李佳娟 于洪賢 劉曼紅 費 滕

(東北林業(yè)大學，哈爾濱，150040)

大型底棲動物具有生命周期長、區(qū)域性強、遷移力弱、分布廣泛、較易辨認等特點，在水生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動中發(fā)揮著不可替代的作用［1］。它不僅能夠反映當?shù)鼐C合生態(tài)條件，而且能對生態(tài)環(huán)境的惡化和改善做出迅速響應，同時，采樣比較容易，成本低［2］。此外，大型底棲動物的群落結(jié)構(gòu)、優(yōu)勢種類、現(xiàn)存量等參數(shù)還可以反映環(huán)境因子的長期變化情況［1］，對此，國內(nèi)外已有較多的研究［3－9］。研究大型底棲動物群落結(jié)構(gòu)及其與環(huán)境因子之間的關系可為漁業(yè)的發(fā)展、水體污染評價與治理、水域環(huán)境保護等提供基礎資料和科學依據(jù)。

西泉眼水庫是哈爾濱市重要的水源地，位于松花江右岸一級支流阿什河上游的尚志、五常、阿城3市交界處，距哈爾濱市區(qū)93 km。水庫始建于1992年，1996年竣工蓄水，總?cè)萘?.78億m3，是黑龍江省最大的水庫之一，預計2013年向哈爾濱市區(qū)供水。水質(zhì)的好壞直接關系到哈爾濱市近千萬居民的飲水安全，因而加強水質(zhì)監(jiān)測就顯得尤為必要。自水庫建成以來，生態(tài)環(huán)境的改變、農(nóng)藥化肥的大量使用、旅游業(yè)的繁榮已使水庫水質(zhì)受到很大影響。近年來，對西泉眼水庫水質(zhì)評價及富營養(yǎng)化狀況的研究報道較多［10－11］，而對大型底棲動物與環(huán)境因子的關系研究卻未見報道。本研究以西泉眼水庫秋季大型底棲動物為對象，分析庫內(nèi)大型底棲動物的群落結(jié)構(gòu)及其與環(huán)境因子的關系，為水庫的保護與治理提供生物學依據(jù)。

1 研究方法

1.1 采樣點布設

根據(jù)地表水監(jiān)測的相關要求，結(jié)合西泉眼水庫的實際情況，本研究于2010年10月分別在阿什河入口、黃泥河入口、水庫中心、雙龜山、大壩出水口、阿什河上游等地設置采樣點13個，如圖1所示。

1.2 采樣方法

根據(jù)國家環(huán)境保護總局關于“水環(huán)境(生物部分)監(jiān)測規(guī)范”［12］的要求，2010年10月對西泉眼水庫各采樣點進行大型底棲動物采樣，樣品用1/16 m2彼得遜采泥器采集，經(jīng)4%甲醛溶液固定后帶回實驗室，用40目尼龍篩洗凈后置于白瓷盤中將大型底棲動物挑出，用75%乙醇保存，進行種類鑒定、計算和稱質(zhì)量。相關化學指標參照國家環(huán)境保護總局頒布的《水和廢水監(jiān)測方法》［13］進行測定，各采樣點用GPS全球定位系統(tǒng)進行現(xiàn)場定位。

圖1 西泉眼水庫采樣點示意圖

1.3 數(shù)據(jù)處理

大型底棲動物群落劃分采用Bray－Curtis相似性系數(shù)聚類分析和多維尺度(MDS)分析［14－16］，在 SPSS16.0 軟件上運行;利用典范對應分析(canonical corrspondence analysis，CCA)對大型底棲動物與環(huán)境因子的相互關系進行研究，在CANOCO4.5軟件上運行、作圖。

物種多樣性及生物指數(shù)采用物種優(yōu)勢度指數(shù)(y)［17］、Margalef種類豐富度指數(shù)(d)［18］、Shannon － Wiener多樣性指數(shù)(H)［19］、Pielou 均勻度指數(shù)(J)［20］和 Goodnight－ Whitley 生物指數(shù)(GI)［21］進行數(shù)據(jù)處理和結(jié)果分析。各指數(shù)計算式分別為:

式中:N為所有種的個體總數(shù);ni為第i種的個體數(shù);fi為該種在各樣品中出現(xiàn)的頻率，當y＞0.02時，該種即為優(yōu)勢種;S為總種數(shù);n'i為寡毛類的個體數(shù)或密度。

2 結(jié)果與分析

2.1 大型底棲動物的種類組成和優(yōu)勢度

本研究共采集到大型底棲動物50種(表1)，隸屬3門4綱10目18科。其中:節(jié)肢動物41種，占總數(shù)的82%;環(huán)節(jié)動物7種，占14%;軟體動物2種，占4%。從表1可以看出:西泉眼水庫大型底棲動物群落主要由搖蚊幼蟲和其他水生昆蟲組成，而軟體動物的種類和密度均很少，這是由于軟體動物分布稀疏且采樣面積小所致。群落中優(yōu)勢種為紋石蛾(Hydropsyche sp.)1種、劃蝽(Arctocorisa sp.)1種、中華搖蚊(Chironomus sinicus)、霍甫水絲蚓(Limnodrilus hoffmeisteri)。

2.2 大型底棲動物的生物量和密度

各類大型底棲動物的生物量及各物種棲息密度如表1所示。節(jié)肢動物的生物量居明顯優(yōu)勢，占總量的79.86%;環(huán)節(jié)動物次之，占19.58%;軟體動物最小，占0.56%。大型底棲動物部分種類總平均密度的標準差都較平均值大很多，如紋石蛾(Hydropsyche sp.)1種總平均密度標準差(1 103 ind·m－2)為平均密度(363 ind·m－2)的3倍，說明大型底棲動物在各采樣點的密度差異較大，即大型底棲動物在研究區(qū)的分布具有顯著的空間差異性。由表2所示，各采樣點的生物量和密度變化明顯，大型底棲動物的高生物量和高密度區(qū)主要分布在10#～13#采樣點(阿什河上游)，更說明了物種分布不均。從采樣情況分析，由于水庫各水域生態(tài)環(huán)境的差異，大型底棲動物多分布于入庫河流的淺水庫灣，泥沙、礫石底質(zhì)處，而庫內(nèi)淤泥底質(zhì)處的物種種類和密度卻相對較少。

2.3 西泉眼水庫大型底棲動物群落特征

2.3.1 大型底棲動物的群落結(jié)構(gòu)

群落劃分采用Bray－Curtis相似性系數(shù)聚類和多維尺度(MDS)分析。從圖2和圖3可以看出，相似性系數(shù)聚類圖和MDS圖所得結(jié)果基本一致。13個采樣點的大型底棲動物群落劃分成4個不同的區(qū)域:區(qū)域Ⅰ包括阿什河入口、黃泥河入口、水庫中心以及雙龜山，也就是水庫的主體部分;區(qū)域Ⅱ主要分布在平山西橋、南橋、二道河與阿什河匯合處;區(qū)域Ⅲ和區(qū)域Ⅳ分別分布在鐵路橋和大壩出水口處。經(jīng)MDS圖分析得出的Stress值為0.001 3，具有良好的代表性［16］，這說明該數(shù)據(jù)利用MDS圖能夠很好地解釋西泉眼水庫各采樣點大型底棲動物群落的相似性關系，同時也能清楚顯示各采樣點大型底棲動物群落組成存在的差異。

2.3.2 大型底棲動物的生物多樣性

各采樣點的生物指數(shù)和物種多樣性指數(shù)以及區(qū)域Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的Margalef種類豐富度指數(shù)(d)、Shannon－Wiener多樣性指數(shù)(H)、Pielou均勻度指數(shù)(J)、Goodnight－Whitley生物指數(shù)(GI)的均值見表3。

