上海市河道底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子的關(guān)系

趙風(fēng)斌，陳萍萍，徐后濤，張瑋，馮立輝，王麗卿*

1.上海海洋大學(xué)水產(chǎn)與生命學(xué)院，上海 201306；2. 上海中僑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，上海 201540

上海市河道底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子的關(guān)系

趙風(fēng)斌1，陳萍萍2，徐后濤1，張瑋1，馮立輝1，王麗卿1*

1.上海海洋大學(xué)水產(chǎn)與生命學(xué)院，上海 201306；2. 上海中僑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，上海 201540

為研究上海市河道底棲動(dòng)物的空間分布、指示物種及其與環(huán)境因子的相互關(guān)系，對(duì)上海市8區(qū)縣河道的總氮（TN）、總磷（TP）、高錳酸鹽指數(shù)（CODmn）、酸堿度（pH）、溫度（t）、溶解氧（DO）、葉綠素a（Chla）、鹽度（Sal）等8個(gè)常見(jiàn)的環(huán)境因子進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，并對(duì)底棲動(dòng)物的空間分布、種類數(shù)、生物量開(kāi)展調(diào)查與數(shù)據(jù)分析。結(jié)果表明：不同種類的底棲動(dòng)物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性及敏感型不同，8種環(huán)境因子中pH、溶解氧、總氮、鹽度對(duì)底棲動(dòng)物種類的影響較大，是影響河道底棲動(dòng)物空間分布及生物量的主要影響因子；霍甫水絲蚓（Limnodrilus hoffmeisteri）、蘇氏尾腮蚓（Branchiura sowerbyi）、巨毛水絲蚓（Limnodrilus grandisetosus Nomura）與總氮、總磷、高錳酸鹽指數(shù)、葉綠素a相關(guān)性較大，是上海市河道水體重度富營(yíng)養(yǎng)化的指示物種；疣吻沙蠶（Tylorrhynchus heterochaetus）、鋸齒新米蝦（Neocaridina denticulatedenticulata）、日本旋卷裸蠃蜚（CurupHiurn volurutur）與水體溶解氧顯著相關(guān)，與總氮、總磷、高錳酸鹽指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)，可以作為上海市河道水體輕度污染的指示物種；環(huán)境因子對(duì)底棲動(dòng)物的影響是多因子影響的綜合反應(yīng)，不同環(huán)境因子的交互影響決定了底棲動(dòng)物的空間分布和生物量，因此，底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)和空間分布對(duì)環(huán)境因子具有直觀的反映作用。

河道；底棲動(dòng)物；群落結(jié)構(gòu)；空間分布；環(huán)境因子

ZHAO Fengbin， CHEN Pingping， XU Houtao， ZHANG Wei， FENG Lihui， WANG Liqing. The Community structure and their relationships of zoobenthos with environmental factors in Shanghai urban rivers ［J］. Ecology and Environmental Sciences， 2016，25（8）: 1361-1368.

上海市地勢(shì)比較平坦，市內(nèi)河網(wǎng)相互交錯(cuò)，各水系縱橫相接，內(nèi)陸水域主要以黃浦江、蘇州河水系為主干，與眾多中小河道形成了上?？v橫交織的網(wǎng)狀水系，屬于典型的平原感潮河網(wǎng)水系，受到上游來(lái)水和東海潮汐作用的雙面影響（陳美發(fā)，2013；肖群，2009）。隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展以及城市化進(jìn)程的加快，上海市的河網(wǎng)水系遭到嚴(yán)重的污染，同時(shí)上海對(duì)環(huán)境的保護(hù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于其社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，導(dǎo)致環(huán)境日益惡化，水體黑臭現(xiàn)象日益嚴(yán)重。

近年來(lái)，相關(guān)部門(mén)對(duì)上海市河道的污染治理及維護(hù)投入了大量的人力、物力及財(cái)力。自1998年開(kāi)始，相繼啟動(dòng)了蘇州河綜合整治、四輪環(huán)境保護(hù)三年行動(dòng)計(jì)劃、“三港一城”、萬(wàn)河整治行動(dòng)及“十五”和“十一五”兩個(gè)五年計(jì)劃，加大了河道水環(huán)境的整治力度（盧智靈等，2009；左倬等，2012）。經(jīng)過(guò)各方努力，基本上消除了大部分河道水體黑臭的情況，目前治理重心主要集中在水質(zhì)穩(wěn)定與生態(tài)恢復(fù)方面，而在生態(tài)恢復(fù)中對(duì)水生植物及底棲動(dòng)物的恢復(fù)是主要的工作重點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外有關(guān)水生植物的恢復(fù)與監(jiān)測(cè)研究較多，國(guó)內(nèi)對(duì)于河道中底棲動(dòng)物的研究多集中在鑒定及分類學(xué)方面，而有關(guān)底棲動(dòng)物對(duì)環(huán)境的指示作用及保護(hù)與恢復(fù)方面的研究較少。

