王曉萌，易齊濤，2，徐　鑫，李　慧，章　磊

(1：安徽理工大學(xué)地球與環(huán)境學(xué)院，淮南 232001)

(2：中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心，北京 100085)

淮南采煤沉陷區(qū)內(nèi)小型塌陷湖泊輪蟲群落結(jié)構(gòu)特征*

王曉萌1，易齊濤1，2**，徐鑫1，李慧1，章磊1

(1：安徽理工大學(xué)地球與環(huán)境學(xué)院，淮南 232001)

(2：中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心，北京 100085)

摘要：在淮南潘謝礦區(qū)內(nèi)設(shè)置3個水文生態(tài)環(huán)境條件差異較大的小型煤礦塌陷湖泊研究站點，分別為潘謝潘集站(PXPJ)、潘謝顧橋站(PXGQ)和潘謝謝橋站(PXXQ)，于2013-2014年4個季度分別對這3個湖泊的輪蟲群落結(jié)構(gòu)組成特征及水生態(tài)環(huán)境因子影響因素進行分析.共觀察到輪蟲15屬32種，其中PXPJ站點13屬25種，PXGQ站點13屬24種，PXXQ站點11屬20種.3個塌陷湖泊輪蟲群落結(jié)構(gòu)具有較大的時空分布差異，主要優(yōu)勢種為曲腿龜甲輪蟲、羅氏異尾輪蟲、前節(jié)晶囊輪蟲、卜氏晶囊輪蟲和針簇多肢輪蟲.PXPJ、PXGQ、PXXQ站點輪蟲豐度范圍分別為500~2800、950~3350、400~3900ind./L，3個站點Shannon-Wiener多樣性性指數(shù)的平均值分別為2.71、2.68和2.54，體現(xiàn)了塌陷湖泊β中污染型水質(zhì)環(huán)境的特點.輪蟲群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子的冗余分析結(jié)果表明：水溫、電導(dǎo)率和營養(yǎng)鹽等環(huán)境因子對淮南采煤塌陷湖泊的輪蟲群落結(jié)構(gòu)影響較大.

關(guān)鍵詞：采煤沉陷區(qū)；塌陷湖泊；輪蟲；水環(huán)境因子

*國家自然科學(xué)基金項目(41202242)和中國博士后科學(xué)基金項目(2014M560127)聯(lián)合資助.2014-08-04收稿；2014-12-04收修改稿.王曉萌(1993~)，女，碩士研究生；E-mail：wxsprout2014@sina.com.

安徽省淮南市是我國重要的煤炭基地之一，由于采煤造成了大面積土地沉陷和積水，調(diào)查資料表明淮南礦區(qū)2010年沉陷區(qū)面積約140km2，積水區(qū)面積占30%~50%，并呈快速擴張的趨勢，預(yù)計至2020年淮南沉陷區(qū)面積將增至200km2以上，可儲備約7×108~10×108m3的淡水資源，對區(qū)域社會、經(jīng)濟及環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展意義重大[1].根據(jù)淮南市政府和淮南礦業(yè)集團規(guī)劃，淮南采煤沉陷積水區(qū)將建成集防洪、漁業(yè)活動、工農(nóng)業(yè)供水、生態(tài)濕地等綜合功能于一體的大型平原水庫或湖泊群.

受礦區(qū)煤炭開采邊界限制和人為改造活動因素影響，沉陷區(qū)水域分別形成了水塘、湖泊、濕地或平原水庫等不同景觀類水體，其中以小型塌陷湖泊水體為主(單體面積范圍一般為1~10km2).這些塌陷湖泊地處農(nóng)業(yè)活動中心區(qū)域或城鎮(zhèn)生態(tài)恢復(fù)帶上，分別執(zhí)行著水源保護地、漁業(yè)活動區(qū)、濕地生態(tài)恢復(fù)區(qū)等不同的水體功能，水質(zhì)和營養(yǎng)狀況差異較大[2]，從而導(dǎo)致浮游生物群落結(jié)構(gòu)對湖泊生態(tài)環(huán)境表現(xiàn)出不同的響應(yīng)情況.從區(qū)域尺度來看，小型塌陷湖泊與礦區(qū)水文生態(tài)環(huán)境密切相關(guān)，各分礦區(qū)水文情勢、生態(tài)環(huán)境與人為活動等相關(guān)特征很大程度將會在區(qū)內(nèi)湖泊生態(tài)系統(tǒng)中得以體現(xiàn)，湖泊生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能表征、其對水體富營養(yǎng)化進程響應(yīng)過程和機制及相關(guān)生態(tài)環(huán)境效應(yīng)，是礦區(qū)生態(tài)環(huán)境重建、恢復(fù)及評價理論中面臨的重要科學(xué)問題.

