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        貴州草海濕地大型底棲動物群落結(jié)構(gòu)及水質(zhì)生物學(xué)評價(jià)

        2015-10-13 21:34:01陳方銀等
        湖北農(nóng)業(yè)科學(xué) 2015年18期
        關(guān)鍵詞:群落結(jié)構(gòu)

        陳方銀等

        摘要:2014年7月至12月,對貴州草海濕地自然保護(hù)區(qū)9個(gè)采樣點(diǎn)的大型底棲動物種類組成、分布和現(xiàn)存量進(jìn)行調(diào)查,利用指示生物結(jié)合生物學(xué)指數(shù)進(jìn)行水質(zhì)評價(jià)。結(jié)果表明,草海濕地自然保護(hù)區(qū)大型底棲動物物種種類豐富,生物多樣性較高,共發(fā)現(xiàn)大型底棲動物29種,隸屬于3門6綱15科,昆蟲綱和腹足綱為絕對優(yōu)勢種,分別為6種、16種;寡毛綱2種,蛭綱2種,甲殼綱2種,瓣鰓綱1種,物種分析表明紋沼螺、靜水椎實(shí)螺、赤豆螺、蘇氏尾鰓蚓、雕翅搖蚊、卵蘿卜螺、葛氏米蝦、梨形環(huán)稜螺、擬釘螺、環(huán)足搖蚊為草海濕地優(yōu)勢種。草海濕地大型底棲動物密度在各樣點(diǎn)呈現(xiàn)一定差異,DⅤ最大,為1 824 ind/m2,DⅦ最小,為96 ind/m2,在9采樣點(diǎn)中生物量值的變化范圍為2.74~557.03 g/m2,平均生物量為168.13 g/m2,Margalef指數(shù)平均值為1.62,Shannon-Wiener指數(shù)平均值為2.49,采用生物學(xué)污染指數(shù)(IBP)與Chandler生物指數(shù)(ICB)對草海濕地的水質(zhì)進(jìn)行生物評價(jià),結(jié)果得出目前該水體處于中度污染狀態(tài)。

        關(guān)鍵詞:草海濕地;大型底棲動物;群落結(jié)構(gòu);生物學(xué)評價(jià)

        中圖分類號:X826 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:0439-8114(2015)18-4446-05

        DOI:10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.18.015

        大型底棲動物通常指不能通過500 μm孔徑篩網(wǎng)的底棲動物個(gè)體,它們是淡水生態(tài)系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分,對了解生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能具有重要意義。底棲動物除部分自身具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值外,既是魚類的天然佳餌,又是環(huán)境監(jiān)測的指示生物[1]。作為湖泊生態(tài)系統(tǒng)中的一個(gè)重要生態(tài)類群,大型底棲動物在物質(zhì)循環(huán)和能量流動中占有非常重要的地位,特別是其活動能力弱、區(qū)域性強(qiáng)、生命周期長以及對水環(huán)境反應(yīng)敏感等特點(diǎn),可利用底棲動物的種群結(jié)構(gòu)、優(yōu)勢種類、數(shù)量等參數(shù)來反映環(huán)境質(zhì)量狀況[2]。

        貴州省威寧縣草海濕地為國家級自然保護(hù)區(qū),“中國生物多樣性保護(hù)行動計(jì)劃”將其列為一級保護(hù)濕地,草海濕地生態(tài)系統(tǒng)包括草海深水域、淺水沼澤和莎草濕地、草甸。草海濕地及集水域面積為96 km2,水域平均水深2 m。草海有著豐富的水生動植物種類和較高生產(chǎn)力的水生生物群落,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能完整,為我國亞熱帶高原濕地生態(tài)系統(tǒng)的典型代表。

        威寧草海濕地曾遭受到周圍鉛鋅冶煉及大量生活生產(chǎn)廢水的污染[3,4],其水生態(tài)系統(tǒng)遭到嚴(yán)重破壞。目前關(guān)于威寧草海濕地水域的研究報(bào)道較少,而有關(guān)威寧草海濕地大型底棲動物的研究尚未見報(bào)道。因此,本研究通過2014年冬季的調(diào)查,了解草海濕地底棲動物群落結(jié)構(gòu)特征,從生物學(xué)角度對威寧草海濕地水質(zhì)進(jìn)行評價(jià),為威寧草海濕地污染的進(jìn)一步整治提供理論依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 采樣點(diǎn)位置

