殷稼雯 李加男 張?jiān)? 劉小維 張振宇 劉燕山 谷先坤 李大命 張彤晴 許浩

摘要：為了解江蘇省北部?jī)?nèi)陸水域的大型底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)并通過多樣性指數(shù)進(jìn)行生態(tài)健康評(píng)價(jià)，于2016年12月至2018年3月對(duì)江蘇北部?jī)?nèi)陸水域10個(gè)水體進(jìn)行調(diào)查。本次調(diào)查共設(shè)置87 個(gè)采樣點(diǎn)，獲得大型底棲動(dòng)物68種，隸屬于3門8綱22科，其中腹足綱所占比例最高，其次是寡毛類。調(diào)查水域的群落結(jié)構(gòu)存在季節(jié)性和地域間差異，群落數(shù)量特征和結(jié)構(gòu)復(fù)雜性表現(xiàn)為春季、夏季和冬季均高于秋季。10個(gè)水體年平均密度為64.64 ind./m2，各湖泊間在季節(jié)梯度上生物量差異顯著（P<0.05），而水體之間密度除春季和冬季無明顯差異外，其余季節(jié)均呈顯著差異（P<0.05）。水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，不同水體間生物多樣性和豐富度都存在明顯差異?？傮w而言，江蘇北部?jī)?nèi)陸水域底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，整體水質(zhì)仍有待改善。

關(guān)鍵詞：內(nèi)陸水域;群落結(jié)構(gòu);生物多樣性;大型底棲動(dòng)物;時(shí)空格局

中圖分類號(hào)：S181?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A?文章編號(hào)：1002-1302（2020）21-0261-08

底棲動(dòng)物一般指生活史的全部或大部分時(shí)間生活在水體底部的無脊椎動(dòng)物，是河流生態(tài)系統(tǒng)重要的組成部分，在維持生態(tài)系統(tǒng)平衡中發(fā)揮著重要的作用[1-4]。大型底棲動(dòng)物大多以水體底部的有機(jī)物和碎屑為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，可將沉積物消減和轉(zhuǎn)化，在水體自凈功能中起到重要作用。尤其是搖蚊和寡毛類等類群效果更為顯著[5]。并且大型底棲動(dòng)物因生命周期相對(duì)較長(zhǎng)、移動(dòng)能力相對(duì)較差、生物多樣性高、分布范圍較廣和對(duì)環(huán)境變化敏感等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，可有效反映水生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況，因此已被廣泛應(yīng)用于一些國(guó)家的水質(zhì)監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中[6-7]。此外，大型底棲動(dòng)物因河流、湖泊、河道和湖庫等流域環(huán)境的不同，類群組成和數(shù)量也會(huì)呈現(xiàn)差異性，故了解大型底棲動(dòng)物的群落結(jié)構(gòu)和時(shí)空分布，對(duì)流域水環(huán)境的保護(hù)和修復(fù)具有重要的科學(xué)意義。

江蘇省位于長(zhǎng)江及淮河的下游，內(nèi)陸水域面積為14 556 km2，占全省面積的14.19%。江蘇水系是全國(guó)水網(wǎng)密度最大的地區(qū)之一，湖泊共約110個(gè)，總水面面積達(dá)6 260 km2;河流多處于平原地區(qū)，水體流速緩慢;還包括一些防汛和水利工程的水庫和河道等，為漁業(yè)生產(chǎn)及生活供水提供了優(yōu)越的條件。然而近幾十年來，由于人類活動(dòng)和自然因素的影響，例如水壩建設(shè)、氣候變化、采砂和水污染等，造成許多地理水系的生態(tài)環(huán)境遭受嚴(yán)重破壞，不僅使生境破碎化和衰退，而且使得其中的水生生物多樣性和穩(wěn)定性也受到威脅[8]，尤其在江蘇北部地區(qū)表現(xiàn)尤為嚴(yán)重。

目前，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開展了許多關(guān)于大型底棲動(dòng)物的研究，但大多集中于單個(gè)河流、湖泊和水庫等的研究，對(duì)于江蘇省局部單個(gè)水域的研究雖已有大量報(bào)道[9-11]，但對(duì)于江蘇省北部整體內(nèi)陸水域的研究卻鮮有報(bào)道。因此，本研究在江蘇省北部開展基于大型底棲動(dòng)物的生態(tài)調(diào)查，分析底棲動(dòng)物的種類組成、群落結(jié)構(gòu)和時(shí)空格局，從而揭示江蘇北部?jī)?nèi)陸水域中大型底棲動(dòng)物的分布特點(diǎn)和群落演替規(guī)律，以期為江蘇水環(huán)境的管理和生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)修復(fù)和生物多樣性保護(hù)提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況及采樣點(diǎn)設(shè)置