輪蟲作為浮游動物的重要組成部分之一，處于食物網(wǎng)的中間環(huán)節(jié)，起著承上啟下的作用.它一方面可以作為捕食者調(diào)控浮游植物、原生動物和細菌等生物的數(shù)量，另一方面可以作為魚類的開口餌料和食物來源，同時輪蟲繁殖迅速，物質(zhì)循環(huán)和能量流動效率較高，在水生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)結(jié)構(gòu)中起著重要作用[3-4].目前，國內(nèi)已有不少有關(guān)輪蟲與環(huán)境因子關(guān)系的研究，從中可以發(fā)現(xiàn)在不同湖泊中影響輪蟲群落結(jié)構(gòu)的環(huán)境因子主要包括水體理化特征、營養(yǎng)鹽和甲殼類浮游動物等，如夏品華等[5]研究表明水溫、氨氮、電導(dǎo)率和pH是影響紅楓湖水庫冬、春季輪蟲分布的主要因子，舒婷婷等[6]在對玄武湖的研究中發(fā)現(xiàn)pH、浮游甲殼動物豐度、總懸浮物和總?cè)芙庑缘怯绊懴募据喯x水平分布的重要因子，其他湖泊中也有諸多相關(guān)研究.有關(guān)塌陷湖泊輪蟲方面的研究仍然較為欠缺，此前，金顯文等[7]研究發(fā)現(xiàn)淮北煤礦塌陷水體的輪蟲群落結(jié)構(gòu)變化特征與其他富營養(yǎng)化水體顯著不同.由于區(qū)域地理氣候方面的差異，淮南與淮北礦區(qū)塌陷湖泊水化學(xué)特征存在顯著差異[8]，進而可能造成水生態(tài)系統(tǒng)包括輪蟲在內(nèi)的生物群落結(jié)構(gòu)方面的差異.此外，淮南采煤塌陷湖泊相比淮北具有更大的水域規(guī)模和初級生產(chǎn)力[9]，具有較大的漁業(yè)生產(chǎn)潛力，輪蟲數(shù)量的變動很大程度上會影響魚類的存活率，通過研究湖泊中輪蟲群落結(jié)構(gòu)與水質(zhì)環(huán)境因子之間的關(guān)系，可以對淮南塌陷湖泊漁業(yè)資源的合理開發(fā)和管理利用提供科學(xué)依據(jù).與此同時，輪蟲對水質(zhì)變化反應(yīng)敏感，常作為水質(zhì)變化的指示因子，監(jiān)測和評價水體的污染程度和營養(yǎng)狀況.因此對淮南礦區(qū)塌陷湖泊輪蟲群落結(jié)構(gòu)進行研究不僅可以深入理解這一區(qū)域性水域生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征及其對礦區(qū)水生態(tài)環(huán)境因子響應(yīng)情況，而且可以比較兩淮礦區(qū)的區(qū)域性差異，為礦區(qū)水生態(tài)環(huán)境重建、恢復(fù)與保護提供基礎(chǔ)資料和相關(guān)理論指導(dǎo).

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況與站點

選取潘謝礦區(qū)內(nèi)塌陷湖泊為研究對象.潘謝礦區(qū)也是淮南煤礦基地中沉陷面積最大、積水最為集中的區(qū)域，其位于安徽省淮河北岸的沖擊平原，礦區(qū)東西長近58km，南北寬為6~25km，面積約為865km2.礦區(qū)內(nèi)地表水系較為發(fā)達，天然河道有西淝河、港河、黑河、濟河、泥河和架河，人工河道有永幸河，均由西北向東南流入淮河.分別在礦區(qū)潘謝東部的潘集礦區(qū)(PXPJ)、中部的顧橋礦區(qū)(PXGQ)和西部的謝橋礦區(qū)(PXXQ)內(nèi)各選1個小型塌陷湖泊站點為研究對象進行相關(guān)研究(圖1).

圖1 淮南潘謝礦區(qū)沉陷積水區(qū)及研究湖泊站點分布Fig.1 Distribution of the subsidence areas and studied lakes around the Panxie coal mine area around Huainan

3個小型塌陷湖泊沉陷積水歷史及水文條件均存在較大差異，其中PXPJ站點位于潘集礦區(qū)西北側(cè)，與流經(jīng)礦區(qū)的河流泥河常年相通；PXGQ站點位于顧橋礦西北側(cè)，水體較為封閉(無入湖河流)；而PXXQ站點位于謝橋礦西北側(cè)沉陷區(qū)內(nèi)，其通過節(jié)制閘與其南邊的濟河連通，在汛期接納濟河季節(jié)性引水.3個塌陷湖泊均為失地農(nóng)民所利用進行漁業(yè)活動，每年有魚苗投放，但一般無餌料和肥料施加，3個湖泊面積、水深、容積及形成年齡等具體信息見表1.

1.2 樣品采集與測定

于2013-2014年分別對PXPJ、PXGQ和PXXQ站點分4個季度進行采樣和分析，在每個研究站點設(shè)置7~9個水質(zhì)采樣點，每個水質(zhì)采樣點用有機玻璃采水器采取表層水樣保存待分析.水質(zhì)調(diào)查及分析的指標包括：水溫(Tem)、電導(dǎo)率(EC)、透明度(SD)、pH、溶解氧(DO)、堿度(Alk)、總懸浮顆粒物(TSS)、化學(xué)需氧量(CODCr)、總氮(TN)、總磷(TP)、葉綠素a(Chl.a).水溫、pH、DO用pH儀(YSI pH100)現(xiàn)場測定，SD用賽氏盤測定.水質(zhì)分析方法主要參照相關(guān)國家標準進行[10]，其中堿度用酸堿指示劑滴定法測定，TN濃度用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測定，TP濃度用鉬酸銨分光光度法測定，COD濃度采用重鉻酸鉀法測定，Chl.a濃度用分子熒光法分析測定.

