白洋淀流域大型底棲無脊椎動物群落結(jié)構(gòu)分析

武志鑫王璽劉瑀璇孫梟瓊王宏偉

(河北大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院,生命科學(xué)與綠色發(fā)展研究院,河北 保定 071002)

1 方法

1.1 樣品采集

1.2 采樣點設(shè)計

根據(jù)白洋淀流域地理位置以及水文狀況,考慮到當?shù)鼐用癞a(chǎn)業(yè)布局(旅游業(yè)、餐飲業(yè)和農(nóng)耕等)所造成的干擾,結(jié)合國家監(jiān)測控制位點布局情況,本研究在白洋淀淀區(qū)、上游河流(府河、孝義河、沙河和拒馬河)以及上游水庫(王快水庫和西大洋水庫)選取72個采樣點.

1.3 數(shù)據(jù)分析

2 結(jié)果與分析

2019年在白洋淀淀區(qū)及上游水庫和河流采集到3 599頭大型底棲無脊椎動物,共鑒定出36種,隸屬于3門(環(huán)節(jié)動物門、軟體動物門和節(jié)肢動物門)10目16科28屬.

2.1 白洋淀淀區(qū)大型底棲無脊椎動物群落結(jié)構(gòu)分析

2019年對白洋淀淀區(qū)調(diào)查時,在春、夏、秋3個季節(jié)的30個采樣點共采集了13種11屬7科1 279頭大型底棲無脊椎動物.春季9種7屬6科共314頭,夏季11種7屬4科共400頭,秋季9種7屬6科共565頭.所采集到的大型底棲無脊椎動物主要屬于節(jié)肢動物門,且主要是耐污種,紅裸須揺蚊幼蟲(Propsilocerus akamusi)在3個季節(jié)中均為優(yōu)勢物種(表1).

表1 2019年春季、夏季和秋季白洋淀淀區(qū)大型底棲無脊椎動物優(yōu)勢物種Tab.1 Dominant species of macrobenthic invertebrates in Baiyangdian Lake in spring,summer,autumn in 2019

根據(jù)Kolmogorov-Smirnov檢驗結(jié)果,白洋淀淀區(qū)春季、夏季和秋季,大型底棲動物物種數(shù)、個體總數(shù)、豐富度指數(shù)、生物多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)是利用平均值計算的,P值部分小于0.05.春季大型底棲動物個體總數(shù)、Shannon-Wiener物種多樣性指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)差異顯著,且春季大型底棲動物種類數(shù)差異顯著.

通過Shannon-Wiener物種多樣性指數(shù)繪制出3個季節(jié)不同區(qū)域的白洋淀淀區(qū)大型底棲無脊椎動物的生物多樣性和生物量圖(圖1～2).從圖1中可以看出,春季生物多樣性東部區(qū)域高于西部區(qū)域,夏季在東南部較高,而在秋季生物多樣性呈現(xiàn)均勻分布的狀態(tài).在2019年3個季節(jié),白洋淀淀區(qū)大型底棲無脊椎動物以大鴨圈和王家寨為中心在北部區(qū)域具有較低的生物多樣性.從生物多樣性的區(qū)域分布來看,沿岸區(qū)域高于湖泊中部地區(qū).從季節(jié)來看,白洋淀淀區(qū)底棲大型無脊椎動物的生物多樣性夏季高于春季和秋季,而生物量3個季節(jié)分布較為均勻.從等高線圖來看,白洋淀淀區(qū)東北(平陽淀和龍王淀)和西南(白洋淀1、白洋淀2、三角淀和馬棚淀)區(qū)域生物量分布低于其他區(qū)域(圖2).

圖1 2019年春季(a)、夏季(b)和秋季(c)白洋淀淀區(qū)大型底棲無脊椎動物生物多樣性Fig.1 Biodiversity of macrobenthic invertebrates in Baiyangdian Lake in spring,summer,autumn in 2019

圖2 2019年春季(a)、夏季(b)和秋季(c)白洋淀淀區(qū)大型底棲無脊椎動物生物量Fig.2 Biomass of macrobenthic invertebrates in Baiyangdian Lake in spring,summer,autumn in 2019

白洋淀淀區(qū)底棲無脊椎動物群落調(diào)查分析結(jié)果表明,群落結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出受區(qū)域性影響較大,而受季節(jié)性影響不大的特點.分析其生物量和生物多樣性指數(shù),呈現(xiàn)出淀區(qū)南部生物量高于淀區(qū)北部;而生物多樣性呈現(xiàn)出淀區(qū)邊緣低于淀區(qū)中心區(qū)域.

