安邦河濕地底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)與水質(zhì)生物評(píng)價(jià)1)

劉曼紅 陳 歡 闞春梅 董 雪

(東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱，150040)

濕地是重要的生態(tài)系統(tǒng)，被譽(yù)為“地球之腎”，具有調(diào)節(jié)氣候、保護(hù)生物多樣性、控制污染物等功能[1]。底棲動(dòng)物既是魚類的天然餌料，又加快了底泥中有機(jī)質(zhì)的分解，在濕地生態(tài)系統(tǒng)中起著重要作用[2－3]，因其種類繁多、生活周期長(zhǎng)、棲息范圍固定、對(duì)干擾敏感、不同種類對(duì)水質(zhì)敏感度差異大等特性被廣泛作為生態(tài)健康指示生物[4－5]。安邦河國(guó)家濕地公園位于黑龍江省東北部集賢縣，地理位置為131°06'12″～131°32'24″E，46°53'07″～ 47°03'54″N，總面積為1.03萬hm2。共有國(guó)家級(jí)保護(hù)動(dòng)物18種，其中獸類1種，鳥類17種。國(guó)家一級(jí)保護(hù)動(dòng)物2種，分別為丹頂鶴(Grus japonensis)和大鴇(Otis tarda);國(guó)家二級(jí)保護(hù)動(dòng)物16種，如:雀鷹(Accipiter nisus)、灰鶴(Grus grus)等。優(yōu)勢(shì)濕地植物為蘆葦(Phragmites australis)、香蒲(Typha spp.)、金魚藻(Ceratophyllum demersum)、眼子菜(Potamogeton spp.)、浮萍(Lemna spp.)、荇菜(Nymphoides peltatum)等。隨著對(duì)濕地保護(hù)的日益重視，對(duì)濕地的研究也越來越多，研究和評(píng)價(jià)方法也越來越完善。常用的方法有典型對(duì)應(yīng)分析(CCA)、生物多樣性指數(shù)評(píng)價(jià)、Chandler生物指數(shù)(CBI)評(píng)價(jià)。這些方法都是通過研究底棲動(dòng)物來評(píng)價(jià)濕地水環(huán)境質(zhì)量。當(dāng)前，覃雪波等[6－7]對(duì)安邦河濕地的浮游植物做過研究，劉茂奇等[8]在安邦河濕地西碼頭水域?qū)Φ讞珓?dòng)物的研究顯示該水域呈中營(yíng)養(yǎng)化，有向富營(yíng)養(yǎng)化轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)。安邦河國(guó)家濕地公園旅游業(yè)發(fā)展比較迅速，游客的活動(dòng)等人為干擾較大，水環(huán)境發(fā)生了巨大變化。本研究進(jìn)一步對(duì)安邦河濕地不同水域的底棲動(dòng)物的群落結(jié)構(gòu)和水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，為安邦河濕地水生生物多樣性保護(hù)、生態(tài)恢復(fù)和管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究方法

1.1 采樣點(diǎn)布位

根據(jù)安邦河濕地自然保護(hù)區(qū)的環(huán)境特點(diǎn)，分4個(gè)研究水域(圖1)，即:西碼頭水域5個(gè)樣點(diǎn)，為濕地旅游的重要水域，挺水植物主要為蘆葦和香蒲，沉水植物以金魚藻為優(yōu)勢(shì)種;荷花池5個(gè)樣點(diǎn)，主要是人工種植的荷花，東北菱角和荇菜形成斑塊狀分布于池中，香蒲、蘆葦，以及少量狹葉甜茅分布在沿岸帶，沉水植物較少;濕地恢復(fù)區(qū)5個(gè)樣點(diǎn)，中央?yún)^(qū)植被以蘆葦為主，浮萍密布于挺水植物間的水面，沿岸帶為香蒲和少量林地早熟禾叢;白鷺湖3個(gè)樣點(diǎn)，優(yōu)勢(shì)種為金魚藻、眼子菜、蘆葦和香蒲。4個(gè)研究水域無水流相通。

圖1 安邦河濕地采樣點(diǎn)示意圖

1.2 樣品的采集、保存與鑒定

底棲動(dòng)物樣品于2012年9月采集，使用改良的peterson采泥器(1/16 m2)和自制D形網(wǎng)(0.3 m寬，40目尼龍紗)，其中心區(qū)域使用彼德生采泥器采集;靠近岸邊有挺水植物的區(qū)域使用D形網(wǎng)攪動(dòng)底泥和水體，采集面積為0.5 m2。采集到的底泥置于過濾篩中，用清水沖洗，挑揀出底棲動(dòng)物，初步分類放入玻璃試管內(nèi)，用75%的酒精固定，帶回實(shí)驗(yàn)室后進(jìn)行物種鑒別和數(shù)量統(tǒng)計(jì)。

