長蕩湖底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)及與環(huán)境因子關(guān)系

尹子龍， 吳沛沛， 胡曉東

(江蘇省水利科學(xué)研究院， 江蘇 南京 210017)

底棲動(dòng)物是水生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，與水體環(huán)境是相互依存、相互影響的統(tǒng)一體，具有分布廣泛、生命周期較長、形體較易辨認(rèn)、對(duì)污染的逃避能力弱和對(duì)環(huán)境變化較為敏感等特征，其群落結(jié)構(gòu)作為預(yù)測(cè)環(huán)境質(zhì)量變化的重要指標(biāo)，已廣泛應(yīng)用于生物監(jiān)測(cè)和生態(tài)評(píng)價(jià)[1]。

長蕩湖作為金壇市的飲用水源地，又地處滆湖、太湖上游，對(duì)太湖流域水環(huán)境綜合治理和湖泊生態(tài)環(huán)境保護(hù)起著舉足輕重的作用[2]。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展及受人類活動(dòng)的影響，長蕩湖水質(zhì)不斷惡化，水體富營養(yǎng)化速度加快，給周邊市縣人民的生活及經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展帶來了巨大威脅[3]。本研究以2018年底棲動(dòng)物生態(tài)調(diào)查數(shù)據(jù)為依據(jù)，分析了長蕩湖水域底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)及其與環(huán)境因子的關(guān)系，為長蕩湖水域生態(tài)治理提供基礎(chǔ)性資料。

1 研究區(qū)域

1.1 研究區(qū)域概況

長蕩湖又名洮湖、長塘湖，跨金壇、溧陽兩縣市，湖型為長茄型。湖水依賴地表徑流和湖面降水補(bǔ)給，計(jì)有大小進(jìn)出河港44條。較大的入湖河港有大浦港、新開河(即丹金溧漕河)、溫綠港、方蕩港、荷花港、白石港及土山港等，其中除新開河直接引大運(yùn)河及長江之水源外，其余多源自湖西部之茅山、方山、香草等。較大的出湖河流有湟里、北干、中干及南干河等，湖水東入滆湖，轉(zhuǎn)注太湖。湖區(qū)水環(huán)境功能規(guī)劃為飲用、漁業(yè)和景觀，水產(chǎn)養(yǎng)殖、農(nóng)田灌溉也是湖區(qū)的主要功能[4]。

1.2 采樣點(diǎn)設(shè)置

根據(jù)長蕩湖湖區(qū)面積、地形輪廓、養(yǎng)殖分布、以及主要出入湖河流等情況，在整個(gè)湖區(qū)共設(shè)置了10個(gè)采樣點(diǎn)(圖1)，在2018年1～12月期間對(duì)長蕩湖湖區(qū)進(jìn)行了全年的樣品采集。

圖1 長蕩湖底棲動(dòng)物采樣點(diǎn)

2 調(diào)查方法

2.1 底棲動(dòng)物采集方法

底棲動(dòng)物樣品采集用面積為1/20 m2的改良彼得生采泥器，每個(gè)采樣點(diǎn)采集3次，底棲動(dòng)物與底泥、碎屑等混為一體，必須沖洗后才能進(jìn)行挑揀。洗滌工作通常采用網(wǎng)徑為0.45 mm網(wǎng)尼龍篩網(wǎng)進(jìn)行洗滌，剩余物帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分樣。在每個(gè)采樣點(diǎn)挑揀出各類動(dòng)物后，放入已裝好固定液的50 ml塑料瓶中。標(biāo)本的固定可直接投入到7%福爾馬林中固定。把每個(gè)采樣點(diǎn)所采集到的底棲動(dòng)物按不同種類準(zhǔn)確地統(tǒng)計(jì)個(gè)體數(shù)，并用分析天平對(duì)不同種類的底棲動(dòng)物進(jìn)行分別稱重，根據(jù)個(gè)體數(shù)以及稱重所得結(jié)果推算出1 m2內(nèi)的數(shù)量以及生物量(g/m2)[5]。底棲動(dòng)物鑒定參照《中國經(jīng)濟(jì)動(dòng)物志·淡水軟體動(dòng)物》《中國小蚓類研究》《遼河流域底棲動(dòng)物監(jiān)測(cè)圖鑒》《中國北方搖蚊幼蟲》等鑒定書籍。

