采煤塌陷塘浮游动物群落结构和水质评价研究.pdf
书书书 第 3卷 第 4期 2 0 1 0 年 7 月 水 生 态 学 杂 志 J o u r n a l o f H y d r o e c o l o g y V o l . 3 , N o . 4 J u l . , 2 0 1 0 收稿日期 2 0 0 9- 0 7- 0 7 作者简介 周晓燕, 1 9 7 2年生, 女, 江西九江人, 工程师, 主要从 事环境监测与环境影响评价工作。E- m a i l x y z h o u l y l y y @1 6 3 . c o m 采煤塌陷塘浮游动物群落结构和水质评价研究 周晓燕 ( 安徽省淮南市环境保护监测站,安徽 淮南 2 3 2 0 0 1 ) 摘要 以安徽淮南大通区南塌陷塘为研究对象, 通过为期 1年的采样、 监测, 共检出浮游动物 7 5属、 1 2 3种, 主要 优势种为臂尾轮属( B r a c h i o n u s ) 和秀体蟤属( D i a p h a n o s o m a ) 。调查结果显示, 大型浮游动物的平均丰度为 2 3 0 个/ L , 原生动物平均丰度为 1 6 8个/ L 。随着季节的变化,浮游动物的丰度及生物量变化幅度较大,原生动物的 丰度以春季最高, 夏季次为; 而大型浮游动物的丰度均以夏季最高, 春季次为; 原生动物和大型浮游动物的最低丰 度均出现在冬季,平均丰度分别为 4 2 0个/ L和 2 2 4个/ L 。利用 3种多样性指数对该采煤塌陷水域进行了水质评 价, 大通区南塌陷塘属于乙型中污 - 甲型中污, 在一定程度上说明塌陷塘有机污染的加重。 关键词 浮游动物; 群落结构; 采煤塌陷塘 中图分类号 X 8 2 4 文献标志码 A 文章编号 1 6 7 4- 3 0 7 5 ( 2 0 1 0 ) 0 4- 0 0 6 0- 0 5 安徽淮南有着近百年的煤炭开采历史, 建国 6 0 年来, 淮南煤矿为国民经济建设做出了重大贡献, 同 时也在矿区形成大面积的塌陷区。淮南煤田位于淮 河中游两岸, 东西长达 1 8 0k m , 南北宽约 2 0k m , 面 积为 36 0 0k m 2, 已探明储量 1 . 5 3 6 1 01 0t , 2 0 0 8年 生产原煤 6 . 8 1 7 1 0 7t ; 全市现已形成煤矿塌陷区 1 . 2 1 1 0 4h m2, 形成水面 40 0 0h m2以上( 李大全, 2 0 0 8 ) 。据测算, 淮南矿区每 1万 t 煤的塌陷率为 11 0 0~ 26 7 0m 2, 根据目前的开采速度, 每年将新增 沉陷区 15 0 0h m 2以上。长期以来, 塌陷区成了矿 区及周边工矿企业废水和生活污水的排放场所, 大 量的污水和废水排放造成了水质恶化, 对塌陷区周 围的地下水及土壤造成污染。 通过本次调查, 对采煤塌陷区域的浮游动物群 落结构、 丰度、 生物量及季变化规律进行初步研究, 并对水质状况作出评价,旨在为淮南矿业的可持续 发展及水环境保护提供基础资料。 1 采样与分析方法 1 . 1 采样设点 本次评价仅选取大通老矿区一塌陷塘作为评价 重点, 塌陷前为农田, 已有 2 5年的塌陷历史, 位于大 通林场附近, 靠近大通砖厂, 属于地势较低的一个塌 陷水体, 面积 2 . 4h m 2; 由于池塘岸边呈漏斗形状, 很容易积聚雨水及渗滤水, 水面比通车路面要低 4 ~ 6m , 水体四周呈坡面, 有农田及农作物, 还有一些 植被, 是一个相对封闭的老塌陷水体, 属于矿井报废 后最终形成的塌陷水域, 面积相对较小, 塌陷深度较 大, 周围树木繁茂, 岸边绿色植物种类丰富。 按照湖泊采样点布设原则, 于深水区( 1号) 、 浅 水区( 2号) 及出水口处( 3号) 各布设 1个采样点, 3个采样点分别为大通区南塌陷塘的中心区、 东岸 边和南泵房边, 分布示意见图 1 , 基本情况见表 1 。 图 1 采样点的分布示意 F i g . 1 S c h e ma t i cd i s t r i b u t i o no f s a mp l i n gp o i n t s 表 1 采样点的基本情况 T a b . 