1.3 水環(huán)境因子的測(cè)定

在采集底棲動(dòng)物樣品的同時(shí)測(cè)定水環(huán)境理化因子，所測(cè)指標(biāo)有水深、pH、水溫、氧化還原電位。pH、水溫、氧化還原電位數(shù)據(jù)利用HANNA公司生產(chǎn)的Hi8424型酸度計(jì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

典型對(duì)應(yīng)分析(CCA):通過CANOCO 4.5軟件包進(jìn)行CCA分析，探討底棲動(dòng)物與環(huán)境因子之間的相關(guān)性，制作出底棲動(dòng)物與環(huán)境因子CCA分析二維排序圖，得到圖中各軸重要值、物種變量、物種—環(huán)境因子的累計(jì)百分?jǐn)?shù)、環(huán)境因子的典型對(duì)應(yīng)分析矩陣。

生物多樣性指數(shù):采用Margalef物種豐富度指數(shù)(D)[9]、Shannon－Wiener 多樣性指數(shù)(H')[10]和Pielou均勻度指數(shù)(J')[11]分析安邦河濕地底棲動(dòng)物的生物多樣性。根據(jù)蔡立哲等[12]對(duì)沉積環(huán)境有機(jī)質(zhì)污染評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)，將污染等級(jí)分為5類，無底棲動(dòng)物，嚴(yán)重污染;H'≤1，重污染;1＜H'≤2，中度污染;2＜H'≤3，輕度污染;H'＞3，清潔。

生物學(xué)污染指數(shù):各種底棲動(dòng)物對(duì)環(huán)境污染的耐受性不同，敏感種類會(huì)隨著污染加重而快速減少甚至消失，而耐污種類在一定污染程度內(nèi)仍能存活甚至數(shù)量會(huì)出現(xiàn)大幅度上升。通過對(duì)寡毛類、搖蚊幼蟲等耐污種與多毛類、甲殼類等敏感種的多度進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，計(jì)算生物學(xué)污染指數(shù)(BPI)，以評(píng)價(jià)水質(zhì)污染程度[13－15]。IBP≤0.1，表示清潔;0.1＜IBP≤0.5表示輕污染;0.5＜IBP≤1.5，表示 β－中污染;1.5＜IBP≤5，表示α－中污染;IBP＞5，表示重污染;無生物存在為嚴(yán)重污染[15]。

Chandler生物指數(shù)(CBI):CBI是根據(jù)大型無脊椎動(dòng)物不同類群對(duì)水體污染的敏感性差異及各類群出現(xiàn)的多度分別給予記分(表1)。物種多度分為5級(jí)，樣本中有1～2個(gè)個(gè)體為出現(xiàn);3～30個(gè)為少;31～50個(gè)為普遍;51～100個(gè)為多;100個(gè)以上為很多。對(duì)污染敏感性高、多度也高的類群記分高;耐污染、多度又高的類群記分少;無大型無脊椎動(dòng)物時(shí)CBI記為0。根據(jù)表1計(jì)算出的總分評(píng)價(jià)采樣點(diǎn)水質(zhì)狀況，總分為0表示嚴(yán)重污染;0～45表示重污染;45～300表示中度污染;＞300表示輕度污染或未污染[16]。

表1 安邦河濕地部分底棲動(dòng)物Chandler(CBI)記分

優(yōu)勢(shì)種分析:y=(ni/N)fi。式中:N為所有種個(gè)體總數(shù);ni為第i種的個(gè)體數(shù);fi為該種在各樣品中出現(xiàn)的頻率;當(dāng) y＞0.02 時(shí)，該種即為優(yōu)勢(shì)種[17]。

2 結(jié)果與分析

2.1 底棲動(dòng)物群落組成

共采集底棲動(dòng)物431個(gè)，鑒定出37種，隸屬于3門，5綱，7目，21科。其中軟體動(dòng)物門7種(腹足綱4種，瓣鰓綱3種)，占總物種數(shù)的18.92%;節(jié)肢動(dòng)物門27種(僅昆蟲綱)，占總物種數(shù)的72.97%;環(huán)節(jié)動(dòng)物門3種(寡毛綱2種，蛭綱1種)，占總物種數(shù)的8.11%。從數(shù)量上，軟體動(dòng)物以蘿卜螺(Radix sp.)和白旋螺(Gyraulus albus)最多，節(jié)肢動(dòng)物以搖蚊(Chironomidae)最多(表2)。