表1 淮南潘謝礦區(qū)3個塌陷湖泊水體的主要特征

在各站點湖心附近設(shè)置3個浮游生物采樣點，采集浮游植物和浮游動物.浮游植物和輪蟲定性樣品采集用25#(網(wǎng)孔直徑64μm)浮游生物網(wǎng)在水體表層中以“∞”字型來回撈取，加福爾馬林固定，部分樣品作活體觀察，用于鑒定種類.對于定量樣品，用5L有機玻璃采水器根據(jù)水深在上、中、下層采集進行混合，然后裝入1000ml的采集瓶，分別加入魯哥試劑和少量福爾馬林，沉淀48h后濃縮定容至50ml.甲殼類定性樣品采集用13#(網(wǎng)孔直徑112μm)浮游生物網(wǎng)在水體表層中以“∞”字型來回撈取，加福爾馬林固定，部分樣品作活體觀察，用于鑒定種類.對于定量樣品，用5L有機玻璃采水器根據(jù)水深在上、中、下層采取水樣進行混合，經(jīng)25#(64μm)浮游生物網(wǎng)過濾，加福爾馬林固定.浮游生物種類鑒定及觀察計數(shù)參考文獻[11].

1.3 數(shù)據(jù)分析方法

運用浮游動物Jaccard相似性指數(shù)(X)[12]、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H′)[13]、均勻度指數(shù)(J)和優(yōu)勢種的優(yōu)勢度(Y)對塌陷湖泊輪蟲進行生態(tài)學(xué)分析評價，各指數(shù)計算公式分別為：

式中，ni為站位中i物種的個數(shù)，N為站點中輪蟲總個數(shù)，fi為i物種在各站點中出現(xiàn)的頻率，S為站點中輪蟲總種數(shù)，a為站點A中出現(xiàn)的輪蟲種類數(shù)，b為站點B中出現(xiàn)的輪蟲種類數(shù)，c為站點A和站點B中都出現(xiàn)的輪蟲種類數(shù).

采用SPSS 16.0軟件對不同湖泊站點及不同季節(jié)數(shù)據(jù)進行差異顯著性分析；選擇3個站點中相對密度>2%的輪蟲代表種進行環(huán)境因子影響分析，將輪蟲豐度值和理化數(shù)據(jù)通過lg(x+1)轉(zhuǎn)換使數(shù)據(jù)趨于正態(tài)分布，用Canoco 4.5軟件對該數(shù)據(jù)進行去趨勢對應(yīng)分析(detrended correspondence analysis，DCA)，得出第一軸的梯度長為2.109，因此選擇典型冗余分析(redundancy analysis，RDA)并通過蒙特卡羅置換檢驗(monte carlo permutation test)對環(huán)境因子進行篩選，繪制物種與環(huán)境因子關(guān)系圖[14-15].

2 研究結(jié)果

2.1 調(diào)查期間水質(zhì)特征

調(diào)查期間PXPJ站點TP、TN和Chl.a濃度的季節(jié)變化范圍分別為0.085~0.120mg/L、0.79~2.08mg/L和8.5~40.8mg/m3；PXGQ站點TP、TN和Chl.a濃度均比PXPJ站點低，TP季節(jié)變化范圍為0.038~0.140mg/L，TN濃度季節(jié)變化范圍為0.63~1.44mg/L，Chl.a濃度季節(jié)變化范圍為12.2~38.7mg/m3；PXXQ站點TP濃度相對較低，季節(jié)變化范圍為0.010~0.076mg/L，TN濃度相對較高，季節(jié)變化范圍為1.73~5.37mg/L，春、夏季從濟河引水帶來了豐富的營養(yǎng)鹽，其Chl.a濃度高達60mg/m3.總體上3個湖泊水體Chl.a濃度均較高，體現(xiàn)了富營養(yǎng)湖泊的典型特征.PXPJ由于泥河外源負荷的長期輸入，使其TP濃度要遠高于PXGQ和PXXQ站點，而TN濃度大小順序為PXXQ站點>PXPJ站點>PXGQ站點(表2).

表2 淮南潘謝采煤沉陷區(qū)內(nèi)3個小型塌陷湖泊水質(zhì)指標

2.2 3個塌陷湖泊輪蟲種類組成特征

3個塌陷湖泊4個季度調(diào)查期間總共觀察到輪蟲15屬32種，其中PXPJ站點13屬25種，PXGQ站點13屬24種，PXXQ站點11屬20種(表3).PXPJ站點主要由多肢輪屬、龜甲輪屬和晶囊輪屬構(gòu)成，春、秋、冬季針簇多肢輪蟲最多，優(yōu)勢度分別為0.42、0.25和0.42，夏季羅氏異尾輪蟲最多(Y=0.29)；PXGQ站點主要為多肢輪屬、龜甲輪屬和晶囊輪屬，春、夏和秋季針簇多肢輪蟲最多，優(yōu)勢度分別為0.53、0.31和0.31，冬季螺形龜甲輪蟲最多(Y=0.51)；PXXQ站點主要為多肢輪屬、龜甲輪屬和臂尾輪屬，春、夏、秋和冬季分別以曲腿龜甲輪蟲、前翼輪蟲、針簇多肢輪蟲和螺形龜甲輪蟲為主，優(yōu)勢度依次為0.50、0.42、0.30和0.32.

