潘成榮，張 萍，李 堃

(1.合肥工業(yè)大學資源與環(huán)境工程學院，安徽合肥 230009；2.安徽省環(huán)境科學研究院，安徽合肥 230009)

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瓦埠湖底棲動物群落結(jié)構(gòu)及其與環(huán)境因子之間的關(guān)系

潘成榮1，2，張 萍1，李 堃2

(1.合肥工業(yè)大學資源與環(huán)境工程學院，安徽合肥 230009；2.安徽省環(huán)境科學研究院，安徽合肥 230009)

摘要[目的]明確瓦埠湖底棲動物生態(tài)學。[方法]于2012年對瓦埠湖底棲動物群落結(jié)構(gòu)及時空分布進行調(diào)查，并對獲得的底棲動物數(shù)據(jù)和環(huán)境因子數(shù)據(jù)進行典范對應(yīng)分析。[結(jié)果]共發(fā)現(xiàn)底棲動物37種，其中水生昆蟲類、寡毛類、軟體動物和其他類群分別為15種(占總物種數(shù)的40.54%)、12種(32.43%)、6種(16.22%)和4種(10.81%)；優(yōu)勢種(Y≥0.02)為寡鰓齒吻沙蠶(Nephtys obigobranchia)、搖蚊(Compteromesa sp.)和蘇氏尾鰓蚓(Branchiura sowerbyi)。底棲動物年平均密度為428.2 個/m2，年平均生物量為39.6 g/m2，不同季節(jié)底棲動物的平均生物量和平均密度存在顯著差異。Shannon-Wiener指數(shù)均值為(0.765±0.499)～(1.181±0.590)；Margalef指數(shù)均值為(0.518±0.192)～(0.740±0.448)；Pielou指數(shù)(0.501±0.339)～(0.763±0.197)，Shannon-Wiener多樣性指數(shù)和Margalef物種豐富度指數(shù)在季節(jié)上呈現(xiàn)為夏季>秋季>冬季>春季的變化趨勢；Pielou均勻度指數(shù)表現(xiàn)為冬季>夏季>秋季>春季。水溫、透明度、硝氮、溶解氧是影響瓦埠湖大型底棲動物的主要環(huán)境因子。[結(jié)論]研究結(jié)果為瓦埠湖水質(zhì)保護與治理提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞瓦埠湖；底棲動物；多樣性；典型對應(yīng)分析

底棲動物指由軟體動物、環(huán)節(jié)動物和水生昆蟲等類群組成，具有生命周期長、區(qū)域性強、遷移能力弱等特點，在水生生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動中具有不可替代的作用[1-2]。其群落指標(如豐富度、組成結(jié)構(gòu)、耐污類群和敏感類群的比例以及不同功能攝食類群的結(jié)構(gòu)特征等)可從不同側(cè)面反映水質(zhì)的好壞[3]，同時，通過大型底棲動物群落結(jié)構(gòu)的調(diào)查可評價水體污染的程度[4]。因此，對大型底棲動物群落與水體環(huán)境因子之間相互關(guān)系的研究也是水質(zhì)生物評價的一個重要內(nèi)容[5-7]。