2.2 白洋淀流域上游水庫大型底棲無脊椎動物群落結(jié)構(gòu)分析

2019年白洋淀流域上游水庫(西大洋水庫和王快水庫)區(qū)域大型底棲無脊椎動物調(diào)查中,在2個水庫3個季節(jié)的12個采樣點采集了10種8屬3科共138頭.春季采集了5種5屬2科共78頭,夏季采集了5種4屬2科共13頭,秋季采集了7種7屬3科共47頭.所采集到的大型底棲無脊椎動物主要由節(jié)肢動物門和環(huán)節(jié)動物門組成,所采集到的軟體動物甚少(圖3～4).

圖3 2019年西大洋水庫(a)和王快水庫(b)大型底棲無脊椎動物豐度Fig.3 Abundances of macrobenthic invertebrates in Xidayang Reservoir and Wangkuai Reservoir in 2019

2019年白洋淀流域上游水庫中,西大洋水庫3個季節(jié)大型底棲無脊椎動物群落結(jié)構(gòu)主要由揺蚊科和顫蚓科組成,春季2科在豐度上貢獻率均為50%,夏季揺蚊科對豐度的貢獻率大于顫蚓科,秋季則相反(表2).王快水庫僅在秋季采集到少許的田螺科,且春季主要由節(jié)肢動物門組成,秋季主要由環(huán)節(jié)動物門組成(圖3～4).2個上游水庫中優(yōu)勢物種均為揺蚊科和顫蚓科,其中紅裸須揺蚊幼蟲在3個季節(jié)中均為西大洋水庫的優(yōu)勢物種(表2).

表2 2019年春季、夏季和秋季白洋淀流域上游水庫大型底棲無脊椎動物優(yōu)勢物種Tab.2 Dominant species of macrobenthic invertebrates in upstream reservoirs of Baiyangdian Basin in spring,summer,autumn in 2019

西大洋水庫2019年春、夏、秋3季生物量最大的樣點分別為庫中心、碼頭、村西;春季總生物量大于秋季總生物量,夏季總生物量最小(圖4).王快水庫2019年春、夏、秋3季生物量最高分別為村南、大壩、沙河口;秋季總生物量最高,其次為春季,夏季總生物量最小(圖4).在水庫樣品采集中節(jié)肢動物搖蚊幼蟲類為主要底棲動物,其次為軟體動物.

圖4 2019年西大洋水庫(a)和王快水庫(b)大型底棲無脊椎動物生物量Fig.4 Biomass of macrobenthic invertebrates in Xidayang Reservoir and Wangkuai Reservoir in 2019

對白洋淀流域上游2個水庫的生物多樣性隨季節(jié)變化的特點進行的分析(圖5)表明,2019年2個水庫均表現(xiàn)為春季生物多樣性最高,其次為秋季,最低為夏季.2019年水庫調(diào)查中的不足之處在于所采集到的總生物量較少,且生物種類較為單一,其中揺蚊幼蟲居多,其次為環(huán)棱螺屬.2019年春季調(diào)查中,采集到的生物種類增多,生物多樣性明顯高于同年夏季生物多樣性(P＜0.05).造成2個水庫夏季生物多樣性低于春秋季的原因與其主要組成物種揺蚊科的生活史有很大關(guān)系[14].生物多樣性指數(shù)較小,平均值均小于0.5,且表現(xiàn)均為春季最高,夏季最低.其群落結(jié)構(gòu)季節(jié)變化結(jié)果中顯示,除排水口采樣點(西大洋水庫)生物多樣性與該水庫中其他采樣點具有顯著性差異(P＜0.05)外未表現(xiàn)出其他顯著性差異,主要因為水庫水深,生物本身較少且生物多樣性較小,不具有顯著性差異(P＞0.05).同樣,Margalef種類豐富度指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)表明,2個水庫生物量與豐度變化具有一定的相似性,均表現(xiàn)為春季和秋季高于夏季,且存在顯著性差異(P＜0.05).

