（环境工程专业论文）采煤塌陷区水域浮游动物生态环境研究——以淮南大通南大塘为例.pdf

采煤塌陷区水域浮游动物生态环境研究以淮南大通南大塘为例 摘要 本次研究以淮南采煤塌陷水域一大通南大塘为研究区，在该塘设置了3 个 采样点，进行水温、p h 值和电导率三项物理指标以及总硬度、氯化物、溶解氧、 总磷、总氮、c o d c r 、b o d ；和叶绿素a 含量这八项化学指标的测定，同时对浮 游动物进行定性和定量的采集和鉴定。 通过对浮游动物的组成、分布及其随时间变化进行为期一周年的分析研究， 利用浮游动物群落结构的变化并结合理化指标对该采煤塌陷水域进行了水质评 价，为采煤塌陷水域进行有效的治理和利用提供基础资料。 本次研究得出以下结论：浮游动物群落逐渐为臂尾轮属所占据，群落结构 比例关系为轮虫 原生动物 枝角类和桡足类。不同季节波动较大，在数量上， 表现为夏季 冬季 秋季 春季，在空间分布上，受人类活动影响的点位高于 其他点位。得出该塘水质类型为乙型中污到甲型中污，属中度富营养型。与二 十年前的水质调查比较，水质发生了较明显的改变。 关健词：浮游动物群落结构采煤塌陷水域水质评价相关性分析 采煤塌陷l 差水域浮游动物生态环境研究一以淮南大通南大塘为例 a b s l r a 【：i t h i sr e s e a r c hw a ss t u d i e di nd a t o n gs o u t h e nl a k ew h i c hw a sac o a lm i n e c o l l a p s ew a t e rr e g i o ni nh u a i n a n t h r e es a m p l i n gs t a t i o n sw e r ea r r a n g e di nt h ea r e a t h ew a t e rt e m p e r a t u r e 、p h 、e l e c t r i cc o n d u c t i v i t yr a t e 、c a c 0 3 、c l 一、d o 、t p 、t n 、 c o d c r 、b o d 5a n dc h l aw e r em e a s u r ei nt h el a k e ，t h ez o o p l a n k t o nw e r ec o l l e c t e da n d a u t h e n t i c a t e da tt h es a m et i m e t h es e a s o n a lv a r i a t i o n so fz o o p l a n k t o nw e r ei n v e s t i g a t e da n ds t u d i e di nd e t a i l s w i t hr e s p e c tt os p e c i e sc o m p o s i t i o n ，c u r r e n tf a u n a ，b i o m a s sa n dv e r t i c a ld i s t r i b u t i o n i nt h ed a t o n gs o u t h e nl a k e b a s e do nt h ec o m m u n i t ys t r u c t u r eo fz o o p l a n k t o na n d p h y s i c sa n dc h e m i s t r ye l e m e n t s ，a ne c o l o g i c a la n de n v i r o n m e n t a l s t a t u so ft h e i n v e s t i g a t e da r e aw a sa s s e s s e da n de v a l u a t e d ，w h i c hw i l lp r o v i d et h ef o u n d a t i o nd a t a t om a n a g ee f f e c t i v e l yo nc o a lm i n ec o l l a p s ew a t e rr e g i o n t h ei n v e s t i g a t i o nr e s u l t sw e r ef o l l o w i n g s ：t h ek i n do fz o o p l a n k t o ni sm a i n l y c o m p o s e do fb r a c h i o n u sr o t i f e r a t h ec o m p a r i s o nr e l a t i o no fc o n s t r u c t i o n w a s r o t i f e r a p r o t o z o a c l a d o c e r aa n dc o p e p o d a v a r i e dw i t hd i f f e r e n ts e a s o n s ，t h e q u a n t i t y r a t ew a s s u m m e r w i