瓦埠湖位于安徽省中部，淮河中游南岸，地處壽縣城東南，區(qū)地理位置為32°13′14″～32°32′51″ N和116°27′00″～117°04′ E，涉六安、合肥、淮南3市，湖面狹長，灘多水淺，南北長51 km，平均寬4 km，最寬處6 km，平水面積160 km2，豐水面積168 km2，枯水面積156 km2，豐水位18.9 m，枯水位15.5 m，最大深度4.5 m，湖底高程15.5 m。瓦埠湖是淮河中游較大的湖泊之一，屬河流型湖泊，具有防洪、灌溉、養(yǎng)殖、飲用水及旅游等多種功能，其流域總控制面積4 193.0 km2，東淝閘位于瓦埠湖的出口段東淝河上，距入淮口2.5 km，是瓦埠湖蓄洪區(qū)的控制工程。隨著社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，人類對瓦埠湖的開發(fā)強度也不斷上升，自然生態(tài)和水環(huán)境開始呈現(xiàn)出惡化趨勢，湖泊面積減少，湖泊生態(tài)環(huán)境存在著較大的潛在壓力。我國應(yīng)用底棲動物群落結(jié)構(gòu)對流域進行生態(tài)學評價主要集中在長江流域、太湖流域、淮河流域等[8]，而針對瓦埠湖底棲動物生態(tài)學研究資料有限。鑒于此，筆者以瓦埠湖大型底棲動物為研究對象，分析了底棲動物的空間分布及其與環(huán)境因素之間的關(guān)系，旨在為瓦埠湖水質(zhì)保護與治理提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1研究樣點于2012年3、6、9、12月分別對瓦埠湖底棲動物進行定量調(diào)查，調(diào)查期間在主湖區(qū)共設(shè)置樣點14個(WZ01～WZ14)，河口設(shè)置4個點(WH01～WH04)，樣點分布見圖1。

圖1　瓦埠湖湖區(qū)和出入湖河流樣點分布Fig.1　Sampling sites distribution of Wabu Lake and rivers inflowing into or out of the lake

1.2采樣方法對每個樣點分別進行定量、定性采集。定量樣品用1/16 m2的加重的彼得生采泥器采集，泥樣經(jīng)420 μm的銅篩篩洗后，置于解剖盤中將動物撿出，個體較小的底棲動物用濕漏斗法分離。撿出的動物用10%福爾馬林固定，然后進行種類鑒定、計數(shù)，部分樣品現(xiàn)場用解剖鏡及顯微鏡進行活體觀察。濕重的測定方法是先用濾紙吸干水分，然后在電子天平上稱重。

1.3數(shù)據(jù)處理大型底棲動物的優(yōu)勢種[9]、Shannon多樣性指數(shù)(H′)[10]、Margalef物種豐富度指數(shù)(D)[11]和均勻度指數(shù)(J)[12]分別按照參考文獻中的方法進行計算。采用典范對應(yīng)分析(CCA)解析底棲動物群落分布與環(huán)境因子間的關(guān)系，CCA排序采用國際通用軟件CANOCO 4.5進行分析。

2結(jié)果與分析

2.1底棲動物群落組成及優(yōu)勢種調(diào)查期間，在瓦埠湖共采集到大型底棲動物37種，其中，水生昆蟲類、寡毛類、軟體動物和其他類群分別為15、12、6和4種，分別占物種總數(shù)量的40.54%、32.43%、16.22%和10.81%。

通過優(yōu)勢度計算得到的全年優(yōu)勢種(Y≥0.02)為寡鰓齒吻沙蠶(Nephtysobigobranchia)、搖蚊(Compteromesasp.)和蘇氏尾鰓蚓(Branchiurasowerbyi)；全年常見種(0.02≥Y≥0.01)為霍甫水絲蚓(Limnodrilushoffmeisteri)、多毛管水蚓(Aulodriluspluriseta)和長足搖蚊(Tanypusspp.)。底棲動物優(yōu)勢種在四季時空變化較大，春季和冬季的優(yōu)勢種為搖蚊和寡鰓齒吻沙蠶，搖蚊耐有機污染，為湖泊富營養(yǎng)化的常見種；夏季優(yōu)勢種為寡鰓齒吻沙蠶、蘇氏尾鰓蚓、羽搖蚊(Chironomusplumosus)、長足搖蚊和小搖蚊(Microchironomussp.)，長足搖蚊亦是富營養(yǎng)水體的特征生物；秋季優(yōu)勢種為多毛管水蚓、霍甫水絲蚓、長足搖蚊、寡鰓齒吻沙蠶、蘇氏尾鰓蚓和皮氏管水蚓，霍甫水絲蚓、長足搖蚊、蘇氏尾鰓蚓是很好的有機污染(富營養(yǎng))指示生物[13-17]。四季中從優(yōu)勢種組成來看，湖泊達到了富營養(yǎng)化水平。其中，春季和冬季底棲動物優(yōu)勢種類單一，夏季和秋季優(yōu)勢種類較復(fù)雜和均勻，可能是由于夏、秋季節(jié)瓦埠湖大范圍的圍網(wǎng)養(yǎng)殖，底棲動物面臨魚類強大的捕食壓力，導(dǎo)致優(yōu)勢種類的發(fā)展受到限制，促進了其他種類的發(fā)展。

