濟(jì)南流域大型底棲動物群落生態(tài)分布及時空格局

相華 郭偉 譚璐 賈麗 孟云飛 李慶南 殷旭旺

摘 要：以濟(jì)南流域為研究區(qū)域，分別于2014年5月、8月和11月對濟(jì)南全流域范圍內(nèi)31個樣點的大型底棲動物群落進(jìn)行跟蹤調(diào)查，探索濟(jì)南流域大型底棲動物群落生態(tài)分布及時空格局。結(jié)果表明，濟(jì)南流域大型底棲動物類群差異顯著；在濟(jì)南市全年共鑒定大型底棲動物58種，分屬9大類，主要優(yōu)勢物種為螺類、水絲蚓和搖蚊；其中5月鑒定的物種數(shù)最多，進(jìn)入8月大型底棲動物物種數(shù)明顯降低，而11月大型底棲動物物種降低程度逐漸趨于平緩。

關(guān)鍵詞：濟(jì)南流域；大型底棲動物；生態(tài)分布；時空格局

近年來，隨著人口快速增長、城市化不斷發(fā)展，人為活動干擾對河流生態(tài)系統(tǒng)的影響越來越嚴(yán)重，恢復(fù)并維持河流生態(tài)系統(tǒng)的安全已經(jīng)成為近年來環(huán)境保護(hù)、治理的重要目標(biāo)之一。由于水環(huán)境污染、生態(tài)環(huán)境惡化等一系列河流生態(tài)系統(tǒng)衰退問題的出現(xiàn)，河流生態(tài)系統(tǒng)安全相關(guān)的研究受到廣泛的關(guān)注[1-2]。在河流生態(tài)系統(tǒng)研究中，水生生物的調(diào)查、評估與分析，是評價自然生態(tài)過程以及人類活動對河流生態(tài)系統(tǒng)影響的重要方法之一[3-4]。

大型底棲動物（macroinvertebrate）包括：環(huán)節(jié)動物、線形動物、軟體動物和甲殼動物；大型底棲動物河流生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)鍵組成部分，是河流生態(tài)系統(tǒng)系統(tǒng)中最多樣和最豐富的水生生物，在河流生態(tài)系統(tǒng)健康評價體系中發(fā)揮著不可替代的作用[5-6]，它們被認(rèn)為是兩棲動物、魚類和其他無脊椎動物的基本食物來源，而且大型底棲動物通常食物主要來源是浮游藻類、著生藻類、浮游動物、以及有機(jī)顆粒物等，因此在河流生態(tài)系統(tǒng)食物網(wǎng)中發(fā)揮著承上啟下的作用，常作為水域生態(tài)系統(tǒng)研究的模式生物[7-8]。大型底棲動物不僅對環(huán)境的耐受程度不同，而且對于河流生境環(huán)境的變化的敏感程度也各有差異，濟(jì)南地區(qū)特殊的地貌類型、水文條件和氣候類型、工業(yè)污染、農(nóng)業(yè)污染、生活污染以及季節(jié)擾動和人為干擾的影響等，都造成了大型底棲動物的分布狀況表現(xiàn)出強(qiáng)烈的時空差。本研究通過調(diào)查濟(jì)南流域底棲動物群落的生態(tài)分布和時空格局，探明濟(jì)南流域底棲動物群落狀況，為濟(jì)南流域的保護(hù)、利用和管理提供技術(shù)支持。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)域概況

濟(jì)南市位于山東省中西部，特殊的地貌、水溫類型造就了濟(jì)南以“泉城”著稱；濟(jì)南市四季分明，屬于溫帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫13.8℃，年平均降水量685 mm；濟(jì)南市不僅具有水文資源，而且林業(yè)和礦產(chǎn)資源也非常豐富。近年來，由于人類活動導(dǎo)致濟(jì)南地區(qū)植被覆蓋率降低、地下水資源持續(xù)枯竭、城區(qū)污染加劇及生物多樣性降低等問題嚴(yán)重阻礙了濟(jì)南整個城市的可持續(xù)發(fā)展，進(jìn)而破壞了大型底棲動物生活環(huán)境。根據(jù)實地具體狀況，在濟(jì)南區(qū)域選擇具有代表性的站點，在一年內(nèi)進(jìn)行了三次科研普查。

