阿什河春季不同河段大型底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子1)

董雪　蔡艷　賈銘宇　劉曼紅

(東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱，150040)

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阿什河春季不同河段大型底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子1)

董雪蔡艷賈銘宇劉曼紅

(東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱，150040)

為比較阿什河不同河段大型底棲動(dòng)物的群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子，于2014年5月份對(duì)阿什河3個(gè)河段(森林段、農(nóng)田段、城市段)進(jìn)行了調(diào)查研究。共采集大型底棲動(dòng)物33種，隸屬2門2綱6目15科，其中，雙翅目種類最多，占總物種數(shù)的42.4%；其次為蜉蝣目，占總物種數(shù)的24.2%。優(yōu)勢(shì)種為小劃蝽(Sigarasubstriata)和Ameletusmontana，常見種為扁蜉(Ecdyrussp.1)和Baetidaesp.1。大型底棲動(dòng)物的密度、物種數(shù)和Margalef物種豐富度指數(shù)在3個(gè)河段中存在一定差異，即森林段最高，農(nóng)田段次之，城市段最小；多樣性指數(shù)(H′)為森林段最大，農(nóng)田段次之，城市段最小。單因素方差分析表明，水溫和氧化還原電位在不同河段間差異顯著，同時(shí)由相關(guān)性分析得出，水體總氮是影響大型底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的主要環(huán)境因子。

阿什河；大型底棲動(dòng)物；群落結(jié)構(gòu)；環(huán)境因子

In order to compare the macrobenthos community structure and environmental factors in three different segments (forest, farmland and city) of the Ashihe River in summer of 2014, thirty-three species were collected from 15 family, 6 order, 2 class and 2 phylum. The number of Diptera species were highest, accounting for 42.4% of the total species, while Ephemeroptera accounting for 24.2%. The dominant species areSigarasubstriataandAmeletusmontanus,Baetidaesp.1. The species number, species densities, and Margalef abundance index of Macrobenthos are significantly difference in the three segments. The forest segment was highest, farmland segment less and city segment lest. By one-way analysis of variance, the water temperature was the main environmental factor to affect the macrobenthos community structure, and the total nitrogen was the main environmental factor for influencing macrobenthos community structure with the correlation analysis.

隨著人口的增加和經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，土地利用、農(nóng)林業(yè)活動(dòng)、城市化和水利工程建設(shè)等人類活動(dòng)對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)施加了很強(qiáng)的脅迫，加速了不同時(shí)間尺度內(nèi)的物理過程、化學(xué)過程和生物過程的進(jìn)程，打破了河流的自然生態(tài)過程和動(dòng)態(tài)平衡，造成了河岸植被的損失、外來物種的增加和本地生物群落的退化，使得生物多樣性發(fā)生很大的改變，河流生態(tài)條件遭到嚴(yán)重破壞[1-2]。大型底棲動(dòng)物作為河流生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，在多個(gè)方面起著重要的作用。如改變沉積物的理化性質(zhì)，促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)，在食物網(wǎng)能量流動(dòng)中起著重要的作用[3]。另外，由于大型底棲動(dòng)物生活史較長(zhǎng)，活動(dòng)范圍小，且對(duì)環(huán)境變化較敏感，其種類組成和群落特征也常用于環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)[4]。近些年由于河流水環(huán)境的不斷惡化，淡水動(dòng)物多樣性迅速降低，其滅絕速率可達(dá)陸地動(dòng)物滅絕速率的5倍[4-5]。大型底棲動(dòng)物作為其重要組成部分也受到了嚴(yán)重影響[6-7]。

文中對(duì)阿什河不同河段(森林段、農(nóng)田段、城市段)的大型底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)以其主要環(huán)境因子進(jìn)行比較分析，找出與阿什河大型底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)變化相關(guān)的關(guān)鍵環(huán)境變量，該研究為該區(qū)域的土地利用管理和阿什河的生態(tài)恢復(fù)提供依據(jù)。

1　研究地概況

阿什河是松花江干流右岸的一條一級(jí)支流，發(fā)源于尚志市大青山的南麓，流域經(jīng)過五常市、哈爾濱市，于哈爾濱水泥廠附近注入松花江。阿什河干流總長(zhǎng)度為213 km，流域總面積為3 581 km2。阿什河流域(127°37′42″～127°37′45″E，45°49′15″～45°96′15″N)北以松花江的干流為界，南與牟牛河(拉林河支流)相鄰，東是螞蟻河，西為馬家溝河。上游為高山森林，土壤為山地棕壤土；中下游的丘陵平原大多為黑土，屬于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)。流域內(nèi)森林覆蓋率為31%，山地面積占51.8%，平原占33.2%，丘陵占15%[8]。

