楊強(qiáng)強(qiáng),徐光來,3,*,章 翩,池建宇

1 安徽師范大學(xué)地理與旅游學(xué)院,蕪湖 241003 2 安徽省江淮流域地表過程與區(qū)域響應(yīng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,蕪湖 241003 3 皖江流域退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)與重建省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心,蕪湖 241003

淡水是人類社會(huì)不可缺少的資源,形成的生態(tài)系統(tǒng)僅占地球表面的0.8%,卻擁有世界10%的已知物種,生物多樣性豐富[1],其水質(zhì)質(zhì)量是社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要影響因素[2]。然而城市化的推進(jìn)[3]、土地利用方式的改變[4]、殺蟲劑的使用[5]、微塑料的增加[6]、梯級(jí)大壩及小型水電站的修建[7—8]等人類活動(dòng)對(duì)淡水生態(tài)系統(tǒng)功能產(chǎn)生負(fù)面影響,導(dǎo)致水質(zhì)惡化、生物多樣性及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)降低[9]。大型底棲無脊椎動(dòng)物(生活史的全部或大部分時(shí)間生活在水體底部且能被直徑為500 μm網(wǎng)篩截留的各種動(dòng)物所組成的生態(tài)類群,簡稱底棲動(dòng)物)較其它水生生物(如藻類、魚類等)具有分布范圍廣、生命周期長、活動(dòng)能力弱、易于采集等特點(diǎn)[10—11],是生物及非生物環(huán)境共同作用的結(jié)果[12],在加快有機(jī)碎屑的降解、調(diào)節(jié)食物鏈等物質(zhì)循環(huán)及能量流動(dòng)過程中起到關(guān)鍵作用,被廣泛應(yīng)用于反映河流生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能及健康狀況[13—14]。研究表明,作用于水生態(tài)系統(tǒng)的多種壓力源之間往往通過協(xié)同或拮抗方式直接或間接改變水體的理化性質(zhì)及微生境[15],進(jìn)而影響大型底棲動(dòng)物的群落結(jié)構(gòu)及生態(tài)系統(tǒng)的完整性。Musonge等[16]發(fā)現(xiàn)緯度、海拔及溫度是影響烏干達(dá)魯文佐里高山河流大型底棲動(dòng)物群落的主要生態(tài)因子,其中緯度及海拔主要通過影響降水及溫度等間接作用于底棲動(dòng)物,而溫度可以通過改變河流的溶氧能力、有機(jī)質(zhì)的分解速率及懸浮物釋放營養(yǎng)物質(zhì)的速率間接作用于底棲生物,也可直接作用于底棲動(dòng)物使得群落結(jié)構(gòu)向耐高溫或者耐低溫物種轉(zhuǎn)變[17]；Beermann等[18]認(rèn)為大型底棲動(dòng)物對(duì)鹽度的變化比較敏感,而灌溉、采礦及使用除冰劑等人類活動(dòng)均可導(dǎo)致河流中鹽度的上升,進(jìn)而改變其滲透調(diào)節(jié)、耗氧量及生長速率,使得底棲動(dòng)物類群向耐鹽類轉(zhuǎn)變；當(dāng)河岸帶(陸地及水生態(tài)系統(tǒng)直接相互作用的三維區(qū)域,其邊界向外可延伸至洪水波及的最遠(yuǎn)范圍,向上可至植被冠層[19])的土地利用方式發(fā)生改變時(shí),如當(dāng)林地向耕地轉(zhuǎn)變時(shí),河岸帶提供生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)(如氣候調(diào)節(jié)、水源涵養(yǎng)、生物多樣性保護(hù)等)的能力下降,營養(yǎng)物質(zhì)及污染物(如化肥、農(nóng)藥等)在河流中積累,環(huán)境退化,群落結(jié)構(gòu)趨于簡單化[20]。明晰影響大型底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵生態(tài)因子對(duì)于淡水生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)、恢復(fù)及管理具有重要意義,但究竟何種因素為其主導(dǎo)影響因子,仍莫衷一是。