底棲動(dòng)物（zoobenthos）是全部或大部分時(shí)間生活在水中的水生動(dòng)物種群（任海慶等，2015），其種類繁多，既包括對(duì)惡劣環(huán)境抗性很強(qiáng)的種類，也包括對(duì)環(huán)境變化極為敏感的物種。底棲動(dòng)物能夠相對(duì)準(zhǔn)確客觀地反映水體的質(zhì)量變化，能夠成為水體質(zhì)量變化的理想監(jiān)測(cè)者。因此，底棲動(dòng)物被廣泛認(rèn)為是河流生態(tài)系統(tǒng)健康的指示生物之一（Niemi et al.，2004；王備新等，2005）。對(duì)于底棲動(dòng)物與環(huán)境因子之間的關(guān)系，一些研究者已經(jīng)做過(guò)研究：張志南等（1990）在1990年就開(kāi)始研究底棲動(dòng)物與環(huán)境因子的關(guān)系，其后厲紅梅等（2003）、蔣萬(wàn)祥等（2009）、張艷等（2009）研究者分別研究了不同水體中底棲動(dòng)物與環(huán)境因子的關(guān)系，并以此來(lái)指示不同的生境特征。但這些研究主要集中于某個(gè)特定個(gè)例水體，而對(duì)于城市或者流域的底棲動(dòng)物的研究尚少。本研究對(duì)上海8區(qū)的8條中小型河道的底棲動(dòng)物進(jìn)行生態(tài)調(diào)查，調(diào)查河道底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)特征，分析其與環(huán)境因子的關(guān)系，篩選出適用于評(píng)價(jià)上海市河道水環(huán)境質(zhì)量的底棲動(dòng)物評(píng)價(jià)指標(biāo)，以期為上海市河道的水質(zhì)及生態(tài)健康評(píng)價(jià)提供技術(shù)及數(shù)據(jù)支撐。

1　材料與方法

1.1采樣站點(diǎn)

本研究選取的8條中小型河道分別是閘北區(qū)的徐家宅河、閔行區(qū)的友誼河、青浦區(qū)的中橫港、崇明縣的琵鷺河、奉賢區(qū)的新陸港、金山區(qū)的勇敢河、寶山區(qū)的毛家塘、嘉定區(qū)的瞿門(mén)河（圖1）。

圖1　上海市8條河道底棲動(dòng)物采樣點(diǎn)分布示意圖Fig. 1　Distribution diagram of the eight urban rivers in Shanghai

采樣點(diǎn)環(huán)境特征如表1所示，徐家宅的采樣區(qū)域位于閘北區(qū)彭浦鎮(zhèn)，全長(zhǎng)約1.1 km。友誼河位于閔行區(qū)浦江鎮(zhèn)的中部偏北，江月路南側(cè)，浦星公路至新匯路段，長(zhǎng)3.33 km。中橫港是位于青浦中心城區(qū)的一條河道，為南北走向，南起公園東路橋，北至界涇港，河道全長(zhǎng)約0.7 km。琵鷺河位于崇明島東部，采樣區(qū)域東起規(guī)劃漲水洪，西至北陳公路，調(diào)查河道總長(zhǎng)約1.95 km。新陸港位于奉賢區(qū)柘林鎮(zhèn)，總體呈東西直線形走向，采樣河道總長(zhǎng)0.96 km。勇敢河位于金山廊下鎮(zhèn)勇敢村，河道長(zhǎng)度2.26 km。毛家塘采樣范圍為荻涇到隨塘河之間的河段，長(zhǎng)度約2.2 km。瞿門(mén)河位于嘉定區(qū)外岡鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)（顧浦-吳塘），全長(zhǎng)約1.86 km。

根據(jù)河道的基本特點(diǎn)及河網(wǎng)分布情況，2015年5月，在每條河道設(shè)置3～4個(gè)采樣點(diǎn)，同時(shí)采集河水樣品。

1.2樣品采集、處理與鑒定

底棲動(dòng)物的樣品采集采用彼得生采泥器（開(kāi)口面積為1/16 m2），在每個(gè)采樣點(diǎn)分別采集底泥樣品2次，所采集的樣品經(jīng)混合后放入孔徑為0.45 mm的篩網(wǎng)中清洗，將清洗后的樣品裝入聚乙烯瓶中，加入5%福爾馬林固定，然后將樣品帶回實(shí)驗(yàn)室。將樣品置于白磁盤(pán)中分揀，分揀后用75%的乙醇保存。利用解剖鏡、顯微鏡、電子天平對(duì)標(biāo)本進(jìn)行鑒定、計(jì)數(shù)、計(jì)重。最后把每個(gè)樣點(diǎn)采集的底棲動(dòng)物的個(gè)數(shù)和質(zhì)量轉(zhuǎn)換為單位面積的密度（ind?m-2）和生物量（g?m-2）（王麗卿等，2012）。樣品的鑒定參照國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)（趙文，2005；Morse et al.，1994；Semetnoy，2004）。

