神頭泉域底棲動物群落組成分布及多樣性分析

文/柴炎

神頭泉為山西省19大巖溶泉之一，位于山西省朔州市朔城區(qū)神頭鎮(zhèn)，泉群分布面積約5km2，大小泉眼100余處，呈散流狀排泄，主要由神頭泉組、司馬泊泉組、河道泉組3個泉組組成。神頭泉組包括東海子、西海子及二七泉；河道泉組包括神西泉及河道中大量的散泉；司馬泊泉組包括司馬泊泉，三泉灣泉、五花泉、蓮花泉等。

神頭泉水流常年穩(wěn)定，年均水溫14℃，是國內(nèi)最早的虹鱒養(yǎng)殖生產(chǎn)區(qū)域之一。當?shù)囟舅疁氐椭?0℃，滿足虹鱒繁育條件，是山西省虹鱒發(fā)眼卵重要生產(chǎn)基地，其發(fā)眼卵輻射西北、西南、華東多個地區(qū)生產(chǎn)。神頭泉作為山西省冷水魚產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要基地，開展其泉域生物資源調(diào)查，對下一步制定冷水魚產(chǎn)業(yè)發(fā)展相關(guān)規(guī)劃、促進水域生態(tài)資源保護與產(chǎn)業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要意義。

底棲動物指生活史的全部或大部分時間聚居于水體底部的水生動物類群。底棲動物是巖溶泉域水生生態(tài)系統(tǒng)食物鏈的重要環(huán)節(jié)之一，是魚、蝦、貝類的優(yōu)質(zhì)天然餌料；同時在水生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)和營養(yǎng)循環(huán)中起著重要的作用。由于底棲動物生活相對穩(wěn)定、地區(qū)性強、容易計數(shù)，對環(huán)境變化反應(yīng)敏感，可以較好反映其生活環(huán)境的水質(zhì)、底質(zhì)污染狀況，對水體水質(zhì)變化起到指示或警示作用，因此被廣泛用于河流水系、湖泊、水庫及濕地的研究中。目前對巖溶泉域底棲動物的調(diào)查研究較少。

本研究于2021年5月和8月分別對神頭泉域4個采樣點位進行底棲動物采樣收集，利用生物密度、生物量密度、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)（′）、Pielou均勻度指數(shù)（′）、Margalef豐富度指數(shù)（）對泉域底棲生物群落種類組成分布與水質(zhì)環(huán)境狀況之間的關(guān)系等進行數(shù)據(jù)分析，為神頭泉域水生態(tài)環(huán)境和水生生物保護提供參考。

一、材料與方法

（一）采樣點設(shè)置

按生態(tài)類型劃分，神頭泉域?qū)儆诤拥琅c池塘混合型泉域。底棲動物調(diào)查采樣點主要選擇在泉水排泄帶比較集中、生態(tài)環(huán)境適合水生生物生長與繁殖的水生態(tài)區(qū)域，從北向南分別確定河道泉、三泉灣、水圍寺、五花泉4個采樣點（見圖1）。

圖1 神頭泉域底棲動物調(diào)查采樣點位置圖

（二）底棲動物的采集與處理

采集底棲動物主要用蘇泊爾網(wǎng)，大小為30cm×30cm。根據(jù)各采樣點的水流速度變化，分別選擇3個平行點，采集面積共0.27m2。將采集的樣品放入已標好時間、地點和面積大小的封口袋中，加入10%的福爾馬林溶液，做好固定，帶回實驗室進行處理分類、鑒定、計數(shù)和稱重。處理采集樣品時用清水清洗干凈，去除樹葉樹枝，石頭等雜質(zhì)。體積較大的（如蛭綱、蜻蜓目等）可用肉眼直接鑒定，小型底棲動物用顯微鏡和解剖鏡來鑒定。計數(shù)完，進行稱重前，先用濾紙吸干底棲動物表面的水分，用感量為0.0001g的電子天平進行稱重，其中軟體動物不去殼稱重，筑巢類水生昆蟲去巢稱重。

（三）多樣性分析指標

主要采用Shannon-Wiener多樣性指數(shù)（）、Pielou均勻度指數(shù)（）和Margalef豐富度指數(shù)（）。

二、結(jié)果與分析

（一）群落組成分布

本次資源調(diào)查共采集到底棲動物3門6綱18種（科、屬）（見表1）。其中節(jié)肢動物門采集到的種類數(shù)最多為10種，占總種類數(shù)的55.56%；環(huán)節(jié)動物門和軟體動物門都為4種，占總種類數(shù)均為22.22%。

表1 神頭泉域底棲動物種類組成分布

群落組成的水平分布為：澤蛭、膀胱螺、中華鋸齒米蝦在除五花泉外的3個采樣點均有分布；尾腮蚓、寬體金線蛭、蝎蝽、蜻屬、角石蠶、秀麗白蝦、鉤蝦在2個點有分布；其他底棲動物僅在1個點有分布。

由表1可知，三泉灣采樣點底棲動物種類最多，為11種；水圍寺采樣點次之，為10種；河道泉采樣點底棲動物9種；五花泉種類最少，僅1種。

從圖2可知，4個采樣點中，水圍寺采樣點生物密度最高，在530個/m2以上；河道泉采樣點底棲動物種類也達400個/m2以上；五花泉采樣點物種單一，只有秀麗白蝦分布，但生物密度高達300個/m2。五花泉生物量密度最大，超過500g/m2；其他3個采樣點生物量密度均在100g/m2以下。三泉灣采樣點底棲動物生物密度、生物量密度均較小。

