陵为主，属温带大陆性季风气候，多年平均降水量588.0 mm，降水量年内分配极不均匀，全年80%降水量集中在夏、秋季节[4]。

为保证库区水质安全稳定，更好地发挥净水渔业的作用，并全面了解安格庄水库资源现状，笔者于2019年春季、夏季和秋季对库区浮游生物群落结构及其演替变化和鲢(Hypophthalmichthysmolitrix)、鳙(Aristichthysnobilis)鱼产力进行分析评估，从环境保护的角度，确定渔业的环境容纳量，并提出相关养护建议，倡导“以水为中心”的理念，发展“保水渔业”，为改善库区水质生态环境和促进渔业资源绿色发展提供参考。

1 材料与方法

1.1 采样点设置

笔者于2019年春季、夏季和秋季对安格庄水库进行3次采样。根据水库地理形态、面积及水文等特点，在水库上游、中游和下游区域及水库的入水口、出水口等位置共设置10个采样点(图1)。

图1 安格庄水库采样点分布Fig.1 Distribution of sampling sites in Angezhuang Reservoir

1.2 样品采集和检测方法

浮游植物和浮游动物的采集、处理及定性、定量均参照《内陆水域渔业自然资源调查手册》[5]进行。每个采样点根据实际水深设定采样水层。一般分为上、中、下3层，水浅处分上、下2层或仅上层。按规定，上层水样在距水面以下0.5 m处取样，中层水样在水深5 m处采样，底层水样在距离底部0.5 m处取样。

浮游植物和浮游动物种类鉴定参照《水生生物学》[6]和《淡水微型生物与底栖动物图谱》[7]，并按照浮游生物的平均湿质量计算1 L水中浮游动植物的生物量。

1.3 浮游生物密度

浮游植物密度的计算公式为:

N=AC/(AF×NF)×(V1/V2)×NP

(1)

式中，N为1 L水中浮游植物数量(个/L)，AC为计数框面积(mm2)，AF为每片计数的视野面积(mm2)，NF为计数过的视野数(个)，V1为1 L水样浓缩后的体积(mL)，V2为计数框容积(mL)，NP为计数框内所得浮游植物数量(个)[8]。

浮游动物密度的计算公式为：

N=(Vs×n)/(V×Va)

(2)

式中，N为1 L水中浮游动物总数量(个/L)，n为计数所得到的浮游动物个体数量(个)，Vs为沉淀体积(mL)，V为采样体积(L)，Va为计算体积(mL)[9]。

1.4 浮游生物多样性

运用优势度指数来确定浮游生物优势种。优势度指数可以体现某一物种在群落中的地位，根据种类优势度公式计算各种生物的优势度，将优势度大于0.02的生物定为优势种[10]。

Y=Ni/N×fi

(3)

式中，Y为优势度指数，Ni为水样中第i物种的数量(个/L)，N为所有物种的总数量(个/L)，fi为该物种在所有物种中出现的频率。

运用香农—维纳多样性指数来表示浮游生物的物种多样性，多样性指数反映生物群落结构的复杂程度，其值越大，表明群落结构越复杂[6]。

香农—维纳多样性指数计算公式为：

H′=-∑(Ni/N) log2(Ni/N)

(4)

式中，H′为香农—维纳多样性指数，Ni为水样中第i物种的数量(个/L)，N为所有物种的总数量(个/L)。

运用Pielou均匀度指数来表示浮游生物的均匀度，Pielou均匀度指数可以体现某一物种群落在环境中的分布情况。

均匀度指数计算公式为：

J′=H′/ln (S)

(5)

式中，J′为Pielou均匀度指数，S为水样中总种类数。

1.5 鲢、鳙鱼产力评估

根据朱文静等[11]的计算方法预测安格庄水库的鲢、鳙鱼产力。

F=B×(P/B)×μ/K

(6)

式中，F为浮游生物鱼产力(t)，B为浮游生物生物量(mg/L)，P/B为浮游生物年生产量与年平均生物量之比，μ为浮游生物利用率(%)，K为饵料系数。根据安格庄水库形态与自然环境特征，参照文献[12]进行测算：浮游植物P/B系数取75，最大利用率μ取30%，饵料系数K取100；浮游动物P/B系数取20，浮游动物最大利用率μ取25%，浮游动物饵料系数K取10[13]。

1.6 合理放养量

SR=(F/R)×(1/r)

(7)

式中，SR为合理放养量(万尾)，F为浮游生物鱼产力(t)，R为捕捞规格(kg/尾)，r为回捕率(%)。根据水库要求，鲢、鳙捕捞规格R要达到2.5 kg/尾。鲢、鳙回捕率r参考文献[11]，分别取40%和20%。