在底棲動(dòng)物采樣的同時(shí)，用便攜式Y(jié)SI多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀測(cè)定水體的水溫（t）、溶解氧（DO）、鹽度（Sal）、pH等水質(zhì)指標(biāo)。其他水質(zhì)理化指標(biāo)：總氮（TN）、總磷（TP）、高錳酸鹽指數(shù)（CODmn）葉綠素a（Chla）的測(cè)定則通過(guò)不銹鋼采水器采集水樣運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室后于24 h內(nèi)測(cè)定。測(cè)定方法按照《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》（中國(guó)國(guó)家環(huán)保局，2006）。

表1　上海市河道底棲動(dòng)物采樣點(diǎn)的環(huán)境特征Table 1　The environmental features of the eight urban rivers in Shanghai

1.3數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，采用Origin進(jìn)行基本作圖，采用Canoco for windows 4.5中的典范對(duì)應(yīng)分析（Canonical correspondence analysis，CCA）和冗余分析（Redundancy analysis，RDA）進(jìn)行底棲動(dòng)物與環(huán)境因子的關(guān)系分析。

圖2　上海市8條河道環(huán)境因子的空間分布Fig. 2　Spatial changes of environmental factors in 8 Shanghai urban rivers

2　結(jié)果與分析

2.1上海市8條河道環(huán)境因子的空間分布差異

通過(guò)對(duì)上海市8條河道的環(huán)境因子分析監(jiān)測(cè)（圖2），發(fā)現(xiàn)因河道長(zhǎng)度、寬度、深度、河道功能及周邊環(huán)境的不同，水體的各項(xiàng)理化因子具有一定的差異性，具體表現(xiàn)為：

TN質(zhì)量濃度在8條河道之間存在顯著差異（P＜0.05），其中，崇明縣琵鷺河除與閔行區(qū)友誼河之間差異不顯著外（P＞0.05），與其他6條河道均存在顯著差異（P＜0.05）；閔行區(qū)友誼河與金山區(qū)勇敢河、崇明縣琵鷺河之間差異不顯著（P＞0.05），與其它5條河道均存在顯著差異（P＜0.05）；金山區(qū)勇敢河與閔行區(qū)友誼河存在顯著差異（P＜0.05）。TN質(zhì)量濃度最高的是奉賢區(qū)新陸港，為（6.81±1.04）mg?L-1，最低的是崇明縣琵鷺河，為（2.07±0.85）mg?L-1，其余各區(qū)依次是閘北區(qū)徐家宅（5.8±2.59）mg?L-1、寶山區(qū)毛家塘（5.52±0.51）mg?L-1、嘉定區(qū)瞿門(mén)河（5.43± 1.83）mg?L-1、青浦區(qū)中橫港（5.17±0.73）mg?L-1、金山區(qū)勇敢河（4.5±1.29）mg?L-1、閔行區(qū)友誼河（2.69±1.61）mg?L-1。

TP質(zhì)量濃度在8條河道之間的差異不顯著（P＞0.05），但嘉定區(qū)瞿門(mén)河與寶山區(qū)毛家塘、崇明縣琵鷺河、閔行區(qū)友誼河之間存在極顯著性差異（P＜0.01），與金山區(qū)勇敢河存在顯著差異（P＜0.05），其中TP質(zhì)量濃度最高的是嘉定區(qū)瞿門(mén)河，為（0.93±0.65）mg?L-1，最低的是崇明縣琵鷺河，為（0.23±0.14）mg?L-1，其余各區(qū)依次是奉賢區(qū)新陸港（0.54±0.36）mg?L-1、青浦區(qū)中橫港（0.53±0.37）mg?L-1、閘北區(qū)徐家宅（0.5±0.08）mg?L-1、金山區(qū)勇敢河（0.46±0.17）mg?L-1、寶山區(qū)毛家塘（0.34±0.18）mg?L-1、閔行區(qū)友誼河（0.27±0.13）mg?L-1。

DO在8條河道之間差異不顯著（P＞0.05），崇明縣琵鷺河與青浦區(qū)中橫港、嘉定區(qū)瞿門(mén)河、閘北區(qū)徐家宅之間存在顯著差異（P＜0.05）。其中，DO最高的是崇明縣琵鷺河，為（8.48±2.8）mg?L-1，最低的是閘北區(qū)徐家宅，為（3.62±1.33）mg?L-1，其余各區(qū)依次是金山區(qū)勇敢河（7.04±2.3）mg?L-1、寶山區(qū)毛家塘（6.11±2.36）mg?L-1、閔行區(qū)友誼河（5.75±3.66）mg?L-1、奉賢區(qū)新陸港（5.66±2.29）mg?L-1、嘉定區(qū)瞿門(mén)河（4.67±1.9）mg?L-1、青浦區(qū)中橫港（4.39±1.73）mg?L-1。