1 T h eb a s i cs i t u a t i o no f s a mp l i n gp o i n t s 采样 点编号 水深/ m 透明度/ m 污染源污染类型 18 . 4 8~ 1 0 . 7 3 0 . 4 7~ 3 . 0 7 21 . 3 7~ 5 . 1 5 0 . 4 7~ 2 . 6 7 31 . 8 5~ 5 . 7 5 0 . 4 7~ 2 . 6 5 小煤窑排污 农业用水渗入 塑料厂排污 生活污染 农业污染 工业污染 1 . 2 定性样本 小型浮游生物用 2 5号浮游生物网、 大型浮游生 物用 1 3号浮游生物网在表层至 0 . 5m深处以 2 0~ 3 0c m/ s 的速度作∞形循回缓慢拖动 1~ 3m i n , 2 5 号网的网孔 0 . 0 6 4m m( 2 0 0孔/ i n ) , 用于采集原生 动物和轮虫, 1 3号网的网孔 0 . 1 1 2m m ( 1 3 0孔/ i n ) , 用于采集枝角类和桡足类; 同时定性采集 2份水样, 一份为活体, 另一份加入鲁哥氏液固定。在实验室 里, 定性水样分活体和固定 2种, 分别在显微镜下检 出并记录。 1 . 3 定量标本 浮游动物中原生动物和轮虫的定量采集用中国 科学院武汉水生生物研究所设计的采水器在水面下 0 . 5m处和水底以上0 . 5m处各采集1L的水样, 混 合后取 1L混合均匀的水样, 现场加鲁哥氏液固定, 在实验室用 1L的浓缩装置静置沉淀 2 4h后, 以虹 吸法吸去上清液, 余下 2 0~ 2 5m L沉淀物转入 3 0 m L定量瓶中。为减少标本损失, 再用上清液少许冲 洗容器几次, 冲洗液加到 3 0m L定量瓶中并定容至 3 0m L 。对藻类、 原生动物和轮虫水样, 每 1L水样 加入1 5m L左右鲁哥氏液固定保存。大型浮游动物 定量样品用 2 . 5L采水器分别于该采样站底、 中、 表 层等量采水共1 0L , 混合后用2 5号筛绢制成的浮游 生物网过滤取样, 当即用鲁哥氏溶液固定, 带回实验 室镜检。 1 . 4 原生动物 原生动物参考淡水浮游生物研究方法进行鉴定 ( 蒋燮治, 1 9 5 6 ; 大连水产学院, 1 9 8 5 ; 章宗涉和黄祥 飞, 1 9 9 1 ) ; 轮虫、 枝角类、 桡足类的鉴定参考相关文 献( 王家楫, 1 9 6 1 ; 蒋燮志和堵南山, 1 9 7 9 ; 中国科学 院动物研究所甲壳动物研究组, 1 9 7 9 ) ; 原生动物和 轮虫生物量按体积法统计, 枝角类和桡足类生物量 分别按体长 - 体重回归方程式计算( 全国渔业自然 资源调查和渔业区划淡水专业组, 1 9 8 0 ) ; 桡足幼体 和成体丰度按该种桡足类成体在定性样品中出现的 几率统计。 1 . 5 评价方法 水质评价方法采用生物种类多样性指数, 不考 虑种的指示意义, 只考虑群落和结构特征( 沈韫芬 等, 1 9 9 0 ) 。本文选用了 3种常用的多样性指数, 即 S h a n n o n - Wi e n e r 、 S i m p s o n 和 M a r g a l e f 多样性指数。 2 结果与分析 2 . 1 浮游动物群落组成 塌陷区水域共鉴定出浮游动物 7 5属、 1 2 3种; 其中, 原生动物 4 0种, 占总数的 3 2 . 5 %, 隶属于 2 亚门、 5纲、 3 6属; 轮虫 5 8种, 占总数的 4 7 . 2 %, 隶 属于 9科、 2 7属; 枝角类 1 7种, 占总数的 1 3 . 8 %, 隶 属于 6科、 1 2属; 桡足类 8种( 不含无节幼体) , 占总 数的 6 . 5 %, 隶属于 4科、 7属。各采样点浮游动物 的种类组成情况见表 2 。 表 2 各采样点浮游动物的种类组成 T a b . 2 S a mp l e s o f z o o p l a n k t o ns p e c i e s c o mp o s i t i o n 采样点 原生动物轮虫枝角类桡足类 种数/ 种比例/ %种数/ 种比例/ %种数/ 种比例/ %种数/ 种比例/ % 合计 12 12 5 . 94 35 3 . 11 01 2 . 378 . 88 1 22 73 3 . 83 64 5 . 091 1 . 381 0 . 08 0 32 02 8 . 63 65 1 . 