白石水庫底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)特征及多樣性研究

張榮坤，趙 文，尹東鵬，魏 杰，蔡志龍

（1.大連海洋大學(xué)水產(chǎn)與生命學(xué)院，遼寧省水生生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 大連 210200；2.遼寧省水資源管理集團(tuán)有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110116）

遼寧省北票市的白石水庫坐落于大凌河和牤牛河干流上，地處朝陽、阜新和錦州3個(gè)城市的核心區(qū)域，是一座以供水、灌溉和防洪為主，兼顧養(yǎng)殖和發(fā)電等可多項(xiàng)利用的大型水源水庫，水庫總庫容16.45×108m3，可控制流域面積17 649km2，規(guī)模列遼寧第三，遼西第一[1-2]。

底棲動(dòng)物是水庫生態(tài)系統(tǒng)中一個(gè)龐大的類群，可作為分解者和消費(fèi)者，在生態(tài)系統(tǒng)功能和基本運(yùn)轉(zhuǎn)過程中發(fā)揮著突出作用[3-4]，其中在水體凈化方面，底棲動(dòng)物能在水庫底部翻勻底質(zhì)，加速腐質(zhì)的分解，使得腐質(zhì)再循環(huán)，有助于水庫的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)，不斷促進(jìn)水體自凈；大型底棲動(dòng)物是水庫漁業(yè)的關(guān)鍵組成之一；在水庫監(jiān)測(cè)上，底棲動(dòng)物中的敏感種和耐污種，可對(duì)有機(jī)污染物持續(xù)性排放進(jìn)行長期監(jiān)測(cè)[3-6]。

在2013—2014年期間，關(guān)于白石水庫水域資源調(diào)查研究主要集中于水質(zhì)[1-2，7]、浮游植物群落結(jié)構(gòu)[1]、顆粒有機(jī)物及沉積物中碳、氮穩(wěn)定同位素的空間分布特征[2]、浮游動(dòng)物群落特征及魚產(chǎn)力等方面[7]，本文底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)調(diào)查是同一時(shí)期開展的研究，底棲動(dòng)物是水庫生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)類群，在水庫水質(zhì)凈化和監(jiān)測(cè)、充當(dāng)優(yōu)質(zhì)餌料、評(píng)估魚產(chǎn)力等方面發(fā)揮重要作用，截止目前，尚無有關(guān)白石水庫底棲動(dòng)物的研究，本文可與同時(shí)期的研究互為補(bǔ)充，可為白石水庫底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)多樣性提供數(shù)據(jù)支持，以期能促進(jìn)白石水庫水源安全及優(yōu)水漁業(yè)發(fā)展。

1 研究方法

1.1 采樣點(diǎn)的設(shè)置

在2013年9月至2014年7月期間，對(duì)白石水庫每月采集樣品，共計(jì)9次，春季為2—4月，夏季為5—6月，秋季為7月和9月，冬季為10—11月。共設(shè)置14個(gè)采樣點(diǎn)，其中庫區(qū)內(nèi)設(shè)置設(shè)上游、中上游、中下游及下游等四個(gè)斷面，每個(gè)斷面設(shè)置3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，共12個(gè)采樣點(diǎn)；此外，在牤牛河、大凌河2個(gè)支流河口處各設(shè)1個(gè)采樣點(diǎn)。采樣站位設(shè)置如圖1所示。

圖1 白石水庫采樣站位示意圖

1.2 樣品的采集與處理

用1/16m2的改良彼得生采泥器采集底泥樣品，每個(gè)采樣點(diǎn)采集2次（1個(gè)定量1個(gè)定性）。樣品經(jīng)80目孔徑的紗網(wǎng)篩洗干凈后，剩余物帶回實(shí)驗(yàn)室白瓷盤中，用肉眼所見為準(zhǔn)，將底棲動(dòng)物檢出，用70%的酒精固定24 h后用10%的甲醛保存。標(biāo)本鑒定后計(jì)數(shù)，生物量用感量1/10 000的電子天平稱重，其密度與生物量最終折算成每平方米的密度和生物量。

1.3 數(shù)據(jù)處理方法

底棲動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種利用優(yōu)勢(shì)度（Y）進(jìn)行確定，多樣性分析指數(shù)包括Shannon-Wiener指數(shù)和均勻度指數(shù)（J）。

（1）Shannon-Wiener多樣性指數(shù)（H′）：

式中Pi是底棲動(dòng)物總種數(shù)中第i種的個(gè)體數(shù)與觀察到的總個(gè)體數(shù)N的比值，比值變動(dòng)范圍在零與任何正數(shù)之間。

（2）均勻度指數(shù)（J）：

式中：H′為多樣性指數(shù)，S為所有種數(shù)之和。

（3）優(yōu)勢(shì)度（Y）：

式中：ni為第i種的個(gè)體數(shù)，N為總種類的所有個(gè)體數(shù)，fi為第i種的出現(xiàn)頻率，Y＞0.02的種類為優(yōu)勢(shì)種。