Chl a質(zhì)量濃度在8條河道之間存在極顯著差異（P＜0.01），寶山區(qū)毛家塘與閔行區(qū)友誼河均與其它7條河道存在極顯著差異（P＜0.01）。其中，質(zhì)量濃度最高的是青浦區(qū)中橫港，為（0.43±0.08）mg?L-1，最低的是閔行區(qū)友誼河，為（0.04±0.04）mg?L-1，其余各區(qū)依次是金山區(qū)勇敢河（0.42±0.04）mg?L-1、嘉定區(qū)瞿門(mén)河（0.42±0.08）mg?L-1、奉賢區(qū)新陸港（0.41±0.06）mg?L-1、崇明縣琵鷺河（0.37±0.02）mg?L-1、閘北區(qū)徐家宅（0.36±0.06）mg?L-1、寶山區(qū)毛家塘（0.18±0.02）mg?L-1。

CODmn質(zhì)量濃度在8條河道之間存在顯著差異（P＜0.05）。其中，閘北區(qū)徐家宅與青浦區(qū)中橫港、寶山區(qū)毛家塘、崇明縣琵鷺河存在極顯著性差異（P＜0.01），與閔行區(qū)友誼河存在顯著差異（P＜0.05）；金山區(qū)勇敢河與寶山區(qū)毛家塘、崇明縣琵鷺河存在顯著差異（P＜0.05），嘉定區(qū)瞿門(mén)河與寶山區(qū)毛家塘、崇明縣琵鷺河存在顯著差異（P＜0.05）。CODmn質(zhì)量濃度最高的是閘北區(qū)徐家宅，為（18.19±1.83）mg?L-1，最低的是寶山區(qū)毛家塘，為（9.22±2.38）mg?L-1。

Sal在8條河道之間存在極顯著差異（P＜0.01）。其中寶山區(qū)毛家塘與其他7條河道之間存在顯著差異（P＜0.01），崇明縣琵鷺河與閔行區(qū)友誼河之間存在顯著差異（P＜0.05）。Sal最高的是崇明縣琵鷺河，為（0.44±0.14）mg?L-1，最低的是寶山區(qū)毛家塘，為（0.17±0.03）mg?L-1，其余各區(qū)依次是青浦區(qū)中橫港（0.43±0.08）mg?L-1、金山區(qū)勇敢河（0.42±0.04）mg?L-1、奉賢區(qū)新陸港（0.42±0.08）mg?L-1、嘉定區(qū)瞿門(mén)河（0.41±0.06）mg?L-1、閘北區(qū)徐家宅（0.33± 0.07）mg?L-1、閔行區(qū)友誼河（0.32±0.05）mg?L-1。

pH在8條河道之間差異不顯著（P＞0.05），但是，金山區(qū)勇敢河與青浦區(qū)中橫港、奉賢區(qū)新陸港、閔行區(qū)友誼河之間存在顯著差異（P＜0.05）。其中，pH最高的是金山區(qū)勇敢河，為（8.35±0.37），最低的是青浦區(qū)中橫港，為（7.82±0.31），其余各區(qū)依次是崇明縣琵鷺河（8.18±0.29）、閘北區(qū)徐家宅（8.05±0.4）、嘉定區(qū)瞿門(mén)河（7.92±0.53）、寶山區(qū)毛家塘（7.9±0.19）、奉賢區(qū)新陸港（7.84±0.14）、閔行區(qū)友誼河（7.84±0.2）。

t在8條河道之間差異不顯著（P＞0.05），除琵鷺河外，其他河道基本在16 ℃左右。

表2　前2個(gè)排序軸與環(huán)境因子之間的關(guān)系Table 2　Relationship between the environmental factors and first two axes in Shanghai rivers

表3　RDA分析中底棲動(dòng)物物種代碼Table 3　CODmnes of zoobenthos species for RDA

2.2底棲動(dòng)物密度與環(huán)境因子的關(guān)系

底棲動(dòng)物物種密度DCA排序結(jié)果顯示，前兩個(gè)排序軸的梯度長(zhǎng)度分別為2.630、2.396，因此，更適合用線性模型排序方法RDA進(jìn)行分析。前兩個(gè)排序軸的特征值分別為0.093、0.067，前兩個(gè)環(huán)境因子軸與物種軸之間的相關(guān)系數(shù)分別為0.762、0.715，說(shuō)明本次排序能夠較好地反映底棲動(dòng)物密度與環(huán)境因子之間的關(guān)系。前兩個(gè)排序軸與環(huán)境因子間的相關(guān)系數(shù)見(jiàn)表2。物種軸1與DO、t的相關(guān)系數(shù)比其他環(huán)境因子要高，分別為0.568、-0.492，與DO呈正相關(guān)關(guān)系，與t呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。物種軸2與TN、pH的相關(guān)系數(shù)較高，分別為-0.380、0.343，與TN呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與pH呈正相關(guān)關(guān)系。