491 2 . 957 . 17 0 全年4 03 2 . 55 84 7 . 21 71 3 . 886 . 51 2 3 2 . 2 浮游动物优势种属 原生动物的常见种( 郑金秀等, 2 0 0 9 ) 主要有绿 眼虫 E u g l e n av i r i d i s 、 扁眼虫 P h a c u s 、 长圆砂壳虫 D . o b l o n g a 、 瓶砂壳虫 D . u r c e o l a t a 、 放射星盘虫 A . r a d i a n s 、 尾草履虫 P a r a m e c i u mc a u d a t u m 、 片状漫游虫 L . f a s c i o l a 、 绿全列虫 H . v i r i d i s 、 螅状独缩虫 C a r c h e s i u m p o l y p i n u m 。 轮虫主要有角突臂尾轮虫 B r a c h i o n u s a n g u l a r i s 、 萼花臂尾轮虫 B . c a l y c i f l o r u s 、 壶状臂尾轮虫 B . u r c e u s 、 裂足轮虫 B . d i v e r s i c o r n i s 、 螺形龟甲轮虫 K . c o c h l e a r i s 、 曲腿龟甲轮虫 K . v a l g a 、 囊形单趾轮虫 M. b u l l a 、 精致单趾轮虫 M. e l a c h i s 、 前节晶囊轮虫 A . p r i o d o n t a 、 绢多棘轮虫 M. s e r i c a 、 长圆腔轮虫 L . p l o e n e n s i s 、 扁平泡轮虫 P . c o m p l a n t a 、 长三肢轮虫 F . l o n g i s e t a 、 长肢多肢轮虫 P . d o l i c h o p t e r a 。 枝角类主要有长肢秀体 蟤 D . l e u c h t e n b e r g i a n u m 、 短尾秀体蟤 D . b r a c h y u r u m 、 长额象鼻蟤 B . l o n g i r o s t r i s 、 简弧象鼻蟤 B . c o r e g o n i 、 美丽网纹蟤 C . p u l c h e l l a 、 直额裸腹蟤 M. r e c t i r o s t r i s 、 奇异尖额蟤 A l o n a e x i m i a 。 桡足类主要有汤匙华哲水蚤 S . d o r r i i 、 广布中剑 水蚤 M. l e u c k a r t i 、 绿色近剑水蚤 T p r a s i n u s ; 另外, 桡 足类无节幼体也是各个采样点全年常见的种类。 2 . 3 浮游动物丰度和生物量 从 1年的调查结果可见, 大通区南塌陷塘浮游 动物丰度较高、 生物量较大。由于浮游动物个体大 162 0 1 0年第 4期 周晓燕, 采煤塌陷塘浮游动物群落结构和水质评价研究 小差别较大, 计数方法不同, 在计算数量时, 将其分 为大型浮游动物( 包括枝角类、 桡足类、 轮虫) 和原 生动物 2部分。其中, 大型浮游动物的平均丰度为 2 3 0个/ L , 原生动物平均丰度为 1 6 8个/ L , 平均生物 量为 3 . 6 2 4 m g / L ( 武国正和李畅游, 2 0 0 8 ) 。各类浮 游动物数量、 生物量及所占比例详见图 2和图 3 ( 姚 俊杰等, 2 0 0 9 ) 。 图 2 浮游动物丰度及组成比例 F i g . 2 Z o o p l a n k t o na b u n d a n c ea n dc o mp o s i t i o n 图 3 浮游动物生物量及组成比例 F i g . 3 Z o o p l a n k t o nb i o ma s s a n dc o mp o s i t i o n 2 . 4 浮游动物丰度和生物量的季节变化 2 . 4 . 1 丰度 原生动物丰度以春季最高, 丰度为 6 4 4个/ L , 其次为夏季, 为 4 8 0个/ L ( 刘一等, 2 0 0 3 ) ; 而大型浮游动物丰度均以夏季最高,平均丰度为 14 8 1 个/ L , 其次为春季,平均丰度 5 5 6个/ L ; 原生 动物和大型浮游动物最低丰度均出现在冬季,平均 丰度分别为 4 2 0个/ L和 2 2 4个/ L 。