駱湖河底棲動物分布及其環(huán)境因子

王可健，劉 瑛，李澤實，劉佶鑫

(湖北工業(yè)大學土木建筑與環(huán)境學院，河湖生態(tài)修復及藻類利用湖北省重點實驗室，湖北 武漢 430068)

底棲動物作為水生態(tài)系統(tǒng)的重要類群，具有區(qū)域性強、遷移能力差、不同種類適應的環(huán)境條件各不相同的特點，且對生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)和能量流動具有重要作用[1]，底棲動物是河流中的魚類的天然餌料，同時也是了解河流生態(tài)系統(tǒng)結構、功能及健康狀況的關鍵類群[2]。底棲動物對水體污染的響應比較敏感，河流物理生境及水質的改變對大型底棲動物群落結構有明顯的影響[3]，造成敏感的指示生物群落的減少和大型底棲動物多樣性的減少[4]。因而被廣泛應用于生物監(jiān)測、水質評價和生態(tài)系統(tǒng)健康評價[5-7]。2014年起，廣東省開始積極推進山區(qū)五市中小河流治理工作，旨在改善河道淤積堵塞、水體環(huán)境惡化、水質差等問題。河源市駱湖河為中小河流規(guī)劃治理河流，對其底棲動物開展調查，明確影響駱湖河大型底棲動物組成結構和分布的主要環(huán)境因子，可為恢復和治理駱湖河等中小型河流提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 河流概況與樣點設置

駱湖河位于廣東省東源縣中部(24°0′～24°4′N，114°53′～114°50′E)，流域面積152 km2，河長34 km，其中駱湖鎮(zhèn)段20 km，燈塔鎮(zhèn)段14 km，坡降0.0033。多年平均降水量1660 mm，多年平均徑流深1010 mm，自然落差695 m，河道的主要功能包括行洪、灌溉、飲水、生態(tài)、水文化。大型底棲動物群落調查和環(huán)境指標監(jiān)測樣點設置見圖1，從上游至下游共布設8個采樣點位(每個點位調查區(qū)域為50 m，基本情況見表1)，每個點位取3個調查斷面，并分別在河道左岸、中部和右岸進行采樣，即每個點位獲取9組底棲動物及環(huán)境因子樣品。

圖1 采樣點的布置

表1 樣點的基本情況

1.2 不同環(huán)境因子測量方法

表2 不同環(huán)境因子

2)棲息地多樣性指標的測量底質、流速和水深的條件對生物棲息地的環(huán)境都有影響，以HD表示棲息地多樣性指數(shù)。其定義為：

棲息地多樣性指標計算結果見表3。采樣點4、5、6為深潭-淺灘結構，棲息地多樣性最高。

表3 不同環(huán)境因子的指標值

3)大型底棲動物的采集與鑒定2018年6月在8個采樣點采集大型底棲動物樣本，以索伯網(wǎng)為采樣工具(250 μm，0.09 m2)采集3-5網(wǎng)，將索伯網(wǎng)放入河床后，用毛刷清洗石塊，使附著在石塊上的底棲動物流入網(wǎng)中，然后用鐵鏟攪動石塊下面的底質，攪動深度約為10 cm[11]，采樣總面積0.5 m2。采集到的標本用40目銅篩篩取，并用75%的酒精保存帶回實驗室，參照大型底棲動物分類的相關文獻和圖譜[12]，在解剖鏡下進行種類的鑒定和計數(shù)，樣品盡量鑒定到屬或者種。

1.3 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計

優(yōu)勢物種利用優(yōu)勢度計算公式度量，優(yōu)勢度(Y)根據(jù)大型底棲動物出現(xiàn)的頻率及該物種個體數(shù)量進行計算[13-14]，即

Y=(Ni/N)×fi

式中:Ni為第i種的個體數(shù);N為所有種類個體數(shù);fi為出現(xiàn)的頻率;Y指大于0.02的種類為優(yōu)種。Shannon-Wiener指數(shù)：

式中:Pi=ni/N，其中ni為第i種生物的個體數(shù),個；N為總個體數(shù),個。

不同的環(huán)境因子數(shù)據(jù)以平均值±標準差(X±SD)表示，采用單因素方差分析(one-wayANOVA)，用LSD法進行多重比較，P<0.05為差異顯著。(one-wayANOVA)和LSD分析采用SPSS23軟件包。利用CANOCO4.5軟件對底棲動物數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)進行冗余分析(RDA)；為消除量綱的影響，對除pH值外的環(huán)境因子進行標準化轉換[15]。

2 結果與分析

2.1 底棲動物的種類組成及優(yōu)勢度

共采集底棲動物19種，隸屬于3門6綱14科(表4)。進一步計算可知，節(jié)肢動物門種類數(shù)占66.1%，環(huán)節(jié)動物門種類數(shù)占26.8%，軟體動物門種類數(shù)占7.1%。以Y>0.02的種類為優(yōu)勢種可得：1-3號樣點最優(yōu)勢種以清潔類群蜉蝣目與鉤蝦為主，4、5、6、8號樣點的優(yōu)勢種均為鉤蝦，7號樣點的優(yōu)勢種則為田螺和蜉蝣目為主。其中，3號樣點出現(xiàn)對污染耐受高的水絲蚓，5號樣點至8號樣點出現(xiàn)耐污種搖蚊幼蟲。表3為各點位的水質情況，可以看出各水質指標從上游至下游有較顯著的差異。

表4 各采樣河段大型底棲動物分布情況

2.2 底棲生物空間分布及多樣性

所采集底棲動物分為腹足綱(Gastropoda)、瓣鰓綱(Lamellibranchia)、昆蟲綱(Insecta)、甲殼綱(Crustacea)、蛭綱(Clitellata)、寡毛綱(Oligochaeta)六類。采樣結果表明，在同一條河流上大型底棲動物群落結構在空間上存在一定的差異(圖2)。

