貴州松桃臘山河洞洞穴動物群落結構與環(huán)境因子的關系研究

溫清， 楊衛(wèi)誠, 2*， 陶紅梅

(1.貴州師范大學生命科學學院，貴陽550001； 2. 貴州師范大學喀斯特洞穴研究中心，貴陽550001)

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貴州松桃臘山河洞洞穴動物群落結構與環(huán)境因子的關系研究

溫清1， 楊衛(wèi)誠1, 2*， 陶紅梅1

(1.貴州師范大學生命科學學院，貴陽550001； 2. 貴州師范大學喀斯特洞穴研究中心，貴陽550001)

通過對貴州省松桃縣臘山河洞洞穴動物進行采集和調(diào)查，共獲標本472號，隸屬于3門9綱19目33科38種。按個體組成和環(huán)境差異，將臘山河洞洞穴動物劃分為4個群落，群落多樣性分析結果顯示，群落A的物種數(shù)最多(23)、豐富度最大(4.571 7)，群落多樣性指數(shù)依次為群落A (2.637 9)>B (2.475 7)>C (1.442 3)>D (1.311 5)。群落D均勻度指數(shù)最高(0.946 1)，雖然群落C物種數(shù)較少但形成了較大的類群，所以優(yōu)勢度最高(0.378 8)。群落多樣性與環(huán)境因子的Pearson相關性分析顯示，溫度與物種豐富度呈極顯著正相關(r=1.000)，土壤中汞(Hg)與物種數(shù)呈顯著正相關(r=0.997)，土壤中砷(As)與多樣性指數(shù)、豐富度、優(yōu)勢度之間呈顯著相關，相關系數(shù)分別為-1.000、-0.999、0.998。重金屬污染評價結果表明，3個光帶內(nèi)土壤重金屬Hg、As的綜合污染指數(shù)均達到重污染等級，而水體中重金屬Hg、As的含量均達到國家 Ⅲ 類地下水質(zhì)標準，與相關性分析結果相吻合。由此可見，環(huán)境中重金屬的含量與洞穴動物群落結構密切相關，影響著洞穴動物群落的組成及分布。

洞穴動物；汞；砷；群落結構；臘山河洞；貴州

貴州是喀斯特地貌極為豐富的省份之一，總面積占全省的73%以上，其中地下溶洞眾多，覆蓋貴州全省(冉景丞，2008)?？λ固囟囱ㄊ且粋€不同于地表且較為封閉的生態(tài)系統(tǒng)，植物分布較少，類型比較單一，二氧化碳含量較高(黎道洪，2007；徐承香等，2012)，環(huán)境的特殊性使洞穴動物種類的組成和分布發(fā)生了特殊的演化(Culver，1982；Biswas，1991)。目前國內(nèi)大多數(shù)對喀斯特洞穴動物的研究圍繞重金屬污染，研究內(nèi)容包括環(huán)境中重金屬對動物群落的影響，洞穴動物對鋅(Zn)、銅(Cu)、鎳(Ni)、砷(As)、鉻(Cr)、汞(Hg)等重金屬的富集作用等(楊衛(wèi)誠，黎道洪，2010；葉子郯，黎道洪，2011；楊衛(wèi)誠等，2013)。土壤中的重金屬含量在一定程度上影響著洞穴動物的分布，并對其生存產(chǎn)生嚴重威脅(張廣等，2015)。貴州省松桃縣地屬“寒武統(tǒng)黑色巖系區(qū)”，重金屬含量較高(王興富，顧秉謙，2016)，國內(nèi)對這一區(qū)系內(nèi)的洞穴動物群落結構與環(huán)境因子的關系研究較少。本文通過對貴州省松桃縣臘山河洞洞穴動物群落結構進行研究，揭示其與環(huán)境因子的關系，豐富國內(nèi)對洞穴動物研究的數(shù)據(jù)庫。