根據(jù)底棲動(dòng)物的相對(duì)密度和出現(xiàn)的頻率，選取14種底棲動(dòng)物進(jìn)行RDA分析，底棲動(dòng)物代碼見(jiàn)表3。底棲動(dòng)物密度與環(huán)境因子關(guān)系的排序見(jiàn)圖3。圖3表明，霍甫水絲蚓Limnodrilus hoffmeisteri、蘇氏尾鰓蚓Branchiura sowerbyi、巨毛水絲蚓Limnodrilus grandisetosus Nomura之間的夾角比較小，所以它們之間的相關(guān)關(guān)系較高；它們與TN、CODmn、TP、Chla之間的夾角較小，說(shuō)明它們與這些環(huán)境因子呈正相關(guān)關(guān)系；而與pH和DO方向相反，說(shuō)明它們與這些環(huán)境因子呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；與t的相關(guān)性很弱；可見(jiàn)這三類底棲動(dòng)物是污染指示種。疣吻沙蠶Tylorrhynchus heterochaetus、紅裸須搖蚊Propsilocerus akamusi、鋸齒新米蝦指名亞種Neocaridina denticulate denticulata、日本旋卷蜾蠃蜚CurupHiurn volurutur與Sal、DO、pH之間的夾角較小，說(shuō)明它們與這幾個(gè)環(huán)境因子呈正相關(guān)關(guān)系；與TN、CODmn、TP、Chla方向相反而呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；與t的相關(guān)性很小；可見(jiàn)此類底棲動(dòng)物數(shù)量隨著污染的加重而減少。扁舌蛭GlossipHonia complanata、德永雕翅搖蚊Glyptotendipes tokunagai、日本沼蝦Macrobrachium nipponense、光滑狹口螺Stenothyra glabra與pH、Sal、t之間的夾角較小，說(shuō)明它們與這些環(huán)境因子之間呈正相關(guān)關(guān)系，與其他幾個(gè)環(huán)境因子的相關(guān)性不大。黃色羽搖蚊Chironomus dorsalis與TN、CODmn、TP、Chla、t、pH呈正相關(guān)關(guān)系，與DO呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與Sal的相關(guān)性關(guān)系不大，可見(jiàn)黃色羽搖蚊屬比較耐污的種類。中國(guó)長(zhǎng)足搖蚊Tanypus chinensis、銅銹環(huán)棱螺Bellamya aeruginosa與DO之間的夾角較小，呈正相關(guān)關(guān)系，而與TN、CODmn、TP、Chla、t、pH方向相反且?jiàn)A角較大，呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與Sal的相關(guān)性不大。TN、CODmn、TP、Chla幾個(gè)環(huán)境因子的夾角較其他環(huán)境因子小，可見(jiàn)這4個(gè)環(huán)境因子間存在正相關(guān)性，且它們與DO、Sal呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。由于Sal和Chla的變化幅度較小，在主軸的作用較小。

圖3　上海市河道底棲動(dòng)物物種與環(huán)境因子的RDA排序圖Fig. 3　RDA biplot of zoobenthos species and environmental variables in Shanghai urban rivers

表4　前2個(gè)排序軸與環(huán)境因子之間的關(guān)系Table 4　Relationship between the environmental factors and first two axes in Shanghai rivers

2.3底棲動(dòng)物生物量與環(huán)境因子的關(guān)系

底棲動(dòng)物物種生物量DCA排序結(jié)果顯示，前兩個(gè)排序軸的梯度長(zhǎng)度分別為6.563、3.372，因此，更適合用單峰模型排序方法CCA進(jìn)行分析。前兩個(gè)排序軸的特征值經(jīng)分析依次是0.482、0.355，前兩個(gè)環(huán)境因子軸與物種軸之間的相關(guān)系數(shù)經(jīng)分析依次是0.834、0.823，表明本次排序能夠較好地反映底棲動(dòng)物生物量與環(huán)境因子之間的關(guān)系。前兩個(gè)排序軸和環(huán)境因子間的相關(guān)系數(shù)見(jiàn)表4。物種軸1與DO、Sal的相關(guān)系數(shù)比其他環(huán)境因子要高，分別為0.540、0.350，且呈正相關(guān)關(guān)系。物種軸2與TN、t的相關(guān)系數(shù)較高，分別為0.622、-0.380，與TN呈正相關(guān)關(guān)系，與t呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

根據(jù)底棲動(dòng)物的相對(duì)生物量和出現(xiàn)的頻率，選取25種底棲動(dòng)物進(jìn)行CCA分析，底棲動(dòng)物代碼見(jiàn)表5。底棲動(dòng)物生物量與環(huán)境因子之間的關(guān)系排序圖詳見(jiàn)圖4。由圖4可以看出，扁舌蛭、中國(guó)長(zhǎng)足搖蚊、紅裸須搖蚊、德永雕翅搖蚊、鋸齒新米蝦指名亞種位于第一象限，受Chla、DO影響較大?；舾λz蚓、巨毛水絲蚓、蘇氏尾鰓蚓、疣吻沙蠶、尖口圓扁螺Hippeutis cantori位于第二象限，受CODmn、TN、pH影響較大，同時(shí)與DO呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；其中霍甫水絲蚓所處樣點(diǎn)的環(huán)境特征為低DO以及高CODmn和TN。尖膀胱螺PHysa acuta、河蜆Corbicula fluminea位于第三象限，表明其所處樣點(diǎn)的環(huán)境特征為低DO及高TP；黃色羽搖蚊、光滑狹口螺、日本旋卷蜾蠃蜚、圓頂珠蚌Unio douglasiae、閃蜆Corbicula nitens位于第三象限，主要與Chla、DO呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，受pH、CODmn、TN、TP影響較大。日本沼蝦、梨形環(huán)棱螺Bellamya purificata、方形環(huán)棱螺Bellamya quadrata、橢圓蘿卜螺Radix swinhoei、淡水殼菜Limnoperna lacustris、楔形麗蚌Lamprotula bazini位于第四象限，表明其所處樣點(diǎn)的環(huán)境特征為高TP、t及低pH、CODmn、TN。

