滇池流域城鎮(zhèn)區(qū)河流底棲動物群落結(jié)構(gòu)及受干擾狀況研究

熊健 李龍 邵智

摘 要：研究城鎮(zhèn)區(qū)域底棲動物群落結(jié)構(gòu)特征及受干擾狀況，對修復(fù)城市河流生態(tài)系統(tǒng)具有指示意義。以滇池流域?yàn)檠芯繉ο?，基?021年8月的底棲動物數(shù)據(jù)，采用優(yōu)勢度指數(shù)、生物多樣性指數(shù)及豐

度/生物量比較（ABC）曲線探究了底棲動物群落結(jié)構(gòu)及受干擾狀況。研究結(jié)果表明：①共鑒定出底棲動物39種，屬于3門5綱，以節(jié)肢動物門為主，占物種總數(shù)的48.7%，水絲蚓屬（Limnodrilus sp.）、搖蚊屬（Chironomus sp.）等污染指示種為主要優(yōu)勢種。②多樣性指數(shù)分析表明，流域生物多樣性整體較低，Shannon-Weaver多樣性指數(shù)、Margalef 豐富度指數(shù)在各樣點(diǎn)的差異較大，而Pielou均勻度指數(shù)各點(diǎn)差異較小。③ABC曲線分析表明，城鎮(zhèn)區(qū)群落結(jié)構(gòu)干擾程度總體為中度干擾并呈現(xiàn)出一定的空間差異，各河流按干擾程度可以劃分為三類，一類為無干擾河流，占比25.0%；一類為輕度干擾河流，占比66.7%；一類為中度干擾，占比8.3%。④本研究結(jié)果可為滇池流域城鎮(zhèn)區(qū)域河流的生態(tài)保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)，下一步應(yīng)結(jié)合相關(guān)環(huán)境數(shù)據(jù)，深入了解各環(huán)境類型與底棲動物群落結(jié)構(gòu)的相關(guān)關(guān)系。

關(guān)鍵詞：底棲動物；干擾狀況；城鎮(zhèn)區(qū)；滇池流域

中圖分類號：X52文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1673-9655（2024）02-000-05

0 引言

城鎮(zhèn)化引起的河流物理生境退化、敏感物種消失等城鎮(zhèn)溪流退化現(xiàn)象，使得城鎮(zhèn)河流生態(tài)功能受到了嚴(yán)重影響[1–3]。底棲動物群落結(jié)構(gòu)及受干擾狀況可以反映環(huán)境壓力的影響[4，5]，然而，流域自然環(huán)境特征和環(huán)境壓力強(qiáng)度對底棲動物群落的影響存在一定的差異[6，7]，因此，有必要結(jié)合研究區(qū)域的環(huán)境條件分析底棲動物群落空間分布特征及受干擾狀況。滇池流域是云貴高原典型的城市化流域，了解流域內(nèi)底棲動物群落特征，可以進(jìn)一步了解高原湖泊流域城鎮(zhèn)化對河流生態(tài)系統(tǒng)的影響，為高原地區(qū)城鎮(zhèn)河流的生態(tài)修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

滇池流域位于云南中部，流域內(nèi)共有29條主要河流從北、東、南三面呈向心狀注入滇池[8]。滇池北岸和東岸是流域人口密集的中心城區(qū)，受人類社會活動影響顯著，該區(qū)域河流具有典型的城市型河流特征[9]。2021年8月，根據(jù)河流的基本特點(diǎn)及分布情況，在滇池北岸和東岸選取主要的

10條城市型入湖河流，共布設(shè)12個采樣點(diǎn)位（表1，圖1）。

1.2 采樣方法

采樣時，使用1/16 m2彼得遜采泥器在每個站點(diǎn)隨機(jī)采集3個平行樣方，然后將3個樣方混合成一個樣品，用網(wǎng)口孔徑為50 μm孔徑的網(wǎng)篩進(jìn)行淘洗，揀取后放入聚乙烯瓶內(nèi)，后用10%甲醛溶液固定帶回實(shí)驗(yàn)室鑒定。根據(jù)鑒定資料，標(biāo)本一般鑒定至屬或種鑒定。最后將底棲動物表面的液體用濾紙吸干，稱重（濕重），計(jì)算其密度（ind/m2）和生物量（g/m2）。

1.3 數(shù)據(jù)分析

1.3.1 群落特征分析

①優(yōu)勢種

根據(jù)優(yōu)勢度（Y）確定優(yōu)勢種[10]，計(jì)算公式如下：

式中：ni—第i種的個體數(shù)；N—所有種類總個體數(shù)；fi—第i種在各采樣點(diǎn)出現(xiàn)的頻率。將Y≥0.02的物種視為優(yōu)勢種。計(jì)算在MicrosoftExcel 2019中完成。