傳統(tǒng)水質(zhì)的理化指標(biāo)監(jiān)測無法反映眾多環(huán)境因子對(duì)水環(huán)境的綜合作用,且易引起環(huán)境污染,生物監(jiān)測簡單、易于實(shí)現(xiàn),能夠有效的揭示自然及人為因素對(duì)生物的綜合作用[21—22],但生物監(jiān)測法難以明晰具體環(huán)境污染物的種類及濃度,且生物對(duì)環(huán)境變化的反應(yīng)具有一定的滯后性[23]。同時(shí)使用生物及非生物指標(biāo)進(jìn)行水質(zhì)評(píng)估能夠更為有效的揭示河流生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況,有助于生態(tài)系統(tǒng)的管理[22,24]。

本文選取相對(duì)重要性指數(shù)、生物多樣性指數(shù)、Jaccard相似性系數(shù)、水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)等模型,運(yùn)用聚類分析法、豐度/生物量比較曲線法及冗余分析法等嘗試探討了青弋江流域大型底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)及其水環(huán)境質(zhì)量,意在分析各采樣點(diǎn)群落結(jié)構(gòu)特征及其受到的干擾程度；影響底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的主導(dǎo)環(huán)境因子；河流水環(huán)境污染狀況。研究結(jié)果以期為水質(zhì)監(jiān)測及水生態(tài)環(huán)境的保護(hù)與修復(fù)提供參考。

圖1 研究區(qū)概況及采樣點(diǎn)空間分布圖 Fig.1 Overview of the study area and spatial distribution of sampling sitesS1:黃河村；S2:毛岔；S3:毛坦；S4:仙源；S5:管家橋；S6:陳村；S7:愛晚；S8:河沿馬家；S9:寒亭；S10:西河

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

青弋江為雨源型河流,發(fā)源于安徽省黃山北麓黟縣,干流總長309 km,是長江下游南岸最長的一級(jí)支流,主要流經(jīng)黃山市、池州市、宣城市及蕪湖市[25](圖1)。流域總面積為8487 km2,介于29.91°N—34.43°N、117.64°E—118.85°E之間,為中亞熱帶季風(fēng)氣候,年均溫16℃,年均降水量1500 mm,雨熱充足,四季分明[26]。林地為流域內(nèi)主要的土地利用類型,其次為農(nóng)業(yè)用地。

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

參考《生物多樣性觀測技術(shù)導(dǎo)則-淡水底棲大型無脊椎動(dòng)物》(HJ 710.8—2014)并結(jié)合研究區(qū)實(shí)況,最終選擇復(fù)合生境野外采樣方法[27]于2020年9月對(duì)該流域底棲動(dòng)物進(jìn)行采樣調(diào)查。利用架式皮卷尺自采樣點(diǎn)向上游方向量取100 m河段,借助直角抄網(wǎng)(30 cm×30 cm,40目)或1/16 m2改良式彼得遜采泥器在量取河段內(nèi)采集10個(gè)重復(fù)樣,使其盡可能覆蓋所有生境,并將樣品移入40目分樣篩中沖洗過濾。當(dāng)天,將采集的底棲動(dòng)物樣品倒入白色搪瓷盤中進(jìn)行挑選,并放入75%的酒精中固定保存。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)利用肉眼和顯微鏡(Pentaflex, P- 2000)進(jìn)行分類鑒定,參考相關(guān)書籍[28]將樣品盡量鑒定到屬或種。樣品鑒定后計(jì)數(shù),計(jì)算底棲動(dòng)物豐度(個(gè)/m2)；用吸水紙吸干底棲動(dòng)物表面的水分,至吸水紙表面無水痕為止,用萬分之一電子分析天平(BSA224S)稱量其濕重,計(jì)算生物量(g/m2)。