3個塌陷湖泊輪蟲優(yōu)勢種組成的季節(jié)分布如圖2所示.PXPJ站點輪蟲第1優(yōu)勢種為針簇多肢輪蟲、羅氏異尾輪蟲，分別占年平均豐度的34.7%、12.9%，其中針簇多肢輪蟲在秋季豐度較高(950ind./L)，羅氏異尾輪蟲在夏季豐度較高(750ind./L)；PXGQ站點輪蟲第1優(yōu)勢種為針簇多肢輪蟲、螺形龜甲輪蟲，分別占年平均豐度的31.0%、14.2%，其中針簇多肢輪蟲在夏季豐度較高(1100ind./L)，螺形龜甲輪蟲在冬季豐度較高(950ind./L)；PXXQ站點輪蟲第1優(yōu)勢種為曲腿龜甲輪蟲、針簇多肢輪蟲和前翼輪蟲屬，分別占年平均豐度的24.4%、20.2%和13.5%，其中曲腿龜甲輪蟲在秋季豐度較高(500ind./L)，針簇多肢輪蟲在秋季豐度較高(1050ind./L)，前翼輪蟲屬在夏季豐度較高(1650ind./L).

表3 研究區(qū)內(nèi)3個小型塌陷湖泊鑒定的輪蟲種類*

*+++為優(yōu)勢種，++為常見種，+為少見種.

圖2 3個塌陷湖泊輪蟲優(yōu)勢種組成的季節(jié)動態(tài)Fig.2 Seasonal dynamics of rotifer dominant species in the three subsided lakes in the research area

2.3 3個塌陷湖泊輪蟲豐度季節(jié)變化

3個塌陷湖泊4個季度輪蟲豐度的變化趨勢一致，均值差異分析結(jié)果表明，輪蟲豐度在不同季節(jié)之間的差異顯著(P<0.05)，夏、秋季輪蟲豐度要遠高于冬、春季(圖3)，而3個湖泊站點之間的差異不顯著(P>0.05).具體來看，PXPJ站點輪蟲豐度范圍為500~2800ind./L，夏季輪蟲豐度最大，冬季輪蟲豐度最小，多肢輪蟲屬在春、秋和冬季均占較大比例，豐度分別為3500、1050和150ind./L，占輪蟲總豐度的58.3%、37.7%和30.0%，異尾輪蟲屬在夏季占較大比例，豐度高達1100ind./L，占輪蟲總豐度的39.3%.

圖3 研究區(qū)內(nèi)3個小型塌陷湖泊輪蟲豐度季節(jié)動態(tài)Fig.3 Seasonal dynamic of rotifer abundance in the three subsided lakes of the research area

PXGQ站點輪蟲豐度范圍為950~3350ind./L，多肢輪蟲屬在春、夏和秋季均占較大比例，豐度分別為500、1250和1300ind./L，占輪蟲總豐度的52.6%、37.3%和40.6%，龜甲輪蟲屬在冬季占較大比例，豐度高達1450ind./L，占輪蟲總豐度的78.4%.

PXXQ站點輪蟲豐度在400~3900ind./L之間，龜甲輪蟲屬在春、冬季占較大比例，豐度分別為200、1100ind./L，占輪蟲總豐度的50.0%、59.5%，前翼輪蟲屬在夏季占較大比例，豐度高達1650ind./L，占輪蟲總豐度的42.3%，多肢輪蟲屬在秋季占較大比例，豐度為1050ind./L，占輪蟲總豐度的29.6%.

表4 研究區(qū)內(nèi)3個小型塌陷湖泊

2.4 3個塌陷湖泊輪蟲多樣性與相似性

2.4.1 多樣性比較3個站點Shannon-Wiener多樣性指數(shù)均值分別為2.71、2.68和2.54(表4)，站點之間差異較小.PXPJ站點多樣性指數(shù)季節(jié)變化范圍為2.50~3.41，夏季最高，而春季最低；PXGQ站點多樣性指數(shù)季節(jié)變化范圍為1.95~3.22，秋季最高而冬季最低；PXXQ站點多樣性指數(shù)季節(jié)變化范圍為1.94~3.16，夏、秋季較高，而春、冬季最低.

2.4.2 相似性比較調(diào)查期間3個站點4個季度輪蟲相似性指數(shù)X變化范圍為0.06~0.63(表5)，PXPJ、PXGQ和PXXQ站點相似性指數(shù)變化范圍分別為0.14~0.25、0.22~0.63和0.18~0.53，差別較大，相似性較差或一般；3個站點在各季節(jié)具有一定的相似性，春、夏季PXPJ和PXGQ站點相似性指數(shù)最高，相似性指數(shù)均為0.52，秋季PXGQ和PXXQ站點相似性指數(shù)最高(X=0.50)，冬季PXPJ與PXGQ、PXGQ與PXXQ站點之間相似性指數(shù)最高(X=0.50).