2016年7月，對松桃縣喀斯特洞穴進行野外考察，發(fā)現(xiàn)臘山河洞環(huán)境特殊，洞穴發(fā)育良好，物種豐富度較高，具暗河且水流量較大，舊時曾用于躲匪，受人為干擾較嚴重。以其作為研究對象，分析環(huán)境因子對洞穴動物群落結構的影響，既能較好反映兩者之間的關系，也為洞穴動物多樣性保護、管理提供基礎數(shù)據(jù)。

1 洞穴概況

臘山河洞位于貴州省銅仁市松桃縣烏羅鎮(zhèn)，地理坐標108°51′E，28°06′N，海拔566 m，洞口較大，呈卵圓形，寬43.44 m，高34.62 m。洞內(nèi)有流水向外涌出，流速快，較湍急，在洞口端洞底巖石走勢垂直向下，形成一道小型山澗瀑布(圖1)。

有光帶長74.54 m，寬10.45 m，高18.28 m，光帶內(nèi)空間寬敞，底部兩側(cè)人為鋪墊大量碎石，洞廳右側(cè)有一大型灶臺，中央一條暗河流出，水質(zhì)清澈透明且流速快，洞壁及洞頂較光滑，接近弱光帶處洞寬逐漸縮小，光帶交界處的洞底有蝙蝠排泄物。弱光帶長19.10 m，洞底暗河覆蓋面達70%，最深處近2 m，水流緩慢，頂部有蝙蝠盤旋，此帶距離較短且呈120°向右彎曲，洞壁凹凸不平，較濕滑。黑暗帶長115 m(此為調(diào)查行走長度，由于水流較深無法繼續(xù)前行，致使實際長度無法測量)，流水較淺，頂部有大量蝙蝠，幼體居多，洞壁為沉積巖，有橫紋，較濕滑，流水清澈見底，泥沙較多，布滿蝙蝠排泄物，分布有紅點齒蟾Oreolalaxrhodostigmatus。另外，各光帶均可見白色生活垃圾，部分由水流帶入。

2 研究方法

2.1樣品采集與環(huán)境調(diào)查

2.1.1環(huán)境調(diào)查用CEM華盛昌公司生產(chǎn)的LDM-70紅外激光測距儀測定洞口的寬度、高度以及各光帶的長度，用美國生產(chǎn)的奇遇(eTrex Venture)GPS定位儀測定海拔，用北京亞光儀器有限責任公司生產(chǎn)的JWSA2-2型溫濕度計測定各洞段的溫濕度。各光帶的氣體檢測用青島陸博建業(yè)環(huán)?？萍加邢薰旧a(chǎn)的便攜式氣體檢測儀(LB-MS4X)，主要檢測CO2、O2的含量，光照度的測量用泰仕電子公司生產(chǎn)的光照度計(TES-1339R)。光帶劃分參照黎道洪(2007)。

圖1 臘山河洞洞穴結構簡圖Fig. 1 The structure of Lashanhe cave

2.1.2樣品采集動物樣品：在每個洞段對洞底和洞壁進行采集，由于洞較高(均在15 m以上)，所以洞頂區(qū)域僅采集較大型的脊索類動物。將肉眼能見的動物采集裝瓶(用95%酒精浸泡)，蝙蝠數(shù)量龐大，只采集4～5只，其余進行計數(shù)處理。

水樣品：對各光帶內(nèi)的水樣進行瓶裝采集，每瓶水量不低于1 000 mL。

土壤樣品：在各光帶底部分別進行梅花點混合采樣，每袋土樣約0.5 kg，濕潤土樣取出風干。

2.2樣品處理

用OLYMPUS(SZ51)解剖鏡對標本進行分類鑒定，由于資料缺乏，少數(shù)標本未能鑒定至種。對洞內(nèi)土樣和水樣進行分析，具體步驟參照楊衛(wèi)誠和黎道洪(2010)。用AF-640原子熒光光度儀測定水樣和土樣中Hg和As的平均含量。