n t e r a u t u m n s p r i n g a n dt h eh u m a na c t i v i t y i n f l u e n c e n c e ds t a t i o n sw e r eh i g h e rt h a nt h eo t h e r si ns p a c ed i s t r i b u t i n g t h ew a t e r q u a l i t yo ft h el a k ew a s 口一口t y p eo fm o d e r a t ep o l l u t i o n t h er e s u l t ss h o w e dt h a t t h el a k eh a db e c o m em e s o t r o p h e rw a t e ra n dt e n d e dt ob e o fe u t r o p h i c a t i o n r e f f e r i n gt ot h ei n v e s t i g a t e dd a t ao f2 0y e a r sa g o ，t h ew a t e rq u a l i t yh a sc h a n g e d o b v i o u s l y k e y w o r d s ：z o o p l a n k t o n ；c o m m u n i t ys t r u c t u r e ；c o a lm i n ec o l l a p s ew a t e rr e g i o n a s s e s s m e n to fw a t e rq u a l i t y ：r e l a t i v i t ya n a l y s i s 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得 塞邀堡三太堂 或其他教育机构的学位或证书而使用 过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名同幢签字目期护哆年月2 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 童邀堡王太堂有保留、使用学 位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单 位属于安徽理工大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论 文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权 塞徽壅三 太堂 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。( 保 密的学位论文在解密后适用本授教书) 学位论文作者签名：阁唬踅导师签名 彝谚嘭 签字日期：哨年e 月2 日签字日期：年z 月日 采煤塌陷区水域浮游动物生态环境研究一以淮南大通南人塘为例 1绪论 水体是地球上生命的发源地，是各种水生生物生活和繁殖的重要场所，与 人类的生产、生活有着极为密切的关系。据统计淡水资源仅占地球水资源的 2 ，7 ，而能利用的淡水还不到地球总储水量的1 。我国水资源总量较丰富， 拥有七大水系：长江流域、黄河流域、珠江流域、松花江流域、淮河流域、海 河流域、辽河流域。我国的水资源总量为2 8 1 2 4 亿m 3 a j 。我国人口众多，人 均拥有水量少且分布不均，人均水资源占有量只有2 3 4 0 m 3 人a ，居世界第8 8 位，是世界平均水平的1 4 。随着经济的发展、人口的增长，人类对资源的消耗 和需求也在不断的提高，各种废水的排放量也不断增加。目前，只有2 2 的排 放废水得到处理，约有8 0 的废水未经任何处理直接排入环境| 3 i ，造成河流、 湖泊和地下水不同程度的污染。因此，水污染已成为中国环境保护中的一个严 重闻题。利用生物个体、种群或群落演替以及对水环境污染和生态破坏所产生 的反应，来监测水环境污染物的种类及数量，从生物学角度评价水环境质量状 况，已得到广泛的应用。 1 1 研究的目的和意义 对淮南塌陷区水域进行常规地监测和评价，是为更好地对其进行治理和利 用。这些塌陷区水域已然受到不同程度的污染，有的作为生活污水排放池，水 质发黑发臭，有的虽然开发为养鱼塘，但水质也不尽人意，绝大多数的有机污 染综合指数都已大大超过国家规定的五类水质标准，这些不仅影响了城市卫生 和市容，也严蕈破坏了水生生态系统，给人民的生活环境和身体健康带来了潜 在的危胁。八十年代曾对塌陷区水域进行过调查，此后鲜有理化指标的常规监 测和生物监测及评价方面的研究。随着经济、人口的增长，这些水生环境发生 了不小的变化，作为对生活环境极度敏感的浮游生物来说，将受到直接影响并 产生一系列的生物效应，主要体现在生态系统、群落结构的变化等。 本课题是在安徽省高校“十五”学科拔尖人才基金资助下完成的。通过对塌陷 区水域为期- - 一年的水质及浮游动物生念学研究，分析其群落变化，以期利用水 质理化指标和群落结构变化进行生态环境研究，为更合理的开发和利用塌陷区 水域提供理论依据。 