2.2 優(yōu)勢(shì)種

安邦河濕地底棲動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種在4個(gè)水域有一定的差異。西碼頭的優(yōu)勢(shì)種為卵蘿卜螺(Radix ovata)、白旋螺、花翅搖蚊(Chironomus kiiensis)、黃色羽搖蚊(Chironomus flavplumus)、德永雕翅搖蚊(Glyptotendipes tokunagai)、背搖蚊(Chironomus dorsalis)、淺白搖蚊(Glyptotendipes pallens)、蒼白搖蚊(Chironomus pallidivittatue)、葉二叉搖蚊(Dicrotendipus lobifer)、猛搖蚊(Chironomus acerbiphilus)、劃蝽(Signa distanti);荷花池的優(yōu)勢(shì)種是卵蘿卜螺、耳蘿卜螺(Radix ovata)、白旋螺、幽蚊(Chaoborus sp.)、黃色羽搖蚊;恢復(fù)區(qū)的優(yōu)勢(shì)種是卵蘿卜螺、白旋螺、赤豆螺(Bithynia fuchsiana)、Lestes temporalis、Hydrocassis sp.、小粒龍虱(Noteridae sp.)、負(fù)子蝽(Sphaerodema rustica);白鷺湖的優(yōu)勢(shì)種是花翅搖蚊、卵蘿卜螺和白旋螺。

表2 安邦河濕地底棲動(dòng)物名錄

2.3 棲息密度

安邦河濕地底棲動(dòng)物的棲息密度很低，為(390±422)個(gè)·m－2，最高值為 1424 個(gè)·m－2，出現(xiàn)在西碼頭水域內(nèi)。4個(gè)水域的底棲動(dòng)物棲息密度最高的是西碼頭水域，為(822±463)個(gè)·m－2，其次是白鷺湖、荷花池、恢復(fù)區(qū)水域，分別為(560±10)、(280±181)、(38±22)個(gè)·m－2。

2.4 水環(huán)境因子

安邦河濕地各水域水體溫度差異不大，氧化還原電位在白鷺湖較低，為(139.00±0.02)mV，恢復(fù)區(qū)最大(195.00±5.74)mV;各水域水體偏堿性，pH 值均超過 8 以上，最高達(dá) 10.91±0.05，所有采樣點(diǎn)在保護(hù)區(qū)的公園景區(qū)內(nèi)，人為干擾較大，其中恢復(fù)區(qū)在7年前曾是農(nóng)田，使用過大量農(nóng)藥和化肥，這可能是采樣點(diǎn)水體呈堿性的原因(表3)。

表3 安邦河濕地水環(huán)境理化因子

2.5 典型對(duì)應(yīng)分析

安邦河濕地環(huán)境因子CCA分析的前兩軸的重要值分別為0.628和0.449，種類與環(huán)境因子的相關(guān)系數(shù)達(dá)0.993和0.928，且物種—環(huán)境變量累計(jì)分?jǐn)?shù)高達(dá)73.8，說明排序圖很好地反映了底棲動(dòng)物與環(huán)境因子間的關(guān)系，第1軸的貢獻(xiàn)率最大(表4)。水深、氧化還原電位、水溫與第1軸呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為 0.647、0.358、0.048，pH 值與第 1 軸呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為－0.107。4個(gè)環(huán)境因子均與第2軸呈負(fù)相關(guān)。搖蚊科幼蟲(C14～C25)與pH成正相關(guān)。可見，水深是影響安邦河濕地底棲動(dòng)物的主要環(huán)境因子(圖2)。

圖2 底棲動(dòng)物與環(huán)境因子CCA二維排序

2.6 生物多樣性指數(shù)

安邦河濕地各生物多樣性指數(shù)如表5，豐富度指數(shù)最高的是西碼頭，達(dá)1.59，多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)最高的都是白鷺湖，分別為 2.65、0.84，3 個(gè)指數(shù)的最低值都在荷花池，豐富度指數(shù)、多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)分別為 0.88、1.62、0.68。

表4 CCA軸上環(huán)境因子的典型相關(guān)系數(shù)矩陣

表5 安邦河濕地底棲動(dòng)物多樣性指數(shù)

2.7 水體污染狀況評(píng)價(jià)