1.2 底棲動物樣品采集

在濟(jì)南流域設(shè)定31個調(diào)查站位（圖1），分別于2014年5月、8月和11月進(jìn)行3次采樣調(diào)查；在采樣點沿河流上下游100 m范圍內(nèi)，用索伯網(wǎng)采集大型底棲動物定量樣品，依據(jù)河流生境的不同（流速、水深和透明度），在每個采樣站點隨機(jī)設(shè)三個采樣點采集混合樣品，采得底泥樣品放入孔徑60目的篩網(wǎng)中洗滌，裝入到30 mL塑料瓶中并加入95%的酒精對樣品進(jìn)行固定，運(yùn)送到實驗室倒入白瓷盤中挑出底棲動物，加入用10%甲醛溶液保存，并借助顯微鏡或者解剖鏡進(jìn)行分類、鑒定和計數(shù)。

1.3 底棲動物數(shù)據(jù)分析和處理

各樣點的大型底棲動物計算以下群落特征參數(shù)：物種種類、密度和香農(nóng)多樣性指數(shù)H'（H'=-ΣPi×log2Pi，其中Pi為群落中第i個物種個體數(shù)占總個體數(shù)的百分比）；濟(jì)南流域大型底棲動物群落結(jié)構(gòu)圖在ArcMap 9.3上完成。

2 結(jié)果

2.1 大型底棲動物群落結(jié)構(gòu)演變特征

在濟(jì)南市全年共鑒定大型底棲動物58種；其中春季（5月份）采集到的大型底棲動物的物種數(shù)目最多，而夏季（8月份）大型底棲動物物種數(shù)出現(xiàn)明顯下降的趨勢，在冬季（11月份）物種數(shù)目出現(xiàn)降低程度逐漸趨于平緩的趨勢。采集到的大型底棲動物中雙翅目種類數(shù)目最多，其中優(yōu)勢物種為搖蚊幼蟲，本次調(diào)查共鑒定得到搖蚊25種；其次是軟體動物門的瓣鰓類（16種）。濟(jì)南整個流域大型底棲動物平均物種數(shù)為7個，大部分點位5月份大型底棲動物的物種數(shù)量最多，隨后呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢。從圖2中可以看出，位于并渡口-臥虎山水庫這條支流，大型底棲動物物種數(shù)明顯高于周邊監(jiān)測點位。從濟(jì)南整個流域大型底棲動物物種分布狀況顯示，三個月份整個流域物種數(shù)平均最多的點位為吳家鋪，位于濟(jì)南中部區(qū)域，共鑒定出底棲動物15種，主要的大型底棲動物物種有特式直突搖蚊、豆螺、河蜆和克拉伯水絲蚓。

2.2 濟(jì)南水域大型底棲動物密度分布年變化

從濟(jì)南整個流域大型底棲動物年密度比例分布狀況來看（如圖3），5月份大型底棲動物總密度明顯高于8月、11月，和浮游動物年密度變化呈現(xiàn)相似規(guī)律。其中寡毛類的總密度最大，占所鑒定大型底棲動物總密度的40%，優(yōu)勢物種有霍夫水絲蚓、克拉泊水絲蚓；位于第二位的是雙翅目，占所鑒定大型底棲動物總密度的36%，優(yōu)勢物種有蒼白搖蚊、溪流搖蚊、梯形多足搖蚊；腹足綱總密度位于第三位，占所鑒定大型底棲動物總密度的20%。優(yōu)勢物種有耳蘿卜螺、中國圓田螺、銅銹環(huán)棱螺。

濟(jì)南整個流域平均密度為6 600個/m2，濟(jì)南北部流域大型底棲動物密度整體略高于中部和南部流域。在濟(jì)南流域北部大賀家鋪監(jiān)測點底棲動物在5月和8月相對密度較高，主要的優(yōu)勢物種為霍夫水絲蚓、克拉泊水絲蚓、喜鹽搖蚊和豆螺。進(jìn)入11月份，受季節(jié)性水文理化因子的影響，大部分點位大型底棲動物密度呈現(xiàn)明顯下降。仍有個別點位因水質(zhì)變化出現(xiàn)密度升高的狀況，比如位于濟(jì)南東部的五龍?zhí)茫擖c大型底棲動物密度呈現(xiàn)回升，回升為單一物種喜鹽搖蚊。

