秦嶺南麓藺河口水庫大型底棲動物多樣性調查研究

武金星

(陜西省水產(chǎn)研究與技術推廣總站，陜西西安 710086)

藺河口水庫位于秦嶺南麓，建成于2005年，是漢江流域陜西段主要支流嵐河的重要水利樞紐。地理坐標108°48'～109°22'E，31°51'～32°35'N。嵐河是一個峽谷型河流，山高谷深，流域地形呈現(xiàn)東南部偏高，西北部偏低。流域內主要支流有滔河和東鄉(xiāng)河，流域面積約為2130km2，主河長153km，流經(jīng)嵐皋縣至安康市注入瀛湖進入漢江[1]。庫區(qū)多年平均流量34.9m3/s，多年平均年徑流量11.0億m3，水庫控制集水面積1450km2，水庫總庫容1.47億m3，正常蓄水水深512m，平均水位485m，水庫以發(fā)電為主，兼顧生態(tài)養(yǎng)殖、旅游開發(fā)等綜合功能[2]。

大型底棲動物是水庫、湖泊中重要的生物種群，在水域生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)和能量流動中具有重要的作用[3]。大型底棲動物生活于沉積物表面或沉積物中，具有遷移能力差、分布廣泛、生命周期長等特點，其對環(huán)境干擾反應敏感，常被作為水庫、湖泊生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的指示生物類群[4-5]。目前，針對藺河口水庫的水生生物資源調查報道相對較少，尤其是近年來通過增殖放流發(fā)展凈水漁業(yè)后，庫區(qū)底泥中大型底棲動物資源的調查仍處于空白。為此，2020年秋季對藺河口水庫的大型底棲動物群落結構特征進行調查，旨在探明水庫水生生物資源及其多樣性，以期為漢江流域的生態(tài)保護與高質量發(fā)展提供基礎數(shù)據(jù)與理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 調查點位設置

根據(jù)藺河口水庫的水文條件、水庫形態(tài)及地勢地貌特征，于2020年秋季(10月下旬至11月上旬)共設置8個調查點(L1～L8)(見圖1，表1)。其中，庫區(qū)上游嵐河設置3個調查點(L4、L5、L6)，滔河上設置兩個調查點(L5、L6)，滔河與嵐河交匯處設置1個調查點(L3)，庫區(qū)下游及大壩處各設置1個調查點(L2、L1)。

表1 藺河口水庫調查點坐標

圖1 藺河口水庫調查點位示意圖

1.2 大型底棲動物采集與種類鑒定

依據(jù)藺河口水庫水深和底質的具體情況，在各調查點使用改良型彼得森采泥器(采樣面積為30cm×30cm)采集底泥樣本，1個調查點采集3個平行樣(左岸、中間、右岸)。采集到的泥沙和腐殖質經(jīng)過40目洗泥網(wǎng)沖洗過濾后將收集物轉入500mL的廣口樣品瓶中，加入75%的乙醇固定并保存。采樣結束后，在實驗室采用人工挑選的方法將底棲動物從收集物中分離出來，放入100mL樣品瓶，加75%乙醇保存[6]。保存樣品借助生物解剖鏡和電子顯微鏡進行分類、鑒定及計數(shù)，物種鑒定參考相關文獻[7-9]，鑒定工作盡可能做到種。鑒定分類后每一種類都分別用分析天平稱重(精確到0.0001g)，稱重前用中性濾紙將大型底棲動物體表水做吸干處理[10]。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

根據(jù)各調查點的采樣總面積，將各調查點上采集到的大型底棲動物的數(shù)量和重量換算成密度(ind./m2)和生物量(g/m2)。采用Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H′)、Pielou均勻度指數(shù)(J)和Margalef豐富度指數(shù)(D)對大型底棲動物群落多樣性進行分析。計算公式如下：

H′= -∑Pi×log2Pi

J=H′/log2S

D=(S-1)/log2Ni

式中：Pi為第i種生物的個體數(shù)與總生物個體數(shù)的比值 (Ni/N)；N為大型底棲動物總個體數(shù)；Ni為大型底棲動物第i種生物的個體數(shù)；S為大型底棲動物總物種數(shù)[11]。

使用SPSS17.0軟件對調查獲得的生物數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，使用單因素分析中的最小顯著差數(shù)法檢驗顯著性，顯著性用P<0.05表示。