1.7 数据分析

采用SPSS 19.0软件对浮游生物种类、多样性指数、均匀度指数、生物量等相关指标的季节差异进行单因子分析。

2 结 果

2.1 浮游植物

2.1.1 浮游植物群落结构

安格庄水库2019年春季、夏季和秋季共鉴定出浮游植物8门49属96种，其中：硅藻门14属29种，占浮游植物总数的30.21%；绿藻门16属34种，占浮游植物总数的35.42%；蓝藻门7属15种，占浮游植物总数的15.62%；隐藻门1属2种，占浮游植物的2.08%；金藻门3属4种，占浮游植物总数的4.17%；其他藻门8属12种，占浮游植物总数的12.50%。从季节上看，浮游植物种类数量夏季>秋季>春季，夏季极显著高于春季和秋季(P<0.01)，而秋季略高于春季，但差异不显著(P>0.05)。种类数量季节变化情况见表1。

表1 浮游植物种类数变化情况Tab.1 The changes in the number of phytoplankton species

2.1.2 浮游植物密度与生物量

安格庄水库浮游植物密度秋季(1.14×105个/L)>春季(1.11×105个/L)>夏季(0.60×105个/L)，平均为0.95×105个/L(图2)。经测算可知，秋季略高于春季，但差异不显著(P>0.05)，秋季和春季浮游植物密度均极显著高于夏季(P<0.01)。

安格庄水库浮游植物生物量与密度变化趋势一致，秋季(8.66 mg/L)>春季(6.07 mg/L)>夏季(4.90 mg/L)，平均为6.54 mg/L(图2)。经测算可知，春季浮游植物生物量高于夏季，但无显著关系(P>0.05)，秋季则极显著高于春季和夏季(P<0.01)。

图2 浮游植物密度和生物量变化Fig.2 Changes in phytoplankton density and biomass

2.1.3 浮游植物优势种及多样性

安格庄水库2019年各季节浮游植物优势种见表2，有3门9种，其中硅藻门4种，绿藻门2种，蓝藻门3种。春季浮游植物呈“硅藻—蓝藻”的类型特征，夏、秋季节浮游植物均呈“硅藻—绿藻”型。

表2 不同季节优势种变化情况Tab.2 The changes in dominant species of phytoplankton in different seasons

安格庄水库浮游植物多样性指数和均匀度指数具体变化情况见图3。多样性指数为0.48～1.00，平均为0.74；春季多样性指数极显著高于夏、秋季(P<0.01)，秋季略高于夏季但无显著差异(P>0.05)。均匀度指数为0.15～0.31，平均为0.24；在季节变化上与多样性指数一致，春季极显著高于夏秋两季(P<0.01)，秋季高于夏季，但差异不显著(P>0.05)。

图3 浮游植物多样性变化情况Fig.3 The changes in phytoplankton diversity

2.2 浮游动物

2.2.1 浮游动物群落结构

据统计，3次采样鉴定出浮游动物4大类83种。其中：原生动物18种，占浮游动物总数的21.69%；轮虫30种，占浮游动物总数的36.14%；桡足类22种，占浮游动物总数的26.51%；枝角类13种，占浮游动物总数的15.66%。该水库浮游动物种类数量占比依次为轮虫>桡足类>原生动物>枝角类。

浮游动物3个季节种类数量变化情况见图4。春季调查鉴定出浮游动物4大类51种，其中原生动物12种、轮虫14种、桡足类16种、枝角类9种。夏季调查鉴定出浮游动物4大类35种，其中原生动物5种、轮虫18种、桡足类5种、枝角类7种。秋季调查鉴定出浮游动物4大类38种，其中原生动物6种、轮虫15种、桡足类8种、枝角类9种。3个季节中浮游动物种类数量无显著差异(P>0.05)，春季>秋季>夏季。

图4 浮游动物种数量变化情况Fig.4 The changes in the number of zooplankton species

2.2.2 浮游动物密度及生物量

安格庄水库浮游动物密度夏季(6268.46个/L)>春季(5271.72个/L)>秋季(4222.94个/L),平均为5254.37个/L(图5)。经测算可知，3个季节浮游动物密度均无显著差异(P>0.05)。

安格庄水库浮游动物生物量变化情况与密度一致，为夏季(6.44 mg/L)>春季(5.72 mg/L)>秋季(4.88 mg/L)，平均为5.68 mg/L(图5)。经测算可知，3个季节浮游动物生物量均无显著差异(P>0.05)。

图5 浮游动物密度和生物量变化Fig.5 Changes in zooplankton density and biomass

2.2.3 浮游动物多样性

安格庄水库浮游动物多样性指数和均匀度指数具体变化情况见图6。多样性指数为0.02～0.71，平均为0.44；春季浮游动物多样性指数显著高于夏季(P<0.05)，极显著高于秋季(P<0.01)，同时夏季也显著高于秋季(P<0.05)。均匀度指数为0.01～0.23，平均为0.16；春季均匀度指数显著高于夏季(P<0.05)，同时夏季也显著高于秋季(P<0.05)，而春季极显著高于秋季(P<0.01)。