與此同時(shí),依據(jù)《國家水質(zhì)采樣技術(shù)指導(dǎo)》(HJ494—2009)并結(jié)合研究需要,借助DZB- 718型便攜式多參數(shù)分析儀及便攜式流速測算儀(LS300-A)等儀器現(xiàn)場測定了水溫、pH、電導(dǎo)率、溶解氧、流速及海拔等理化指標(biāo)；利用5B- 2H型(V8)便攜式多參數(shù)水質(zhì)測定儀于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測定化學(xué)需氧量、總磷、氨氮等污染物濃度。

1.3 研究方法

1.3.1優(yōu)勢種分析

利用相對(duì)重要性指數(shù)(Index of Relative Importance, IRI)判定群落的優(yōu)勢種[29]：

IRI=(N+W)×F×104

(1)

式中,W為某一物種的生物量占總生物量的百分比,N為該物種的豐度占總豐度的百分比,F為該物種出現(xiàn)的頻率。若某物種的IRI>1000,則該物種為優(yōu)勢種；介于100—1000,重要種；介于10—100,常見種；IRI<10,少見種[30]。

1.3.2多樣性分析

運(yùn)用Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H′)、Margalef物種豐富度指數(shù)(R)與Pielou均勻度指數(shù)(J)來揭示大型底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)特征[14]：

(2)

(3)

(4)

式中,ni為物種i的個(gè)體數(shù)量,N為總個(gè)體數(shù)量,S為總物種數(shù)。

1.3.3群落相似性分析

借助Jaccard相似性系數(shù)判別不同采樣點(diǎn)之間相似程度,使得在進(jìn)行兩個(gè)分類單元之間的相似性比較時(shí),不受其它分類單元的干擾[31]：

(5)

式中,I為兩個(gè)采樣點(diǎn)間群落的相似性系數(shù),a、b分別為兩個(gè)采樣點(diǎn)群落中大型底棲動(dòng)物物種數(shù),c為兩個(gè)群落共有的物種數(shù)。若I在0—0.25范圍內(nèi),表示兩群落極不相似；在0.25—0.5范圍間,中等不相似；0.5—0.75范圍中,中等相似；0.75—1范圍里,極為相似。

1.3.4豐度/生物量比較曲線

豐度/生物量比較曲線(Abundance-Biomass Comparison Curves, ABC曲線)能靈敏的反映底棲動(dòng)物群落受到的干擾程度[32]。用W統(tǒng)計(jì)量(生物量與豐度曲線分別于坐標(biāo)軸圍成面積的差值)表示ABC曲線方法統(tǒng)計(jì)量[33]：

(6)

式中,S為出現(xiàn)的物種數(shù),Bi與Ai分別代表ABC曲線中種類序號(hào)對(duì)應(yīng)的生物量與數(shù)量的累積比例。未受干擾時(shí),W>0,生物量曲線始終高于豐度曲線；中等程度干擾,生物量曲線與豐度曲線會(huì)出現(xiàn)一次或多次的相交；嚴(yán)重干擾,W<0,豐度曲線高于生物量曲線[34]。ABC曲線的繪制及W統(tǒng)計(jì)量的計(jì)算均在PRIMER 5.2.8中完成。

1.3.5環(huán)境因子與大型底棲動(dòng)物關(guān)系分析

運(yùn)用Canoco 5軟件探究環(huán)境因子(解釋變量)對(duì)物種豐度(響應(yīng)變量)的影響。除pH外,其余環(huán)境變量及物種豐度數(shù)據(jù)均進(jìn)行l(wèi)g(x+1)轉(zhuǎn)換,以消除物種豐度極值的影響[35]。在分析之前,首先對(duì)大型底棲動(dòng)物數(shù)據(jù)進(jìn)行除趨勢分析(Detrended Correspondence Analysis, DCA),確定選用單峰模型或線性模型[11]。結(jié)果顯示,排序軸的最大梯度值為1.46,小于3,故選擇冗余分析(Redundancy Analysis, RDA)能夠更好的擬合兩者之間的關(guān)系[36]。