2.3數(shù)據(jù)處理

以群落為單位進行分析，數(shù)據(jù)更具有可比性和整體性。對群落各項多樣性指數(shù)、相似性指數(shù)等進行分析，以研究臘山河洞洞穴動物群落結構的組成、分布概況，具體方法參照黎道洪(2006)。洞穴土壤中重金屬污染評價方法參照張廣等(2015)，以分析重金屬對洞穴動物群落結構、分布的影響。

3 結果與分析

3.1洞穴動物種類組成及相對數(shù)量

通過調(diào)查和采集，共獲標本472號，經(jīng)初步鑒定隸屬于3門9綱19目33科38種。

通過表1可以看出，臘山河洞有光帶的物種數(shù)最多，弱光帶次之，黑暗帶最少。

表1 臘山河洞不同光帶內(nèi)動物類群組成比較Table 1 The category components of differentray zone in Lashanhe cave

表2 臘山河洞洞穴動物種類(或類群)組成和相對數(shù)量Table 2 The species (groups) and relative number of animals in Lashanhe cave

續(xù)表2

續(xù)表2

注Notes： 優(yōu)勢種dominant species,P2>15%; 普通種common species,P2=1%～15%; 稀有種rare species,P2<1%.

由表2可知，臘山河洞中優(yōu)勢種為西南鼠耳蝠Myotisaltarium，占捕獲總數(shù)的30.08%，普通種為足雕背馬陸Podoglyphiulussp.和粗糙鼠婦Pocellioscaber，分別占捕獲總數(shù)的14.62%、9.11%，該洞的優(yōu)勢類群突出。在水環(huán)境中，優(yōu)勢種為鯉魚Cyprinuscarpia、紅點齒蟾Oreolalaxrhodostigmatus、奈氏土歐螺Georissanachmanni，均占水環(huán)境捕獲總數(shù)的15%以上，前兩者只分布在黑暗帶。

3.2群落組成及多樣性分析

3.2.1群落組成由于水、陸環(huán)境的差異，導致臘山河洞內(nèi)不同光帶的軟體動物、節(jié)肢動物、脊索動物的分布、數(shù)量不同，故將其劃分為以下4個動物群落。

群落A：粗糙鼠婦+溫室擬肥腹蛛Parasteatodatepidariorum群落，分布在臘山河洞有光帶，兩者同為優(yōu)勢種，均占該光帶總捕獲數(shù)的17.89%，普通種為蟻蛉Myrmeleonformicarius，占該光帶總捕獲數(shù)的12.20%。

群落B：足雕背馬陸+粗糙鼠婦群落，分布在臘山河洞弱光帶，兩者均為優(yōu)勢種，分別占該光帶總捕獲數(shù)的26.58%、15.19%，普通種為斑灶馬Diestrammenamarmorata，占該光帶總捕獲數(shù)的13.92%。

群落C：西南鼠耳蝠+足雕背馬陸群落，分布在臘山河洞黑暗帶，同為優(yōu)勢種，分別占該光帶總捕獲數(shù)的57.85%、17.77%。

群落D：鯉魚+紅點齒蟾+奈氏土歐螺群落，該群落相對較匱乏，除奈氏土歐螺外(有光帶和弱光帶分布數(shù)量分別為5、3)，其他物種皆集中分布在臘山河洞黑暗帶的溪流中，三者均為優(yōu)勢種，分別占水體總捕獲數(shù)的35.71%、25.00%、28.57%，泥鰍Misgurnusanguillicaudatus為普通種，占水體總捕獲數(shù)的10.71%。

3.2.2群落多樣性分析根據(jù)各指數(shù)公式計算出臘山河洞中4個群落的多樣性指數(shù)(表3)。

表3 臘山河洞不同光帶內(nèi)群落的多樣性、均勻性和優(yōu)勢度指數(shù)Table 3 Diversity, evenness and dominance indices of different ray zones in Lashanhe cave