圖5 2019年西大洋水庫和王快水庫大型底棲無脊椎動物生物多樣性Fig.5 Biodiversity of macrobenthic invertebrates in Xidayang Reservoir and Wangkuai Reservoir in 2019

2.3 白洋淀流域上游河流大型底棲無脊椎動物群落結(jié)構(gòu)分析

2019年白洋淀流域上游河流區(qū)域調(diào)查中,在4條上游河流3個季節(jié)的30個采樣點采集了31種25屬16科共2 182頭大型底棲無脊椎動物.春季采集了25種20屬13科共1 341頭,夏季采集了17種13屬9科共427頭,秋季采集了15種12屬9科共414頭.所采集到的大型底棲無脊椎動物主要由節(jié)肢動物門組成.在3個季節(jié)的調(diào)查中,霍普水絲蚓(Limnodrilushoffmeisteri)在4條上游河流中均為優(yōu)勢物種,其中府河和孝義河優(yōu)勢種均屬于田螺科、揺蚊科和顫蚓科(表3);而沙河和拒馬河優(yōu)勢物種中節(jié)肢動物門種類增加,其中增加的主要是生活于較清潔河流的水生昆蟲種類.

表3 2019年春季、夏季和秋季白洋淀流域上游河流大型底棲無脊椎動物優(yōu)勢物種Tab.3 Dominant species of macrobenthic invertebrates in upstream rivers of Baiyangdian Basin in spring,summer,autumn in 2019

2019年對白洋淀流域4條上游河流中大型底棲無脊椎動物進行的豐度統(tǒng)計分析表明,4條上游河流均表現(xiàn)為春季豐度最高,而府河、孝義河和沙河表現(xiàn)為夏季豐度最低,拒馬河則表現(xiàn)為秋季豐度最低(圖6).

圖6 2019年白洋淀流域上游河流大型底棲無脊椎動物豐度Fig.6 Abundances of macrobenthic invertebrates in upstream rivers of Baiyangdian Basin in 2019

對4條上游河流中大型底棲無脊椎動物的生物量進行了分析(圖7),結(jié)果表明:府河大型底棲無脊椎動物生物量春季和夏季南北橋最高,秋季生物量望亭最高,這與采集到較多環(huán)棱螺屬底棲動物有關(guān),故生物量較大.孝義河春季生物量較大,且物種分布平均,夏季生物量高任橋最高,秋季生物量浦口最高.沙河春季生物量最高為下細溝,夏季生物量最高為砂窩,秋季生物量最高為王林口.在沙河和拒馬河節(jié)肢動物為主要底棲動物,且生活在較潔凈水域的節(jié)肢動物種類明顯增加.拒馬河春季生物量最高為穆家口,夏季最高為白溝,秋季最高為源頭.

圖7 2019年白洋淀流域上游河流大型底棲無脊椎動物生物量Fig.7 Biomass of macrobenthic invertebrates in upstream rivers of Baiyangdian Basin in 2019

對白洋淀流域上游河流的生物多樣性進行的分析(圖8)表明,府河和沙河主要表現(xiàn)為春季生物多樣性最高,其次為秋季,夏季生物多樣性最低;孝義河和拒馬河表現(xiàn)為春季生物多樣性最高,其次為夏季,秋季最低.拒馬河調(diào)查中生物種類數(shù)量明顯增加,其中在拒馬河和沙河采集到多種水生昆蟲,豐富了生物多樣性,且沙河所采集到的物種中具有生活在較清潔水質(zhì)的生物.府河和孝義河也采集到些許軟體動物.

圖8 2019年白洋淀流域上游河流大型底棲無脊椎動物生物多樣性Fig.8 Biodiversity of macrobenthic invertebrates in upstream rivers of Baiyangdian Basin in 2019

總體來看,白洋淀流域上游河流中所采集到的底棲無脊椎動物種類與淀區(qū)和2個上游水庫所采集到的種類具有明顯的不同,主要表現(xiàn)為生物種類數(shù)增加.生物量和生物多樣性指數(shù)分析表明,府河、孝義河和拒馬河春季大型底棲無脊椎動物生物量最低,而沙河春季生物量最高,府河、孝義河和沙河在生物量與豐度上均表現(xiàn)出春季與其他季節(jié)具有顯著性差異(P＜0.05),拒馬河表現(xiàn)出秋季豐度與其他2個季節(jié)具有顯著性差異(P＜0.05),夏季生物量與其他季節(jié)具有顯著性差異(P＜0.05);4條河流的生物多樣性均表現(xiàn)為春季高于其他季節(jié)(圖6～8).4條上游河流區(qū)域性差異較小,僅表現(xiàn)在高任橋采樣點(府河)、斗洼橋采樣點(孝義河)和保滄大橋采樣點(孝義河)種類數(shù)與所在河流其他采樣點具有顯著性差異(P＜0.05),浦口采樣點(孝義河)和穆家口采樣點(拒馬河)均勻度與所在河流其他采樣點具有極顯著性差異(P＜0.05).

