木里矿区河流浮游生物组成及其环境影响因子

摘要 ［目的］了解木里矿区河流中浮游生物群落结构特征及其关键环境影响因子，为矿区水资源管理与保护提供数据支撑与参考依据。［方法］对环绕木里露天矿区的典型河流多索河、莫日河进行水体环境和浮游生物采样分析。［结果］多索河与莫日河分别采集到浮游植物6门21种与6门19种，浮游动物2门15种与2门9种。其中硅藻门、绿藻门、原生动物均为2条河流中优势种类，2条河流的浮游生物密度和生物量在空间上均呈现上游多、下游少的特点。多索河中浮游植物和浮游动物Shannon-Wiener指数、Margalef指数、Pielou指数分别为1.64和0.58、0.86和0.33、0.69和0.42；莫日河中浮游植物和浮游动物Shannon-Wiener指数、Margalef指数、Pielou指数分别为1.86和0.21、0.87和0.24、0.79和0.36。冗余分析（RDA）和相关分析结果表明，水温、pH、氮营养物质是影响多索河和莫日河浮游生物群落结构的关键环境因子。［结论］木里矿区水生态保护应着重关注营养盐污染，加强治理过度放牧所导致的面源污染。

关键词 水域生态；浮游生物；群落结构；环境因子；冗余分析

中图分类号 S932.8  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2024）17-0066-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.17.014

Structure of Plankton Communities in Muli Mining Area and Their Environmental Impact Factors

YUE Ge-cheng， LIU Yan-fang， LUO Xiao

（School of Civil Engineering， Hebei University of Science and Technology， Shijiazhuang， Hebei 050037）

Abstract ［Objective］To understand the structural characteristics of the plankton community and its key environmental impact factors in the rivers of Muli mining area， and to provide data support and reference basis for the management and protection of water resources in the mining area. ［Method］Collection and analysis of water and plankton in the rivers （Duosuo and Mori） that surround the opencast mine in the town of Muli.［Result］6 Phylum （21 species） of phytoplankton and 2 Phylum （15 species） of zooplankton were collected in the Dosuo River and 6 Phylum （19 species） of phytoplankton and 2 Phylum （9 species） of zooplankton were collected in the Mori River.In both rivers diatoms， green algae and protozoa were the dominant species， and the density and biomass of plankton were quantitatively higher upstream and lower downstream.The Shannon-Wiener， Margalef and Pielou indices for phytoplankton and zooplankton in Duosuo River are 1.64 and 0.58， 0.86 and 0.33， 0.69 and 0.42， respectively;the Shannon-Wiener， Margalef and Pielou indices for phytoplankton and zooplankton in Mori River are 1.86 and 0.21， 0.87 and 0.24， 0.79 and 0.36. Water temperature， pH， and nitrogen nutrients were identified as the main environmental factors affecting the structure of the planktonic communities in the Dosso and Mojito Rivers by redundancy analysis （RDA） and correlation analysis. ［Conclusion］The ecological protection of water in the Muli mining area should focus on nutrient pollution and strengthen the control of non-point source pollution caused by overgrazing.

Key words Aquatic Ecology；Plankton；Community structure；Environmental factors；Redundancy analysis

作者简介 岳哿丞（1998—），男，天津人，硕士研究生，研究方向：水污染控制。

通信作者，副教授，博士，从事水污染控制研究。

收稿日期 2023-08-31；修回日期 2023-10-15

浮游生物是一类个体微小、能够在水系统中自由漂浮的生物，主要包括浮游植物和浮游动物两个大类［1］。作为水生态系统中初级生产者的浮游植物，其群落组成与分布对水体环境的变化具有一定的响应［2］；浮游动物作为中间营养级，既是浮游植物的摄食者［3］，又是水体中高等生物的饵料［4］，对水体中各因子的变化反应敏感［5］。有研究表明浮游生物群落结构的变化往往与其所处环境的变化相对应，其群落结构与所处环境之间具有很强的相关性。通过综合多种水生物指标可以衡量浮游生物群落结构是否稳定，一定程度上可以反映流域的生态状况和水体的营养状况［6-7］，表征水体质量与生物多样性的有效生态学信号［8-9］。因此，研究浮游生物群落结构与水体中各环境因子之间的相互关系，对了解水体生态结构具有一定的指导意义。

木里矿区位于青海省海西蒙古藏族自治州天峻县，青藏高原东北部，平均海拔3 800～4 200 m。气候为典型的高原大陆性气候，多年平均气温-3.5 ℃，矿区地处黄河一级支流大通河源头湿地生态区［10］，是生态安全保障的重要组成部分［11］，由于常年过度开采导致当地生态环境受到严重破坏，为恢复当地生态环境，国家大力推进矿区生态修复治理，目前当地生态环境已明显好转。选取木里矿区大通河2条典型支流多索河和莫日河进行水生态调查。由于2条河流环绕矿坑且为典型的高寒高海拔河流，水体自净能力差，水生生物多样性小，生态环境脆弱敏感，其水生态状况对矿区生态环境的变化具有一定的响应。通过分析环境因子指标，浮游生物密度、生物量、生物多样性指标，对2条河流进行深入的水生态学研究，识别影响河流水生态健康的主要因素，为木里矿区水体环境保护提供参考。