臘山河洞中群落A的物種數(shù)最多(23)，物種豐富度最大(4.571 7)，群落多樣性指數(shù)依次為群落A(2.637 9)>B(2.475 7)>C(1.442 3)>D(1.311 5)，符合物種數(shù)越多，群落多樣性指數(shù)越高的特點(黎道洪，羅蓉，2001；楊衛(wèi)誠等，2007)。均勻度指數(shù)最高的是群落D(0.946 1)，說明水環(huán)境中的物種分布較均勻，但由于洞穴水環(huán)境很難形成大種群(黎道洪，2006)，所以其余各項指數(shù)相對較低。優(yōu)勢度最高的是群落C(0.378 8)，雖然群落C相較群落A的物種數(shù)較少，但形成了較大的類群(西南鼠耳蝠和足雕背馬陸群落)，所以優(yōu)勢度最大。

由于水環(huán)境中的物種較少，所以將其歸入光帶中進行分析。結果表明，群落C與群落B之間的相似性指數(shù)最高，為0.568 8，與群落A之間的相似性指數(shù)最低，為0.368 2(表4)，而群落A、群落B、群落C分別位于有光帶、弱光帶和黑暗帶，所以臘山河洞不同群落之間的相似性指數(shù)符合相鄰群落(A-B或B-C)的相似性指數(shù)最高這一理論(黎道洪，2006)。

表4 不同群落間的相似性指數(shù)Table 4 Similarity indices between communities

3.3洞穴內(nèi)環(huán)境因子的測定及相關性分析

對臘山河洞各光帶的部分環(huán)境因子進行統(tǒng)計和測定，結果見表5。由于各項環(huán)境因子和多樣性指數(shù)單位不統(tǒng)一，因此對表3和表5中的數(shù)據(jù)進行標準差標準化處理后利用SPSS 17.0對臘山河洞內(nèi)群落多樣性和環(huán)境因子進行相關性分析，結果見表6。

物種數(shù)與群落最大多樣性指數(shù)(r=0.979)、溫度與群落多樣性指數(shù)(r=0.998)之間顯著相關，物種豐富度與溫度呈極顯著正相關(r=1.000)，與物種數(shù)、濕度、多樣性指數(shù)均呈顯著相關，相關系數(shù)分別為0.982、0.959、-1.000。由于臘山河洞水環(huán)境的pH值在8.34～8.40，屬天然弱堿性水質(zhì)，適合紅點齒蟾生長(劉健昕，2010)，且紅點齒蟾為水環(huán)境中的優(yōu)勢種，所以pH與H’呈顯著正相關(r=0.972)。氧氣與多樣性指數(shù)呈顯著正相關(r=1.000)，與優(yōu)勢度呈顯著負相關(r=-1.000)。水中的重金屬Hg和As與多樣性指數(shù)的相關性不顯著，但土壤中的Hg與物種數(shù)呈顯著正相關，相關系數(shù)為0.997，土壤中的As與多樣性指數(shù)、豐富度、優(yōu)勢度之間呈顯著相關，相關系數(shù)分別為-1.000、-0.999、0.998。由此可見，土壤中重金屬的含量與洞穴動物群落密切相關，影響著洞穴動物的群落組成和分布。

表5 各群落中部分環(huán)境因子的測定Table 5 Measurement of environmental factors in different communities

表6 臘山河洞的群落多樣性與環(huán)境因子的Pearson相關系數(shù)矩陣Table 6 Pearson correlation coefficient matrix between community diversity and environmental index of Lashanhe cave

注Notes：**P≤0.01，極顯著相關there is a significant correlation at 0.01 level (2-tailed )；*P≤0.05，顯著相關there is a significant correlation at 0.05 level (2-tailed).