表5 研究區(qū)內(nèi)3個小型塌陷湖泊不同季節(jié)輪蟲相似性指數(shù)

2.5 輪蟲群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子的相互關(guān)系

根據(jù)輪蟲出現(xiàn)的頻率，選取12種主要的輪蟲進行典型冗余分析(RDA)，分別為溝痕泡輪蟲、羅氏異尾輪蟲、前節(jié)晶囊輪蟲、長三肢輪蟲、針簇多肢輪蟲、萼花臂尾輪蟲、前額犀輪蟲、裂痕龜紋輪蟲、曲腿龜甲輪蟲、前翼輪蟲屬、疣毛輪蟲屬、舞躍無柄輪蟲.通過RDA前選和蒙特卡羅置換檢驗(Monte Carlo permutation test)確定Tem、EC、pH、Alk、TP、TN和Chl.a共7個環(huán)境因子.

表6 研究區(qū)內(nèi)3個小型湖泊輪蟲和

從RDA分析結(jié)果可以看出(表6)，第1軸的特征值為0.416，說明環(huán)境梯度較大，適于排序分析.第1軸環(huán)境因子解釋物種變異的49.5%，前4軸共解釋物種變異的96.1%.

溝痕泡輪蟲、羅氏異尾輪蟲、裂痕龜紋輪蟲以及前翼輪蟲屬與水溫和電導(dǎo)率呈正相關(guān)，前節(jié)晶囊輪蟲、針簇多肢輪蟲和舞躍無柄輪蟲主要受TP濃度的影響，萼花臂尾輪蟲、曲腿龜甲輪蟲與TN濃度、Alk呈正相關(guān)，長三肢輪蟲則主要受SD的影響(圖4).總體來看，影響湖泊中輪蟲群落結(jié)構(gòu)的主要環(huán)境因子為Tem、EC、TN濃度和TP濃度.

圖4 輪蟲優(yōu)勢種與環(huán)境因子的冗余分析(Pom：溝痕泡輪蟲，Tr：羅氏異尾輪蟲，Asp：前節(jié)晶囊輪蟲，F(xiàn)i：長三肢輪蟲，Pol：針簇多肢輪蟲，Br：萼花臂尾輪蟲，Rh：前額犀輪蟲，An：裂痕龜紋輪蟲，Ke：曲腿龜甲輪蟲，Asc：舞躍無柄輪蟲，Sy：疣毛　　　輪蟲屬，Pr：前翼輪蟲屬)Fig.4 Redundancy analysis between dominate species of rotifer and environmental factors

3 討論

3.1 輪蟲群落結(jié)構(gòu)對淮南塌陷湖泊生態(tài)環(huán)境的指示作用

輪蟲對環(huán)境反應(yīng)敏感，常常作為水體的指示生物，因此在評價水體營養(yǎng)狀態(tài)和污染狀況等方面受到廣泛的關(guān)注[16-17].首先，一般湖泊中常用生物多樣性指數(shù)來評價水體的污染情況，Shannon-Wiener多樣性指數(shù)評價標準分為3級：0~1表示重度污染；1~3表示中度污染，其中1~2為α中污染，2~3為β中污染；>3表示輕度污染或無污染[18].PXPJ、PXGQ和PXXQ站點輪蟲多樣性指數(shù)指示為β中污染，表明淮南塌陷湖泊水體已經(jīng)受到了一定程度的污染，這與水質(zhì)理化指標表征的結(jié)果一致.

其次，隨著水體富營養(yǎng)化程度的加劇，采煤塌陷區(qū)水體中浮游動物的種類呈明顯下降趨勢，PXXQ站點輪蟲種數(shù)低于PXPJ和PXGQ站點，PXXQ站點在引水期間由周圍濟河引入了污染物濃度較高的河水，特別是有機物和氨氮濃度較高，可能對輪蟲的群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了一定的影響.

再次，從具體的指示物種來看，富營養(yǎng)化湖泊的輪蟲主要指示種包括臂尾輪屬、裂痕龜紋輪蟲、溝痕泡輪蟲、扁平泡輪蟲、圓筒異尾輪蟲、暗小異尾輪蟲、長三肢輪蟲、螺形龜甲輪蟲、矩形龜甲輪蟲和針簇多肢輪蟲[19-22]，而3個小型塌陷湖泊的優(yōu)勢種多為多肢輪屬、異尾輪屬和龜甲輪屬，進一步指示出塌陷湖泊水體的富營養(yǎng)化特征.湖泊富營養(yǎng)化進程能夠顯著提高輪蟲第1優(yōu)勢種的優(yōu)勢度[23]，PXPJ站點第1優(yōu)勢種為多肢輪屬(Y=0.42)，PXGQ站點第1優(yōu)勢種為多肢輪屬(Y=0.53)，PXXQ站點第1優(yōu)勢種為龜甲輪蟲(Y=0.50)，在群落中占較高比例.