表1 西泉眼水庫大型底棲動物的現(xiàn)存量和優(yōu)勢度

表2 大型底棲動物各采樣點密度與生物量

圖2 西泉眼水庫大型底棲動物聚類分析圖

圖3 西泉眼水庫大型底棲動物多維尺度分析圖

從多樣性指數(shù)的均值可以看出，大型底棲動物群落生物多樣性:區(qū)域Ⅱ＞區(qū)域Ⅰ＞區(qū)域Ⅲ。結(jié)合Bray－Curtis相似性系數(shù)聚類和多維排序尺度(MDS)群落結(jié)構(gòu)分析以及底棲動物生物指數(shù)和多樣性指數(shù)的評價標準［18－21］，參照文獻［22］及文獻［23］確定的分類單元耐污值，對西泉眼水庫3個區(qū)域的水質(zhì)進行綜合評價。在阿什河上游(區(qū)域Ⅱ)，水環(huán)境受人類影響強度較弱，因此其生物多樣性指數(shù)和種類豐富度指數(shù)均最大，屬清潔水體;庫內(nèi)(區(qū)域Ⅰ)和鐵路橋處(區(qū)域Ⅲ)由于捕魚和漂流現(xiàn)象頻繁，水環(huán)境受人類影響較大，因此水質(zhì)相對較差，均屬輕度污染水體;區(qū)域Ⅳ由于修建大壩，對水環(huán)境和底質(zhì)都造成了很大的影響，沒有采集到大型底棲動物，因而無法對其水質(zhì)進行評價。遲晉峰等［24］對水庫水環(huán)境質(zhì)量進行了化學指標分析，認為現(xiàn)狀水質(zhì)不能滿足GB3838—2002中Ⅱ類水質(zhì)要求，這與本文研究有所差異，因其通過多項監(jiān)測項目進行評價，而本文僅考慮環(huán)境因素，但總體上反映出西泉眼水庫水環(huán)境較好。

表3 大型底棲動物群落多樣性指數(shù)

2.4 大型底棲動物與環(huán)境因子的關系

不同種類大型底棲動物對周圍環(huán)境的適應性以及耐污力和敏感度皆存在差異［6］。根據(jù)Bray－Curtis相似性系數(shù)聚類和多維排序尺度(MDS)群落劃分、入庫河流及各斷面對研究區(qū)具有代表性的 2#、4#、6#、8#、9#、10#、11#、12#、13#9 個采樣點的大型底棲動物與水深、溶解氧、氯離子、總磷、總氮、氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮、高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量10個環(huán)境因子進行典范對應分析。如圖4所示。

圖4 大型底棲動物種類與環(huán)境因子的典范對應分析圖

通過蒙特卡羅檢驗(Monte Carlo Peimutation Test)排除貢獻小的因子，影響大型底棲動物群落結(jié)構(gòu)的主要因子有高錳酸鹽指數(shù)、總磷、氨氮及亞硝酸鹽氮。排序圖4中，前2個排序軸的特征值為0.965和0.848;大型底棲動物與環(huán)境因子前2個排序軸的相關系數(shù)很高，均為1.000;對于大型底棲動物來說，第一、第二排序軸之間的相關系數(shù)為0，表明這2個排序軸相互垂直;對于環(huán)境因子來說，前2個排序軸的相關性也為0，說明這2個排序軸也是垂直的，上述結(jié)果均說明，排序軸與環(huán)境因子間線性結(jié)合程度較好地反映了物種與環(huán)境因子之間的相互關系，排序結(jié)果是可信的［20，25］。

在圖4中，與第一軸相關性較大的環(huán)境因子是氨氮和高錳酸鹽指數(shù)，分別呈負相關和正相關，相關系數(shù)分別為0.477 6和－0.783 2。第一排序軸反映了氨氮的質(zhì)量濃度、高錳酸鹽指數(shù)的變化趨勢，即排序圖上從左往右，高錳酸鹽指數(shù)逐漸增大，而氨氮的質(zhì)量濃度逐漸降低。與第二軸相關性較大的環(huán)境因子是總磷、亞硝酸鹽氮，分別呈正相關和負相關，相關系數(shù)分別為0.866 8和－0.846 3;其次，溶解氧、五日生化需氧量、高錳酸鹽指數(shù)、水深與第二軸的相關性也比較大，相關系數(shù)分別為 －0.582 0、0.649 2、0.683 7、0.547 6。第二排序軸反映了溶解氧、五日生化需氧量、高錳酸鹽指數(shù)、水深變化趨勢，即大型底棲動物沿著排序抽的方向，從下往上對溶解氧的需求逐漸降低，對五日生化需氧量、高錳酸鹽指數(shù)和水深的需求逐漸增加。