2.2 水化學(xué)指標(biāo)測(cè)定及分析方法

長蕩湖底棲動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種各采樣點(diǎn)密度數(shù)據(jù)和水化學(xué)因子數(shù)據(jù)通過lg(x+1)進(jìn)行處理使之更趨于正態(tài)分布后，首先采用Canoco for Windows 4.5軟件進(jìn)行DCA分析[6-8]，發(fā)現(xiàn)SD值小于3，因此，對(duì)物種數(shù)據(jù)和相關(guān)環(huán)境因子數(shù)據(jù)進(jìn)行RDA分析。

3 調(diào)查結(jié)果

3.1 長蕩湖水環(huán)境特征

長蕩湖水環(huán)境因子情況，見表1，方差分析結(jié)果表明，長蕩湖各環(huán)境因子全年變化情況明顯，水溫、透明度、濁度、電導(dǎo)率、葉綠素a、總氮、氨氮和高錳酸鹽指數(shù)等均呈現(xiàn)明顯的季節(jié)變化；水深、溶解氧和pH值相對(duì)其他環(huán)境因子變化較小。

3.2 底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)

3.2.1 底棲動(dòng)物種類組成

2018年1月至2018年12月期間長蕩湖共鑒定出底棲動(dòng)物13種(屬)，見表2，其中搖蚊科幼蟲種類最多，共計(jì)7種；寡毛類次之，共5種；其次為軟體動(dòng)物，共1種。

3.1.2 底棲動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種

從表2中可以看出，長蕩湖底棲動(dòng)物密度和生物量被少數(shù)種類所主導(dǎo)。密度方面，寡毛類的顫蚓和克拉泊水絲蚓，搖蚊科幼蟲的刺鋏長足搖蚊、黃色羽搖蚊以及軟鋏小搖蚊，分別占總密度的13.15%、10.13%、22.20%、18.75%和10.13%。生物量方面，由于軟體動(dòng)物個(gè)體較大，軟體動(dòng)物的梨形環(huán)棱螺在總生物量上占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，達(dá)到72.86%，黃色羽搖蚊、顫蚓、蘇氏尾鰓蚓以及刺鋏長足搖蚊所占比重次之，分別為8.64%、6.59%、3.55%和2.93%。從13個(gè)物種的出現(xiàn)頻率來看，顫蚓、蘇氏尾鰓蚓、克拉泊水絲蚓、黃色羽搖蚊以及軟鋏小搖蚊等幾個(gè)種類是長蕩湖最常見的種類，其在大部分采樣點(diǎn)均能采集到。綜合底棲動(dòng)物的密度、生物量以及各物種在10個(gè)采樣點(diǎn)的出現(xiàn)頻率，利用優(yōu)勢(shì)度指數(shù)確定優(yōu)勢(shì)種類，結(jié)果表明長蕩湖現(xiàn)階段的底棲動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種主要為顫蚓、黃色羽搖蚊、刺鋏長足搖蚊以及梨形環(huán)棱螺。

表1 長蕩湖環(huán)境因子

注：表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差

表2 2018年1～12月長蕩湖底棲動(dòng)物密度和生物量

*相對(duì)密度和相對(duì)生物量分別為某一物種占總密度和總生物量的百分比，出現(xiàn)頻率為某物種在所有采樣點(diǎn)中的出現(xiàn)次數(shù)，優(yōu)勢(shì)度指數(shù)=(相對(duì)密度+相對(duì)生物量)×出現(xiàn)頻率。