運(yùn)用Excel對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。

2 研究結(jié)果

2.1 底棲動(dòng)物的種類組成

白石水庫底棲動(dòng)物的種類組成及季節(jié)分布總結(jié)于表1。由表1可見，本研究共檢出底棲動(dòng)物14種，隸屬2門3科。

2.2 底棲動(dòng)物密度季節(jié)變化

調(diào)查期間，白石水庫各月底棲動(dòng)物密度最低值出現(xiàn)在2013年9月，為167ind/m2，最高出現(xiàn)在2014年3月，為1 405ind/m2，全年密度平均值為512ind/m2。白石水庫底棲動(dòng)物密度各月的變化情況見圖2。春季平均密度最高，為723ind/m2，秋季最低，為234ind/m2，季節(jié)變化趨勢(shì)為春季＞冬季＞夏季＞秋季。

表1白石水庫底棲動(dòng)物種類組成及分布

圖2 白石水庫底棲動(dòng)物密度及其季節(jié)變化

2.3 底棲動(dòng)物生物量的季節(jié)變化

調(diào)查期間，白石水庫各月底棲動(dòng)物生物量最低值出現(xiàn)在2013年9月，為4.71g/m2，最高出現(xiàn)在2014年3月，為671.73g/m2，全年生物量平均值為113.35g/m2。白石水庫底棲動(dòng)物生物量各月的變化情況見圖3。春季平均生物量最高，為253.32g/m2，秋季最低，為17.38g/m2，季節(jié)變化趨勢(shì)為春季＞夏季＞冬季＞秋季。

圖3 白石水庫底棲動(dòng)物生物量及其季節(jié)變化

2.4 底棲動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種

根據(jù)底棲動(dòng)物的密度及出現(xiàn)頻率來確定其優(yōu)勢(shì)度在20%以上的為優(yōu)勢(shì)種類，在整個(gè)調(diào)查時(shí)間內(nèi)為優(yōu)勢(shì)種的主要有線蟲 （Caenorhabditis elegans）、蘇氏尾鰓蚓（Branchiuro sowerbyi）、黃色羽搖蚊（Chironomus flavipiumus）幼蟲及擬雜色大粗腹搖蚊（Macropelopia paranebulosa）幼蟲（如表2所示）。在整個(gè)調(diào)查期間，各月優(yōu)勢(shì)種數(shù)量分別為5個(gè)、4個(gè)、4個(gè)、2個(gè)、4個(gè)、4個(gè)、4個(gè)、4個(gè)和4個(gè)。

2.5 底棲動(dòng)物的多樣性

底棲動(dòng)物Shannon-Wiener多樣性指數(shù)平均為2.05（圖4），均勻度指數(shù)為0.54（圖5），多樣性指數(shù)在1.38—2.69變化，均勻度指數(shù)在0.36—0.71變化。多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)波動(dòng)較為明顯，多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)均在2月份最低，多樣性指數(shù)為1.38，均勻度指數(shù)為0.36。多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)均在9月最高，多樣性指數(shù)為2.69，均勻度指數(shù)為0.71。

表2白石水庫底棲動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種類

圖4 白石水庫底棲動(dòng)物多樣性及其季節(jié)變化

圖5 白石水庫底棲動(dòng)物均勻性及其季節(jié)變化

3 討論

3.1 白石水庫底棲動(dòng)物群落特征

本研究表明白石水庫共檢出底棲動(dòng)物14種，隸屬2門3科。不同時(shí)間段內(nèi)有不同門類的底棲動(dòng)物的種類數(shù)沒有出現(xiàn)明顯的變化。與以往調(diào)查數(shù)據(jù)相比，白石水庫底棲動(dòng)物種數(shù)處于中上水平[3-4，7-10]，這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因可能與不同水庫水質(zhì)營養(yǎng)狀態(tài)和水中魚類群落結(jié)構(gòu)有關(guān)[3，6]。