圖2 駱湖河大型底棲動物群落空間分布

整體來看，從1號樣點到8號樣點都存在昆蟲綱和甲殼綱物種，數(shù)量占比較多。僅在3號樣點發(fā)現(xiàn)寡毛綱。蛭綱、瓣鰓綱主要在河流中游出現(xiàn)，數(shù)量占比較小。腹足綱主要在河流下游分布，在6號樣點數(shù)量占比最大。從圖2也可以看出，整條河流從上游至中游至下游物種的種類數(shù)呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。

1號樣點到8號樣點的香農(nóng)威爾指數(shù)分別為0.43、1.92、2.18、2.44、2.86、2.70、2.26、2.49(圖3)。可以看出，從上游1號點一直到下游的5號點，物種的多樣性指數(shù)持續(xù)增加，6號樣點至8號樣點多樣性指數(shù)略有下降。

圖3 駱湖河底棲動物多樣性指數(shù)空間變化

3 冗余分析結果

在進行RDA分析之前，根據(jù)需要的環(huán)境因子、棲息地數(shù)據(jù)進行標準化處理，使得它們成為共同量綱的數(shù)值。接著需要對物種數(shù)據(jù)進行去趨勢分析(DCA)以確定底棲動物群落屬于單峰型或是線型分布從而確定是使用RDA分析還是選用CCA分析[16]，DCA數(shù)據(jù)表明最長的軸長為2.212，小于3，故選用RDA更加合理。

表5 環(huán)境因子非參數(shù)檢驗結果

底棲動物群落與篩選后環(huán)境因子冗余分析排序結果見表6。由表可知底棲動物與棲息地環(huán)境因子之間二維排序的基本信息，第一主軸的特征值為0.312，第二主軸的特征值為0.261，其余主軸的特征值越來越小，前兩個主軸的物種-環(huán)境關系的累積百分率達到了57.3，物種-環(huán)境的相關性系數(shù)分別為0.995和0.995，說明該排序圖能很好的反映大型底棲動物與環(huán)境因子之間的關系。

表6 冗余分析(RDA)排序結果

1-銅銹環(huán)棱螺；2-中華圓田螺；3-繪環(huán)棱螺；4-河蜆；5-寬深舌蛭；6-直突搖蚊；7-心突搖蚊；8-粗腹搖蚊；9-細蜉；10-等蜉；11-纖春蜓；12-箭蜓科；13-鉤蝦;14-潛水蝎蝽；15-顫蚓科圖4 大型底棲動物與環(huán)境因子的RDA排序

圖5 樣點與環(huán)境因子的RDA排序

4 討論

4.1 駱湖河不同河段底棲動物群落特征

大型底棲動物群落結構在河流空間上存在差異，主要受水體理化性質、棲息地環(huán)境等因子的影響[18-20]。駱湖河大型底棲動物以蜉蝣目、中腹足目、雙翅目、蜻蜓目、半翅目、十足目、真瓣鰓目為主，不同采樣點的優(yōu)勢種群不一樣。清潔種類的蜉蝣目是是靠近源頭的1號、2號、3號樣點的優(yōu)勢類群，而十足目鉤蝦是基本為后5個樣點的最優(yōu)勢類群。搖蚊類耐污群從靠近下游的5號樣點開始出現(xiàn)，許多研究已經(jīng)表明蜉蝣目類群更易出現(xiàn)在河流源頭[21-22]，且對水質質量要求較高，對水質變化敏感[23]，在水流湍急，溶解氧充足的水環(huán)境條件下更適于生長繁殖[24]；而搖蚊幼蟲類屬于典型的耐污種[25]，沿著河流方向，污染物質匯入的增加，耐污性高的物種隨著河流方向逐漸出現(xiàn)。大量研究表明河流污染物的富集，會造成河流污染的加重，進而影響河流中大型底棲動物的群落結構，沿著河流方向，清潔物種的比例會逐漸降低，而耐污種的比例逐漸升高[26]。樣點與環(huán)境因子的RDA分析結果也表明了從上游至下游，河流的水質逐漸變差，這與底棲動物分布情況結果一致。

4.2 環(huán)境因子對大型底棲動物的影響

4.3 河流生態(tài)治理對大型底棲動物的影響

駱湖河3號至8號樣點為人為干擾河段，其中4號，5號和6號樣點為人為構造階梯-深潭結構樣點，水質狀況較差，水生植物覆蓋度高，棲息地多樣性指數(shù)(HD)高。研究發(fā)現(xiàn)，這3個樣點的物種多樣性比其他樣點高，這可能與階梯-深潭結構有關。此結構為底棲動物提供更適宜的棲息地環(huán)境。王兆印的研究也證實了這一觀點，文中指出階梯-深潭結構可為底棲動物提供較穩(wěn)固且多樣化的棲息環(huán)境，適合不同類型底棲動物長期生存，從水化學角度來說，這種結構增大了水體與空氣之間的接觸面積，增加水體含氧量，進而促進水中有機物的分解，能對富營養(yǎng)化河流的治理起到輔助作用。同時階梯-深潭結構也可為水生植物的生長提供適宜的環(huán)境，這3個樣點的植物覆蓋度均達到30%以上。駱湖河7、8號樣點為生態(tài)連鎖磚護岸結構，水生植物較少，生物多樣性較低。比較這8個樣點可以得出階梯-深潭結構確實對于恢復生態(tài)環(huán)境有著積極的作用。

5 結束語