i 2 研究内容及技术路线 1 2 1 研究内容 1 2 1 1塌陷区水域浮游动物的分布状况及群落结构 通过对塌陷区水域的浮游动物的定性样品的测试结果，分析塌陷区水域浮 采煤塌陷区水域浮游动物生态环境研究以淮i = i 人通南大塘为例 游动物分布状况。 1 ，2 1 2 浮游动物群落的结构 通过对浮游动物的定量测试分析，确定常见种及优势种，进而分析优势种 群的组成，阐明群落的组成。 1 2 1 3浮游动物与限制因子的关系 确定因变因子，找出与限制因子( 温度、p h 值、电导率、硬度、溶解氧、 等) 之间的关系。 1 2 1 4 浮游动物群落演替的规律 通过优势种的确定，找出与其它浮游动物的种群结构或数量变化之间的必 然联系，从而预测浮游生物群落演替的方向和规律及其与环境因素的关系。 1 2 1 5 水质的评价 通过对水域的各项理化指标和各种评价方法的运用，从而对水质进行评价， 并进一步解释水质与浮游动物之间的必然联系。 1 2 2 研究工作量 通过对淮南大通南大塘进行为期一年的浮游动物群落监测及生态研究，以 期利用浮游动物群落结构变化，结合理化指标对淮南大通南大塘进行水质综合 评价，为合理、有效的治理和利用塌陷塘提供基础资料，完善塌陷塘的生态演 替规律的研究。 2 0 0 4 年3 月至2 0 0 5 年2 月，在淮南大通南大塘设置3 个采样点，对浮游动 物进行定性和定量的采集，同步进行温度、p h 值、电导率三项物理指标以及总 硬度、氯化物、t p 、t n 、c o d c ，、b o d 5 、d o 、c h l a 和p b 、c u 、z n 、a s 元素 等几项化学指标的测定。对浮游动物进行种类鉴定，确定常见种和优势种，研 究浮游动物群落数量和生物量的周年变动以及温度、p h 值、电导率等对浮游动 物群落的影响。通过理化指标的测定、计算环境质量综合指数( p i ) 及化学评 价指数( p b n ) 并对水质进行评价。同时利用指示生物法、s i m p s o n 多样性指数、 s h a n n o n w e a n e r 多样性指数、m a r g a l e f 多样性指数，分别对塌陷塘水域进行水 质生物学评价。运用综合营养指数和营养度指数公式对该塘进行营养型确定。 最后，结合三项多样性指数和几项化学指标，运用主成分分析法和聚类分析法 评价其水质。 采煤塌陷区水域浮游动物生态环境研究一以淮南大通南大塘为例 1 2 3 技术路线 上l i 一 _ l_ l 1 一 分群演 化 多 营 评 学 样 瞢 养 布落 替 评 性 养 度 分 状规 价 指 指 法 指 指 数 数 况构律 数 数 法 法 图l l研究的技术路线图 采煤塌陷k 水域浮游动物生态环境研究一以淮南人通南大塘为例 1 3 研究的理论背景及研究现状 1 3 1 研究的理论背景 1 3 1 1 生态演替原理 生态系统( 4 i 的核心是该系统中的生物及其所形成的生物群落，在内外因素 的共同作用下，一个生物群落如果被另一个生物群落所替代，环境也就会随之 发生变化。因此，生物群落的演替，实际是整个生态演替。如图1 2 为生态演 替的主要过程。 时河时间 图1 2 生态演替的主要阶段 生态演替按演替方向可分为顺向演替和逆向演替。生态系统的进化和退化 实质上是一个系统在超载干扰下顺向或逆向演替的动态过程，主要表现在生物 多样性、生物生产力、系统结构和功能的变化、稳定性以及生态效益。c l e m e n t s e e f e 的群落演替理论认为，生态演替是生物群落与环境相互作用导致生境变 化的结果。生态系统的演替是渐进有序进行的。生态演替规律同时应遵循其它 六条基本生态学原理即地域性原理、生态位原理、生物多样性原理、物种共生 原理、密度效应原理以及限制因子理论。 ( 1 ) 地域性原理：不同的地域具有不同的生态环境背景，如气候、地貌、土壤、 水文条件等，分布有本地适生的植物和生物种。 ( 2 ) 生态位原理：生态位是指在生态系统或群落中，一个种与其它种相关联的 特定时间位置、空间位置和功能地位等。这一原理告诉我们，每种生物在生态 系统中总占有+ 定的空间和资源。 ( 3 ) 生物多样性原理：生物多样性是生态系统稳定的基础，也会导致生态系统 功能的优化。而在浮游水生态系统中，浮游动物多样性又是建立在浮游植物多 样性的基础之上的，浮游植物多样性会导致群落的复杂性，复杂的群落意味着 更多的垂直分层，更多的水平斑块格局与更复杂的根系，这就可能在不同的小 生境条件下拥有更多的生物体。 ( 4 ) 物种共生原理：一个完整的生态系统内生物种之间的共生关系足普遍存在 的。共生可分为偏利共生和互利共生。在恢复和重建生态系统时，有意识的引 入一些附q i 牛物，对增加群落多样性，促进系统的稳定是有益的。 ( 5 ) 密度效应原理：物种的生存受制于环境，合理的密度是物种存在和发展讨 采煤塌陷区水域浮游动物生态环境研究一以淮南人通南大塘为例 提。密度过大，超过了环境容纳量，个体间会由于竞争而发生自疏现象：过稀 则不能充分利用环境资源，生产力低下，只有保持适当的密度刊。能使个体间协 调共生。 ( 6 ) 限制因子理论：李比希最小因子定律( l i e b i n g sl a wo fm i n i m u m ) 着重从植 物的无机营养( n 、p 、k 等) 探讨限制因子；而谢福尔德耐性定律( s h e l f o r d sl a w o ft o l e r a n c e ) ，则从植物对物理环境因子( 光、温、水、湿等) 的适应性探讨限制 因子。美国著名生态学家e e o d u m 则将这两个定律结合起来形成了限制因子理 论，即“一个生物或一群生物的生存和繁荣，取决于综合的环境状况。任何接近 或者超过耐性限制的状况，都可说是限制状况或限制因子”。而影响浮游动物生 长的限制因子，也就是我们必须找出的主导因子。 1 3 1 2 浮游动物的定义及作用 几乎所有水体中都有种类繁多的生物生存。这些水生生物在水体中占有各 自的栖息生境，具有一定的生态习性。从它们的生态特点来划分，可分为几个 大生态类群：浮游生物、游泳生物、底栖生物、漂浮生物、着生生物。本论文 主要研究浮游生物中的浮游动物。浮游生物( p l a n k t o n ) 是指在水流运动的作用 下，被动地漂浮在水层中的生物群。它们的共同特点是缺乏发达的运动器官， 运动能力薄弱或完全没有运动能力，只能随水流移动。浮游生物一般个体都很 小，多数种类必须借助显微镜或解剖镜才能看清楚它们的身体构造。这些生物 隶属于不同的门类，因此浮游生物这个名词主要指的是生态学上的意义。 浮游动物在淡水生态系统中起着重要的作用。一方面，它们组成了天然水 域食物链中一个重要环节，其种类和数量的变化直接或间接影响到其它较高等 水生生物的分布和丰度。另一方面，浮游动物与水体质量关系密切，其中不少 种类对环境变化比较敏感，有些种类本身能积累和代谢一定量的污染物，在某 种程度上发挥了“水质净化器”的作用，是生物操纵的关键因子之一。浮游动物 在物质循环中起着承上启下的作用，是对能量、物质循环起调控作用的关键功 能群。浮游动物通过摄食及其垂直移动能够有效地将上层的初级生产量主动泵 入其它水层，成为真光层颗粒有机物的沉降输出过程中“生物泵”。 浮游动物特殊的随波逐流的生活方式使之对各种水文因子的变化非常敏 感，种类的分布数量变化总是与一定的水文状况相联系。环境的影响所引起的 季节变化和长期变化也迫使浮游动物产生了不同程度的响应。浮游动物是许多 经济鱼类的饵料来源，因此利用浮游动物的分布以及季节年度变化，掌握浮游 动物的数量分布和变动可为探索鱼群，寻找渔场提供科学依据。浮游动物是位 于食物链前端的消费者。它们有的以浮游植物为食物，有的以细菌、碎屑为食 物，而它们本身又是其他水生生物的食物。浮游动物还通过排泄和分泌作用， 在有机物质的分解和循环方面起着很大的作用。浮游动物对许多物质，特别是 外柬的污染物质的敏感性以及积累、转移作用，也使它们在研究物质对生态系 5 采煤塌陷区水域浮游动物生态环境研究一以淮南人通南大塘为例 统的生态毒理影响和生态系统的演替、稳定性等方面具有重要的地位。 浮游动物的组成比较复杂，主要包括原生动物的有孔虫、放射虫、纤毛虫； 甲壳动物的挠足类、磷虾类、糠虾类：软体运动的翼足类、异足类：舶囊类的 一些种类以及各种底栖动物的浮游幼体等。浮游动物是水体中较敏感的指示生 物，也是湖泊生态系统食物链及生物生产力的基本环节。 1 3 1 3 浮游动物的生物学特性 ( 1 ) 浮游动物的季节变化 由于浮游藻类的季节变化较为显著，而浮游动物也因以浮游植物为食而有 明显的季节变化，为了探索季节变化的原因，必须进行长期的观测，同时需测 量各种理化环境因素。只有通过种类组成、数量变化和环境因素的综合研究才 能掌握季节变化的规律。 种类和数量的季节变化 温带地区的各种水体，在秋后不但水温显著降低，水中营养物质的分解速 度也减弱，在冰冻时，湖水的循环现象也逐渐减弱，由于温度的下降，繁殖率 和出生率降低，种群数量锐减。浮游动物中广温性种类较多，一般以夏、秋季 的种类较丰富。 形态的季节变异 形态的季节变化或称周期变形( c y c l o m o r p h o s i s ) ，有时亦称作多态 ( p o l y m o r p h o s i s ) 是淡水，特别是大型湖泊浮游生物的一个相当普遍的现象。 如僧帽蚤的头部随季节的变异显著。在温暖季节，头部具有很长的头盔，后来 又随秋天来临，头盔逐渐变短，到冬季头盔消失，头顶复呈圆形。来年春末夏 初，又重新形成头盔。 ( 2 ) 浮游动物的水平分布和垂直分布 水平分布 浮游动物的水平分布( 地理分布) 和其他生物一样，也有广狭之分。分布 广的种类具有较强的适应能力，如能适应不同的温度( 广温性) 或不同的盐度 ( 广盐性) ，而分布狭的种类具有较弱的适应能力，只能适应一定范围的温度和 盐度。在同一一水体中，由于各个湖区、库区或河段的理化因了不同冈此浮游 动物的种类和数量也有区别。 垂直分布 如果在某一水体作垂直分层采集，可以看到每个水层的浮游动物不论在种 类i 二或数量上都不相同，这种分m i 格式在较深的水体中尤为明显。从大体上讲， 有些大类的浮游动物多数的种类都有居住在某一深度的共同习性。如原生动物 肉足虫的种类，多栖息在水的下层，而纤毛虫则无一定的部位；轮虫、桡足类 和枝角类的分布深度变化很大，一般是成虫的居住部位常较幼虫为深。枝角类 的密集的水层常较桡足类为浅。 