1.3.6水質(zhì)評(píng)價(jià)

利用綜合考慮生物及非生物因子的水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)(Water Environment Quality and Comprehensive Index, WQI)模型進(jìn)行水質(zhì)評(píng)價(jià),以便更為準(zhǔn)確的反映水環(huán)境整體質(zhì)量狀況。其中,非生物因子采用單因子評(píng)價(jià)法,參考《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)對(duì)水質(zhì)等級(jí)進(jìn)行賦分；生物因子則根據(jù)計(jì)算的大型底棲動(dòng)物指數(shù)進(jìn)行賦分,選取多種生物評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)則取其平均值；非生物與大型底棲動(dòng)物指標(biāo)權(quán)重均為0.5[37]。計(jì)算公式為：

(7)

式中,xi為評(píng)價(jià)指標(biāo)分值,wi指評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重。

采用生物指數(shù)(Biological Index,BI)進(jìn)行水質(zhì)生物評(píng)價(jià),計(jì)算公式[23]：

(8)

式中,i為物種數(shù),ni指第i個(gè)物種的個(gè)體數(shù),ti為物種i的耐污值[38—39],N為各物種的總個(gè)體數(shù)。

生物及非生物水質(zhì)評(píng)價(jià)等級(jí)賦值表如表1所示,水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表1 生物及非生物水質(zhì)評(píng)價(jià)等級(jí)賦值表

表2 水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

圖2 各采樣點(diǎn)大型底棲動(dòng)物的豐度及相對(duì)豐度 Fig.2 Abundace and relative abundance of macroinvertebrates in each sample point

2 結(jié)果與分析

2.1 群落結(jié)構(gòu)特征及多樣性分析

共采集鑒定大型底棲動(dòng)物61種,隸屬于3門6綱17目。其中昆蟲綱個(gè)體數(shù)目占比最大(48.1%),其次為腹足綱(23.1%),水蛭綱占比最少,僅為0.81%。底棲動(dòng)物的平均豐度為265.9 個(gè)/m2,平均生物量為41.6 g/m2。由圖2知,底棲動(dòng)物豐度在S2及S8兩點(diǎn)位處呈現(xiàn)波峰,在S6處為波谷,豐度最低。相對(duì)重要性指數(shù)計(jì)算結(jié)果(表3)顯示,該流域調(diào)查點(diǎn)位的優(yōu)勢種主要包括長角泥甲科(Elmidae)、扁蜉(Ecdyrus)、羽搖蚊(Chironomusplumosus)、中華小長臂蝦(Palaemonetessinensis)、日本沼蝦(Macrobrachiumnipponensis)、浙江華溪蟹(Sinopotamonchekiangense)、湖沼股哈(Limnopernalacustris)、方格短溝蜷(Semisulcospiracancellata)、中國圓田螺(Cipangopaludinachinensis)、中華圓田螺(Cipangopaludinacathayensis),其中日本沼蝦、中國圓田螺、羽搖蚊及扁蜉均是多個(gè)采樣點(diǎn)的優(yōu)勢種,為主要優(yōu)勢種。值得注意的是,搖蚊幼蟲為典型的耐污類群[40],其為S2、S5及S7的優(yōu)勢種,表明這些點(diǎn)位的水質(zhì)可能存在富營養(yǎng)化或有機(jī)污染等狀況[41]；S6未出現(xiàn)優(yōu)勢種。