白石水庫底棲動(dòng)物的密度和生物量遠(yuǎn)超已有報(bào)道的遼寧水庫[3-4，7-10]，這充分說明白石水庫具有充沛的餌料資源，底棲動(dòng)物在該水庫生態(tài)系統(tǒng)中占據(jù)重要地位。底棲動(dòng)物在數(shù)量上存在冬春季節(jié)大于夏秋季節(jié)的分布差異，其中密度隨季節(jié)變動(dòng)情況是春季＞冬季＞夏季＞秋季，生物量隨季節(jié)變動(dòng)情況是春季＞夏季＞冬季＞秋季，這與大伙房水庫和湯河水庫的底棲動(dòng)物季節(jié)分布存在一些相同的變化趨勢(shì)[3]，水溫是造成這種季節(jié)變動(dòng)的先決條件，因?yàn)樗疁厥堑讞珓?dòng)物生殖和營養(yǎng)變化重要誘發(fā)因子，此外，季節(jié)性的水生昆蟲大量羽化和被攝食強(qiáng)度變化同樣也是引起底棲動(dòng)物數(shù)量的劇烈變動(dòng)的重要原因[5-6]。物種多樣性是底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的基本特征之一，是描述群落組成和種群數(shù)量大小分布的重要指標(biāo)，多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)則是物種多樣性的重要指標(biāo)之一，其可顯示出水庫對(duì)應(yīng)的污染程度[3，5-7]。研究顯示，底棲動(dòng)物存在多樣性指數(shù)高于其他遼寧水庫，而均勻度指數(shù)則低于其他遼寧水庫，呈現(xiàn)多樣高均勻度低的變化趨勢(shì)，這可能與季節(jié)變化過程中溫度以及水生昆蟲的大量羽化有關(guān)，平均多樣性指數(shù)為2.05，對(duì)應(yīng)污染程度為中污染，平均均勻度指數(shù)為0.54，對(duì)應(yīng)污染程度為輕污染見表4，因此綜合兩種指數(shù)分析，白石水庫處于輕污染到中污染程度，存在污染程度進(jìn)一步加深的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

優(yōu)勢(shì)種是底棲動(dòng)物生境形成和群落組成的控制者，支配著底棲動(dòng)物群落的演替方向[6]。在本次調(diào)查期間，水庫的底棲動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種類和優(yōu)勢(shì)度隨月度變化不斷變化（表3）。在整個(gè)調(diào)查期間，各月優(yōu)勢(shì)種數(shù)量分別為5個(gè)、4個(gè)、4個(gè)、2個(gè)、4個(gè)、4個(gè)、4個(gè)、4個(gè)和4個(gè)。優(yōu)勢(shì)種的種類和數(shù)量顯著影響底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，當(dāng)優(yōu)勢(shì)種類數(shù)越多且優(yōu)勢(shì)度越小，底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)就顯示復(fù)雜，這時(shí)的穩(wěn)定性就越強(qiáng)[6]。各月的優(yōu)勢(shì)種數(shù)量以9月份最多，以2月最少，這說明由于水庫溫度變化，因此底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性在9月相對(duì)穩(wěn)定，而在2月相對(duì)較差。

表3白石水庫與其他遼寧省水源水庫底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)比較

表4底棲動(dòng)物多樣性及其對(duì)應(yīng)污染程度

3.2 白石水庫優(yōu)水漁業(yè)和水生態(tài)保護(hù)對(duì)策

2013年至2021年9年來白石水庫漁獲量及其組成總結(jié)于圖6?？梢娔壳霸搸鞚O獲物平均產(chǎn)量為101.3×104kg，其中鰱占41.6%，鳙占38.9%，大銀魚占7.4%，而野生魚即非放養(yǎng)的魚類僅占13.6%。如果按底棲動(dòng)物平均生物量113.35g/m2，P/B取5，利用率取10%，餌料系數(shù)取6[6]，水域有效面積按3 000hm2計(jì)算，該庫底層魚類魚產(chǎn)力可高達(dá)28.34×104kg，而白石水庫近9年非放養(yǎng)魚類即野生魚平均漁獲量為13.6×104kg，因此提高底層魚的魚產(chǎn)力還有一定上升空間，建議適當(dāng)增殖或放養(yǎng)底層魚類。

圖6 白石水庫近9年來的漁獲量及其組成

目前同一時(shí)期白石水庫的水質(zhì)[7]、浮游植物[1]、浮游動(dòng)物[7]、顆粒有機(jī)物及沉積物中碳、氮穩(wěn)定同位素的空間分布特征[2]等等研究顯示，白石水庫水生態(tài)健康狀態(tài)不容樂觀，這也在后續(xù)的研究中得以證實(shí)[11-12]，因此基于底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)和多樣性角度，白石水庫應(yīng)該由陸地綠化擴(kuò)大為水域綠化，即加大水生植物修復(fù)范圍[1，7]，同時(shí)，控制上游地表徑流和改善水庫基質(zhì)并行，結(jié)合以往的研究多措并舉[6-7]，努力提升白石水庫水生態(tài)健康狀態(tài)，確保優(yōu)水漁業(yè)可持續(xù)性發(fā)展。

4 結(jié)論

調(diào)查期間白石水庫共檢出底棲動(dòng)物2門14種，優(yōu)勢(shì)種為線蟲、蘇氏尾鰓蚓、黃色羽搖蚊幼蟲和擬雜色大粗腹搖蚊幼蟲。底棲動(dòng)物密度為512ind/m3，季節(jié)變化為春季＞冬季＞夏季＞秋季；生物量113.35g/m3，季節(jié)變化為春季＞夏季＞冬季＞秋季。香農(nóng)-威納多樣性指數(shù)為2.05，均勻性指數(shù)為0.54。