2.2底棲動物密度和生物量的時空變化瓦埠湖底棲動物年平均密度為428.2 個/m2，底棲動物密度季節(jié)差異顯著，呈現(xiàn)春季>夏季>秋季>冬季的變化態(tài)勢，平均密度分別為656.9、456.9、391.1和208.0個/m2。底棲動物年平均生物量為39.6 g/m2，底棲動物生物量季節(jié)差異呈現(xiàn)冬季>秋季>夏季>春季的變化態(tài)勢，平均生物量分別為91.3、31.6、20.4、15.3 g/m2。底棲動物密度和生物量的變化趨勢并不一致，這可能是由于構(gòu)成4個季度優(yōu)勢種類的差異造成的。底棲動物生物量較密度空間變化差異更大，生物量最大空間差異出現(xiàn)在春季，最高值達到最低值的5.96倍。

圖2　瓦埠湖底棲動物生物密度相似性系數(shù)的等級聚類分析Fig.2　Hierarchy clustering analysis of similarity coefficient of macrobenthos biological density in Wabu Lake

瓦埠湖總磷含量為0.028～0.198 mg/L，均值為0.073 mg/L，超過地表水Ⅲ類標準，北部湖區(qū)平均濃度為0.050 mg/L，南部湖區(qū)平均濃度為 0.076 mg/L；全湖總氮含量為0.244～2.430 mg/L，平均濃度為0.880 mg/L，屬于地表水Ⅲ類標準，北部湖區(qū)平均濃度為0.890 mg/L，南部湖區(qū)平均濃度為 1.170 mg/L。聚類分析表明(圖2)，在85%的相似水平上[13]，底棲動物生物密度的等級聚類分析可將瓦埠湖不同采樣點聚為4類：第1類生物多樣性高，有WH01～WH04、WZ01～WZ02及WZ11～WZ14共10個點；第2類生物多樣性處于中等水平，有WZ03、WZ10、WZ08共3個點，聚為一類；第3類生物多樣性低，有WZ04～WZ06及WZ09共4個點；第4類生物多樣性極低，在3個季節(jié)未發(fā)現(xiàn)底棲動物，有WZ07點。根據(jù)聚類分析的結(jié)果，在空間分布上，瓦埠湖水環(huán)境表現(xiàn)為北部水域的生物多樣性水平最高，水質(zhì)相對較好。2.3瓦埠湖大型底棲動物群落生物多樣性由表1可知，在區(qū)域分布上，四季中大型底棲動物群落生物多樣性河口>湖區(qū)；在時空分布上，各季節(jié)多樣性指數(shù)差異不明顯，Shannon-Wiener指數(shù)均值為(0.765±0.499)～(1.181±0.590)；Margalef指數(shù)均值為(0.518±0.192)～(0.740±0.448)；Pielou指數(shù)(0.501±0.339)～(0.763±0.197)；Shannon-Wiener指數(shù)和Margalef指數(shù)都在夏季最高，秋季其次，冬季較低，春季最低；Pielou指數(shù)在冬季最高，夏季其次，秋季較低，春季最低。