從兩淮區(qū)域角度來看，淮北2個采煤塌陷湖泊南湖、乾隆湖一年內(nèi)共分別鑒定到輪蟲9屬14種、15屬27種，第一優(yōu)勢種均為多肢輪蟲屬和異尾輪蟲屬[24]，這與本研究的結(jié)果基本一致，可能體現(xiàn)了塌陷湖泊富營養(yǎng)化的影響；南湖、乾隆湖輪蟲年平均豐度分別為198.4、1916ind./L，其Shannon-Wiener多樣性指數(shù)平均值分別為0.67、1.99，遠低于本研究的3個湖泊，可見采煤塌陷湖泊輪蟲的種類和多樣性隨著水體營養(yǎng)鹽濃度水平的升高呈現(xiàn)上升趨勢.有研究者曾經(jīng)提出，在不同水體中任何一個因素的差異都將導(dǎo)致現(xiàn)存輪蟲群落結(jié)構(gòu)的不同[25].除了兩淮區(qū)域地理氣候具有差異性，南湖TN、TP濃度分別為0.56、0.06mg/L， 乾隆湖TN、TP濃度分別為0.98、0.15mg/L，營養(yǎng)鹽濃度和比例與本研究中的湖泊差異也較為明顯.此外，淮北塌陷湖泊堿度比較大，也可能影響輪蟲群落結(jié)構(gòu)變化[26].在以上多種因素的影響下，淮南與淮北塌陷湖泊輪蟲群落結(jié)構(gòu)既表現(xiàn)出一定的共性，又有所差異.

3.2 影響淮南塌陷湖泊輪蟲群落結(jié)構(gòu)的主要因素

作為生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)結(jié)構(gòu)中承上啟下的重要功能群，輪蟲群落結(jié)構(gòu)主要受生物因素和非生物因素的影響.生物因素主要包括浮游植物、甲殼類浮游動物和魚類，非生物因素主要包括水溫、溶解氧及其它水質(zhì)指標等.生物因素中，浮游植物作為輪蟲的食物之一，其對輪蟲的影響不容忽視.

PXPJ站點浮游植物細胞豐度范圍為443×104~984×104cells/L，春、夏、秋季較高而冬季最低，以綠藻、硅藻和隱藻門內(nèi)的種類為主；PXGQ站點浮游植物細胞豐度范圍為190×104~1267×104cells/L，藍藻細胞豐度在夏季和秋季均占據(jù)絕對優(yōu)勢，分別占藻類細胞總豐度的61.5%和46.2%，冬、春季浮游植物細胞豐度最小；而PXXQ站點浮游植物細胞豐度范圍為557×104~3192×104cells/L，從春季到冬季逐漸減小.總體上浮游植物和輪蟲豐度在各站點和季節(jié)上變化均具有一致性，即各湖泊春夏季浮游生物豐度相對較高、冬春季相對較低的特點，PXXQ和PXGQ站點浮游植物和輪蟲的豐度均高于PXPJ站點(圖5).

圖5 研究區(qū)內(nèi)3個小型塌陷湖泊浮游植物細胞豐度的季節(jié)分布Fig.5 Seasonal distribution of phytoplankton cell abundance in the three subsided lakes of the research area

盡管PXPJ站點水體營養(yǎng)鹽濃度較高，但個體較小的綠藻、硅藻和隱藻在浮游植物群落結(jié)構(gòu)中占據(jù)較大比例，輪蟲或甲殼類浮游動物的捕食壓力可能使浮游植物豐度降低.此外，PXPJ、PXGQ和PXXQ站點甲殼類浮游動物年平均豐度分別為8.7、25.95和39.2ind./L，3個塌陷湖泊每年投放大量的濾食性魚類(鰱、鳙魚)，可能給甲殼類浮游動物帶來較大的撲食壓力，加上湖泊水體中藍藻細胞豐度占據(jù)優(yōu)勢，其較大個體對甲殼類浮游動物來說并不是適合的食物，從而導(dǎo)致枝角類和橈足類豐度較小，使得輪蟲食物競爭或捕食壓力較弱，塌陷湖泊浮游植物和浮游動物群落結(jié)構(gòu)體現(xiàn)了富營養(yǎng)化湖泊營養(yǎng)結(jié)構(gòu)的典型特征[27].

從環(huán)境因素來看，3個湖泊輪蟲豐度和優(yōu)勢種隨著季節(jié)變化明顯，且各湖泊之間相似性較低，可能主要體現(xiàn)了淮南塌陷湖泊水環(huán)境因子在時空分布上的差異.RDA分析結(jié)果表明，影響輪蟲群落的主要環(huán)境因子為水溫、電導(dǎo)率、TN和TP.許多研究均指出水溫是影響輪蟲生長、發(fā)育、群落組成和豐度變化等極為重要的環(huán)境因子[28]，水溫升高，卵的發(fā)育時間縮短，種群周轉(zhuǎn)加快等能夠在短時間內(nèi)形成輪蟲的豐度高峰[29]，加上食物的充足(由浮游植物細胞密度等表征)，塌陷湖泊輪蟲豐度及群落結(jié)構(gòu)季節(jié)組成很好地體現(xiàn)了這些水質(zhì)因子的影響.此外，營養(yǎng)鹽濃度和比例可能對輪蟲群落結(jié)構(gòu)具有較大影響，主要表現(xiàn)為N、P可以通過影響浮游植物從而影響輪蟲[30].此前相關(guān)研究表明[2]，3個塌陷湖泊中PXPJ和PXXQ站點浮游植物生長主要受P限制，而PXGQ站點主要受N限制，這種差異會導(dǎo)致各湖泊浮游植物群落結(jié)構(gòu)組成變化進而影響初級消費者輪蟲的群落結(jié)構(gòu)，RDA分析中主要表現(xiàn)為前節(jié)晶囊輪蟲、針簇多肢輪蟲和舞躍無柄輪蟲主要受TP濃度影響，而萼花臂尾輪蟲、曲腿龜甲輪蟲主要受TN濃度影響.值得注意的是，生物因素和水環(huán)境因子對輪蟲群落結(jié)構(gòu)的影響相互交叉，即通過營養(yǎng)結(jié)構(gòu)中的上行效應(yīng)(食物或環(huán)境等相關(guān)因素)或下行效應(yīng)(捕食壓力)來共同調(diào)控輪蟲的物種組成和豐度變化，主要的調(diào)控過程與機制需要進行更加深入的調(diào)查和研究.