原生动物和大 型浮游动物中, 原生动物夏、 春季的丰度变化不大, 春季仅比夏季略有增加; 而大型浮游动物中的枝角 类变化很大, 夏季( 3 2 5个/ L ) 较春季( 6 5个/ L ) 增 加了 5倍。所有浮游动物丰度在秋季急剧下降, 除 原生动物丰度值变化不大外, 各类大型浮游动物均 在冬季降到最低值( 图 4 ) 。 图 4 浮游动物丰度的季节变化 F i g . 4 S e a s o n a l a b u n d a n c ev a r i a t i o no f z o o p l a n k t o n 2 . 4 . 2 生物量 浮游动物的生物量以夏季最高, 平均生物量为 1 . 2 5 4 6m g / L ; 冬季生物量降到最低, 仅为 0 . 3 2 8 9m g / L , 除轮虫冬季的生物量较秋季高 外, 其他各浮游动物生物量季变化趋势与丰度变化 趋势相一致( 图 5 ) 。 图 5 浮游动物生物量的季节变化 F i g . 5 T h es e a s o n a l v a r i a t i o no f z o o p l a n k t o nb i o ma s s 2 . 5 水质评价 根据每月统计数据, 计算得到的 3种生物多样 性指数, 按春、 夏、 秋、 冬 4季取平均值( 李共国等, 2 0 0 8 ) , 计算结果见表 3 。 根据淮南气侯特征, 春季指 3~ 5月, 夏季指 6 ~ 8月, 秋季指 9~ 1 1月, 冬季指 1 2~ 2月。将各采 样点每月测定所得到的多样性指数按上述季节分类 取平均值, 计算结果见表 4 。 表 3 3种生物多样性指数的季节变化 T a b . 3 3k i n d s o f b i o l o g i c a l d i v e r s i t yw i t hs e a s o n a l c h a n g e s 采样 点编号 S h a n n o n - Wi e n e r 指数S i m p s o n 指数M a r g a l e f 指数 春夏秋冬春夏秋冬春夏秋冬 10 . 8 9 20 . 8 9 41 . 5 3 61 . 9 9 31 . 7 9 91 . 6 7 42 . 4 7 93 . 5 4 70 . 4 0 20 . 7 6 81 . 1 0 11 . 1 6 0 21 . 5 6 50 . 7 2 92 . 0 3 81 . 8 6 22 . 2 0 91 . 9 2 43 . 7 1 42 . 8 4 80 . 8 4 31 . 1 0 20 . 7 1 11 . 8 3 5 32 . 3 3 31 . 6 0 81 . 9 3 71 . 7 5 26 . 1 5 32 . 4 0 43 . 0 5 04 . 1 4 41 . 3 9 21 . 6 2 81 . 8 7 52 . 1 3 2 均值1 . 5 9 71 . 0 7 71 . 8 3 71 . 8 6 93 . 3 8 72 . 0 0 13 . 0 5 03 . 5 1 30 . 5 2 21 . 1 6 61 . 2 2 91 . 7 0 9 26第 3卷第 4期 水 生 态 学 杂 志 2 0 1 0年 7月 表 4 各采样点多样性指数的年均值 T a b . 4 T h ea v e r a g ev a l u eo f d i v e r s i t yi n d e x 采样点编号H值评价等级S 值评价等级M值评价等级生物指数综合评价 11 . 3 2 9α中污2 . 3 7 5β中污0 . 8 5 8多污α中污 - 多污 21 . 5 4 9α中污2 . 6 7 4β中污1 . 1 2 3α中污β中污 -α中污 31 . 9 0 8α中污3 . 9 3 8轻度污染1 . 7 5 7α中污轻度污染 -α中污 均值1 . 5 9 5α中污2 . 9 9 5β中污1 . 2 4 6α中污β中污 -α中污 3种多样性指数的季节变化趋势基本一致, 均 是秋、 冬季高, 夏季低。