2 調查結果

2.1 種類組成

本次藺河口水庫底泥中收集到大型底棲動物16種，隸屬于3門5綱8科(見表2)。其中，節(jié)肢動物門昆蟲綱4種，占總種類數(shù)25.0%，甲殼綱3種，占總種類數(shù)18.8%；環(huán)節(jié)動物門寡毛綱1種，占總種類數(shù)6.3%；軟體動物門腹足綱6種，占總種類數(shù)37.5%；瓣鰓綱2種，占總種類數(shù)12.5%(見圖2，圖3)。底棲動物優(yōu)勢種群主要由搖蚊幼蟲和螺類組成。

圖2 藺河口水庫大型底棲動物門類組成

圖3 藺河口水庫大型底棲動物科類組成

表2 藺河口水庫大型底棲動物名錄

本次調查發(fā)現(xiàn)，調查點L1和L2(庫區(qū)下游和大壩處)底泥中采集到大型底棲動物最多，各有11種，調查點L6(庫區(qū)嵐河上游)采集到的種類最少，有4種，庫區(qū)下游與上游之間存在顯著差異(P<0.05)(見圖4)。大型底棲動物在各調查點底泥中出現(xiàn)的頻次最高的種類有：三代環(huán)足搖蚊(Cricotopustrifasciatus)、秀麗白蝦(Exopalaemonmodestus)、羽搖蚊(Chinonomusgr.plumosus)和圓頂珠蚌(Uniodouglasiae)。

圖4 藺河口水庫大型底棲動物種類分布

2.2 生物密度與生物量

本次藺河口水庫調查發(fā)現(xiàn)，8個調查點大型底棲動物的生物密度變化范圍在106.7ind./m2～266.7ind./m2之間，平均值為176.7ind./m2；生物量變化范圍在2.4951g/m2～62.0352g/m2之間，平均值為25.8970g/m2。調查點L1和L2(庫區(qū)下游-大壩前)底泥中采集到大型底棲動物數(shù)量最多，主要以昆蟲綱和寡毛綱占優(yōu)勢，調查點L3和L6數(shù)量相對較少，庫區(qū)上、中、下游生物密度存在顯著差異(P<0.05)(見圖5)。大型底棲動物生物量最大值出現(xiàn)的區(qū)域在調查點L3(支流交匯處)，瓣鰓綱和腹足綱的種類的貢獻量較大，最小值出現(xiàn)在水庫的嵐河上游調查點L4，此調查點以個體較小的水絲蚓和搖蚊為主，而體型較大的甲殼綱和瓣鰓綱的種類相對較少，各調查點生物量差異顯著(P<0.05)(見圖6)。

圖5 藺河口水庫大型底棲動物密度分布

圖6 藺河口水庫大型底棲動物生物量空間變化

2.3 生物多樣性及其評價

藺河口水庫大型底棲動物Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H′)Pielou均勻度指數(shù)(J)和Margalef豐富度指數(shù)(D)變化幅度如圖7所示，水庫大壩前L1的H′值最大，為2.647，最小值出現(xiàn)在庫區(qū)上游L6調查點，指數(shù)值為1.500，平均值為2.028。J值最大出現(xiàn)在水庫上游滔河上的L8調查點，為1.000，最小值出現(xiàn)在庫區(qū)上游L5調查點，指數(shù)值為0.810，平均值為0.934。D值最大出現(xiàn)在水庫中游的支流交匯處L3調查點，為1.336，最小值出現(xiàn)在庫區(qū)下游的L1和L2調查點，指數(shù)值均為1.117，平均值為1.230。根據(jù)生物多樣性指數(shù)等級水質評價標準(見表3)。藺河口水庫大型底棲動物生物多樣性處于一般至較好水平，水質整體處于中污染狀態(tài)，調查點L6水質污染相對嚴重，調查點L1和L2水質受污染程度較輕。

圖7 藺河口水庫大型底棲動物多樣性指數(shù)

表3 生物多樣性閾值分級及水質評價標準[12]