各點(diǎn)位的多樣性指數(shù)如圖3所示。Shannon-Wiener多樣性指數(shù)的波動(dòng)范圍為1.67—2.69,平均值為2.18,最大值(2.69)出現(xiàn)在S1；Margalef物種豐富度指數(shù)的波動(dòng)范圍在1.85—4.76之間,平均值為3.51,最大值出現(xiàn)在S8；Pielou均勻度指數(shù)的波動(dòng)范圍為0.24—0.51,平均值為0.31,最大值出現(xiàn)在S6。其中Shannon-Wiener多樣性指數(shù)與Margalef物種豐富度指數(shù)波動(dòng)較大,且具有高度一致性,均在S5與S8出現(xiàn)較高的峰值；而Pielou均勻度指數(shù)較為平穩(wěn),僅在S6呈現(xiàn)較小的峰值。

2.2 群落相似性分析

由相似性系數(shù)矩陣(圖4)可知, S1(黃河村)與S8(河沿馬家)群落相似性最高(0.54),屬于中等相似。多數(shù)點(diǎn)位之間的相似性系數(shù)均低于0.5,屬于中等不相似或者極不相似,表明各點(diǎn)位環(huán)境及底棲動(dòng)物的物種組成均存在較大的差異。依據(jù)各點(diǎn)位之間的相似性進(jìn)行聚類分析可將10個(gè)采樣點(diǎn)分為3組(圖4)。S1與S8相似性最高,距離最近,首先被分為一類,可能因?yàn)閮烧叩牡踪|(zhì)類型均以卵石及礫石為主,部分水域有枯枝落葉及水草存在,河道環(huán)境具有一定的相似性,隨后與S2、S5、S9聚為一個(gè)大類；S6被單獨(dú)分為一類,可能是陳村水庫造成了下游河流的水文變異或人類活動(dòng)干擾較強(qiáng)(該采樣點(diǎn)位于涇縣桃花潭風(fēng)景區(qū))所致；其余各點(diǎn)位為一類。

表3 大型底棲動(dòng)物優(yōu)勢種組成

圖3 各采樣點(diǎn)大型底棲動(dòng)物生物多樣性指數(shù)Fig.3 Macrozoobenthic diversity index in each sample point

圖4 采樣點(diǎn)間的群落相似性及聚類分析Fig.4 Similarity coefficient matrix and cluster analysis of macroinvertebrate communities at sampling points

2.3 ABC曲線分析

依據(jù)各點(diǎn)位大型底棲動(dòng)物豐度/生物量數(shù)據(jù)繪制了ABC曲線(圖5),整個(gè)流域或各采樣點(diǎn)的生物量曲線均位于豐度曲線之上,W統(tǒng)計(jì)值大于0,表明環(huán)境污染對(duì)流域大型底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的影響不顯著,群落結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定。值得注意的是,S1、S2及S9生物量曲線起點(diǎn)低,S4兩曲線距離較近,W值較小,大型底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)受到了一定程度的干擾；S3及S10兩個(gè)點(diǎn)位僅第一個(gè)物種的生物量累積百分比已接近或超過80%,表明生物量優(yōu)勢逐漸被個(gè)體較大的單一物種控制。

圖5 青弋江大型底棲動(dòng)物豐度/生物量比較曲線Fig.5 Abundance-Biomass comparison curves of macroinvertebrates in Qingyi River