采煤塌陷区水域浮游动物生态环境研究以淮南人通南人塘为例 1 3 2 研究现状 a n d r z e j l 5 1 等报道了波兰的s o l i n a 水库中鱼类、浮游动物的空间分布和环境 因子之间的关系。e d m o n d o n s o n 和l i t t l 5 0 1 以美国西雅图华盛顿为研究基地对涵 类的数量动态进行了深入研究，详细阐述了涵类的变化与营养类型变迁之间的 关系。t h o n gl a m h o a i 和c l a u d er o u g i e r l 7 1 对北地中海岸湖泊一年四季的浮游动 物的相似性和产量进行了调查。国内的大量研究学者对水体中的浮游动物的分 布特性、种类数量变化等也进行了细致的研究，证明在水库、湖泊等水体中此 类问题十分广泛j 。胡春英【9 j 对长江中下游不同湖泊浮游动物数量及多样性进行 了研究，其调查表明浮游动物的种类均随着水草生物量的减少而减少，浮游动 物的密度均随着水草生物量的减少而增多。浮游动物多样性指数的变化与水草 的丰度密切相关。随着湖泊水草生物量的增加，浮游动物的多样性指数也随之 而增加l l 。杨宇峰和黄祥飞l 在浮游动物生态学研究进展一文中论述了浮游动 物种类组成和现存量动态的研究，对捕食生态研究、温度、食物等因子对浮游 动物影响也进行了研究。 生态系统中鱼类种群生物量和年龄组成的变动，可使系统的营养结构和水 质状况发生显著的变化，即所谓的“下行( t o p d o w n ) 效应。”下行效应是指生态 系统中较高营养级上的生物对较低营养级上的生物乃至理化环境的控制或调节 作用。而上行( b o t t o m u p ) 效应即“理化因素一浮游生物一鱼类”这种影响效应， 它指出如营养物质、温度等环境理化因素的变化通过食物链进行影响传递而影 响鱼类等位于较高营养级上的生物。崔福义【i2 l 等从生态学的角度出发，利用食 物链关系进行水体综合治理，通过运用生物操纵技术来调整水体的营养结构和 代谢水平，以达到恢复生态平衡并控制涵类滋生的目的。 郭沛涌i | 驯等对长江 j 门浮游动物采样调查，研究了长江河口浮游动物的釉 类组成、群落结构及多样性，并初步探讨了三峡工程对长江河口浮游动物的影 响及长江河口水环境的生物监测，调查共发现浮游动物8 7 种，甲壳动物占绝对 优势。赵文1 1 4 等对山东高青赵店乡渔场3 4 个盐碱池浮游动物群落演替及其多样 性进行了研究，采集了3 8 9 个浮游动物定量水样。结果表明，轮虫主要是在夏 秋高温季节占主导地位。桡足类在春季和秋末冬初，在大部分养鱼池和所有无 鱼对照池中占绝对优势。原生动物在养鱼池浮游动物中占相当比重。谢钦铭l ”l 等研究表明鄱阳湖浮游桡足类全年的生物量有3 次高峰。其主要优势种是近邻 剑水蚤、英勇剑水蚤、白色大剑水蚤、神秘华哲水蚤、汤匙华哲水蚤、指状许 水蚤、球状许水蚤、沟渠异足猛水蚤和广布中剑水蚤，它们的数量变动左右了 浮游类群落的周年消k 。王金秋1 16 j 等分析鉴定了1 9 9 9 年春、秋两季，在鄱阳湖 区共观察到各类浮游动物共1 5 0 种，其中轮虫动物物种最为丰富，且单位体积 的数量亦呈明显优势，说明轮虫动物是该湖区浮游动物的优势类群鄱阳湖浮 游动物的数量有明显的季节变动，尤属轮虫的变动最大。 采煤塌陷区水域浮游动物生态环境研究一以淮南人通南人埔为例 1 3 2 ，l 影晌浮游动物群落的生态学因素研究 ( 1 ) 淡水养殖对浮游动物群落的影响 淡水养殖对浮游植物和浮游动物的影响是综合的，浮游植物和浮游动物的 种类数量变动总是密切相关的。许多经济鱼类，特别是我国特有的鲢鳙都以浮 游生物为食；不少经济甲壳动物，如各种蟹、虾类在幼虫期以硅藻、裸藻为食。 浮游动物更是许多经济鱼类和甲壳动物的优质食物和开口饵料。d r e m e r m c 等 研究罗非鱼在k i n n e r e t 湖中对浮游生物的摄食选择性后指出，罗非鱼对浮游动 物和大型的浮游植物具有明显的抑制作用i l7 1 。b r o o k s - j l 在研究美国c r y s t a l 湖 滤食性鱼类时指出，在鱼种群密度较小的1 “、2 4 观察站中的桡足类、枝角类浮 游动物的数量明显高于种群密度较高的3 4 观察站【讳1 。张国华等【。9 1 1 9 9 7 对此作 了研究，发现养殖生物对浮游动物的摄食促进了浮游植物种群的增长，小型藻 类大量繁殖，生物量和数量急剧上升，水体p h 值升高，嗜酸性浮游动物种类 减少，浮游动物的群落结构趋于简单，多样性指数下降。滤食性养殖动物对浮 游植物的摄食必将恶化植食性浮游动物的饲料条件，引起植食性浮游动物种群 数量降低。在水平分布上，浮游植物的密集区总是同浮游动物高生物量区的位 置一致，而且浮游动物的生物量高峰期总是紧跟浮游植物的数量高峰期，显示 了植食性浮游动物对浮游植物的摄食依存关系。 鱼类的捕食作用对浮游动物的群落结构的数量动态有明显的影响，一般说 来，没有选择性和选择性小的鱼类对浮游动物的影响主要体现在密度上，而不 是在种类组成上( 刘正文，1 9 9 7 ) 1 2 0 1 。 捕食作用对生物多样性的影响也是很重要的，既可能提高群落的物种多样 性，又可能降低群落的物种多样性。 ( 2 ) 环境因子对浮游动物影响的研究 除了竞争和捕食作用会影响浮游动物群落演替外，其它环境因素对浮游动 物群落演替也具有重要作用( s o m m e re ta l ，1 9 8 9 ) 1 2 1 】。这些影响浮游动物的分布 及生物量变化的各种环境因素并不是独立的起作用。在某一时间或某一水域， 可能是其中一种或者几于中环境因素起主要作用。 日光对浮游动物的影响 口光对浮游动物的影响，主要表现在垂直分布和昼夜垂直移动上，这在浮 游甲壳动物中表现特别明显。 温度对浮游动物的影响 温度直接影响生物有机体的新陈代谢、生殖等，从而影响浮游动物的生物 量。当温度升高时，新陈代谢的速度加快，从而影响其生长的速率。温度也是 浮游动物水平分布的一个重要因素( s o m m e r ，1 9 8 9 ) i ”i 。 黄加祺( 1 9 9 7 ) f 22 | 研究表明，浮游动物个体数的分布与温度也有一定的关 系，总个体数的分向n l 】线与温度分布曲线有些接近，在温度最高时，总个体数 r 采媒塌陷区水域浮游动物生态环境研究一以淮南大通南大塘为例 也达到最高峰。浮游动物卵的发育时间，在一定的温度范围内，随温度升高而 增加。可是生殖量( 产卵量) 和个体在低温下都较大，在低温下的，性成熟较 晚，寿命也较长；温度愈高，个体愈小，是浮游动物的一个普遍现象。 p h 值对浮游动物的影响 水环境中不同的p h 值对浮游动物的分布及生物量的变化有重要的影响。 不同的浮游动物，其适宜的p h 值不同，因而分布也不同。对淡水浮游动物而 言，p h 值与其新陈代谢、生殖与发育等生命活动的影响可能更加密切一些，从 而对生物量产生影响。诸葛燕等1 2 3 】( 1 9 9 3 ) 根据轮虫生活的水环境p h 值的不 同，把轮虫分为碱水性种类、兼性种类和酸水性种类，且一般以兼性种类居多。 李纯厚等【2 刮( 1 9 9 2 ) 认为枝角类在各种不同的水域中的分布受外界园子的影响 较大，尤其是水域的p h 值。它对于枝角类的代谢、生殖与发育等生命活动都 有密切的关系。有的种类仅适于酸性水域，如圆盘肠蚤发育的最适p h 值为5 0 ： 但大多数枝角类一般有一个适宜的p h 值范围。 盐度对浮游动物的影响 水中含有各种盐类，由于含盐量的不同，被分为淡水和盐水。水中含盐量 的高低和盐类组成成分对浮游生物的生长、生活和分布有重要意义。浮游植物 的生长需要营养，其中以磷和氮最为重要。这两种营养盐类往往决定着浮游植 物产量的高低，也就间接决定着浮游动物数量的多寡。除氮、磷外，碳、铁、 锰和硅的含量也对浮游植物生长有很重要的影响。 饵料对浮游动物的影响 饵料对浮游动物的生长和发育具有重要的影响作用。由于饵料的多样性和 不l 司饵料营养价值的差异，因向对浮游动物的影响更加复杂一些。温度和饵料 被认为足调控浮游动物数量变动的两个重要因素。 唐鑫生等【25 j ( 1 9 9 9 ) 研究新溪口江段发现，轮虫的四季数量变化，明显地 与浮游植物的数量呈正相关，这可能与轮虫以浮游植物为主食有关。蔡庆华【2 6 l ( 1 9 9 0 ，1 9 9 5 ) 在进行浮游生物问相互关系的多元分析中发现，武汉东湖浮游 动物的密度和生物量由叶绿素a 的含量决定，与叶绿素a 相关程度由大到小依 次为轮虫、桡足类和原生动物。王春生等【2 ”研究发现，秋季浮游动物丰度与浮 游藻类的细胞总密度和浮游硅藻的细胞密度之问有币相关的趋势。 溶氧量对浮游动物的影响 氧是一切生物( 除嫌氧细菌外) 生存的必要条件。在小型水体中，溶氧量 经常变化着，尤其在夏天变化更大、更快。这样，对浮游生物的呼吸生理的影 响很大。例如：淡水涵类血液中皿红素的含量，全是由水中溶氧量决定。如果 溶氧量降低，血红素便会增加，使潘变为红色。因此，涵类的红色程度可作为 池水溶氧量的标志，这在养殖业上具有重要意义。 水的运动对浮游动物的影响 采煤塌陷区水域浮游动物生态环境研究一以淮南大通南大塘为例 水的运动对浮游动物的生长和分布有重要的作用。由于浮游动物大都缺乏 强的游动能力而营悬浮生活，除了它们本身的形态和生理上的适应能力外，水 的运动就决定了它们的水平分布和垂直分布。同时水的运动还通过对营养物质 传递、透明度和水温的变化等，对浮游动物的生长和分布有间接的影响。 ( 3 ) 浮游植物和浮游动物间的相互关系 除少数肉食性浮游动物种类外，一般的浮游动物，尤其是甲壳动物主要依 靠浮游植物为食。所以，在浮游植物丰富的水体中，滤食性浮游动物一般也较 多。普遍认为浮游动物滤食浮游植物的效率不是决定浮游植物的种类而是浮游 植物的大小。浮游动物滤食颗粒的大小范围通常为1 1 5 微米。滤食峰值在2 5 微米之间。所以，当水体中大型藻类大量繁殖之际，由于食物不适口，浮游动 物的数量反而下降。杨宇峰 2 8 1 等在近邻剑水涵对浮游动物的摄食一文中就表述 了，近邻剑水湮能捕获和摄食实验所提供的所有浮游动物，尤喜食小型浮游动 物。郑师章等1 2 9 1 1 9 9 4 年研究认为植食性浮游动物的摄食活动导致浮游植物种群 数量降低、而当浮游植物数量降低到一定水平后，必然会影响浮游动物的数量， 而随着浮游动物数量的下降，摄食压力减小，浮游植物种群又会再次增加，这 样就形成了一个双波动的种问数量变动特征。 