表1瓦埠湖大型底棲動物的多樣性指數(shù)季節(jié)變化

Table 1Seasonal variation of diversity indices of the macrobenthos in Wabu Lake

季節(jié)Season斷面SectionShannon-Wiener多樣性指數(shù)Shannon-WienerdiversityindexMargalef物種豐富度指數(shù)MargalefspeciesrichnessindexPielou均勻度指數(shù)Pielouevennessindex春季河口1.059±0.4040.824±0.1950.631±0.316Spring湖區(qū)0.471±0.5950.327±0.4130.371±0.362夏季河口1.548±0.3510.897±0.3350.914±0.079Spring湖區(qū)0.814±0.8290.582±0.5610.450±0.349秋季河口1.278±0.1100.594±0.1250.879±0.107Spring湖區(qū)0.771±0.4140.441±0.2580.646±0.287冬季河口1.603±0.2360.940±0.2230.916±0.042Winter湖區(qū)0.620±0.5130.361±0.3040.529±0.417

2.4瓦埠湖底棲動物與環(huán)境因子之間的關(guān)系由表2可知，CCA的所有排序軸均呈顯著性差異，CCA的前兩軸特征值分別為0.674 0和0.580 0，種類與環(huán)境因子排序軸的相關(guān)系數(shù)高達0.913 0和0.825 0，且物種-環(huán)境關(guān)系累積變化百分率為27.100 0，即排序圖較好地反映了大型底棲動物與環(huán)境因子之間的關(guān)系。在排序圖中，與第1軸相關(guān)性較大的前4個環(huán)境因子分別是溶解氧、水溫、硝氮和電導(dǎo)率。溶解氧、硝氮和電導(dǎo)率均位于左側(cè)，呈負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.749 0、0.667 8和0.612 1；水溫位于左側(cè)，呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.723 9。與第2軸相關(guān)性較大的環(huán)境因子是透明度、氨氮、總磷與總濁度。透明度位于坐標軸下方，呈負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.701 2；氨氮、總磷與總濁度位于坐標軸上方，呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.505 3、0.422 2和0.394 1。

表2排序軸特征值、種類與環(huán)境因子排序軸的相關(guān)系數(shù)

Table 2Axis eigenvalue and correlation coefficients between species and environment factor

因素Factor軸1Axis1軸2Axis2特征值Eigenvalue0.67400.5800物種-環(huán)境相關(guān)性Species-environmentcor-relations0.91300.8250物種累積變化百分率Cumulativepercentagevarianceofspecies14.600027.1000物種-環(huán)境關(guān)系累積變化百分率Cumula-tivepercentagevarianceofspecies-environ-mentrelation30.600057.0000Intersetcorrelationswithaxes透明度TransparencyZSD0.0802-0.7012酸堿度pH-0.5838-0.2177電導(dǎo)率Conductivity-0.6121-0.1506溶解性總固體TotaldissolvedsolidTDS-0.5947-0.1481溶解氧DissolvedoxygenDO-0.7490-0.2132水溫WatertemperatureTW0.7239-0.0004總濁度TotalturbidityNTU0.03320.3941總色度TotalchromaSD-0.1377-0.1378總氮TotalnitrogenTN-0.57490.2121氨氮NH40.22140.5053硝氮NO3-0.66780.2865亞硝氮NO20.09530.1859總磷TotalphosphorusTP-0.14310.4222葉綠素Chla0.37840.1986

圖3反映了大型底棲動物分布與環(huán)境因子之間的關(guān)系，在CCA排序圖中，環(huán)境因了用帶有箭頭的線段矢量表示，連線的長短表示物種的分布與該環(huán)境因子關(guān)系的大小[18]，可以看出水溫、透明度、硝氮、溶解氧是影響瓦埠湖大型底棲動物的主要環(huán)境因子。