通过分析2条河流水质、浮游生物的群落结构特征及空间上的变化，并通过Pearson相关分析与冗余分析（RDA）探究环境因子和浮游生物之间的内在关系，确定影响浮游生物群落结构的主要环境因子［12］，为矿区水资源管理与保护提供数据支撑与理论依据。

1 材料与方法

1.1 样点设置

根据《水环境监测规范》［13］、《全国淡水生物物种资源调查技术规定（试行）》［14］中关于地表河流浮游生物定量采样相关样点布置标准以及莫日河、多索河的地形、水文等特点，在2条河流中各设置4个采样点，共设置8个采样点（图1），于2022年7、8、9月分别进行了3次浮游生物样品采集。

1.2 样品采集与处理

浮游生物样品采集分为定性样品采集和定量样品采集。浮游植物定性样品用25号浮游生物网在距水面0.5 m处按“∞”字缓慢拖曳3～5 min［15］。采集后的样品置于采样瓶中加入5％甲醛进行现场固定。定量样品于河流表层采集，采集后的1 L水样用鲁格溶液进行固定后带回实验室静置48 h，使用虹吸管缓慢吸取上层清液浓缩定容至30 mL，在光学显微镜下进行物种鉴定与计数。浮游植物鉴定参考《中国淡水藻类：系统、分类及生态》［16］和《中国淡水藻志》［17］。浮游动物定性样品采用13号浮游生物网距水面0.5 m处按“∞”字缓慢拖曳3～5 min，采集后样品置于采样瓶中加入5％甲醛进行现场固定。定量样品于距水面0.5 m处采集，经25浮游生物网过滤浓缩后加入5%甲醛溶液进行现场固定，静置24 h后吸取上清液浓缩定容至30 mL，在光学显微镜下进行物种鉴定与计数。浮游动物鉴定参考《中国淡水轮虫志》［18］、浮游动物计数以及密度和生物量的计算方法参照《淡水浮游生物研究方法》［19］。

采集浮游生物的同时，进行部分水质理化指标的现场测定。水温（WT）、溶解氧（DO）、pH使用多参数水质分析仪（Sanxin，SX751）测定。总氮（TN）、总磷（TP）、氨氮（NH3-N）、硝酸盐氮（NO3-N）、亚硝酸盐氮（NO2-N）、高锰酸盐指数（CODMn）、叶绿素a（Chl-a），采集水样带回实验室检测。

1.3 数据处理与分析

应用以下公式计算与评价河流浮游生物优势度（Y）［20］与生物多样性指数［21］（Shannon-Wiener 多样性指数（H′）、Pielou 均匀度指数（J）、Margalef 丰富度指数（d）。

Y=niNfi（1）

H′=-Si=1Pilog2Pi（2）

J=H′lnS（3）

d=（S-1）/lnN（4）

式中：ni为第i种在各采样点的总个体数；N 为各采样点中浮游动物的总个体数；fi为第i种在各采样点出现的频率；

Pi为第i种的个体数与总个体数的比值，即Pi=ni/N；S为样品中浮游生物种类数。

1.4 统计分析

采样地图由Arc GIS10.5软件绘制；浮游生物群落结构与环境因子间的冗余关系（RDA）采用Canoco 5软件［21-22］；其他图表使用Excel 2019、Origin pro2021绘制。

2 结果与讨论

2.1 水质理化指标

多索河与莫日河水温变化范围分别为5.3～7.1 ℃与4.3～9.7 ℃，2条河流具有典型高原大陆性气候，气温较低；DO浓度变化范围分别为8.30～8.48 mg/L与8.41～8.47 mg/L，pH变化范围分别为8.5～8.6与8.5～8.7，水体整体呈弱碱性；总氮浓度变化范围分别为0.58～3.72 mg/L与0.87～8.49 mg/L，硝酸盐氮浓度变化范围分别为0.35～3.43 mg/L与0.86～8.20 mg/L，亚硝酸盐氮浓度变化范围分别为0.002～0.004 mg/L与0.005～0.038 mg/L；氨氮浓度变化范围分别为0.08～0.30 mg/L与0.13～0.41 mg/L，2条河流均表现出沿流向方向，即D1→D4、M1→M2方向氮营养物质浓度不同程度增加且硝酸盐氮占总氮含量的90％以上，其主要原因一方面为2条河流流经牧区“散养式”放牧产生的粪污，通过地表径流汇入河道导致高硝酸盐浓度［23］；另一方面，由于2条河流水温低，河流中硝酸盐氮的降解主要依赖于反硝化细菌将硝酸盐氮转化为氮气，而反硝化细菌作为厌氧菌对水温与氧含量有着极为严格的要求，低水温导致反硝化细菌几乎无法存活并且少量氧就能导致反硝化速率大幅度下降从而表现出高硝酸盐氮浓度，这与Liu等［24］调查发现高原河流状态表现一致。总磷浓度变化范围分别为0.009～0.078 mg/L与0.010～0.063 mg/L；高锰酸盐指数浓度变化范围分别为2.50～3.60 mg/L与1.70～3.90 mg/L；叶绿素a浓度2条河流变化范围均为0～0.90 μg/L。