S h a n n o n-Wi e n e r 多样性指 数评价结果是大通区南塌陷塘属甲型中污, S i m p s o n 多样性指数评价结果显示其属于乙型污染, 而 M a r g a l e f 多样性指数判定其属于甲型中污。结合上述 3 种多样性指数的综合评价, 表明大通区南塌陷塘的 污染较严重, 属于乙型中污 - 甲型中污。 3 讨论 通过此次浮游动物群落生态的调查, 出现的绿 眼虫、 尾草履虫、 放射星盘虫、 螅状独缩虫、 绿全列 虫、 长足轮虫、 角突臂尾轮虫、 萼花臂尾轮虫、 裂足臂 尾轮虫、 剪形臂尾轮虫、 壶状臂尾轮虫、 螺形龟甲轮 虫、 曲腿龟甲轮虫、 前节晶囊轮虫、 长肢多肢轮虫、 长 三肢轮虫、 短尾秀体蟤、 长额象鼻蟤、 直额裸腹蟤、 广 布中剑水蟤均是耐有机污染的种类, 特别是从臂尾 轮属的优势种组成上可看出塌陷塘有机污染的加 重。 造成该塘水质变差的原因是多方面的, 主要包 括 ①农用化肥。附近农田化肥用量较高,使水体 初级生产力越来越高; ②生活污水。因该塘地势较 低, 每年有大量高含磷的生活污水也未经处理而直 接排入; ③面源污染。农村大量的人畜粪便及秸秆 腐烂物质随着降雨径流汇入, 也对该塘造成了污染, 水环境状况不断恶化, 生物多样性急剧减少, 应尽快 得到合理的治理与保护。 在塌陷水域的治理中, 应综合考虑塌陷塘的地 理位置、 水域面积及水深等因素, 利用采煤塌陷水 面, 发展水产养殖和畜牧养殖。主要利用模式 ①池 塘养殖。可进行一定程度的改造, 形成一部分池塘, 开展人工养殖; ②围拦养殖。适度开发, 进行围拦网 养殖; ③粗放养殖。由于城市生活污水进入, 水体 N 、 P丰富, 粗放养殖的鱼产力较高; ④网箱养殖。可 开展网箱养殖鳜、 沟鲶等; 同时, 在塌陷区水域也可 开展种植莲藕、 红菱、 芡实等, 收到综合治理的效果。 参考文献 大连水产学院主编.1 9 8 5 . 淡水生物学( 下册) [ M] .北京 农业出版社 2 4 7 . 蒋燮志, 堵南山.1 9 7 9 . 中国动物志( 淡水枝角类) [ M] . 北 京 科学出版社. 蒋燮治. 1 9 5 6 . 江苏安徽淡水沙壳纤毛虫的调查报告[ J ] . 水 生生物学集刊, ( 1 ) 6 1- 8 7 . 李大全. 2 0 0 8 . 对淮南采煤塌陷区灾害防治与土地综合利用 的思考[ J ] . 工程与建设, 2 2 ( 4 ) 4 5 1-4 5 3 . 李共国,虞左明. 2 0 0 8 . 千岛湖轮虫群落结构及水质生态学 评价[ J ] . 湖泊科学, 2 0 ( 4 ) 5 3 8- 5 4 3 . 刘一,禹娜, 熊泽泉, 等. 2 0 0 9 . 城区已修复河道冬季浮游动 物群落结构的初步研究[ J ] . 水生态学杂志, 2 ( 3 ) 1- 7 . 全国渔业自然资源调查和渔业区划淡水专业组. 1 9 8 0 . 内陆 水域渔业自然资源调查试行规范[ S ] . 沈韫芬, 章宗涉, 龚循矩, 等.1 9 9 0 . 微型生物监测新技术 [ M] . 北京 中国建筑工业出版社. 王家楫. 1 9 6 1 . 中国淡水轮虫志[ M] . 北京 科学出版社. 武国正,李畅游. 2 0 0 8 . 内蒙古乌梁素海浮游动物与底栖动 物调查[ J ] .湖泊科学, 2 0 ( 4 ) 5 3 8- 5 4 3 . 姚俊杰、 褚素兰, 沈昆根, 等. 2 0 0 9 . 贵阳市花溪河大型浮游动 物的初步研究[ J ] . 水生态学杂志, 2 ( 4 ) 2 9- 3 4 . 章宗涉, 黄祥飞.1 9 9 1 . 淡水浮游生物研究方法[ M] . 北京 科学出版社 2 3 2- 3 8 7 . 郑金秀, 胡菊香, 周连凤, 等. 2 0 0 9 . 长江上游原生动物的群落 生态学研究[ J ] . 水生态学杂志, 2 ( 2 ) 8 8- 9 3 . 中国科学院动物研究所甲壳动物研究组.1 9 7 9 . 中国动物志 淡水桡足类[ M] . 