3 討論

在對白洋淀流域各采樣點的分析中,可以看出,物種數(shù)量和生物個體數(shù)量的差異顯著.生物參數(shù)的這些變化與時空變化趨勢密切相關(guān).每個生物指標反映和強調(diào)群落結(jié)構(gòu)的不同方面.因此,在缺乏長期數(shù)據(jù)的情況下進行生物評估時,不應(yīng)只考慮使用大型底棲無脊椎動物評估物種的單一指標,重要的是要考慮與時空變化有關(guān)的其他可能因素的影響[15].

白洋淀淀區(qū)大型底棲動物的生物量主要表現(xiàn)為淀區(qū)南部大于淀區(qū)北部.生物多樣性表明,白洋淀流域中部地區(qū)高于沿岸地區(qū),白洋淀流域生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的評價結(jié)果表明,湖泊邊緣的西南和東南區(qū)域健康狀況最好,其次是中南,最差的是西部污染區(qū)[16].大型底棲無脊椎動物受到沉積物和水環(huán)境的共同影響,營養(yǎng)豐富和環(huán)境質(zhì)量相對較好的地區(qū)導(dǎo)致了大型底棲動物的繁殖和生物量的增加[17].空間異質(zhì)性的增加,導(dǎo)致物種數(shù)量的增加,從而增加了生物多樣性.群落結(jié)構(gòu)的季節(jié)性變化與大型底棲無脊椎動物的周期性生活史有關(guān)[18].白洋淀流域大型底棲無脊椎動物群落結(jié)構(gòu)主要表現(xiàn)為春季嚴重擾動,夏季和秋季輕度擾動.這主要是由于居民的生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)活動(春播和施肥等)造成干擾.同時,植物冬季形成的腐殖質(zhì)通過沉降改變了表層沉積物,極大地影響了大型底棲無脊椎動物的群落結(jié)構(gòu)[19].

底棲無脊椎動物主要由搖蚊科幼蟲組成,分布在淀區(qū)、河流和水庫各個流域,物種分布較均勻,所采集的水生昆蟲種類在拒馬河及沙河16個采樣點集中分布,物種分布具有不均勻性.白洋淀淀區(qū)在2次采樣中物種組成變化較小,主要為田螺科、椎實螺科、揺蚊亞科、直突揺蚊亞科和顫蚓科,采到蚌科的幾率較小;由于水較深,2個水庫物種組成較為簡單,主要由直突揺蚊亞科和顫蚓科組成,在距離岸邊較近的采樣點環(huán)棱螺屬也有分布;4條河流情況不同,府河與孝義河緊鄰居民生活區(qū),受人為影響較大,比如居民將生活廢水和垃圾等不進行分類處理排放到河道[20],農(nóng)田灌溉和噴灑農(nóng)藥等都對河流產(chǎn)生一定影響,但2019年對其調(diào)查監(jiān)測發(fā)現(xiàn)已有改善,河流岸邊設(shè)有柵欄等設(shè)施,對其具有一定保護隔離作用;沙河水流較快,沉積物主要為沙質(zhì)且水質(zhì)較為清潔,蜉蝣目(Ephemeroptera)和色蟌科(Calopterygidae Sélys)等一些節(jié)肢動物的幼蟲常棲息此處;拒馬河主要開發(fā)旅游業(yè),旅游、餐飲和生活廢水對其影響較大,但水質(zhì)較為清潔且水流較為緩慢,醫(yī)蛭科和石蛭科常棲息此處,采集到水生昆蟲種類較多.拒馬河源頭采樣點位于縣城公園內(nèi)的湖泊,人流量較大且人為活動對其影響較大,使其沉積物逐漸加厚,底棲動物種類也明顯增加.總體來看,不同底棲無脊椎動物適宜生活在不同的生境中[21],故加大生態(tài)系統(tǒng)斑塊多樣性有助于提高物種多樣性,同時加大對水環(huán)境的改善和修復(fù)工作,有助于加大其生物豐度及生物量,對生態(tài)系統(tǒng)適當?shù)男迯?fù)改善有助于其生物多樣性的增加.

致謝:河北大學(xué)水生生物學(xué)研究生方楠同學(xué)幫忙作圖,崔鐵峰同學(xué)幫忙采樣,河北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院的多位本科生同學(xué)參與白洋淀采樣調(diào)查,在此一并感謝!