駱湖河底棲動物分布及其環境因子

王可健，劉 瑛，李澤實，劉佶鑫

(湖北工業大學土木建筑與環境學院，河湖生態修復及藻類利用湖北省重點實驗室，湖北 武漢 430068)

底棲動物作為水生態系統的重要類群，具有區域性強、遷移能力差、不同種類適應的環境條件各不相同的特點，且對生態系統的物質循環和能量流動具有重要作用[1]，底棲動物是河流中的魚類的天然餌料，同時也是了解河流生態系統結構、功能及健康狀況的關鍵類群[2]。底棲動物對水體污染的響應比較敏感，河流物理生境及水質的改變對大型底棲動物群落結構有明顯的影響[3]，造成敏感的指示生物群落的減少和大型底棲動物多樣性的減少[4]。因而被廣泛應用于生物監測、水質評價和生態系統健康評價[5-7]。2014年起，廣東省開始積極推進山區五市中小河流治理工作，旨在改善河道淤積堵塞、水體環境惡化、水質差等問題。河源市駱湖河為中小河流規劃治理河流，對其底棲動物開展調查，明確影響駱湖河大型底棲動物組成結構和分布的主要環境因子，可為恢復和治理駱湖河等中小型河流提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 河流概況與樣點設置

駱湖河位于廣東省東源縣中部(24°0′～24°4′N，114°53′～114°50′E)，流域面積152 km2，河長34 km，其中駱湖鎮段20 km，燈塔鎮段14 km，坡降0.0033。多年平均降水量1660 mm，多年平均徑流深1010 mm，自然落差695 m，河道的主要功能包括行洪、灌溉、飲水、生態、水文化。大型底棲動物群落調查和環境指標監測樣點設置見圖1，從上游至下游共布設8個采樣點位(每個點位調查區域為50 m，基本情況見表1)，每個點位取3個調查斷面，并分別在河道左岸、中部和右岸進行采樣，即每個點位獲取9組底棲動物及環境因子樣品。

圖1 采樣點的布置

表1 樣點的基本情況

1.2 不同環境因子測量方法

表2 不同環境因子

2)棲息地多樣性指標的測量底質、流速和水深的條件對生物棲息地的環境都有影響，以HD表示棲息地多樣性指數。其定義為：

棲息地多樣性指標計算結果見表3。采樣點4、5、6為深潭-淺灘結構，棲息地多樣性最高。

表3 不同環境因子的指標值

3)大型底棲動物的采集與鑒定2018年6月在8個采樣點采集大型底棲動物樣本，以索伯網為采樣工具(250 μm，0.09 m2)采集3-5網，將索伯網放入河床后，用毛刷清洗石塊，使附著在石塊上的底棲動物流入網中，然后用鐵鏟攪動石塊下面的底質，攪動深度約為10 cm[11]，采樣總面積0.5 m2。采集到的標本用40目銅篩篩取，并用75%的酒精保存帶回實驗室，參照大型底棲動物分類的相關文獻和圖譜[12]，在解剖鏡下進行種類的鑒定和計數，樣品盡量鑒定到屬或者種。

1.3 數據處理與統計

優勢物種利用優勢度計算公式度量，優勢度(Y)根據大型底棲動物出現的頻率及該物種個體數量進行計算[13-14]，即

Y=(Ni/N)×fi

式中:Ni為第i種的個體數;N為所有種類個體數;fi為出現的頻率;Y指大于0.02的種類為優種。Shannon-Wiener指數：

式中:Pi=ni/N，其中ni為第i種生物的個體數,個；N為總個體數,個。

不同的環境因子數據以平均值±標準差(X±SD)表示，采用單因素方差分析(one-wayANOVA)，用LSD法進行多重比較，P<0.05為差異顯著。(one-wayANOVA)和LSD分析采用SPSS23軟件包。利用CANOCO4.5軟件對底棲動物數據和環境數據進行冗余分析(RDA)；為消除量綱的影響，對除pH值外的環境因子進行標準化轉換[15]。

2 結果與分析

2.1 底棲動物的種類組成及優勢度

共采集底棲動物19種，隸屬于3門6綱14科(表4)。進一步計算可知，節肢動物門種類數占66.1%，環節動物門種類數占26.8%，軟體動物門種類數占7.1%。以Y>0.02的種類為優勢種可得：1-3號樣點最優勢種以清潔類群蜉蝣目與鉤蝦為主，4、5、6、8號樣點的優勢種均為鉤蝦，7號樣點的優勢種則為田螺和蜉蝣目為主。其中，3號樣點出現對污染耐受高的水絲蚓，5號樣點至8號樣點出現耐污種搖蚊幼蟲。表3為各點位的水質情況，可以看出各水質指標從上游至下游有較顯著的差異。

表4 各采樣河段大型底棲動物分布情況

2.2 底棲生物空間分布及多樣性

所采集底棲動物分為腹足綱(Gastropoda)、瓣鰓綱(Lamellibranchia)、昆蟲綱(Insecta)、甲殼綱(Crustacea)、蛭綱(Clitellata)、寡毛綱(Oligochaeta)六類。采樣結果表明，在同一條河流上大型底棲動物群落結構在空間上存在一定的差異(圖2)。