1 _ 3 2 2 利用浮游动物监测评价水质研究进展 生物监测( b i o l o g i c a lm o n i t o r i n g ) 这一术语在1 9 9 7 年4 月由欧洲共同体 ( e e c ) 、世界卫生组织( w h o ) 、美国环境保护局( e p a ) 组织的“关于生物样 品在评价人体接触污染物方面的应用”的国际会议上正式提出并给予的定义睁”j ( 王焕校，2 0 0 0 ) 。简单的说，生物监测是利用群落、种群或生物个体对环境污 染状况进行监测和评价。其方法大体上是测量活体生物对人为压力反应的灵敏 度。其中包括细胞的生物化学、生理、生长和健康状况的变化；个体及系统发 育与繁殖的变化；种群数量、群落及生态系统的变化等“。通过生物监测，可 及时反应污染物的综合毒性效应及可能对环境产生的潜在威胁，掌握水环境质 量，发现一般监测或理化监测所发现不了的环境问题，具有理化监测无可比拟 的综合性、真实性和灵敏性。生物指示作用的特点决定了生物监测的实用性、 综合性、时效性和不可替代性”“。淡水浮游动物主要包括原生动物、轮虫、枝 角类和桡足类四大类，它们多数个体小，对环境变化很敏感，水环境的变化直 接影响其群落结构和功能。作为“次级生产者”，浮游动物是水域生态系统食物 链中一个重要环节。其种类和数量的变化直接或间接地对水生生物的分布和丰 度产生影响。另一方面，浮游动物与水体质量的密切关系早以为人们所熟知， 有些种类本身能积累和代谢一定量的污染物质，在某种程度上发挥了“水质净化 器”的作用。不同类群对水环境变化的敏感性和适应能力各异，因此，利用浮游 动物群落结构和生物量变化以及优势种分布情况监测评价水环境具有重要的应 用价值，在国内外已有相当长的历史并有大量有益的实践。水生生物群落结构 1 0 采煤塌陷区水域浮游动物生态环境研究以淮南大通南大塘为例 特征的变化与水体质量关系密切，因此利用浮游动物群落能确切反映水体的质 量。 目前应用浮游动物群落结构特征的变化监测和评价水体质量，在国内外应 用较广泛。在国外，k a h e m 【3 3 l 等1 9 9 4 年对w a d ih a n e e f a h 河进行浮游生物调查， 研究了浮游生物适应的温度和p h 值范围，得出浮游动物在4 月份形成数量高 峰，并指出浮游动、植物的种类分布与水环境中的一些理化性质变化相关。利 用生物人体、种群或群落对水环境污染和生态破坏所产生的反应来监测水环境 污染物的种类及数量，从生物学角度评价水环境质量状况，是环境监测的重要 方法之一，己得到广泛的应用。自本世纪初德国植物学家提出用污水生物系统 法来监测水体有机污染程度或测定有机污染物的生物降解以来，利用生物方法 监测水环境污染评价水环境质量的研究工作十分活跃。该系统经l i e b m a n n 和津 田松苗等人的不断补充，日趋完善，在欧洲大陆被广泛用为监测水体污染的标 准。我国自7 0 年代以来，随着环境监测工作的发展，逐步开展了生物监测工作， 我国国家环保局于1 9 8 6 年首次颁布了生物监测技术规范( 水环境部分) ，该 规范列有2 2 个监测项目，并对水质生物监测断面的布设原则、样品的采集处理、 试验方法、数理统计方法及结果表达都作了统一规定，使我国生物监测工作走 上了正规化的道路。目前，国内外广泛利用微生物、水生植物、水生动物作为 监测生物进行水体监测和评价。 ( 1 ) 原生动物( p r o t o z o a ) 原生动物群落结构、功能及生态 原生动物群落多样性及其结构与功能特征是客观存在的。许多研究结果已 经证实，无论是由重金属或者严重有机污染引起的环境条件的变化，还是其它 环境因子的急剧变化都会改变原生动物群落的结构与功能特征，原生动物群落 对环境因素变化的反应符合许多高等生物所发展的模型。从种类多样性、结构 上的特殊性及分布的广泛来看，原生动物可作为理想指示生物。影响淡水原生 动物的主要环境因素有以下几个方面i 4 i ( i ) 温度：原生动物既可生活在地球 的寒冷的两极和冰雪之中，也可生活在高温的温泉中，如西藏6 7 的温泉中看 到鳐颌砂壳虫，不过大多数原生动物最适宜的温度为1 6 2 5 。( i i ) p h 值：大 多数原生动物能忍耐天然水体中p t i 值的大幅度变化，一般原生动物最适p i i 在 6 5 8 0 之间。( i i i ) 有机质含量：水体中有机质的含量对原生动物的分布有很 大的影响。有些种类大量出现于受重污染、有机质较多的水体中，如草履虫、 屋滴虫、小口钟虫等；在中度污染、有机质较丰富的水域巾，原生动物种类最 多。少数种类仅出现于有机质很少的清洁的水中，因此，调查水体中的原生动 物既可了解水体生产力的高低，又可指示水体受污染的程度。 用p f u 法研究原生动物概况 美困的c a i r n s 等于1 9 6 9 年首次用p f u 法评价水质。该方法l 普遍应州。 采媒塌陷区水域浮游动物生态环境研究一以淮南大通南大塘为例 c a i r n s 等【3 5 i ( 1 9 7 9 ) 应用p f u 法研究了位于美国弗吉利亚的s m i t hm o u n t a i n 湖 中不同受污区的原生动物群集过程。s h e n b u i k e m a ，e ta i ( 1 9 8 6 ) 用p f u 原生动物 群落对美国一条接受电镀厂和生活污水厂排放的复合废水的c e d a rr u n 河流进 行污染评价。