        按照湖泊調(diào)查規(guī)范,根據(jù)草海水域特點(diǎn)和生境特征,并參考《水庫漁業(yè)資源調(diào)查規(guī)范》[5]、《內(nèi)陸水域漁業(yè)自然資源調(diào)查手冊》[6],設(shè)置9個(gè)區(qū)進(jìn)行采樣(圖1,表1),分別用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、ⅤⅥ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ表示。于2014年7~12月對草海進(jìn)行采樣。

        1.2 采樣方法及樣品處理

        大型底棲動物采集使用彼得森采泥器(1/16 m2),依據(jù)各樣點(diǎn)生境特點(diǎn),平均重復(fù)采集2~3次,泥樣經(jīng)60目尼龍篩洗凈后,置于白瓷盤中肉眼將動物標(biāo)本揀出,用體積分?jǐn)?shù)為75%的乙醇溶液保存,帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行鑒定、計(jì)數(shù)、稱量。標(biāo)本鑒定參照《淡水生物學(xué)》、《中國動物圖譜(軟體動物,第1冊、第4冊)》[7-9]。在實(shí)驗(yàn)室中將標(biāo)本鑒定至盡可能低的分類單元,稱量時(shí)先用濾紙吸去表面固定液,再置于分析天平上稱重,精確至0.000 1 g,結(jié)果最終折算成單位面積的密度和生物量,標(biāo)本用5%的甲醛溶液保存。

        1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

        Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H′)[10]

        H′=-■Pilog2Pi

        式中,S為樣品中總種類數(shù)量;Pi為第i種的個(gè)體數(shù)量(ni)與總個(gè)體數(shù)量(N)的比值(ni/N)。

        Margalef物種豐富度指數(shù)(d)[11]:

        d=(S-1)/log2N

        式中,S為樣品中總種類數(shù)量;N為樣品中的生物總個(gè)體數(shù)量。

        生物學(xué)污染指數(shù)(IBP)[12]:

        IBP=lg(N1+2)/lg(N2+2)+/lg(N3+2)

        式中,N1為寡毛類(Oligochaeta)、蛭類(Hirudinea)和搖蚊幼蟲(Chironomidae)個(gè)體數(shù)量;N2為多毛類(Annelida)、甲殼類(Crustacea)、除搖蚊幼蟲以外的其他水生昆蟲的個(gè)體數(shù)量;N3為軟體類(Mollusca)個(gè)體數(shù)量。

        評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如下:IBP<0.1,表示清潔;0.1≤IBP<0.5表示輕污染;0.5≤IBP<1.5,表示β-中污染;1.5≤IBP<5.0,表示α-中污染;IBP≥5.0,表示重污染;無生物存在為嚴(yán)重污染。

        Chandler生物指數(shù)(ICB)[13]是依據(jù)大型底棲無脊椎動物類群對水體污染的敏感性差異及各類群出現(xiàn)的多度分別給予記分(表2)。物種多度分為5級,即樣本中1~2個(gè)個(gè)體為出現(xiàn);3~30個(gè)為較少;31~50個(gè)為普遍;51~50個(gè)為較多;100個(gè)以上為很多。其中對污染敏感性高、多度也高的類群記分高;耐污染、多度又高的類群記分少;無大型底棲無脊椎動物時(shí)ICB記為0。表2為部分類群在Chandler記分表中的賦值情況。根據(jù)表2計(jì)算出的總分評價(jià)采樣點(diǎn)水質(zhì)狀況,評分標(biāo)準(zhǔn)如下:總分為0表示嚴(yán)重污染;0~45為重污染,45~300為中污染;>300為輕度污染或沒有污染。

        根據(jù)大型底棲動物群落結(jié)構(gòu)特點(diǎn),利用指示生物且結(jié)合水質(zhì)方面較常用的生物指數(shù),Chandler生物指數(shù)(ICB)和生物學(xué)污染指數(shù)(IBP)對草海濕地自然保護(hù)區(qū)水體污染情況進(jìn)行評價(jià)。

        優(yōu)勢種的標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)優(yōu)勢度來確定的。根據(jù)陳亞瞿等[14]的優(yōu)勢種標(biāo)準(zhǔn),當(dāng)物種優(yōu)勢度值Y>0.02時(shí),該種即為優(yōu)勢種,其計(jì)算公式為:

        Y=(ni/N)fi

        其中N為采集到的所有種類的總個(gè)數(shù),ni為第i種的個(gè)數(shù),fi為該種在各采樣點(diǎn)出現(xiàn)的頻率。

        以上生物指數(shù)均用Excel和SPSS 20.0軟件進(jìn)行處理分析。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 大型底棲動物種類組成

        大型底棲動物共29種,隸屬于3門6綱15科,即環(huán)節(jié)動物門、節(jié)肢動物門、軟體動物門,昆蟲綱(Custacea)、甲殼綱(Crustacca)、腹足綱(Gastropoda)、瓣鰓綱(Lamellibranchia)、寡毛綱(Oligochaeta)、蛭綱(Hirudinea)。從科級水平上分析(表3和表4)可知,腹足綱目科級組成最多,有6科16種,占總種數(shù)的55.17%,其中昆蟲綱2科6種,占總種數(shù)20.69%;其余4綱均低于7.00%。

        2.2 大型底棲動物的現(xiàn)存量

        草海濕地大型底棲動物密度變化范圍為96.00~1 824.00 ind/m2,平均密度為677.33 ind/m2,密度最高的區(qū)域?yàn)樯嫌蔚陌准揖祝? 400.00 ind/m2)和下游的保護(hù)區(qū)(1 824.00 ind/m2),最低的是上游的西海村(96.00 ind/m2)。由表5可知,密度低于200.00 ind/m2的區(qū)域主要分布于上游的西海村和顧家院子,共有2個(gè);生物量方面,平均生物量為168.13 g/m2,由表2可知,生物量的分布變化情況與密度不同,最大值主要分布在中、下游地帶。

        2.3 大型底棲動物多樣性

        研究結(jié)果表明,草海濕地大型底棲動物物種豐富度較高,平均為8種,最高為18種,出現(xiàn)在中游的王家水井;最低為1種,出現(xiàn)在上游的顧家院子。Margalef指數(shù)變化范圍為0~3.99,平均值為1.62,最高出現(xiàn)在王家水井;Shannon-Wiener 指數(shù)為0~10.23,最大值出現(xiàn)在白家咀,最小值出現(xiàn)在顧家院子。從表5、表6可以看出,物種豐富度、Simpson 指數(shù)與Margalef指數(shù)生物學(xué)指數(shù)評價(jià)結(jié)果基本一致,草海濕地目前水質(zhì)處于中污染狀態(tài)。

        2.4 優(yōu)勢種

        根據(jù)徐兆禮等[14]的優(yōu)勢種標(biāo)準(zhǔn)確定草海濕地大型底棲動物優(yōu)勢種有紋沼螺、靜水椎實(shí)螺、赤豆螺、蘇氏尾鰓蚓、雕翅搖蚊、卵蘿卜螺、葛氏米蝦、梨形環(huán)稜螺、擬釘螺、環(huán)足搖蚊共10種。

        2.5 水質(zhì)生物學(xué)評價(jià)

        通過對草海濕地9個(gè)采樣點(diǎn)的大型底棲動物群落的調(diào)查與分析,利用生物學(xué)污染指數(shù)(IBP)、Chandler生物指數(shù)(ICB)評價(jià)該保護(hù)區(qū)水體狀況。由表6可見,根據(jù)IBP評價(jià)標(biāo)準(zhǔn),西海村、嘍啰山和白家咀水體重污染,其他6區(qū)呈α-中度污染,草海濕地水體整體呈中污染;根據(jù)ICB評價(jià)標(biāo)準(zhǔn),西海村、嘍啰山、白家咀和顧家院子重污染,草海濕地(核心保護(hù)區(qū))水體整體呈中污染,其他5個(gè)水域?yàn)橹形廴尽?種評價(jià)水質(zhì)的方法得到的結(jié)果基本一致,由此可知,草海濕地(核心保護(hù)區(qū))的水質(zhì)處于中度污染狀態(tài),為此,要加強(qiáng)保護(hù)和加強(qiáng)環(huán)境監(jiān)測和管理是非常必要的,以防止水質(zhì)向重污染轉(zhuǎn)化。