圖2 駱湖河大型底棲動物群落空間分布

整體來看，從1號樣點到8號樣點都存在昆蟲綱和甲殼綱物種，數量占比較多。僅在3號樣點發現寡毛綱。蛭綱、瓣鰓綱主要在河流中游出現，數量占比較小。腹足綱主要在河流下游分布，在6號樣點數量占比最大。從圖2也可以看出，整條河流從上游至中游至下游物種的種類數呈現先增大后減小的趨勢。

1號樣點到8號樣點的香農威爾指數分別為0.43、1.92、2.18、2.44、2.86、2.70、2.26、2.49(圖3)?？梢钥闯?，從上游1號點一直到下游的5號點，物種的多樣性指數持續增加，6號樣點至8號樣點多樣性指數略有下降。

圖3 駱湖河底棲動物多樣性指數空間變化

3 冗余分析結果

在進行RDA分析之前，根據需要的環境因子、棲息地數據進行標準化處理，使得它們成為共同量綱的數值。接著需要對物種數據進行去趨勢分析(DCA)以確定底棲動物群落屬于單峰型或是線型分布從而確定是使用RDA分析還是選用CCA分析[16]，DCA數據表明最長的軸長為2.212，小于3，故選用RDA更加合理。

表5 環境因子非參數檢驗結果

底棲動物群落與篩選后環境因子冗余分析排序結果見表6。由表可知底棲動物與棲息地環境因子之間二維排序的基本信息，第一主軸的特征值為0.312，第二主軸的特征值為0.261，其余主軸的特征值越來越小，前兩個主軸的物種-環境關系的累積百分率達到了57.3，物種-環境的相關性系數分別為0.995和0.995，說明該排序圖能很好的反映大型底棲動物與環境因子之間的關系。

表6 冗余分析(RDA)排序結果

1-銅銹環棱螺；2-中華圓田螺；3-繪環棱螺；4-河蜆；5-寬深舌蛭；6-直突搖蚊；7-心突搖蚊；8-粗腹搖蚊；9-細蜉；10-等蜉；11-纖春蜓；12-箭蜓科；13-鉤蝦;14-潛水蝎蝽；15-顫蚓科圖4 大型底棲動物與環境因子的RDA排序

圖5 樣點與環境因子的RDA排序

4 討論

4.1 駱湖河不同河段底棲動物群落特征

大型底棲動物群落結構在河流空間上存在差異，主要受水體理化性質、棲息地環境等因子的影響[18-20]。駱湖河大型底棲動物以蜉蝣目、中腹足目、雙翅目、蜻蜓目、半翅目、十足目、真瓣鰓目為主，不同采樣點的優勢種群不一樣。清潔種類的蜉蝣目是是靠近源頭的1號、2號、3號樣點的優勢類群，而十足目鉤蝦是基本為后5個樣點的最優勢類群。搖蚊類耐污群從靠近下游的5號樣點開始出現，許多研究已經表明蜉蝣目類群更易出現在河流源頭[21-22]，且對水質質量要求較高，對水質變化敏感[23]，在水流湍急，溶解氧充足的水環境條件下更適于生長繁殖[24]；而搖蚊幼蟲類屬于典型的耐污種[25]，沿著河流方向，污染物質匯入的增加，耐污性高的物種隨著河流方向逐漸出現。大量研究表明河流污染物的富集，會造成河流污染的加重，進而影響河流中大型底棲動物的群落結構，沿著河流方向，清潔物種的比例會逐漸降低，而耐污種的比例逐漸升高[26]。樣點與環境因子的RDA分析結果也表明了從上游至下游，河流的水質逐漸變差，這與底棲動物分布情況結果一致。

4.2 環境因子對大型底棲動物的影響

4.3 河流生態治理對大型底棲動物的影響

駱湖河3號至8號樣點為人為干擾河段，其中4號，5號和6號樣點為人為構造階梯-深潭結構樣點，水質狀況較差，水生植物覆蓋度高，棲息地多樣性指數(HD)高。研究發現，這3個樣點的物種多樣性比其他樣點高，這可能與階梯-深潭結構有關。此結構為底棲動物提供更適宜的棲息地環境。王兆印的研究也證實了這一觀點，文中指出階梯-深潭結構可為底棲動物提供較穩固且多樣化的棲息環境，適合不同類型底棲動物長期生存，從水化學角度來說，這種結構增大了水體與空氣之間的接觸面積，增加水體含氧量，進而促進水中有機物的分解，能對富營養化河流的治理起到輔助作用。同時階梯-深潭結構也可為水生植物的生長提供適宜的環境，這3個樣點的植物覆蓋度均達到30%以上。駱湖河7、8號樣點為生態連鎖磚護岸結構，水生植物較少，生物多樣性較低。比較這8個樣點可以得出階梯-深潭結構確實對于恢復生態環境有著積極的作用。

5 結束語