h a r t 等利用p f u 法研究了美国9 个淡水湖泊在环境压迫条件下原 生动物群落结构和功能继续保持完整的能力一同化力。经我国原生动物学家、 中科院水生生物研究所沈韫芬等研究完善后成为我国首例生物监测的标准方 法：水质一微型生物群落监测一p f u 法( g b t 1 2 9 9 0 9 1 ) p “，使微型生物 监测技术达到了行业应用标准，已在国内得到广泛的应用。 中科院水生生物研究所沈韫芬等( 1 9 8 2 ) 采用p f u 法对鸭儿湖氧化塘进行 了生物监测 3 7 1 并在之后作了一系列的研究。中国科学院动物研究所的许木启研 究员等【38 】( 1 9 9 6 ) 利用溶液动物群落结构的综合指标评价了府河一白洋淀水体 的污染程度和自净效能等。 用原生动物群落研究水质的进展 宁应之【39 1 等调查了兰州市淡水中的原生动物，分析了兰州市淡水原生动物 与生态因子的关系，指出原生动物对水体的污染情况具有宏观的指示作用，并 确定了部分污染指示种类，在国外很早就有人试图用原生动物作为活性污泥性 能或出水质量的指示生物。c u r d s 40 j 等对6 个处理场中的原生动物群落结构与 b o d 的大致范围作了观察，并利用原生动物群落结构的指标来预报水质量，达 到8 3 的正确率。b i c k l 4 l 调查河川污染带原生动物，特别注意研究纤毛虫类对 环境因素的忍受范围及其数量分布情况，找出一些敏感和耐污种类作为水体污 染的指示生物。孙胜利【42 | 等研究了黄河兰州段浮游动物种类构成特征，利用其 优势种群原生动物的污生指数值对水质污染进行了评价，结果表明黄河兰州段 水质属于卢m s am s 污染级，以有机物为主要污染特征。 ( 2 ) 轮虫( r o t i f e r a l 轮虫作为水体浮游动物的组成部分，在维持水生生态系统物质、能量循环 及生物生产力和水质监测的研究中，具有重要的作用和意义。国内外许多学者 的研究都表明轮虫可以作为水环境监测的指示生物。轮虫具有高度的适应性， 在各种类型的水域中都能生存。水温和p h 值是影响轮虫分布的主要生态因子 3 4 1 。根据在不同温度f 出现的种类，轮虫可分为冷水性种类、j “温性种类和暖 水性种类。在大部分水体中广温性种类占优势。从武汉东湖长期定点观察表明， 轮虫总数的高峰一般出现在2 0 c 以上的水温。这是因为，温度上升，孵化和发 育时问缩短，在丰富的食物供给条件下，使种群周转加快，导致种群密度迅速 增加，形成轮虫总数的高峰。根据p l 的不同，轮虫亦可分为碱水性种类、兼 性种类和酸性种类。一般的规律是在酸性水体中，种类多，数量少，而在碱性 水体中则数量多，种类少。随着水体富营养化程度的增加，使水的p h 值上升 导致轮虫种类减少而数量增多。冈此，轮虫可指示水质的营养状况。s l a d e c e k 4 3 i 采煤塌陷区水域浮游动物生态环境研究一以淮南大通南大塘为例 就认为轮虫是良好的水质指示生物，是污染性即用b o d 5 表示的易腐烂的有机 物含量方便的指示生物，并列出了每种轮虫的污染价、种的指示权和个体污染 指数。 国内用轮虫评价水质也有许多报道，李共国【4 4 l 等研究了西湖若干生态因子 对轮虫群落的影响，阐明了轮虫与水体环境质量之间的关系。轮虫中的前节晶 囊轮虫、萼花臂尾轮虫、壶状臂尾轮虫等均被公认为是口一中污带至卢一中污带 的指示生物。上述种类作为富营养型水体指示生物，已被近年来国内学者对云 南滇池、洋河水库、山东棘洪滩蓄水库等大型水体的研究所进一步证实和应用 1 4 5 4 6 1 。 ( 3 ) 枝角类和桡足类( c l a d o c e r aa n dc o p e p o d a ) 枝角类和桡足类栖息于淡水、咸淡水中，是重要的浮游动物。利用枝角类 作为水质的指示生物国内外报道较多【4 74 引。枝角类绝大多数生活在淡水中口， 它们以水体中细菌、藻类、有机碎屑为食，大多数枝角类是广温性种类，一般 喜欢较高的温度。在p h 值6 5 8 5 之间均可生活，但对碱性水体更能适应。它 们主要栖息于湖泊中，尤其在水草丰富的沿岸带，种类特别丰富。在敞水区， 虽种类并不多，但数量很大，是鱼类的重要饵料，特别在青、草、鲢、鳙鱼放 养的中后期和鱼种培育阶段，是最重要的天然饵料。但在鱼苗下塘初期，枝角 类的大量繁殖则害多利少，必须加以控制。温度对桡足类的胍胎发育有显著影 响。一般来说，温度低，发育时间长，个体较大；温度高，发育时间短，个体 较小。据武汉东湖定点观察，随着水体富营养化，哲水蚤的数量下降，而剑水 蚤增多。l i e b m a n n 、滓田、罗森、托马森、k o l k w i t z 和m a r s s o n 4 7 1 等已研究过 枝角类的污染指示性，并分别提出部分污染指示种。浮游动物中，蚤类是常用 的毒性试验生物，它对许多毒物高度敏感。蚤类对毒物的反应有时比鱼类更为 敏感。国家环保局编著的水生生物监测手册1 4 驯就列出了多种蚤类对农药、 杀虫剂等化学物质的毒性指标。n i k i p e l o v 4 9 1 就曾用大型蚤类测试工业废水中各 种物质的毒性。庄德辉【5o 】介绍了网纹涵生物周期毒性试验方法，研究表明网