2　材料與方法

2.1采樣點(diǎn)環(huán)境

從阿什河源頭到入松花江口，根據(jù)土地利用方式的不同，劃分為3個(gè)河段進(jìn)行研究，即上游森林段、中游農(nóng)田段和下游城市段，共設(shè)置11個(gè)采樣點(diǎn)(表1)。上游森林段設(shè)置5個(gè)樣點(diǎn)(S1～S5)，分別為尖砬子溝、十號(hào)橋、老爺嶺、三號(hào)橋、二號(hào)橋，上游段河水清澈見底，水流較急，河底以圓石和小鵝卵石為主，岸邊主要以高大喬木和灌木植被覆蓋居多[9]；中游農(nóng)田段設(shè)置3個(gè)樣點(diǎn)(S6～S8)，分別為平山1號(hào)、平山2號(hào)、平山3號(hào)，中游農(nóng)田段水流平緩，水淺，河底砂粒成分較多，圓石較少，岸邊植被多為灌木和濕地植物；下游城市段設(shè)置3個(gè)樣點(diǎn)(S9～S11)，分別為水泥廠1號(hào)、水泥廠2號(hào)、水泥廠3號(hào)。下游河段在入松花江口水泥廠下游，該采集點(diǎn)受工業(yè)廢水污染大，水流幾近為靜水，水體發(fā)黑發(fā)臭。

表1　阿什河不同河段采樣點(diǎn)地理坐標(biāo)

2.2大型底棲動(dòng)物樣品采集與處理

采樣于2014年5月份(春季)進(jìn)行，根據(jù)研究地環(huán)境特點(diǎn)，樣品來自于不同小生境，利用定量和定性相結(jié)合的方法進(jìn)行。定量采集的工具主要有索伯網(wǎng)(Sober)(0.3 m×0.3 m，40目尼龍紗)和彼得生采泥器(Peterson grab，1/16 m2)；定性采集主要有D-型紗網(wǎng)(直徑0.3 m，40目尼龍紗)。每個(gè)采樣點(diǎn)取3個(gè)平行樣，將收集到的大型底棲動(dòng)物樣品進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)挑揀，用10%福爾馬林溶液保存，然后帶回實(shí)驗(yàn)室對(duì)樣本進(jìn)行整理歸類。物種鑒定借鑒Morse et al.[10]、Merritt et al.[11]和周長(zhǎng)發(fā)[12]的方法，并計(jì)數(shù)。

2.3水體理化指標(biāo)的測(cè)定與數(shù)據(jù)處理

每次取樣時(shí)利用HANNA公司生產(chǎn)的Hi8424型酸度計(jì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量pH值、水溫、氧化-還原電位、水深、水面寬等理化指標(biāo)。現(xiàn)場(chǎng)采集水樣帶回實(shí)驗(yàn)室測(cè)量總氮和總磷。總氮利用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測(cè)定(GB 11894-89)，水體總磷采用鉬酸銨分光光度法測(cè)定(GB 11893-1989)。物種多樣性及生物指數(shù)采用物種優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(Y)[13]、Margalef物種豐富度指數(shù)(dM)[14]、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H′)[15]進(jìn)行分析。具體計(jì)算公式如下:

Y=Pi×fi。

dM=(S-1)/lnN。

本文通過對(duì)中交匯通橫琴?gòu)V場(chǎng)項(xiàng)目的BIM應(yīng)用進(jìn)行了基本功能分析，從而驗(yàn)證了基于模型的建造的可行性，切實(shí)達(dá)到了成本節(jié)約、管理提升、技術(shù)提升、數(shù)據(jù)積累、品牌提升等效果，也拓展了今后BIM技術(shù)在工程施工中的應(yīng)用道路。

H′=﹣∑PilnPi，其中Pi=ni/N。

式中：Pi為種i的個(gè)體數(shù)占總個(gè)體數(shù)的比例；n為種i的個(gè)體數(shù)；N為所有種的個(gè)體總數(shù)；fi為該種出現(xiàn)的樣點(diǎn)數(shù)與總樣點(diǎn)數(shù)之比的百分?jǐn)?shù)；S為總種數(shù)。當(dāng)Y>0.02時(shí)，該種即為優(yōu)勢(shì)種。