3.4重金屬污染評價

3.4.1土壤重金屬污染評價對臘山河洞內(nèi)土壤中重金屬Hg和As的污染評價結果見表7。

表7 臘山河洞土壤重金屬汞和砷的污染情況Table 7 Heavy metal pollution of the soil samplesfrom Lashanhe cave

3個光帶的綜合污染指數(shù)均達到重污染等級，其中有光帶污染指數(shù)最高(44.61)，除人為影響、流水沉積等因素外，最重要因素在于貴州松桃屬寒武統(tǒng)黑色巖系區(qū)，蘊含“多元素富集礦層”土壤，其最主要的特點是重金屬(Hg、As)含量較高(王興富，顧秉謙，2016)，所以臘山河洞各光帶內(nèi)土壤重金屬Hg、As含量普遍偏高，因而對臘山河洞洞穴動物群落結構存在著一定的影響，與表6中Pearson相關系數(shù)分析的結果相符。

3.4.2水體重金屬污染評價根據(jù)《地下水環(huán)境質(zhì)量標準GB-T14848-93》對臘山河洞的水體進行污染評價，結果見表8。

表8 臘山河洞水體重金屬汞和砷的污染情況Table 8 Heavy metal pollution of the water samplesfrom Lashanhe cave

臘山河洞各光帶水體中重金屬Hg的含量均屬國家Ⅰ類地下水質(zhì)標準，重金屬As的含量除有光帶屬國家Ⅱ類地下水質(zhì)標準外，其余均屬國家Ⅲ類地下水質(zhì)標準?！兜叵滤h(huán)境質(zhì)量標準GB-T14848-93》規(guī)定Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類水質(zhì)均可適用于集中式生活飲水，由此可見臘山河洞水體未被污染，適宜洞穴動物生存，所以表6中水體重金屬Hg、As與多樣性指數(shù)之間的相關性不顯著。

4 小結

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AStudyontheRelationshipbetweenAnimalCommunityStructureandtheCaveEnvironmentFactorsinLashanheCaveinGuizhou

WEN Qing1, YANG Weicheng1, 2*, TAO Hongmei1

(1. School of Life Sciences, Guizhou Normal University, Guiyang 550001, China; 2. Institute of Karst Caves, Guizhou Normal University, Guiyang 550001, China)

Through an in-depth investigation in Lashanhe cave, a total of 472 animal specimens belonging to 3 phyla,9 classes, 19 orders, 33 families and 38 species were obtained, and divided into 4 communities based on individual numbers and environmental differences. The result of community diversity analysis showed that the diversity indices of each community were 2.637 9(A), 2.475 7(B), 1.442 3(C), and 1.311 5(D), respectively. Specifically, community A showed the highest species number and richness indices, community D showed the highest evenness indices, and community C showed the highest dominance indices. Moreover, although the species number of community C was the lowest, it formed a larger group. The result of Pearson correlation coefficient analysis indicated that temperature was positively correlated with diversity of community (1.000). Soil mercury was positively correlated with species number (0.997), and the correlation coefficient of soil arsenic with diversity index, richness and dominance were -1.000, -0.999 and 0.998, respectively. The comprehensive pollution index reached heavy pollution level after evaluating the soil pollution of heavy metals in Lashanhe cave, while that of water pollution reached the class Ⅲ quality standard for ground water. There is a close relationship between the content of heavy metals and animal community structure in cave.

cave animals; mercury; arsenic; community structure; Lashanhe cave; Guizhou

2016-12-02接受日期：2017-03-28

國家自然基金“貴州喀斯特洞穴節(jié)肢動物資源及其與環(huán)境的關系研究”(31460570)； 貴州省基金“貴州喀斯特洞穴節(jié)肢動物多樣性研究”(2017GZ40481)

溫清(1993—)， 女， 碩士研究生， 研究方向：動物學， E-mail：wenqingzg@163.com

*通信作者Corrosponding author， 男， 博士， 研究方向：動物學， E-mail：yangweicheng0908@sina.com

10.11984/j.issn.1000-7083.20160339

Q958.1

： A

： 1000-7083(2017)04-0404-08