2.4 群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子的關(guān)系

在冗余分析中,向前引入法(Forward selection)及蒙特卡洛置換檢驗(yàn)(Monte Carlo Test, 499 Random Permutations,P<0.05,P為顯著性檢驗(yàn)值)分析表明電導(dǎo)率(P=0.034)、氨氮濃度(P=0.032)及流速(P=0.036)是影響大型底棲動(dòng)物群落豐度的主要環(huán)境因子。冗余分析結(jié)果(表4)顯示,前兩排序軸的特征值分別為0.2513、0.1856,第一軸闡釋了解釋變量與響應(yīng)變量關(guān)系的48.88%,第二軸解釋了36.09%,且環(huán)境因子與群落豐度在前兩軸的相關(guān)系數(shù)達(dá)0.8656和0.9563,表明二維排序圖可較好的反映兩者之間的關(guān)系[42]。冗余分析排序圖中,環(huán)境因子與響應(yīng)變量夾角余弦值及箭頭的長短代表兩者的相關(guān)性及影響強(qiáng)度[26],采樣點(diǎn)之間距離的遠(yuǎn)近代表各點(diǎn)位的相似程度[43]。由圖6可知,電導(dǎo)率及氨氮濃度對(duì)該流域大型底棲動(dòng)物群落豐度的影響較流速高。雙翅目(Spc_8)與電導(dǎo)率夾角較小,而搖蚊幼蟲個(gè)體數(shù)占該分類單元的80.1%,表明調(diào)查中的部分點(diǎn)位可能出現(xiàn)了富營養(yǎng)化現(xiàn)象。各點(diǎn)位之間,S1與S2、S5及S8距離較近；S3與S4、S6距離較近；S7與S9、S10距離較近,群落之間具有較高的相似性,該結(jié)果與由相似性系數(shù)劃分的組別基本一致。

2.5 水質(zhì)評(píng)價(jià)

依據(jù)冗余分析結(jié)果及《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002),非生物水質(zhì)評(píng)價(jià)選取NH3-N的濃度作為評(píng)價(jià)因子。生物指數(shù)(BI)介于4.20—6.33之間,其中管家橋(S5)及愛晚(S7)為Ⅳ類水質(zhì),其余為Ⅲ類；就非生物因子評(píng)價(jià)而言,所有點(diǎn)位水質(zhì)健康狀況均達(dá)到Ⅱ類及其以上水平,與生物水質(zhì)評(píng)價(jià)存在較大差異。綜合了生物及非生物因子的水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)計(jì)算結(jié)果(表5)顯示,管家橋(S5)處于輕度污染狀態(tài),與優(yōu)勢種分析結(jié)果基本一致；其它點(diǎn)位水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)介于3.5—4之間,水質(zhì)處于健康水平。

3 討論

3.1 大型底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)特征

底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)可反映水體理化特征及生態(tài)過程,適用于淡水生態(tài)系統(tǒng)的研究[44]。此次對(duì)青弋江流域的野外調(diào)查,共采集大型底棲動(dòng)物61種,其中節(jié)肢動(dòng)物門36種,占比最大(59%),其次為軟體動(dòng)物門(23種),環(huán)節(jié)動(dòng)物門占比最小(3.3%)。張曉可等[45]研究了同一流域不同級(jí)別河流的大型底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)特征,共鑒定60種底棲動(dòng)物；和雅靜等[46]從宏觀角度歸納了長江流域底棲動(dòng)物資源,共記錄1033種屬,其中節(jié)肢動(dòng)物、軟體動(dòng)物及環(huán)節(jié)動(dòng)物物種數(shù)之比約為5∶3∶1,節(jié)肢動(dòng)物占比最高,本文與以上調(diào)查結(jié)果基本一致。相對(duì)重要性指數(shù)在某種程度上揭示了物種的主導(dǎo)地位,某物種優(yōu)勢度越高,表明群落中該物種的生態(tài)地位越突出,各物種的生態(tài)地位則趨于不平衡,群落的穩(wěn)定性降低[29]。研究發(fā)現(xiàn),搖蚊幼蟲為S2、S5及S7的優(yōu)勢種,且優(yōu)勢度較高,說明群落相對(duì)較為脆弱。生物多樣性指數(shù)能有效的揭示群落結(jié)構(gòu)特征。通過對(duì)比不同點(diǎn)位的Shannon-Wiener多樣性指數(shù),S1處出現(xiàn)最大值,結(jié)合ABC曲線分析可知,該采樣點(diǎn)生境質(zhì)量較好,但受到了一定程度的干擾；由Pielou均勻度指數(shù)呈現(xiàn)特點(diǎn)知,S6處底棲動(dòng)物分布相對(duì)較為均勻,而豐度曲線顯示該點(diǎn)位豐度最低,表明該采樣點(diǎn)的生境質(zhì)量并不樂觀。相似性結(jié)果顯示,Jaccard相似性系數(shù)較低,表明調(diào)查點(diǎn)位之間存在較強(qiáng)的空間異質(zhì)性。