數(shù)據(jù)在Excel中統(tǒng)計(jì)，分析各采樣點(diǎn)的大型底棲動(dòng)物種類、密度和生物指數(shù)等。

3　結(jié)果與分析

3.1不同河段理化因子

對(duì)阿什河不同河段大型底棲動(dòng)物所處的環(huán)境進(jìn)行比較分析(表2)，農(nóng)田段總磷((0.16±0.01)mg·L-1)、總氮((1.97±0.49)mg·L-1)質(zhì)量濃度較高。森林段是阿什河的源頭，樹木繁密多為高大喬木，對(duì)陽光的遮蔽性好，水溫較低；農(nóng)田段河流多為敞水面，兩岸植被較少，水體較淺，水體溫度比森林段高；城市段水域開闊，并且水體較深，水體溫度低于農(nóng)田段，為(11.17±0.76)℃。pH值的差異性不大。森林段河段水體氧化還原能力高于其他河段，城市段水質(zhì)污染嚴(yán)重，水體氧化還原能力最弱。單因素方差分析表明，3個(gè)河段之間，總磷質(zhì)量濃度、總氮質(zhì)量濃度、pH值不存在顯著差異(P>0.05)，但是溫度和氧化還原電位在不同河段間差異極其顯著(P<0.001)。

表2　阿什河不同河段理化因子及其單因素方差分析

注：表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差；*表示存在顯著差異(P<0.01)。

3.2阿什河大型底棲動(dòng)物種類組成及優(yōu)勢(shì)種

如表3所示，本次調(diào)查共采集到大型底棲動(dòng)物33種，隸屬2門(節(jié)肢動(dòng)物門、環(huán)節(jié)動(dòng)物門)2綱6目15科，其中雙翅目種類最多，占總物種數(shù)的42.4%，主要以搖蚊屬居多，占雙翅目種類數(shù)的57.1%；其次為蜉蝣目種類，占總物種數(shù)的24.2%，大部分為節(jié)肢動(dòng)物，環(huán)節(jié)動(dòng)物次之；顫蚓目種類占總物種數(shù)的18.2%；最少為半翅目、毛翅目和襀翅目。以優(yōu)勢(shì)度Y>0.02為判別標(biāo)準(zhǔn)，阿什河大型底棲動(dòng)物的優(yōu)勢(shì)種為小劃蝽(Sigarasubstriata)和短絲蜉科一種，為Ameletusmontana。

表3　阿什河大型底棲動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種與分布

注：+++表示平均密度≥100個(gè)·m-2；++表示50個(gè)·m-2≤平均密度<100個(gè)·m-2；+表示平均密度<50個(gè)·m-2；-表示未出現(xiàn)該物種。

3.3不同河段大型底棲動(dòng)物密度

阿什河3個(gè)河段大型底棲動(dòng)物不同生物群落密度存在一定差異(表4)，單因素方差分析表明，半翅目密度差異最為顯著，并只存在于農(nóng)田段，其密度為(408.9±106.9)個(gè)·m-2；毛翅目和蜉蝣目為森林段河流的典型生物群落，兩種生物群落在阿什河的森林段和農(nóng)田段都出現(xiàn)，毛翅目分別為(2.6±1.9)、(1.1±1.0)個(gè)·m-2，蜉蝣目分別為(94.6±41.2)、(37.7±18.3)個(gè)·m-2；襀翅目密度為(1.3±0.9)個(gè)·m-2，只出現(xiàn)在森林段；在城市段只發(fā)現(xiàn)顫蚓目，密度為(32±16)個(gè)·m-2。大型底棲動(dòng)物的密度在農(nóng)田段最高，為(457.7±262.5)個(gè)·m-2，城市段最小，僅為(26.7±15.1)個(gè)·m-2。

表4　阿什河不同河段大型底棲動(dòng)物密度　個(gè)·m-2

注：表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差；*表示存在顯著差異(P<0.05)。

3.4不同河段大型底棲動(dòng)物多樣性

如表5所示，大型底棲動(dòng)物的Margalef物種豐富度指數(shù)(dM)和Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H′)均在森林段、農(nóng)田段、城市段逐次遞減。根據(jù)單因素方差分析結(jié)果，H′、dM在阿什河不同區(qū)域存在顯著差異(P<0.05)。森林段H′、dM分別為1.83±0.56和1.46±0.71；農(nóng)田段相比森林段H′、dM明顯降低，分別為0.58±0.19和0.93±0.50；城市段H′、dM最小。

表5　阿什河不同河段大型底棲動(dòng)物多樣性指數(shù)