通過對(duì)安邦河濕地4個(gè)水域的底棲動(dòng)物群落的調(diào)查與分析，利用Shannon－Wiener多樣性指數(shù)、生物學(xué)污染指數(shù)(BPI)和Chandler生物指數(shù)(CBI)評(píng)價(jià)該保護(hù)區(qū)園區(qū)水體狀況。由表6可見，西碼頭和白鷺湖水體輕度污染，荷花池和恢復(fù)區(qū)呈中度污染，安邦河濕地水體整體呈輕中污染;根據(jù)BPI評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，白鷺湖呈輕污染，其它3個(gè)水域呈β－中污染，安邦河濕地水體整體呈中污染;根據(jù)CBI評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，荷花池重污染，其它3個(gè)水域中污染，安邦河濕地水體整體呈中污染。3種評(píng)價(jià)水質(zhì)的方法得到的結(jié)果基本一致，由此可知，安邦河濕地水體狀況主要以中度污染為主。

表6 安邦河濕地水質(zhì)等級(jí)

3 結(jié)論與討論

在安邦河濕地共調(diào)查記錄到底棲動(dòng)物37種，節(jié)肢動(dòng)物中主要以水生昆蟲為主，占總物種數(shù)的72.97%，其次是軟體動(dòng)物為18.92%，環(huán)節(jié)動(dòng)物最少，為8.11%。安邦河濕地豐富的水生維管束植物，如蘆葦、香蒲和金魚藻等，為底棲動(dòng)物的棲息和繁衍創(chuàng)造了復(fù)雜的生存環(huán)境，提高了物種的多樣性。由于搖蚊幼蟲都鑒定到種，因此搖蚊幼蟲種類占節(jié)肢動(dòng)物種類的比例較大，但數(shù)量不多。底棲動(dòng)物的棲息密度與以前的研究相比有所下降，最高值出現(xiàn)在西碼頭的一個(gè)樣點(diǎn)，為1424個(gè)·m－2，該水域的棲息密度為(390±422)個(gè)·m－2，遠(yuǎn)小于 2005年所調(diào)查的 2420 個(gè)·m－2[8]，并且荷花池和恢復(fù)區(qū)各有一個(gè)采樣點(diǎn)未采集到底棲動(dòng)物。導(dǎo)致密度低的原因有兩個(gè):一是水體呈堿性。保護(hù)區(qū)周邊農(nóng)田多，采樣點(diǎn)是在公園區(qū)，離農(nóng)田很近，4個(gè)水域中的恢復(fù)區(qū)退耕還濕時(shí)間還不是很長(zhǎng)，僅六七年，可能過去耕種使用的農(nóng)藥和化肥仍殘留在土壤里，土壤堿化，導(dǎo)致水體呈堿性，不利于底棲動(dòng)物棲息;二是采樣時(shí)間為9月，水生昆蟲在夏季有羽化的現(xiàn)象，這對(duì)底棲動(dòng)物的棲息密度會(huì)有一定的影響。

研究發(fā)現(xiàn)，安邦河濕地底棲動(dòng)物主要以搖蚊幼蟲和軟體動(dòng)物為主，這與采樣地主要是淤泥底質(zhì)、腐殖質(zhì)豐富有關(guān)。搖蚊幼蟲、幽蚊幼蟲、大蚊幼蟲(Tipula sp.)、蠓(Ceratopogouidae sp.)、水絲蚓(Limnodrilus spp.)、扁蛭(Glossiphonia sp.)，以及軟體動(dòng)物如卵蘿卜螺、蘿卜螺和白旋螺等在生態(tài)屬性上為耐有機(jī)污染的類群[18]。這些污染指示物種的出現(xiàn)反映了安邦河濕地水質(zhì)存在不同程度的污染。利用Shannon－Wiener多樣性指數(shù)(H')、生物學(xué)污染指數(shù)(BPI)和Chandler生物指數(shù)(CBI)評(píng)價(jià)該濕地水環(huán)境結(jié)果表明，水體主要以中度污染為主。

此外，研究中還發(fā)現(xiàn)所有蜻蜓幼蟲體色均發(fā)黑，是否是環(huán)境的變化導(dǎo)致蟲體外部著色較深，還有待于從昆蟲生理學(xué)角度進(jìn)一步研究。調(diào)查到的底棲動(dòng)物中，有的搖蚊幼蟲口器的頦板中間齒缺失，很可能是水環(huán)境的污染導(dǎo)致?lián)u蚊幼蟲口器畸變。目前已有研究證實(shí)重金屬如銅、鎳、汞及五氯酚對(duì)搖蚊幼蟲口器有致畸作用[19－20]，因水環(huán)境污染而對(duì)搖蚊幼蟲口器產(chǎn)生畸變，可對(duì)水環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)[21]。

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