在CCA排序圖第四象限，長角涵螺(9)、河蜆(11)、寡鰓齒吻沙蠶(22)處在透明度環(huán)境軸附近，與透明度呈正相關(guān)；在第三象限，長足搖蚊(18)與溫度呈負相關(guān)關(guān)系，與溶解氧、電導(dǎo)率等呈正相關(guān)，表明該類群僅出現(xiàn)冬季且數(shù)量較少；在第二象限，指鰓尾盤蟲(7)、一種搖蚊(14)、多足搖蚊(17)、線形動物門(23)與溫度呈負相關(guān)關(guān)系，與總氮、總磷呈現(xiàn)較強的正相關(guān)關(guān)系，該類群生物常在溫度較低且水質(zhì)肥沃的水域大量出現(xiàn)，如Compteromesasp.即為冬季的優(yōu)勢種之一；其余種類出現(xiàn)在第一象限，與水溫、氨氮、總氮、總磷和葉綠素水平呈明顯正相關(guān)關(guān)系，與透明度、溶解氧等呈負相關(guān)關(guān)系，該類群生物種類和數(shù)量均較多，常在溫度較高、水質(zhì)肥沃的水體中大量出現(xiàn)，在瓦埠湖水生態(tài)系統(tǒng)中占有重要位置。

注：1.有櫛管水蚓(A.pectinatus)；2.皮氏管水蚓(A.pigueti)；3.多毛管水蚓(A.pluriseta)；4.蘇氏尾鰓蚓(B.sowerbyi)；5.霍甫水絲蚓(L.hoffmeisteri)；6.巨毛水絲蚓(L.grandisetosus)；7.指鰓尾盤蟲(D.digitata)；8.泥蚓屬(Ilyodrilus sp.)；9.長角涵螺(A.longicornis)；10.環(huán)棱螺 (Bellamya sp.)；11.河蜆(C.cumingii)；12.羽搖蚊(C.plumosus)；13.一種搖蚊 (Cladopelma sp.)；14.一種搖蚊(Compteromesa sp.)；15.蛤搖蚊(Harnischia sp.)；16.小搖蚊(Microchironomus sp.)；17.多足搖蚊(Polypedilum sp.)；18.長足搖蚊(Tanypus sp.)；19.長足搖蚊 (Tanypus spp.)；20.雙翅目蛹(Diptera sp.)；21.水甲科 (Hygrobiidae sp.)；22.寡鰓齒吻沙蠶(N.obigobranchia)；23.線形動物門(Nematomorpha sp.)。Note：1.A.pectinatus；2.A.pigueti；3.A.pluriseta；4.B.sowerbyi；5.L.hoffmeisteri；6.L.grandisetosus；7.D.digitata；8.Ilyodrilus sp.；9.A.longicornis；10.Bellamya sp.；11.C.cumingii；12.C.plumosus；13.Cladopelma sp.；14.Compteromesa sp.；15.Harnischia sp.；16.Microchironomus sp.；17.Polypedilum sp.；18.Tanypus sp.；19.Tanypus spp.；20.Diptera sp.；21.Hygrobiidae sp.；22.N.obigobranchia；23.Nematomorpha sp..圖3　大型底棲動物與環(huán)境因子的CCA排序Fig.3　CCA ordination diagram between macrobenthos and environmental factors

3結(jié)論與討論

20世紀70年代，瓦埠湖底棲動物優(yōu)勢種群主要是河蜆(占90%以上)，該研究瓦埠湖的底棲動物優(yōu)勢類群為寡鰓齒吻沙蠶、等葉裸須搖蚊和蘇氏尾鰓蚓，河蜆僅零星出現(xiàn)。導(dǎo)致優(yōu)勢種群發(fā)生變化的原因：一方面可能是瓦埠湖建閘引起的湖泊水文情勢的改變，水體流動性差、交換率下降，而底質(zhì)也由砂質(zhì)變?yōu)橛倌?，?dǎo)致河蜆棲息環(huán)境發(fā)生了變化；另一方面由于湖泊水質(zhì)下降，湖泊富營養(yǎng)化導(dǎo)致，其中優(yōu)勢種蘇氏尾鰓蚓是很好有機污染(富營養(yǎng))指示生物。