北京 科学出版社. ( 责任编辑 万月华) 362 0 1 0年第 4期 周晓燕, 采煤塌陷塘浮游动物群落结构和水质评价研究 Z o o p l a n k t o nC o mmu n i t yS t r u c t u r ea n dWa t e r q u a l i t yE v a l u a t i o ni nC o a l S u b s i d e n c eP o o l Z H O UX i a o y a n ( A n h u i P r o v i n c eH u a n n a nE n v i r o n m e n t a l M o n i t o r i n gS t a t i o n ,H u a n n a n 2 3 2 0 0 1 , C h i n a ) A b s t r a c t T h eD a t o n gc o a l s u b s i d e n c ep o o l ( n a m ec a l l e dD a t o n gs o u t hc o a l s u b s i d e n c ep o o l )a st h em a i ns t u d y p o o l , t h es u b s i d e n c ea r e ah a da o n e y e a r s a m p l i n g a n dm o n i t o r i n g .I t i s i d e n t i f i e da t o t a l o f 1 2 3k i n d s o f z o o p l a n k t o n ,f o r at o t a l o f 7 5c a s e ,t h e d o m i n a n t s p e c i e s i s B r a c h i o n u s a n dD i a p h a n o s o m a .We c a ns e e t h a t t h e a v e r a g e o f l a r g ez o o p l a n k t o na b u n d a n c ei s 2 3 0 i n d . / L ,t h ea v e r a g ea b u n d a n c eo f p r o t o z o ai s 1 6 8 i n d . / L .Z o o p l a n k t o na b u n d a n c ea n db i o m a s s a r e c h a n g e a s t h e s e a s o na h a n g e . P r o t o z o a a b u n d a n c e i ns p r i n g , f o l l o w e db y s u m m e r ; L a r g e z o o p l a n k t o na b u n d a n c ea r eh i g h e s t i ns u m m e r ,f o l l o w e db ys p r i n g ;P r o t o z o aa n dl a r g ez o o p l a n k t o na b u n d a n c ew e r e l o w e s t i nw i n t e r ,A v e r a g ea b u n d a n c ew e r e 4 2 0i n d . / La n d 2 2 4i n d . / L .U s i n g 3k i n d s o f b i o l o g i c a l d i v e r s i t y ,w a t e r q u a l i t yw e r e d i s c u s s e d .i nt h e c o a l s u b s i d e n c e p o o l .T h e r e s u l t s i s Bo f p o l l u t i o n Ao f p o l l u t i o n .T o s o m e e x t e n t i t e x p l a i n e dt h ei n c r e a s eo f o r g a n i cp o l l u t i o n . K e yw 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 l s u b s i d e n c ep o o l 46第 3卷第 4期 水 生 态 学 杂 志 2 0 1 0年 7月