注：表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差；*為存在顯著差異(P<0.05)。

3.5大型底棲動(dòng)物與環(huán)境因子的關(guān)系

本研究還對(duì)阿什河大型底棲動(dòng)物物種數(shù)、密度、H′、dM與環(huán)境因子的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行分析(表6)，結(jié)果顯示，Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H′)與總氮質(zhì)量濃度、溫度均呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)(|R|>0.5)，Margalef物種豐富度指數(shù)(dM)與總氮質(zhì)量濃度呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)(|R|>0.5)；大型底棲動(dòng)物密度、物種數(shù)與環(huán)境因子沒有顯著的相關(guān)性(|R|<0.5)。

表6　大型底棲動(dòng)物與環(huán)境因子的相關(guān)系數(shù)

注：*表示存在顯著相關(guān)(|R|>0.5)。

4　結(jié)束語

大型底棲動(dòng)物的多樣性及群落特征受水環(huán)境和底質(zhì)環(huán)境的影響[16]，阿什河自上游、中游至下游，由于底質(zhì)和水文條件的不同，導(dǎo)致大型底棲動(dòng)物的多樣性呈現(xiàn)差異。阿什河森林段采集到的大型底棲動(dòng)物中，主要以雙翅目種類為主，其次為毛翅目、襀翅目和蜉蝣目。通常毛翅目、襀翅目和蜉蝣目是喜急流和潔凈水體并對(duì)水質(zhì)是最敏感的水生生物類群[17，23]。森林河段屬于山地溪流，水流湍急，水中溶解氧充足，水質(zhì)潔凈，底質(zhì)多為圓石、漂礫[16，21]。因此，在森林段的大型底棲動(dòng)物群落中，EPT昆蟲往往成為優(yōu)勢(shì)類群[18-21，23]。而森林段大型底棲動(dòng)物類群中，雙翅目、毛翅目、蜉蝣目為主要類群，其中雙翅目種類占總物種數(shù)的42.4%。這與國(guó)內(nèi)許多學(xué)者對(duì)山地溪流中大型底棲動(dòng)物群落特征及多樣性的研究結(jié)果相似。而阿什河中游農(nóng)田河段受氮、磷排放的影響，水體中營(yíng)養(yǎng)鹽物質(zhì)增加，大型底棲動(dòng)物群落多樣性降低，物種數(shù)也明顯較森林段少。而近年來，隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，大量工業(yè)廢水和生活污水直接排入河中，致使阿什河下游城市段河流水質(zhì)急劇下降，污水導(dǎo)致富營(yíng)養(yǎng)化超標(biāo)。從阿什河城市段大型底棲動(dòng)物群落看，全部為顫蚓目的大型底棲動(dòng)物。有資料表明，當(dāng)群落受到嚴(yán)重程度污染時(shí)，豐度和生物量呈現(xiàn)不均等程度的減弱[23]。

環(huán)境因子對(duì)大型底棲動(dòng)物的影響是一個(gè)十分復(fù)雜的問題，不僅因?yàn)榄h(huán)境因子眾多，而且各個(gè)環(huán)境因子對(duì)底棲動(dòng)物的影響也不是完全一致。文中在對(duì)環(huán)境因子與底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的相互關(guān)系進(jìn)行研究時(shí)，通常是將這些因素分開考慮。但是環(huán)境與生物之間的相互影響是一個(gè)復(fù)雜的問題，環(huán)境因子對(duì)生物的影響并不是簡(jiǎn)單的數(shù)個(gè)單獨(dú)環(huán)境因子對(duì)生物影響的總和。阿什河不同河段大型底棲動(dòng)物群落差異主要是受到各種環(huán)境的干擾引起，因此，加強(qiáng)工業(yè)和生活污水及氮磷排放，對(duì)改善生態(tài)環(huán)境以及河流的生態(tài)治理具有重要意義。

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Macrobenthos Community Structure and Environmental Factors in Summer in Different Segment of Ashihe River//

Dong Xue, Cai Yan, Jia Mingyu, Liu Manhong

(Northeast Forestry University, Harbin 150040, P. R. China)//Journal of Northeast Forestry University，2016,44(1)：90-93.

Ashihe River； Macrobenthos； Community structure; Environmental factors

董雪，女，1989年12月生，東北林業(yè)大學(xué)野生動(dòng)物資源學(xué)院，碩士研究生。E-mail：dxue1214@163.com。

劉曼紅，東北林業(yè)大學(xué)野生動(dòng)物資源學(xué)院，副教授。 E-mail：liumh213@aliyun.com。

2015年9月2日。

X824

1)中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金項(xiàng)目(2013CAQ01)。

責(zé)任編輯：任俐。