图6 浮游动物多样性变化情况Fig.6 The change in zooplankton diversity

2.3 鱼产力估算及合理放养量

浮游植物平均生物量为6.53 mg/L，浮游动物平均生物量为5.68 mg/L。库区水面面积约为7.4～7.8 km2，平均水深约10 m，按7.6 km2估算鱼产力，鲢鱼产力为111.83 t，鳙鱼产力为215.84 t。鲢和鳙最大合理放养量分别为11.18万尾和43.17万尾，鲢和鳙合理放养比例约为1∶3.86。

3 讨 论

3.1 浮游植物群落结构

从浮游植物群落特征可以看出绿藻门和硅藻门在安格庄水库占比较大，除春季外，夏、秋季优势种均属绿藻门和硅藻门，可认为其群落结构为“绿藻—硅藻型”，这与河北省陡河水库浮游植物的研究结果[14]一致。硅藻数量众多，与浮游动物一起可为鲢、鳙等滤食性鱼类提供丰富、适口的饵料[15]。由此可以看出，安格庄水库适宜鲢和鳙的投放。多样性指数为春季>秋季>夏季。这可能是因为春季水温回升，有利于浮游植物进行光合作用和营养物质运输，促进了浮游植物的生长繁殖，使浮游植物的种类和数量增加[16]。夏、秋季节多样性指数较低可能是受浮游动物摄食的影响[17]，同时，鱼类强烈的摄食对此也有巨大的作用。均匀度指数季节演替趋势与多样性指数保持一致，由此说明浮游植物群落结构稳定。浮游植物生物量为秋季>春季>夏季，可能受滤食性鱼类摄食的影响。

3.2 浮游动物群落结构

在浮游动物群落结构中轮虫种类数量最多，因为库区拥有大量食物能被其摄食。轮虫主要以藻类、细菌、有机碎屑为食物，对藻类的同化率达30%[18]。调查中原生动物优势种最多，桡足类很少，而无枝角类优势种，这可能是因为滤食性鱼类对大型浮游动物如枝角类、桡足类的摄食强度较大，给原生动物等提供了生存空间[19]。多样性指数为春季>夏季>秋季，这可能是因为水温升高促使营养盐释放，饵料丰富促进了浮游动物的生长繁殖[20]。均匀度指数为秋季>春季>夏季，这可能是温度与捕食引起的[21]。浮游动物生物量为夏季>春季>秋季，因为夏季水温高，浮游植物、有机物增多，可保障浮游动物的摄食、生长。

3.3 库区鱼产力

经计算可知，鲢鱼产力显著低于鳙。这是由两种滤食性鱼类的生物学特征差异造成的。浮游植物和浮游动物生物量略有不同，同时鲢和鳙对浮游生物饵料的P/B系数、利用率及饵料系数均有差异，按照鱼产力公式进行计算，由此得出鲢鱼产力低于鳙。这与我国北方部分库区生物量变化具有相似性[22]。

邢春英[23]于1996年、1997年对安格庄水库鱼产力进行估算，结果显示，安格庄水库鱼产力较高，这与水中浮游动植物生物量有直接关系。据统计，2018年水库总产鱼量为38万kg，其中包括鲢8.3万kg，鳙11.8万kg，(Hemiculterleucisculus)0.1万kg，池沼公鱼(Hypomesusolidus)13.9万kg，鲤(Cyprinuscarpio)、鲫(Carassiusauratus)、草鱼(Ctenopharyngodonidellus)、鲇(Silurusasotus)、麦穗鱼(Pseudorasboraparva)、中华鳑鲏(Rhodeussinensis)、日本沼虾(Macrobrachiumnipponense)等合计3.9万kg。但由于浮游生物的生物量较高，为了调控库区水质，合理利用水中浮游生物资源，以经典生物操纵理论为依据适当增加鲢、鳙的投放数量来有效控制水中浮游生物，可为水库的管理和可持续发展提供重要的理论依据。

4 结 论

鉴定出浮游植物8门49属96种，夏季>秋季>春季；平均生物量为6.54 mg/L，秋季>春季>夏季；浮游植物多样性指数平均为0.74，春季>秋季>夏季；均匀度指数平均为0.24，在季节变化上与多样性指数一致。鉴定出浮游动物4大类83种，春季>秋季>夏季；平均生物量为5.68 mg/L，夏季>春季>秋季；多样性指数平均为0.44，春季>夏季>秋季；均匀度指数平均为0.16，秋季>春季>夏季。根据浮游动生物生物量计算，鲢鱼产力为111.83 t，鳙鱼产力为215.84 t；鲢和鳙合理最大放养量分别为11.18万尾和43.17万尾，鲢和鳙合理放养比例约为1∶3.86。