3.2.3 底棲動(dòng)物密度與生物量分布

圖2 2018年長蕩湖底棲動(dòng)物年均密度和年均生物量

長蕩湖底棲動(dòng)物密度和生物量全年及各季度平均值的空間分布格局如圖(圖2)。總體而言，生物量較密度空間差異更大。從圖2可以看出，在全年平均密度中各采樣點(diǎn)空間密度分布相對(duì)均勻，底棲動(dòng)物密度較高的采樣點(diǎn)主要分布在長蕩湖的東北部區(qū)域，長蕩湖底棲動(dòng)物最大密度出現(xiàn)在cdh-6采樣點(diǎn)，最大值為496 ind./m2；底棲動(dòng)物密度較低的采樣點(diǎn)主要分布在長蕩湖的中部區(qū)域，大部分分布在長蕩湖資源保留區(qū)以及漁業(yè)資源繁保區(qū)，長蕩湖底棲動(dòng)物最小密度出現(xiàn)在cdh-4采樣點(diǎn)，最小值為83.3 ind./m2；而底棲動(dòng)物生物量方面，從圖中可以看出，空間差異極大，生物量較大的采樣點(diǎn)是cdh-1和cdh-8采樣點(diǎn)，其中軟體動(dòng)物占據(jù)絕對(duì)主導(dǎo)地位，長蕩湖底棲動(dòng)物最大生物量出現(xiàn)在cdh-1采樣點(diǎn)，最大值為21.24 g/m2，最小生物量出現(xiàn)在cdh-3采樣點(diǎn)，最小值為0.64 g/m2；位于漁業(yè)資源繁保區(qū)的cdh-5采樣點(diǎn)底棲動(dòng)物密度及生物量均表現(xiàn)出較低值，說明長蕩湖漁業(yè)資源繁保區(qū)的區(qū)域功能性作用明顯。長蕩湖底棲動(dòng)物呈現(xiàn)區(qū)域特性，原因可能是長蕩湖近幾年養(yǎng)殖圍網(wǎng)的拆除后，人類停止投放餌料，魚類轉(zhuǎn)而捕食底棲動(dòng)物，抑制了底棲動(dòng)物的生長繁殖。

從圖3(a、b、c、d)可以看出，各個(gè)季度中各采樣點(diǎn)空間密度分布不均、差異較大，且呈季節(jié)變化趨勢(shì)，秋季以及冬季長蕩湖底棲動(dòng)物密度整體上呈高位，而夏季以及春季底棲動(dòng)物密度相對(duì)較低。這個(gè)與底棲動(dòng)物的生活習(xí)性有關(guān)，長蕩湖底棲動(dòng)物主要由寡毛類、搖蚊幼蟲和軟體動(dòng)物組成，秋季及冬季為搖蚊幼蟲等的繁殖期，以搖蚊幼蟲為主導(dǎo)的長蕩湖底棲動(dòng)物密度較高；夏季氣溫較高，有利于搖蚊幼蟲的羽化，對(duì)長蕩湖底棲動(dòng)物密度影響較大。從圖3(e、f、g、h)可以看出，各個(gè)季度中各采樣點(diǎn)空間生物量受軟體動(dòng)物的影響較大，在各個(gè)季度的分布較為不均，且具有不確定性，這主要與軟體動(dòng)物的樣品采集有關(guān)，軟體動(dòng)物個(gè)體較大，在生物量統(tǒng)計(jì)方面占優(yōu)，軟體動(dòng)物在采樣點(diǎn)出現(xiàn)的不確定性導(dǎo)致了生物量分布的不確定性，除去軟體動(dòng)物的影響，生物量的分布與密度相類似，最高值主要分布在長蕩湖的北部以及西部區(qū)域。

3.3 底棲動(dòng)物與環(huán)境因子關(guān)系

將底棲動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種各采樣點(diǎn)密度數(shù)據(jù)和水環(huán)境因子數(shù)據(jù)通過lg(x+1)進(jìn)行處理后，通過Canoco for Windows 4.5軟件先進(jìn)行DCA分析，結(jié)果顯示SD值小于4，根據(jù)結(jié)果判斷選擇RDA分析，對(duì)物種數(shù)據(jù)和相關(guān)環(huán)境因子分析結(jié)果如圖(圖4)。圖中SP1～SP4分別為顫蚓、黃色羽搖蚊、刺鋏長足搖蚊和梨形環(huán)棱螺。

圖3 長蕩湖2018年四季底棲動(dòng)物密度和平均生物量空間分布格局

不同水環(huán)境因子對(duì)底棲動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種影響不同。RDA結(jié)果表明，第一軸、第二軸共解釋了屬種累計(jì)方差值的30.7%，環(huán)境變量對(duì)物種的解釋量達(dá)到90.0%；總氮質(zhì)量濃度、高錳酸鹽指數(shù)、水深和總?cè)芙夤腆w對(duì)底棲動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種影響較大，顫蚓與刺鋏長足搖蚊受環(huán)境因子的影響較為相似，同高錳酸鹽指數(shù)呈顯著正相關(guān)關(guān)系，同總氮質(zhì)量濃度呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系；黃色羽搖蚊同水深呈顯著正相關(guān)關(guān)系，同總?cè)芙夤腆w總量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系；梨形環(huán)棱螺受環(huán)境因子影響較小，與環(huán)境因子沒有明顯的相關(guān)性。