通過(guò)相關(guān)性分析可知，8種環(huán)境因子中pH、DO、TN、Sal對(duì)底棲動(dòng)物種類的影響較大，而其他指標(biāo)對(duì)其產(chǎn)生的影響較小，霍甫水絲蚓、蘇氏尾腮蚓、巨毛水絲蚓在營(yíng)養(yǎng)鹽濃度較高，環(huán)境惡劣的水體中具有更好的耐受性，與TN、TP、CODmn、Chla相關(guān)性較大。疣吻沙蠶、鋸齒新米蝦、日本旋卷裸蠃蜚與水體DO顯著相關(guān)，與TN、TP、CODmn呈顯著負(fù)相關(guān)，表明該物種對(duì)較差的生存環(huán)境耐受性較弱，適合在相對(duì)清潔的水體中生存。

表5　CCA分析中底棲動(dòng)物物種代碼Table 5　The species CODmnes of zoobenthos for CCA

圖4　上海市河道底棲動(dòng)物物種與環(huán)境因子的CCA排序圖

3　討論

底棲動(dòng)物生活在水中，水體中的營(yíng)養(yǎng)鹽含量與底棲動(dòng)物的種類及生物量具有密切關(guān)系。吳東浩等（2010）的研究表明，超標(biāo)的總氮、總磷導(dǎo)致底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)嚴(yán)重退化。本研究中霍甫水絲蚓、巨毛水絲蚓、蘇氏尾腮蚓等耐污物種多分布在總氮質(zhì)量濃度較高的水體中，其中蘇氏尾腮蚓的生物量最大，這與吳浩東等研究中的總氮超過(guò)1.141 mg?L-1時(shí)，底棲動(dòng)物群落出現(xiàn)退化的結(jié)論相吻合，而該區(qū)域水體中其他底棲動(dòng)物種群分布較少。Bourassa et al.（1995）研究發(fā)現(xiàn)無(wú)脊椎動(dòng)物的豐度隨著總磷質(zhì)量濃度變化而變化，本研究中長(zhǎng)足搖蚊、銅銹環(huán)棱螺生物量與TP具有較高的正相關(guān)，而鋸齒新米蝦、紅裸須搖蚊、疣吻沙蠶等與TP呈負(fù)相關(guān)性，表明TP質(zhì)量濃度的變化對(duì)底棲生物群落結(jié)構(gòu)具有顯著影響，這也與Duran（2006）對(duì)土耳其河道中磷酸鹽對(duì)底棲動(dòng)物的影響研究的結(jié)果基本一致。CODmn是水體中有機(jī)污染物含量高低的指標(biāo)之一，一些對(duì)水體污染敏感的底棲生物在有機(jī)污染較重的水體中，通常較難成活。本研究表明，在CODmn質(zhì)量濃度較高的水體中，底棲動(dòng)物物種數(shù)和生物量均較低，表明有機(jī)污染對(duì)底棲動(dòng)物的脅迫作用較大。劉祥等（2016）在淮河流域底棲動(dòng)物與環(huán)境因子相互關(guān)系的研究中發(fā)現(xiàn)當(dāng)CODmn質(zhì)量濃度達(dá)到168.56 mg?L-1時(shí)，底棲動(dòng)物種類及數(shù)量明顯減少，僅存在少量耐污種水絲蚓。本研究中的CODmn質(zhì)量濃度均值為12.47 mg?L-1，遠(yuǎn)低于劉祥等人的研究，但也出現(xiàn)了一定的脅迫現(xiàn)象，表明CODmn作為底棲動(dòng)物脅迫因子其迫害濃度較低，值得在今后的研究中設(shè)計(jì)單因子實(shí)驗(yàn)深入開(kāi)展研究。

溶解氧是影響底棲動(dòng)物分布的重要影響因子之一，不同種群對(duì)DO的需求不同。本研究中，疣吻沙蠶、紅裸須搖蚊、鋸齒新米蝦，日本螺卷蠃蜚與DO呈正相關(guān)，而霍甫水絲蚓、巨毛水絲蚓、蘇氏尾腮蚓等耐污種與DO呈負(fù)相關(guān)，這與Buss et al.（2002）提出的DO與底棲無(wú)脊椎動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的分布研究結(jié)果一致。Negi et al.（2013）研究了季節(jié)變化對(duì)底棲動(dòng)物的影響，提出溶解氧明顯影響底棲動(dòng)物的群落多樣性的觀點(diǎn)。本研究中崇明、金山、青浦等郊區(qū)河道周邊經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)落后，生活及工業(yè)污水下河較少，水體溶解氧較高，采集到的底棲生物種類及生物量均顯著高于市區(qū)河道，且以營(yíng)清水生活的物種為主，符合這一研究特征。陳小華（2013）以上海市河網(wǎng)底棲動(dòng)物作為生物評(píng)價(jià)基準(zhǔn)，提出了溶解氧是河道水質(zhì)評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)之一，本研究結(jié)果也印證了底棲動(dòng)物的空間分布及生物量與水體中的DO具有顯著相關(guān)性，從底棲生物的角度印證了DO在水質(zhì)評(píng)價(jià)中的重要作用。