3 結(jié)論與討論

本研究表明，不同區(qū)域的大型底棲動物在密度、生物量、多樣性及特征種類均存在較大差異。在采集到的50種大型底棲動物中，水生昆蟲居明顯優(yōu)勢，且大多數(shù)分布在10#～13#點，而1#～8#點以寡毛類為主。Bray－Curtis相似性系數(shù)聚類分析和MDS分析將13個采樣點劃分為4個區(qū)域。區(qū)域Ⅰ(1#～8#)大型底棲動物的密度和生物量小，多樣性指數(shù)(d、H)值低，均勻度指數(shù)(J)和Goodnight－Whitley生物指數(shù)(GI)值較高;區(qū)域Ⅱ(11#—13#)和Ⅲ(10#)大型底棲動物的密度和生物量都很大，d、H值均相對較高，J和GI值較低，其中區(qū)域Ⅲ的GI值為0;區(qū)域Ⅳ(9#)沒有采集到大型底棲動物，這些與各區(qū)域環(huán)境因子存在差異是密切相關的。

區(qū)域Ⅰ分布在阿什河入口、黃泥河入口、水庫中心及雙龜山。水深在3～18 m之間，水中溶解氧相對于區(qū)域Ⅱ、Ⅲ低，有機質(zhì)除總磷外均比區(qū)域Ⅱ低，但是區(qū)域Ⅰ底泥中總磷、總氮、高錳酸鹽指數(shù)均超標［10］，因此，直接表現(xiàn)為寡毛類顫蚓科在該區(qū)的絕對優(yōu)勢。區(qū)域Ⅰ大型底棲動物的密度小(440 ind·m－2)、種類少，主要是由于建庫時間較短，不能滿足新物種形成對時間的需求。

區(qū)域Ⅱ和區(qū)域Ⅲ分布在平山西橋、南橋，阿什河與二道河匯合處和鐵路橋處，水位均較淺(1 m以下)。水中溶解氧質(zhì)量濃度Ⅰ＜Ⅱ＜Ⅲ，總磷質(zhì)量濃度為Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅲ，氨氮質(zhì)量濃度為Ⅱ＞Ⅰ＞Ⅲ，其余有機質(zhì)的質(zhì)量濃度均大于區(qū)域Ⅰ。這兩個區(qū)域均分布在阿什河上游，由于水深的減小，大型底棲動物的種類和數(shù)量有所增加，這與郭維士等［26］在西泉眼水庫漁業(yè)資源調(diào)查報告中提到的底棲動物的種類和數(shù)量隨水深增加而遞減的規(guī)律一致;另一方面，有機質(zhì)豐富的水體，大型底棲動物的種類組成和數(shù)量就多［20］。

區(qū)域Ⅳ分布在大壩出水口。該區(qū)域由于修建大壩時傾倒的大量水泥殘渣沉積到水底，將底泥覆蓋，破壞了底質(zhì)環(huán)境，不適于大型底棲動物生存;其次，受底質(zhì)較硬等環(huán)境條件的限制，采樣難度加大，從而導致在該區(qū)域未采集到大型底棲動物。

此外，大型底棲動物的幼蟲期對底質(zhì)環(huán)境是十分敏感的，底質(zhì)環(huán)境的好壞和營養(yǎng)物質(zhì)的貧富在一定程度上可以直接影響動物的生存、發(fā)展及種類組成［27］。區(qū)域Ⅰ中，1#～4#采樣點底質(zhì)為含有較多植物碎屑的軟泥;5#～8#采樣點屬淤泥底質(zhì)，區(qū)域Ⅱ底質(zhì)為粗砂和砂礫，區(qū)域Ⅲ底質(zhì)為泥砂和礫砂。區(qū)域Ⅰ和區(qū)域Ⅱ、Ⅲ的底質(zhì)類型相差很大，因而，大型底棲動物的種類組成和數(shù)量差異很大;區(qū)域Ⅱ和區(qū)域Ⅲ底質(zhì)類型比較相近，因而，除種類組成差別較大外，大型底棲動物的密度和生物量相差均不大。而要深刻理解影響大型底棲動物的關鍵因素，需要長期的歷史數(shù)據(jù)積累和比對分析，以及進一步的深入研究。

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