瓦埠湖底棲動物密度季節(jié)差異顯著，呈現(xiàn)春季>夏季>秋季>冬季的變化態(tài)勢，底棲動物生物量季節(jié)差異呈現(xiàn)冬季>秋季>夏季>春季的變化態(tài)勢，底棲動物密度和生物量的變化趨勢并不一致，與4個季度優(yōu)勢種類的差異相關(guān)。

底棲動物的物種多樣性與營養(yǎng)水平呈相反趨勢，富營養(yǎng)化導(dǎo)致多樣性明顯降低[17]。瓦埠湖調(diào)查結(jié)果表明，Shannon-Wiener多樣性指數(shù)和Margalef物種豐富度指數(shù)均呈現(xiàn)夏季>秋季>冬季>春季的變化趨勢；Pielou均勻度指數(shù)則呈冬季>夏季>秋季>春季。不同斷面底棲動物多樣性差異較大，河口斷面在Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Margalef物種豐富度指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)方面均顯著高于湖區(qū)斷面。

不同的時空尺度對大型底棲動物群落產(chǎn)生影響的環(huán)境因子不盡相同，但各種環(huán)境因子可歸納為3類：①物理因素，包括鹽度、水深和溫度等；②富營養(yǎng)化因素，包括N、P以及沉積物中的總有機碳含量；③底質(zhì)類型，包括沉積物粒度參數(shù)等[9]。該研究中，底棲動物群落結(jié)構(gòu)和環(huán)境因子的相關(guān)分析表明，解釋瓦埠湖大型底棲動物群落結(jié)構(gòu)差異最好的環(huán)境因子組合是溶解氧、溫度、透明度和硝氮；溶解氧、硝氮呈負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.749 0、0.667 8；水溫呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.723 9；透明度呈負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.701 2。

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基金項目環(huán)境保護部“良好湖泊生態(tài)環(huán)境保護專項”。

作者簡介潘成榮(1966-)，男，安徽合肥人，正高級工程師，碩士生導(dǎo)師，從事水環(huán)境保護與環(huán)境規(guī)劃研究。

收稿日期2016-03-16

中圖分類號X 176

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2016)13-008-04

Macrobenthos Community Structure and Its Relationships with Environmental Factors in Wabu Lake

PAN Cheng-rong1,2, ZHANG Ping1, LI Kun2

(1. School of Resources and Environmental Engineering, Hefei University of Technology, Hefei, Anhui 230009; 2. Anhui Institute of Environmental Science, Hefei, Anhui 230009)

Abstract[Objective] To research the macrobenthos ecology in Wabu Lake. [Method] We researched the community structure and spatial-temporal distribution of macrobenthos in Wabu Lake in 2012. [Result] A total of 37 benthonic animal were identified, including 15 species (40.54% of the total) of aquatic insects, 12 species (32.43%)of oligochaetas, 6 species (16.22%)of mollusks, and 4 species (10.81%)of others. Among them, Nephtys obigobranchia, Compteromesa sp. and Branchiura sowerbyi were the dominant species (Y≥0.02). The annual average density of macrobenthos was 428.2/m2; and the annual average biomass was 39.6 g/m2. There were significant differences between average biomass and average density of benthic community. Average value of Shannon-Wiener index was from (0.765±0.499) to (1.181±0.590); average value of Margalef species richness index was from (0.518±0.192) to (0.740±0.448); and Pielou index was from (0.501±0.339) to (0.763±0.197). Shannon-Wiener diversity index and Margalef species richness index showed a change trend of winter > summer > autumn > spring. Canonical correspondence analysis of the obtained macrobenthos data and environmental factor data showed that water temperature, transparency, and DO were the major environmental factors affecting the distribution of macrobenthos. [Conclusion]This research provides theoretical foundation for the water quality protection and control of Wabu Lake.

Key wordsWabu Lake; Macrobenthos; Diversity; Canonical correspondence analysis