②多樣性分析

Shannon-Weaver多樣性指數(shù)（H）、Margalef 豐富度指數(shù)（D）與Pielou 均勻度指數(shù)（J）能反映底棲動物群落結(jié)構(gòu)，并指示生態(tài)系統(tǒng)健康狀況，一般的，多樣性指數(shù)越高，生態(tài)系統(tǒng)中物種越豐富，生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和生產(chǎn)力也會更高。計(jì)算公式如下：

式中：ni—第i種底棲動物的個體數(shù)；N—該樣點(diǎn)中底棲動物的總個體數(shù)；S—該樣點(diǎn)的物種數(shù)。計(jì)算在Microsoft Excel 2019中完成。

1.3.2 群落受干擾狀況分析

密度／生物量比較曲線（ABC曲線）能靈敏的反映底棲動物群落受到的干擾程度[11]。用W統(tǒng)計(jì)量（生物量與密度曲線分別于坐標(biāo)軸圍成面積的差值）表示ABC曲線方法統(tǒng)計(jì)量：

式中：S—出現(xiàn)的物種數(shù)；Bi與Ai—ABC曲線中種類序號對應(yīng)的生物量與數(shù)量的累積比例。未受干擾時，W＞0，生物量曲線始終高于密度曲線；中等程度干擾，生物量曲線與密度曲線會出現(xiàn)一次或多次的相交；嚴(yán)重干擾，W＜0，密度曲線高于生物量曲線。參考毛成責(zé)等[12]多樣性評價等級的劃分，將W值劃分為4個等級：（0.5，1）為無干擾，（0，0.5］為輕度干擾，（-0.5，0］為中度干擾，（-1，-0.5］為重度干擾。計(jì)算在PRIMER5.0中完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 底棲動物群落特征

共鑒定出底棲動物39種，屬于3門5綱，平均密度為700.37 ind/m2，平均生物量為4.07 g/m2。其中環(huán)節(jié)動物門物種數(shù)9種，生物量和平均密度占比分別為18.2%、82.2%，節(jié)肢動物門19種，生物量和平均密度占比分別為10.1%、16.4%，軟體動物門物種數(shù)11種，生物量和平均密度占比分別為71.7%，1.4%。

從圖2可以看出，不同河流物種數(shù)以盤龍江2、盤龍江3樣點(diǎn)的物種最高，其次為新運(yùn)糧河、老運(yùn)糧河，烏龍河和蝦壩河的物種數(shù)最少。生物量上，盤龍江2占比最高（52.0%），以軟體動物門為主，金家河和蝦壩河的生物量最低。密度上，廣普大溝占比最高（44.1%），以環(huán)節(jié)動物門為主。除新運(yùn)糧河、老運(yùn)糧河外，其他采樣點(diǎn)密度相差不大。

基于優(yōu)勢度計(jì)算，本次調(diào)查共計(jì)有3個優(yōu)勢種（表2），主要為耐污種，密度占所有物種的81.8%，生物量占22.4%。其中，霍甫水絲蚓

（L. hoffmeisteri）及水絲蚓屬（Limnodrilus sp.）優(yōu)勢度較高，密度占比達(dá)30%以上。另外，霍甫水絲蚓、水絲蚓屬、搖蚊屬（Chironomus sp.）的出現(xiàn)率也均在40%以上。

從各河流來看，優(yōu)勢種在對應(yīng)河流的密度、生物量占比上有較大差異。烏龍河、老運(yùn)糧河、盤龍江1、廣普大溝優(yōu)勢種與對應(yīng)河流密度占比均達(dá)80.0%以上；而生物量方面，僅廣普大溝、金家河優(yōu)勢種生物量達(dá)80.0%以上。另外，物種多樣性分析顯示（圖3），三項(xiàng)多樣性指數(shù)中，Shannon-Weaver多樣性指數(shù)平均值為1.44（括號內(nèi)為最小值和最大值）（0.50～2.85），Margalef 豐富度指數(shù)平均值為1.09（0.43～3.16）、Pielou均勻度指數(shù)平均值為0.80（0.57～1.24）。總體來看，底棲動物多樣性指數(shù)較低。其中 Shannon-Weaver多樣性指數(shù)、Margalef 豐富度指數(shù)在各樣點(diǎn)的差異較大，二者最大值均在盤龍江3樣點(diǎn)處。而Pielou均勻度指數(shù)各點(diǎn)差異較小，說明樣點(diǎn)間物種豐富度，生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和生產(chǎn)力較低且存在一定差異。