4 結(jié)論

1) 淮南3個塌陷湖泊中共鑒定到輪蟲15屬32種，其中潘集站點13屬25種，顧橋站點13屬24種，謝橋站點11屬20種.3個湖泊站點輪蟲群落結(jié)構(gòu)顯示出較大的時空變化特征，輪蟲豐度夏、秋季要高于冬、春季，不同站點群落結(jié)構(gòu)差異較大.PXPJ站點第1優(yōu)勢種季節(jié)變化為：前翼輪蟲屬(春季)→針簇多肢輪蟲(夏季)→羅氏異尾輪蟲(秋、冬季)；PXGQ站點第1優(yōu)勢種季節(jié)變化為：針簇多肢輪蟲(春、夏、秋季)→螺形龜甲輪蟲(冬季)；PXXQ站點第1優(yōu)勢種季節(jié)變化為：曲腿龜甲輪蟲(春季)→前翼輪蟲屬(夏季)→針簇多肢輪蟲(秋季)→曲腿龜甲輪蟲(冬季).

2) 3個塌陷湖泊由于水文生態(tài)環(huán)境條件的不同，輪蟲多樣性、豐度和相似性體現(xiàn)出一定的差異.3個站點Shannon-Wiener多樣性指數(shù)均值分別為2.71、2.68、2.54，指示β中污染的塌陷湖泊生境.其中PXXQ站點輪蟲豐度明顯高于PXPJ和PXGQ站點，3個湖泊水體富營養(yǎng)化程度一致；RDA分析表明，淮南煤礦塌陷湖泊輪蟲群落結(jié)構(gòu)的主要影響因素是水溫、電導(dǎo)率、TN和TP濃度.

參考文獻5

[1]易齊濤，孫鵬飛，謝凱.區(qū)域水化學(xué)條件對淮南采煤沉陷區(qū)水域沉積物磷的吸附特征的影響研究.環(huán)境科學(xué)，2013，34(10)：3894-3903.

[2]王婷婷，易齊濤，胡友彪等.兩淮采煤沉陷區(qū)水域水體富營養(yǎng)化及氮、磷限制模擬實驗.湖泊科學(xué)，2013，25(6)：916-926.

[3]董麗麗，謝力慧.不同法度下新安江水域(屯溪段)輪蟲種群動態(tài)研究.生態(tài)科學(xué)，2012，31(2)：187-191.

[4]Offem BO，Samsons YA，Omoniyi ITetal. Dynamics of the limnological features and diversity of zooplankton populations of the Cross River System SE Nigeria.KnowledgeandManagementofAquaticEcosystems， 2009， 393(2)：1-19.

[5]夏品華，馬健榮，李存雄等.紅楓湖水庫冬春季浮游生物群落與環(huán)境因子的典范對應(yīng)分析.環(huán)境科學(xué)研究，2011，24(4)：378-386.

[6]舒婷婷，孫穎，李靜.玄武湖輪蟲夏季水平分布及其與環(huán)境因子的關(guān)系.長江流域資源與環(huán)境，2012，21(1)：40-45.

[7]金顯文，楊文展，鄧道貴.淮北煤礦塌陷區(qū)水域輪蟲的初步研究.生物學(xué)雜志，2007，24(5)：50-51.

[8]孫鵬飛，易齊濤，許光泉.兩淮采煤沉陷積水區(qū)水化學(xué)特征及控制因素分析.煤炭學(xué)報，2014，39(7)：1345-1353.

[9]易齊濤，徐鑫，曲喜杰等.兩淮采煤沉陷區(qū)水體初級生產(chǎn)特征.中國環(huán)境科學(xué)，2014，34(8)：2101-2110.

[10]尹航.環(huán)境監(jiān)測方法標準匯編：水環(huán)境.北京：中國標準出版社，2007.

[11]章宗涉，黃祥飛.淡水浮游生物研究方法.北京：科學(xué)出版社，1991.

[12]陳家長，孟順龍，尤洋等.太湖五里湖浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征分析.生態(tài)環(huán)境學(xué)報，2009，18(4)：1358-1367.

[13]Shannon CE，Weaver W，Blahut REetal. The mathematical theory of communication. Urbana： University of Illinois Press， 1949.

[14]van den Wollenberg AL. Redundancy analysis an alternative for canonical correlation analysis.Psychometrika， 1977， 42(2)：207-219.