pH值對(duì)底棲動(dòng)物有較大影響，研究表明pH值的大小影響底棲動(dòng)物的出生率和成活率，導(dǎo)致多樣性變化（Thomsen et al.，2002）。本研究表明，低pH的水體以霍甫水絲蚓、蘇氏尾腮蚓、巨毛水絲蚓為主要優(yōu)勢(shì)種，生物量也較大，而pH呈弱堿性的水體以疣吻沙蠶、紅裸須搖蚊、鋸齒新米蝦等物種為優(yōu)勢(shì)種，生物量較大。

底棲動(dòng)物的主要食物來(lái)源是浮游植物、浮游動(dòng)物、底棲藻類及水生植物葉片等，適宜生物量的浮游植物可以為底棲動(dòng)物提供豐富的食物來(lái)源，促進(jìn)其繁殖和生長(zhǎng)，對(duì)生物量和物種豐度具有顯著影響。但過(guò)多的浮游植物和底棲藻類，往往會(huì)導(dǎo)致水體缺氧，致使底棲動(dòng)物多樣性和豐度下降（Stout et al.，1985）。本實(shí)驗(yàn)中崇明、奉賢、金山3個(gè)郊區(qū)河道葉綠素a質(zhì)量濃度較低，分別為0.16、0.25、0.27 mg?L-1；而溶解氧質(zhì)量濃度較高，其中奉賢河道溶解氧為全市河道最高（8.9 mg?L-1），相應(yīng)的底棲動(dòng)物的物種數(shù)及生物量均高于其他市區(qū)河道。而在閔行、寶山、嘉定等區(qū)域葉綠素a質(zhì)量濃度較高的河道中，底棲動(dòng)物的分布較復(fù)雜，主要表現(xiàn)為：葉綠素a質(zhì)量濃度較低的水體，底棲動(dòng)物的群落較大；葉綠素a質(zhì)量濃度較高的水體，底棲動(dòng)物分布較少；推測(cè)原因?yàn)榈蜐舛鹊娜~綠素a為底棲動(dòng)物提供豐富的食物來(lái)源，高濃度的葉綠素a水體，藻類密度較高，水體DO含量下降，底棲動(dòng)物的生物量和空間分布受到脅迫作用。

水溫變化是影響水生昆蟲(chóng)生長(zhǎng)的關(guān)鍵因子，不僅會(huì)導(dǎo)致昆蟲(chóng)密度的變化，也會(huì)影響昆蟲(chóng)的種群分布。本次監(jiān)測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，日本沼澤蝦、扁舌蛭、光滑狹口螺等大型底棲動(dòng)物喜好生活在水溫相對(duì)較高的水域，而搖蚊類則在水溫相對(duì)較低的區(qū)域更易被采集到。

上海河網(wǎng)是典型的河口性河道，其受東海潮汐變化影響較為明顯，區(qū)域內(nèi)河道均存在不同程度的鹽度，河口鹽度是底棲生物分布的重要影響因子（Laprise et al.，1993），其變化將導(dǎo)致生物體內(nèi)的滲透壓變化，進(jìn)而影響其新陳代謝（劉勇等，2007），一般表現(xiàn)為隨著外界鹽度的增加，底棲動(dòng)物需要額外的能量來(lái)調(diào)節(jié)滲透壓，進(jìn)而提高新陳代謝速度（孫陸宇等，2012），說(shuō)明底棲動(dòng)物對(duì)鹽度具有一定的適生范圍。本研究也印證了這一點(diǎn)：在鹽度較高的河口區(qū)域——奉賢新鹿港、金山勇敢河、崇明琵鷺河，底棲動(dòng)物的種類數(shù)較內(nèi)陸河道少，且種類較為單一，說(shuō)明鹽度對(duì)底棲動(dòng)物尤其是小型的底棲動(dòng)物的空間分布具有明顯的影響。