圖4 長蕩湖底棲動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種RDA分析

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié) 論

(1)長蕩湖2018年度底棲動(dòng)物主要以搖蚊幼蟲為主，共鑒定出搖蚊幼蟲7種，占總種類數(shù)的一半以上，密度方面也是搖蚊幼蟲占比最高，所有種類搖蚊幼蟲密度總和占總密度的64.01%，其中密度排在前2位的刺鋏長足搖蚊和黃色羽搖蚊的密度分別為409 ind./m2和345 ind./m2，分別占總密度的22.2%和18.75%。生物量方面除去個(gè)體較大的軟體動(dòng)物，也是搖蚊幼蟲占比較高。黃色羽搖蚊和刺鋏長足搖蚊也是湖區(qū)常見種和優(yōu)勢(shì)種。

(2)根據(jù)長蕩湖底棲動(dòng)物分布可以看出，在各個(gè)季度中，密度和生物量最高值均出現(xiàn)在長蕩湖的東北部區(qū)域，空間格局較為一致，而在湖區(qū)中部區(qū)域，密度和生物量均較低。這種密度、生物量空間分布格局與長蕩湖的地理位置以及功能區(qū)劃有密切關(guān)系，長蕩湖的中部區(qū)域，大部分為長蕩湖資源保留區(qū)以及漁業(yè)資源繁保區(qū)，區(qū)域功能性作用明顯，原因可能是長蕩湖近幾年養(yǎng)殖圍網(wǎng)拆除后，人類停止投放餌料，魚類轉(zhuǎn)而捕食底棲動(dòng)物，抑制了底棲動(dòng)物的生長繁殖。周邊沿岸區(qū)域受人類活動(dòng)影響，人類生產(chǎn)生活加劇對(duì)湖區(qū)周邊水域的生態(tài)環(huán)境惡化，使污染指示種相對(duì)較多。

長蕩湖底棲動(dòng)物的年際變化，在秋、冬季，底棲動(dòng)物密度有所提高，寡毛類、搖蚊幼蟲的密度在各采樣點(diǎn)均有很大程度的增大，隨著溫度的升高，搖蚊幼蟲逐漸羽化成搖蚊成蟲后離開水體，密度開始下降。生物量方面變化相類似，但由于軟體動(dòng)物的特殊性，軟體動(dòng)物生物量所占比重過大，在各個(gè)季度均占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

(3)根據(jù)RDA多元統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，長蕩湖底棲動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種與水環(huán)境因子相關(guān)性較高，其中顫蚓和刺鋏長足搖蚊與水環(huán)境因子中的高錳酸鹽指數(shù)呈顯著正相關(guān)關(guān)系，黃色羽搖蚊與水環(huán)境因子中的氨氮質(zhì)量濃度呈正相關(guān)關(guān)系，高錳酸鹽指數(shù)與氨氮質(zhì)量濃度較高區(qū)域水質(zhì)指標(biāo)一般較差，水體存在富營養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)，顫蚓又屬于耐污種，說明長蕩湖部分區(qū)域污染較重。

4.2 建 議

長蕩湖水生態(tài)環(huán)境目前正處于一個(gè)關(guān)鍵階段，應(yīng)當(dāng)繼續(xù)進(jìn)行相關(guān)生態(tài)方面的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、治理，同時(shí)加強(qiáng)宣傳管理，減少污染源頭的擴(kuò)大化、嚴(yán)重化。在長蕩湖出湖河道北干河附近的水街有大量餐飲船，產(chǎn)生的污水、垃圾未能回收處理，對(duì)長蕩湖生態(tài)環(huán)境帶來了不利的影響。而湟里河和北干河是太湖的入湖河流，為避免對(duì)太湖的生態(tài)造成影響，因此建議在湟里河附近建立生態(tài)濕過濾系統(tǒng)等生態(tài)修復(fù)措施，加快水街的餐飲船整治[9-10]。

長蕩湖不僅作為金壇市的飲用水源地，又地處滆湖、太湖上游，對(duì)太湖流域的湖泊生態(tài)環(huán)境也有著很強(qiáng)的影響作用。近幾年，在各級(jí)政府和部門的大力推進(jìn)下，長蕩湖退漁還湖工作逐年推進(jìn)，收效明顯，希望同時(shí)加強(qiáng)退漁還湖區(qū)生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)和重建，從而發(fā)揮退漁還湖的最大生態(tài)效益。