2.2 底棲動物群落干擾狀況

依據(jù)各點(diǎn)位大型底棲動物密度／生物量數(shù)據(jù)繪制了ABC曲線（圖4、圖5）。由圖4可見，根據(jù)W值等級劃分標(biāo)準(zhǔn)，滇池流域城鎮(zhèn)區(qū)河流整體干擾程度屬于中度干擾（W=-0.015），各河流12個采樣點(diǎn)位干擾程度可以劃分為三類，一類為無干擾，占比25.0%，為采蓮河、蝦壩河、盤龍江2；一類為輕度干擾，占比66.7%，為烏龍河、新運(yùn)糧河、老運(yùn)糧河、金家河、盤龍江1、撈魚河、盤龍江3、洛龍河；一類為中度干擾，占比8.3%，為廣普大溝。

3 討論

優(yōu)勢種分析表明城區(qū)中水絲蚓屬等寡毛綱耐污性較強(qiáng)的物種更占優(yōu)勢，在群落密度中占比較高。在一些人類活動干擾較強(qiáng)的地方也有類似的情況[13–15]，如上海市[16]、揚(yáng)州市[17]城市河網(wǎng)中霍甫水絲蚓、蘇氏尾腮蚓（Branchiura sowerbyi）等耐污物種多分布在總氮質(zhì)量濃度較高的水體中，這是因?yàn)槌鞘形鬯⑸钗鬯呐湃雽?dǎo)致的N、P等物質(zhì)增加，水體污染嚴(yán)重，致使十足目、吻蛭目等敏感物種逐漸減少，搖蚊科、寡毛類等耐污種成為主導(dǎo)種群。多樣性指數(shù)及ABC曲線也表明城區(qū)環(huán)境污染對底棲動物群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了一定影響，以受中度干擾的廣普大溝為例，其密度占比最高達(dá)44.1%，但生物量僅占12.0%，研究表明群落受到中度污染時，生物量占優(yōu)勢的大個體消失，在數(shù)量上占優(yōu)勢的種是個體較小的物種[18]，在湖泊及河流中當(dāng)水體從適宜的中營養(yǎng)向富營養(yǎng)過渡底棲動物的多樣性會明顯降低[19，20]。

滇池流域城鎮(zhèn)區(qū)河流的物種分布特征及干擾狀況呈現(xiàn)出一定的空間差異，各河流的物種特征尤其是優(yōu)勢種的生物量、密度占比并不一致，ABC曲線分析也表明各河流按干擾程度可以劃分為三類。通過各河流樣點(diǎn)處的綜合污染指數(shù)（數(shù)據(jù)來源于2021年8月項(xiàng)目組采樣的水質(zhì)測定數(shù)據(jù)，綜合污染指數(shù)選取DO、KMnO4、COD、NH3-N、TP、TN作為評價指標(biāo)，參考謝慧鈺等[21]公式計(jì)算）和ABC曲線中的W值進(jìn)行相關(guān)分析，發(fā)現(xiàn)綜合污染指數(shù)與W值顯著負(fù)相關(guān)（p≤0.05）。這表明，河流水體中的污染物對河流底棲動物受干擾程度具有一定的影響。滇池流域城鎮(zhèn)區(qū)的河流水體污染物主要來自人類活動過程中產(chǎn)生的未完全收集的通過管道或隨著地表徑流流入河流的污染物，其含有高濃度的營養(yǎng)鹽和豐富的有機(jī)質(zhì)。相關(guān)研究表明[22–24，6]，水體中的DO、TN、NH3-N等化學(xué)因子對底棲動物功能群落結(jié)構(gòu)和時空分布具有顯著影響，如河道中游離氨含量過高會導(dǎo)致底棲動物免疫反應(yīng)和部分機(jī)體組織受損，導(dǎo)致其死亡[25，26]，河流中耗氧有機(jī)質(zhì)的分解也會抑制底棲生物，從而對底棲動物功能攝食類群的組成和分布產(chǎn)生影響[27]。

4 結(jié)論

（1）共鑒定出底棲動物39種，屬于3門5綱，以節(jié)肢動物門為主，占物種總數(shù)的48.7%，水絲蚓屬、搖蚊屬等污染指示種為主要優(yōu)勢種。各河流物種組成特征存在差異，多樣性指數(shù)較低，物種豐富度、生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和生產(chǎn)力受到一定干擾。

（2）城鎮(zhèn)區(qū)群落結(jié)構(gòu)干擾程度總體為中度干擾，受水質(zhì)條件等因素影響，滇池流域城鎮(zhèn)區(qū)河流的物種分布特征及干擾狀況呈現(xiàn)出一定的空間差異，各河流按干擾程度可以劃分為三類，一類為無干擾河流，占比25.0%；一類為輕度干擾河流，占比66.7%；一類為中度干擾，占比8.3%。

（3）本研究結(jié)果對滇池流域城鎮(zhèn)區(qū)域河流的生態(tài)保護(hù)及水質(zhì)修復(fù)有一定的借鑒意義，下一步應(yīng)結(jié)合相關(guān)環(huán)境數(shù)據(jù)，深入了解各環(huán)境類型與大型底棲動物群落結(jié)構(gòu)的相關(guān)關(guān)系。

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