綜上所述，每個(gè)環(huán)境因子對(duì)底棲動(dòng)物的影響方向和程度是不同的，但在自然的河流生態(tài)系統(tǒng)中，并不是每個(gè)因子單獨(dú)對(duì)底棲動(dòng)物的分布及生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生影響，而是多個(gè)環(huán)境因子共同作用的結(jié)果。一般是一個(gè)或者幾個(gè)環(huán)境因子作為主要影響因子，其他環(huán)境因子發(fā)揮協(xié)同或抵消的作用。從本研究結(jié)果來(lái)看，底棲動(dòng)物不喜好生活在總氮較高的水體中，尤其是氨氮占比較高的水體，即使水體中的溶解氧、pH、食物來(lái)源等其他影響因子較為適宜；在pH低于5或者高于8的水體中，底棲動(dòng)物的種類數(shù)劇減，溶解氧、藻類及底部環(huán)境的不同，導(dǎo)致生物量有所區(qū)別，但沒(méi)有明顯差異。另外一個(gè)方面，環(huán)境因子間的相互關(guān)系也是動(dòng)態(tài)變化的。例如，隨著水體藻類的不斷繁殖，葉綠素a含量不斷增加，溶解氧的含量出現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，底棲動(dòng)物就會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的變化；而藻類的增加或減少，又受水溫、TN、TP等多種因素共同影響。因此，環(huán)境因子對(duì)底棲動(dòng)物的影響是相互影響、動(dòng)態(tài)變化的，而所有的環(huán)境因子中，有主要影響因子和次要影響因子的區(qū)別。不同環(huán)境因子的綜合影響，決定了底棲動(dòng)物的分布和生物量，因此，特定的底棲動(dòng)物種類鑒定對(duì)環(huán)境因子的綜合情況具有直觀的反映作用。

4　結(jié)論

（1）不同種類的底棲動(dòng)物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性及敏感性不同，8種環(huán)境因子中酸堿度、溶解氧、總氮、鹽度對(duì)底棲動(dòng)物種類的影響較大，是上海市河道底棲動(dòng)物空間分布及生物量的主要影響因子。

（2）霍甫水絲蚓、蘇氏尾腮蚓、巨毛水絲蚓的群落結(jié)構(gòu)與總氮、總磷、高錳酸鹽指數(shù)、葉綠素a相關(guān)性較大，是上海市河道水體重度富營(yíng)養(yǎng)化的指示物種。

（3）疣吻沙蠶、鋸齒新米蝦、日本旋卷裸蠃蜚的群落結(jié)構(gòu)與水體溶解氧顯著相關(guān)，與總氮、總磷、高錳酸鹽指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)，可以作為上海市河道水體輕度污染的指示物種。

（4）不同環(huán)境因子對(duì)底棲動(dòng)物的影響是相互的、動(dòng)態(tài)的，而所有的環(huán)境因子中，有主要影響因子和次要影響因子的區(qū)別。不同環(huán)境因子的交互影響決定了底棲動(dòng)物的分布和生物量，因此，底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)和空間分布對(duì)環(huán)境因子的綜合情況具有直觀的反映作用。

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The Community Structure and Their Relationships of Zoobenthos with Environmental Factors in Shanghai Urban Rivers

ZHAO Fengbin1， CHEN Pingping2， XU Houtao1， ZHANG Wei1， FENG Lihui1， WANG Liqing1*
1. College of Fisheries and Life Science，Shanghai Ocean University， Shanghai 201306， China； 2. Shanghai zhongqiao College， Shanghai 201540， China

To study the relationship of the spatial distribution and indicator species of the Zoobenthos with environmental factors. We have monitored of total nitrogen， total phosphorus， potassium permanganate index， pH， temperature， dissolved oxygen， chlorophyll a and salinity of Shanghai urban rivers， and analyzed the spatial distribution， species number and biomass of zoobenthos. The results show that: the adaptability and sensitive of different kinds of zoobenthos to the environment is distinct. The pH， dissolved oxygen， total nitrogen and salinity in the eight kinds of environment factors， affected spatial distribution and biomass of Zoobenthos ，is the main influence factors. Limnodrilus hoffmeisteri， Branchiura sowerbyi， Limnodrilus grandisetosus Nomura with the total nitrogen， total phosphorus，potassium permanganate index and chlorophyll a have a significant correlation， is indicator species of severe eutrophication in Shanghai's river； Tylorrhynchus heterochaetus， Neocaridina denticulatedenticulata， Curuphiurn volurutur was a significant associated with water dissolved oxygen， but with total nitrogen， total phosphorus， potassium permanganate index were significantly negative correlation， can be used as indicator species of river light pollutioned in Shanghai. Environmental factors affected zoobenthos is the comprehensive effect of many factors， the interaction of different environmental factors determines the distribution and biomass of zoobenthos， therefore， the community structure and spatial distribution of zoobenthos has intuitive reflect to the comprehensive situation.

river； zoobenthos； community structure ； spatial distribution；environmental factors

10.16258/j.cnki.1674-5906.2016.08.016

X174

A

1674-5906（2016）08-1361-08

上海市科委重大項(xiàng)目（08DZ1203103）；上海市重點(diǎn)學(xué)科水生生物學(xué)建設(shè)基金項(xiàng)目（s30701）

趙風(fēng)斌（1985年生），男，博士研究生，研究方向?yàn)樗蛏鷳B(tài)學(xué)。E-mail: saeezhaofb@163.com

2016-07-26

引用格式：趙風(fēng)斌， 陳萍萍， 徐后濤， 張瑋， 馮立輝， 王麗卿. 上海市河道底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子的關(guān)系［J］. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)， 2016， 25（8）: 1361-1368.