[15]Muller KE. Relationships between redundancy analysis， canonical correlation， and multivariate regression.Psychometrika， 1981， 46(2)：139-142.

[16]宗志祥，許崇任，任久長等.洋河水庫輪蟲群落用于水質(zhì)評價的研究.環(huán)境科學(xué)學(xué)報，1993，13(1)：102-106.

[17]都雪，王齊東，張超文.洪澤湖輪蟲群落結(jié)構(gòu)及其與環(huán)境因子之間的關(guān)系.湖泊科學(xué)，2014，26(2)：269-276.

[18]饒小珍，許友勤，陳寅山.福州內(nèi)河的輪蟲與水質(zhì)污染評價.福建師范大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2000，16(1)：71-75.

[19]高原，李新輝，賴子尼等.珠江三角洲河網(wǎng)浮游輪蟲的群落結(jié)構(gòu).應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2014，25(7)：1-12.

[20]王慶，劉麗君，楊宇峰.南方某水庫輪蟲群落特征及其對環(huán)境因子的響應(yīng).生態(tài)學(xué)報，2010，20(13)：3385-3395.

[21]Gannon JE， Stemberger RS. Zooplankton(especially crustaceans and rotifers) as indicators of water quality.TransactionsoftheAmericanMicroscopicalSociety， 1978， 97(1)：16-35.

[22]侯磊，王慶，楊宇峰.珠江廣州河段輪蟲群落結(jié)構(gòu)特征與水質(zhì)生態(tài)學(xué)評價.暨南大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2011，32(3)：312-317.

[23]錢方平，席貽龍，溫新利等.湖泊富營養(yǎng)化對輪蟲群落結(jié)構(gòu)及物種多樣性的影響.生物多樣性，2007，15(4)：344-355.

[24]鄧道貴，金顯文，葛茜等.淮北采煤塌陷區(qū)小型湖泊輪蟲群落結(jié)構(gòu)的季節(jié)變化.湖泊科學(xué)，2012，24(1)：111-116.

[25]饒利華，吳芝瑛，徐駿等.杭州西湖的輪蟲群落結(jié)構(gòu)及與水體環(huán)境因子的關(guān)系.湖泊科學(xué)，2013，25(1)：138-146.

[26]張根，席貽龍，薛穎昊.基于rDNA ITS序列探討粉煤灰污染對萼花臂尾輪蟲種群遺傳多樣性的影響.生物多樣性，2010，18(3)：241-250.

[27]谷孝鴻，劉桂英.濾食性鰱鳙魚對池塘浮游生物的影響.農(nóng)村生態(tài)環(huán)境，1996，12(1)：6-10，41.

[28]陳光榮，雷澤湘，譚鎮(zhèn)等.環(huán)境因子對廣東城市湖泊后生浮游動物的影響.水生態(tài)學(xué)雜志，2010，3(4)：28-32.

[29]郭凱，趙文，殷守仁等.北京輪蟲群落結(jié)構(gòu)與水體富營養(yǎng)化狀況.湖泊科學(xué)，2010，22(2)：256-264.

[30]邱小琮，趙紅雪，孫曉雪.鳴翠湖輪蟲群落特征及其與環(huán)境因子的關(guān)系.寧夏大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2012，33(1)：62-68.

J.LakeSci.(湖泊科學(xué))， 2015， 27(4)： 657-666

?2015 byJournalofLakeSciences

Rotifer communities in the small lakes around Huainan coal mine subsidence areas

WANG Xiaomeng1， YI Qitao1，2， XU Xin1， LI Hui1& ZHANG Lei1

(1：SchoolofEarthandEnvironment，AnhuiUniversityofScienceandTechnology，Huainan232001，P.R.China)

(2：ResearchCenterforEco-environmentalSciences，ChineseAcademyofSciences，Beijing100085，P.R.China)

Abstract：Three small lakes at PXPJ site， PXGQ site and PXXQ site in the Huainan Panxie coal mine subsidence areas were chosen as research sites， which were characterized by different conditions in hydrology， ecological and environmental factors. The investigation of rotifer communities and aquatic environmental factors were conducted in the four seasons of 2013-2014 to address their relationship. A total of 32 species have been recorded， which belong to 15 genera. 25 species of the 13 genera at PXPJ site， 24 species of the 13 genera at PXGQ site， and 20 species of the 11genera at PXXQ site have been indentified. Keratella valga， Trichocerca rousseleti， Asplanchna priodonta， Asplanchna brightwelli， Polyarthra trigla Ehrenberg， Gosse were the dominate species in the lakes. Rotifer abundance were 500-2800ind./L at PXPJ site， 950-3350ind./L at PXGQ site， and 400-3900ind./L at PXXQ site. The average Shannon-Wiener diversity indexes for rotifer communities within the three studied sites were 2.71， 2.68 and 2.54 respectively， indicating β-type of medium pollution water quality in the aquatic zones.Redundancy analysis based on rotifer community and aquatic environmental factors showed that water temperature， conductivity and nutrient in the lakes are the main factors affecting the rotifer communities in those lakes.

Keywords：Coal mine subsidence areas； subsidence lakes； rotifer； aquatic environment factors

通信作者**；E-mail：yiqitao@163.com.

DOI10.18307/2015.0414