3 分析與討論

大型底棲動物是水庫、湖泊等相對靜止水體生態(tài)系統(tǒng)中最常見的生物類群，通過攝食、排泄等生命活動分解碎屑、干擾沉積物結構來加快水體自凈以及推動生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)和能量流動[13-14]。在大型底棲無脊椎動物類群中，由于種類不同，其生活史存在差異，導致對水環(huán)境變化的響應程度不同。水庫生境的多樣性與大型底棲動物的群落結構存在一定的相關性，面臨不同的底質條件、生物競爭壓力以及食物鏈下行效應，大型底棲動物自身會進行生物對策調整，表現(xiàn)在種類組成和多樣性的變化上[15-17]。有研究表明群落優(yōu)勢種的組成與分布可代表生物對生境的適宜性，庫底沉積物中優(yōu)勢種組成越豐富，其群落結構越穩(wěn)定。本次調查顯示，藺河口水庫大型底棲無脊椎動物群落以軟體動物和節(jié)肢動物門為優(yōu)勢種群，螺類和搖蚊幼蟲為優(yōu)勢種，其種類組成具有典型的山谷型水庫大型底棲動物群落結構特征[18-19]。藺河口水庫大型底棲動物的種類數(shù)、生物密度和生物量均存在區(qū)域差別，河岸帶生物主要以螺類為主，庫中央深水區(qū)及上游淺水區(qū)主要以搖蚊幼蟲為主，這主要與該水庫所處的地勢地形有關，河岸帶以巖石為主，水位較淺適合于螺類附著爬行攝食，而河道深水區(qū)存在沉積物的累積，其中的腐殖質有利于搖蚊卵的越冬和孵化[20]。此外，2018年之前的網(wǎng)箱養(yǎng)殖導致大壩前深水區(qū)底泥中沉積了大量的有機質(殘餌、糞便等)，為以食有機腐屑的搖蚊和水絲蚓的生存繁殖創(chuàng)造了機會[21-22]。

嵐河流域地處秦嶺南麓的山谷中，屬亞熱帶大陸季風氣候，冬季寒冷少雨雪，夏季炎熱多雷雨，春秋兩季多陰雨，獨特的水文氣象條件對庫區(qū)的水環(huán)境質量影響較大，此外人類活動的干擾對庫區(qū)水質影響也不可忽視[23]。該調查顯示，藺河口水庫大型底棲動物多樣性指數(shù)整體處于一般至較好水平，水庫水質處于中污染狀態(tài)，相比2017年的水體富營養(yǎng)化(硅藻水華)，庫區(qū)水環(huán)境得到了有效改善，水體質量獲得了極大地提高[1]。主要原因是在秦嶺生態(tài)修復的大背景下，流域面源污染(茶園、果園等農業(yè)活動)和點源污染(村、鎮(zhèn)等人類聚集)得到的有效控制，減少了氮、磷等營養(yǎng)元素隨地表徑流進入庫區(qū)，降低了水體富營養(yǎng)化的風險[24-25]。此外，21世紀初，在大水面“凈水漁業(yè)、以魚養(yǎng)水”的漁業(yè)可持續(xù)發(fā)展政策的推動下，湖庫網(wǎng)箱養(yǎng)殖逐漸縮減直至消失，減少了庫區(qū)有機質的積累，緩解了水庫水體營養(yǎng)容量的壓力。在生態(tài)系統(tǒng)食物鏈中，大型底棲動物是鯉、鯽等經(jīng)濟魚類的優(yōu)質餌料，本次調查結果顯示藺河口水庫大型底棲動物餌料資源的現(xiàn)存量未被合理利用，充分利用這部分資源不僅可以提高漁業(yè)產(chǎn)量，增加經(jīng)濟效益，而且大型底棲動物在生態(tài)作用上能將水體和底泥中的氮、磷等營養(yǎng)元素轉移出去(尤其是搖蚊幼蟲、水絲蚓等通過吞食淤泥、過濾有機質改善水底環(huán)境)，降低了水體營養(yǎng)負載量，提高了水庫水環(huán)境質量。

目前，藺河口水庫開發(fā)生態(tài)養(yǎng)殖(凈水漁業(yè))面積4.2km2，主要集中在庫區(qū)下游大壩至南宮山風景區(qū)之間的敞水區(qū)域(南宮湖)，年產(chǎn)鰱、鳙250t。依據(jù)其生物餌料資源量估算，其仍存在很大的凈水漁業(yè)發(fā)展空間。因此，建議每年除了合理增殖放流濾食性魚類(鰱、鳙等)外，可根據(jù)大型底棲動物的生物量適度發(fā)展底層雜食性魚類，如鯉、鯽等，在庫區(qū)上游淺水區(qū)設置產(chǎn)卵場，如控制人類活動干擾，增加水生植物區(qū)域等。此外，建議構建富營養(yǎng)化預警機制及水質預測模型，通過定期監(jiān)測水質及生物餌料變化，快速了解和掌握庫區(qū)水質動態(tài)，為科學保護水資源和合理利用漁業(yè)資源，實現(xiàn)生態(tài)、經(jīng)濟雙效益，保障庫區(qū)生態(tài)和發(fā)展提供支撐。