表4 冗余分析各排序軸方差解釋率

表5 各點(diǎn)位水生態(tài)綜合評(píng)價(jià)賦值及評(píng)價(jià)結(jié)果

圖6 大型底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子冗余分析排序 Fig.6 The relationship between redundancy index of macroinvertebrates and environmental factors analysis ordination diagram Spc_1：蜉蝣目,Ephemeroptera；Spc_2：廣翅目,Megaloptera；Spc_3：基眼目,Basommatophora；Spc_4：毛翅目,Trichoptera；Spc_5：鞘翅目,Coleoptera；Spc_6：蜻蜓目,Odonata；Spc_7：十足目,Decapoda；Spc_8：雙翅目,Diptera；Spc_9：中腹足目,Mesogastropoda；Spc_10：半翅目,Hemiptera；Spc_11：襀翅目,Plecoptera；Spc_12：咽蛭目,Pharyngob- dellida；Spc_13：貽貝目,Mytiloida；Spc_14：異柱目,Anisomyaria；Spc_15：真瓣鰓目,Eulamellibranchia；Spc_16：近孔寡毛目,Oligochaetaplesiopora；Spc_17：蚌目,Unionoida

3.2 大型底棲動(dòng)物群落的影響因素

冗余分析結(jié)果表明,青弋江流域影響大型底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的主要環(huán)境因子為電導(dǎo)率、氨氮濃度及流速。其中電導(dǎo)率代表著溶解在水體中離子總濃度,氨氮濃度可以反映水環(huán)境的營養(yǎng)狀況,隨著電導(dǎo)率及氨氮濃度的升高,有利于提升底棲動(dòng)物的生物量及豐富度,但超過一定的閾值,可能引起富營養(yǎng)化,水質(zhì)惡化[47]；當(dāng)流速較低時(shí),延長了營養(yǎng)物質(zhì)及其它污染物的累積時(shí)間,為浮游植物提供了繁殖與生長期,進(jìn)而降低水環(huán)境的溶解氧及透明度[48],對(duì)大型底棲動(dòng)物多具有負(fù)面影響[15],在一定范圍內(nèi)隨著流速的增大,可為底棲動(dòng)物提供更多的食物來源并增加底質(zhì)的穩(wěn)定性。大型底棲動(dòng)物群落與環(huán)境因子之間的關(guān)系密切,受空間異質(zhì)性的影響,不同底棲動(dòng)物群落的主導(dǎo)環(huán)境因子存在差異[49]。如Dou等[50]通過典范對(duì)應(yīng)分析(Canonical Correspondence Analysis, CCA)發(fā)現(xiàn)營養(yǎng)物濃度、COD及濕地連通性是影響珠江口大型底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的主要因素,其中,底棲動(dòng)物豐度隨濕地整體連通性的增加而增加,表明連通性的提升有利于底棲動(dòng)物的擴(kuò)散與繁殖。河堤的修建,導(dǎo)致河漫灘寬度較小,甚至不發(fā)育,阻礙了橫向(河道與河漫灘之間)水文連通性[51]；以能源獲取等為目的在河流上修建水電站等建筑,縱向(沿河道及水流的方向)水文連通性受阻,泥沙的輸運(yùn)能力減弱,下游河床及河岸侵蝕加劇[52],均會(huì)對(duì)大型底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。本文僅從環(huán)境因子角度分析群落形成的驅(qū)動(dòng)因素,未考慮連通性對(duì)底棲動(dòng)物群落的影響,結(jié)合該因素作進(jìn)一步的深入探究對(duì)淡水生態(tài)系統(tǒng)的維持與保護(hù)具有重要意義,這也是下一步工作的重點(diǎn)。