2.3 濟(jì)南水域大型底棲動物多樣性分布年變化

由大型底棲動物數(shù)據(jù)統(tǒng)計、整理和分析，得到濟(jì)南市全流域大型底棲動物多樣性指數(shù)平均值為1.4；從5月濟(jì)南整個流域大型底棲動物多樣性來看，多樣性最高的點位為濟(jì)南北部劉成橋，其香濃維納多樣性指數(shù)值為2.79，該區(qū)域大型底棲動物物種主要為搖蚊幼蟲和螺類。從8月濟(jì)南整個流域大型底棲動物多樣性來看，多樣性最高的點位為濟(jì)南南部宅科，其香濃維納多樣性指數(shù)值為2.88，該區(qū)域大型底棲動物物種主要為德永雕翅搖蚊和豆螺。從11月濟(jì)南整個流域大型底棲動物多樣性來看，多樣性最高的點位為濟(jì)南東部朱各務(wù)水庫，其香濃維納多樣性指數(shù)值為2.75，該區(qū)域大型底棲動物物種主要有中華小長臂蝦、擬沼螺、環(huán)棱螺、若西搖蚊。

3 討論

研究表明，大型底棲動物在河流生態(tài)系統(tǒng)中具有空間異質(zhì)性，王博涵等對濟(jì)南地區(qū)河流大型底棲動物研究，發(fā)現(xiàn)大型底棲動物的分布具有時空差異[9]；在太子河研究發(fā)現(xiàn)，大型底棲動物在不同區(qū)域也具有空間差異[10]。在濟(jì)南市全年共鑒定底棲動物58種，分屬于9大類。在5月份鑒定的物種數(shù)最多，進(jìn)入8月份底棲動物物種數(shù)出現(xiàn)明顯降低，11月份物種降低程度逐漸趨緩。位于并渡口-臥虎山水庫這條支流，底棲動物物種數(shù)明顯高于周邊監(jiān)測點位，和浮游植物呈現(xiàn)相同的規(guī)律。濟(jì)南整個流域底棲動物多樣性平均值為1.4，底棲動物的物種豐富度較低。針對濟(jì)南底棲動物群落分布現(xiàn)狀，應(yīng)加大對該區(qū)域環(huán)保宣傳教育方面力度，提高公眾覺悟和環(huán)保意識，使公眾了解濟(jì)南底棲動物群落水生態(tài)分布現(xiàn)狀，采取相應(yīng)生物修復(fù)手段，對該流域底棲動物群落進(jìn)行生態(tài)修復(fù)。濟(jì)南市流域生態(tài)系統(tǒng)在近些年來，人類活動干擾成為破壞自然生態(tài)系統(tǒng)完整性的最大因素，不同流域大型底棲動物的種群的結(jié)構(gòu)和功能都受到不同程度的影響；不同流域類型河岸帶土地利用類型的不同，以及不同流域的生境環(huán)境具有差異等原因都造成了大型底棲動物的空間異質(zhì)性，不同季節(jié)河流生境內(nèi)的各種理化因子都會發(fā)生不同程度的改變，使得大型底棲動物的季節(jié)分布具有異質(zhì)性；大型底棲動物群落結(jié)構(gòu)受到環(huán)境因子的影響，緯度、海拔對大型底棲動物群落結(jié)構(gòu)有顯著影響，海拔的差異會導(dǎo)致土地利用、人為活動等因素的差異，一系列因素對底棲動物群落結(jié)構(gòu)具有顯著的影響；總氮是河流生態(tài)系統(tǒng)重要的水化指標(biāo)，能顯著影響大型底棲動物的群落結(jié)構(gòu)。同時不同地區(qū)、不同季節(jié)水域水質(zhì)、水文、棲息地質(zhì)量等的差異，造成對大型底棲動物群落結(jié)有顯著相關(guān)性的環(huán)境因子也不盡相同，以致于大型底棲動物的群落結(jié)構(gòu)分布存在空間異質(zhì)性。

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