        3 小結(jié)與討論

        3.1 大型底棲動物與污染狀況的關(guān)系

        在環(huán)境適宜的條件下,一般來說,其生物種類也較多,但由于競爭,各種生物不但以有限的數(shù)量存在,且相互制約而維持著生態(tài)平衡。當(dāng)環(huán)境受到污染,不能適應(yīng)的生物或死亡或逃離,能適應(yīng)的生物由于競爭對手的減少而個(gè)體數(shù)量大大增加,因此,一般認(rèn)為,水體內(nèi)的大型底棲動物種類越多水質(zhì)越清潔,隨著水體污染程度的增加,水體內(nèi)大型底棲動物的種類逐漸減少,對污染敏感的種類急劇減少,而一些耐受污染的種類,如顫蚓類的密度和生物量逐漸增多,成為污染水體的優(yōu)勢種[15]。本研究結(jié)果表明,草海濕地以蘇氏尾鰓蚓、搖蚊幼蟲等為主要優(yōu)勢種,搖蚊幼蟲作為輕度或中度污染的指示物種,種類和數(shù)量較多,這與本濕地水域?qū)嶋H污染狀況是一致的。這也與草海水域水流較緩、水溫較高、底質(zhì)為淤泥加之外源營養(yǎng)物質(zhì)的輸入,使藻類和水生植物發(fā)育良好,為軟體動物提供了食物和掩蔽場所相符。

        同時(shí),底棲動物數(shù)量與水質(zhì)狀況的關(guān)系較其種類與水質(zhì)狀況的關(guān)系更為復(fù)雜,底棲動物種類的減少可能伴有生物量增加的情況,如白家咀采樣點(diǎn)的搖蚊幼蟲出現(xiàn)大幅度密度增加的情況,但其底棲動物種類遠(yuǎn)較其他幾個(gè)點(diǎn)少。

        3.2 草海濕地大型底棲動物群落結(jié)構(gòu)的空間變化

        研究發(fā)現(xiàn)草海濕地大型底棲動物結(jié)構(gòu)組成具有一定的空間變化,核心保護(hù)區(qū)等中、下游地區(qū)采樣點(diǎn)大型底棲動物的密度和生物量均比西海村等上游地區(qū)采樣點(diǎn)大,其水質(zhì)理化指標(biāo)顯示中、上游湖區(qū)(西海村)均比下游湖區(qū)(核心保護(hù)區(qū))污染嚴(yán)重(嘍啰山除外,嘍啰山曾受鋅礦污染,屬于重污染區(qū))。造成這種現(xiàn)象的原因主要是草海濕地是內(nèi)陸湖泊,草海濕地的主要污染源是周邊生活污水和城市污水的大量排放,同時(shí)也受降水等氣候條件的影響。一般來說,湖泊具有一定的自凈能力,中、下游湖區(qū)的透明度等指標(biāo)較上游湖區(qū)有所改善,但其變化不明顯,這也說明草海濕地污染的嚴(yán)重性,需要及時(shí)治理。草海濕地的9個(gè)采樣點(diǎn),王家水井的底棲動物種類在9個(gè)采樣點(diǎn)中最多,表明其水質(zhì)狀況最好,與實(shí)際情況完全一致。

        3.3 改善草海濕地水質(zhì)狀況的對策

        由于上游湖區(qū)(如西海村)是城區(qū)污染水源的主要排放點(diǎn),也是游客經(jīng)常游玩的區(qū)域,為此,西海村采樣點(diǎn)呈重污染,并對中下游的水質(zhì)也造成較大影響。為治理草海濕地提出以下建議:第一,有關(guān)部門應(yīng)加大對城區(qū)排污或周邊生活用水的排放監(jiān)管力度,同時(shí)因地制宜,制訂草海濕地水域污染物排放限定標(biāo)準(zhǔn),嚴(yán)禁隨意向草海亂排污水及旅客亂扔垃圾的現(xiàn)象出現(xiàn);第二,相關(guān)管理部門除了加強(qiáng)當(dāng)?shù)鼐用窦坝慰偷沫h(huán)保意識外,還可在湖區(qū)種植具有凈化水質(zhì)的水草,如菹草,以治理水質(zhì),還可以作為觀賞植物。另外,從環(huán)境監(jiān)測的角度看,由于對草海濕地的監(jiān)測和治理是一個(gè)長期和連續(xù)的工作,今后應(yīng)繼續(xù)開展草海濕地大型底棲動物狀況及水質(zhì)評價(jià)研究,使對草海水體狀況的監(jiān)測更加全面系統(tǒng),同時(shí),有必要加大對草海濕地污染的治理力度。

        參考文獻(xiàn):

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