3.3 水質(zhì)評(píng)價(jià)

水質(zhì)理化因子或大型底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)分析的目的均是為了更為準(zhǔn)確的了解水環(huán)境質(zhì)量,以便更好的掌握水質(zhì)現(xiàn)狀,進(jìn)而達(dá)到水環(huán)境保護(hù)及決策需要[23]。本文從生物及非生物指標(biāo)兩個(gè)角度對(duì)調(diào)查期間各點(diǎn)位水質(zhì)狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)并作對(duì)比分析,發(fā)現(xiàn)兩種評(píng)價(jià)方案的分析結(jié)果存在差異。一方面,ABC曲線分析顯示,多個(gè)點(diǎn)位的大型底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)受到了一定程度的干擾,且羽搖蚊為S2(毛岔)、S5(管家橋)及S7(愛晚)的優(yōu)勢種,該物種群是有機(jī)污染水體的指示物種[53]；另一方面,生物指數(shù)(BI)分析表明S5、S7為Ⅳ類水質(zhì),其余為Ⅲ類；綜合來看,該流域的水環(huán)境質(zhì)量并不樂觀。而理化因子評(píng)價(jià)顯示該流域水質(zhì)均達(dá)到Ⅱ類及其以上水平,水質(zhì)較優(yōu)。存在這種差異的可能原因是雖然水質(zhì)理化指標(biāo)能夠較為準(zhǔn)確的測定待測指標(biāo)的濃度或含量,但受技術(shù)與財(cái)力的限制不可能對(duì)所有指標(biāo)均進(jìn)行監(jiān)測,比如某些污染物的濃度可能低于現(xiàn)有技術(shù)及設(shè)備的檢出限,則無法準(zhǔn)確進(jìn)行測定[21]。鑒于此,本文選取綜合考慮生物及非生物因子的水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)對(duì)水質(zhì)進(jìn)行更為全面的評(píng)價(jià),結(jié)果表明該流域調(diào)查點(diǎn)位中僅部分點(diǎn)位(S5)水質(zhì)為輕度污染狀態(tài),其余點(diǎn)位均處于健康水平,評(píng)價(jià)結(jié)果更為可靠。

4 結(jié)論

于2020年9月對(duì)青弋江流域大型底棲動(dòng)物及水質(zhì)理化指標(biāo)進(jìn)行野外調(diào)查與統(tǒng)計(jì),初步研究結(jié)果如下：

(1)共采集鑒定大型底棲動(dòng)物61種,隸屬于3門6綱17目,平均豐度為265.9 個(gè)/m2,平均生物量為41.6 g/m2。相對(duì)重要性指數(shù)分析表明,日本沼蝦、中國圓田螺、羽搖蚊及扁蜉為群落中的主要優(yōu)勢種。

(2)Shannon-Wiener多樣性指數(shù)與Margalef物種豐富度指數(shù)波動(dòng)較大,且具有高度一致性,Pielou均勻度指數(shù)較為平穩(wěn)。由群落相似性分析知,Jaccard相似性系數(shù)較低,調(diào)查點(diǎn)位之間存在較強(qiáng)的空間異質(zhì)性。

(3)冗余分析表明,電導(dǎo)率、氨氮濃度及流速是影響底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的主要環(huán)境因子。

(4)生物指數(shù)(BI)分析結(jié)果顯示該流域水質(zhì)為輕度污染或中度污染,與水質(zhì)理化因子評(píng)價(jià)存在較大差異。綜合考慮生物及非生物因子的水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)模型計(jì)算結(jié)果顯示,僅管家橋(S5)處于輕度污染狀態(tài),其余點(diǎn)位水質(zhì)處于健康水平,即流域整體水環(huán)境質(zhì)量偏好,但部分采樣點(diǎn)已受到干擾或處于污染狀態(tài),ABC曲線分析及優(yōu)勢種分析結(jié)果與此基本一致。