圖2 神頭泉域底棲動物生物密度及生物量密度分布

（二）多樣性分析結(jié)果

根據(jù)底棲動物種類及各種類生物數(shù)量分析神頭泉域底棲動物生物多樣性，如表2所示。從多樣性指數(shù)（）和均勻度指數(shù)（）來看，水圍寺采樣點的生物多樣性和均勻度相對較高；從豐富度指數(shù)（）看，三泉灣采樣點的R值最大，為3.19。

表2 神頭泉域底棲動物生物多樣性指數(shù)分析

利用生物多樣性指數(shù)評價泉域水環(huán)境，從多樣性指數(shù)（）值來看，三泉灣和河道泉多樣性指數(shù)（）值小于1，為重污染；水圍寺多樣性指數(shù)（）值在1～2，為中污染。從豐富度指數(shù)（）值來看，水圍寺和河道泉豐富度指數(shù)（）值介于1～2，為中污染；三泉灣豐富度指數(shù)（）值大于3，為清潔。參考標準見表3。

表3 生物多樣性指數(shù)分析標準參照表

五花泉因為只采集到1種底棲動物，計算無意義，故不納入比較。

三、討論

（一）水環(huán)境對底棲動物群落結(jié)構(gòu)的影響

神頭泉域生態(tài)環(huán)境多樣，屬于池塘與河道混合型泉域。三泉灣和水圍寺采樣點屬于池塘型，底棲動物種類最多。其中水圍寺采樣點生物密度最大，池塘型生態(tài)環(huán)境相對于河道型較為穩(wěn)定，為底棲動物提供了安靜、穩(wěn)定的生存環(huán)境，正好滿足其遷移能力弱的特點。而三泉灣位于水產(chǎn)養(yǎng)殖場上游，屬于泄水帶池塘，水溫偏低、營養(yǎng)匱乏，導(dǎo)致底棲動物生物密度和生物量均較少。河道泉采樣點屬于河道型，雖底棲動物是主要生活在河床中的生物，河床的穩(wěn)定性是影響底棲動物群落分布的主要原因，但底棲動物密度和河床穩(wěn)定性之間并不存在明顯的相關(guān)關(guān)系，還與底質(zhì)卵石、沙質(zhì)的孔隙率、空隙大小以及水流速度、透明度、總氮含量等理化因素有關(guān)。河道泉水流湍急，水質(zhì)渾濁、透明度較低，造成底棲動物種類和生物密度不高且生物量密度最低，分析結(jié)果與實際情況相符。五花泉采樣點亦屬于池塘型，然而水深較深，采樣受限，只能通過下地籠進行收集，因此僅采集到1種秀麗白蝦。

（二）多樣性分析評價

Shannon-Wiener多樣性指數(shù)（）分析表明，三泉灣和河道泉為重污染；水圍寺為中污染，接近于實際情況，人為因素是神頭泉域水資源環(huán)境污染的主要原因。另外，三泉灣大部分水源被用于下游養(yǎng)殖場的養(yǎng)殖生產(chǎn)，水體總量和交換量明顯減少；河道泉位于源子河內(nèi)，在采樣時也觀察到河內(nèi)有大量的生活垃圾。多樣性指數(shù)（）的分析結(jié)果與耐污指示種膀胱螺和尾腮蚓的分布情況一致，同時說明三泉灣和河道泉這兩個采樣點水體受到較重程度的污染。水圍寺位置偏僻、安靜，距離周邊生活污染輻射較遠些，但同樣存在水位下降的問題，水體幾乎沒有流量和交換量，處于受污染狀態(tài)。

由Pielou均勻度指數(shù)（）和Margalef豐富度指數(shù)（）分析得出，水圍寺采樣點的生物多樣性和均勻度相對較高；水圍寺和河道泉為中污染；這與實際環(huán)境狀況較為相符。三泉灣為清潔，這與實際情況不符。Margalef豐富度指數(shù)（）僅與底棲動物種類數(shù)和個體總數(shù)相關(guān)，與種類及其各物種生物量無關(guān)。雖有報道，可通過該指數(shù)（）較為客觀地反映評價區(qū)域物種的豐富度和水質(zhì)情況，但可能不適合用于本次研究分析評價。此外，底棲動物只是一項指標，還有其他指標，如：葉綠素a、COD、BOD等理化指標可反映水體受污情況。

四、結(jié)論與建議

通過對底棲動物的采集、鑒定與統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)神頭泉域存在耐污指示種膀胱螺和尾巴腮蚓。經(jīng)Shannon-Wiener多樣性指數(shù)（）和Pielou均勻度指數(shù)（）分析，確定神頭泉域存在大面積污染狀況。從評價結(jié)果看，Shannon-Wiener多樣性指數(shù)（）比Pielou均勻度指數(shù)（）更加靈敏、嚴苛。

本次調(diào)查工作除了采集底棲動物外，僅監(jiān)測了部分基礎(chǔ)性水質(zhì)理化指標。鑒于神頭泉域存在大面積污染的情況，建議后續(xù)開展此類調(diào)查工作時，增加其他理化指標的監(jiān)測，如總硬度、總堿度等。并在此基礎(chǔ)上調(diào)查浮游植物、浮游動物和魚類棲息情況，對泉域水質(zhì)做出更全面的評價，真實反映泉域漁業(yè)資源情況，以利于其漁業(yè)開發(fā)規(guī)劃，讓泉域得到更好地保護和利用。