本次研究主要以江蘇北部地區(qū)的洪澤湖、駱馬湖、白馬湖、陡湖、金湖、射陽湖和黃墩湖等7個(gè)湖泊和淮河，以及安慶水庫和高塘水庫2個(gè)大型水庫共10個(gè)水體作為研究對(duì)象。江蘇北部大都地處溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，夏季高溫多雨，冬季寒冷干燥，年平均氣溫13.1～13.6 ℃。

2016年12月至2018年3月期間，分為4個(gè)季節(jié)對(duì)江蘇北部的主要水域進(jìn)行大型底棲動(dòng)物調(diào)查，依據(jù)湖泊的面積和人員的可達(dá)性均勻地布置點(diǎn)位，共設(shè)置87 個(gè)點(diǎn)，其中大型湖泊洪澤湖有24 個(gè)采樣點(diǎn)，駱馬湖有16 個(gè)采樣點(diǎn)，小型湖泊共14 個(gè)采樣點(diǎn)，2 個(gè)大型水庫中安慶水庫10個(gè)點(diǎn)位，高塘水庫7個(gè)點(diǎn)位。點(diǎn)位布設(shè)基本覆蓋了江蘇北部的主要流域的各種生境狀況。

1.2 樣品采集

依據(jù)各采樣點(diǎn)生境特點(diǎn)，采用開口面積為 1/16 m2 的改良彼得遜采泥器進(jìn)行采集，選擇的每個(gè)樣點(diǎn)均采集3個(gè)平行樣品。將采集的表層沉積物樣品用40目的分樣篩過濾沖洗，帶回實(shí)驗(yàn)室分揀生物樣品，置于80%乙醇標(biāo)本瓶中保存。利用體式顯微鏡（Olympus SZX10）進(jìn)行分類鑒定，搖蚊類鑒定盡可能定到種，其他水生昆蟲和寡毛類鑒定到屬或種，軟體動(dòng)物鑒定到種。標(biāo)本鑒定后計(jì)數(shù)，折算成每平方米的密度（ind./m2）和生物量（g/m2）;用萬分之一的電子天平秤其濕質(zhì)量，并根據(jù)采樣面積換算各類種群的密度和生物量。

1.3 大型底棲動(dòng)物統(tǒng)計(jì)分析方法

1.3.1 水質(zhì)生物學(xué)評(píng)價(jià)指數(shù) 底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)特征采用Shannon多樣性指數(shù)（H′）[12]、Margalef豐富度指數(shù)（D）[13]和物種優(yōu)勢(shì)度指數(shù)（Y）[14]。

（1）Shannon-Wiener多樣性指數(shù)公式：

式中：ni表示第i種的個(gè)體數(shù)，N表示總個(gè)體數(shù)，S表示物種總數(shù)。

（2）Margalef豐富度公式：

（3）優(yōu)勢(shì)度指數(shù)公式為：

式中：fi為該物種出現(xiàn)的點(diǎn)位數(shù)占總數(shù)的百分比，當(dāng)Y≥0.02時(shí)定為優(yōu)勢(shì)種。

1.3.2 數(shù)據(jù)分析 利用SPSS 19.0中的雙因素方差分析對(duì)組間總體差異性進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，顯著水平設(shè)置為0.05。利用GraphPad Prism 6.01 軟件對(duì)大型底棲動(dòng)物密度、生物量及多樣性指數(shù)作圖，使用Excel對(duì)優(yōu)勢(shì)度進(jìn)行分析和計(jì)算。

2 結(jié)果與分析

2.1 大型底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)和優(yōu)勢(shì)種

本研究共采集大型底棲動(dòng)物68屬（種），隸屬于3門8綱22科，其中對(duì)于整個(gè)江蘇北部地區(qū)來說，軟體動(dòng)物物種數(shù)占比最多，其次是環(huán)節(jié)動(dòng)物，節(jié)肢動(dòng)物占比最少。在江蘇北部的10個(gè)水體中，不同類型的大型底棲動(dòng)物會(huì)因季節(jié)的不同而發(fā)生改變，其中春季時(shí)節(jié)環(huán)節(jié)動(dòng)物門多以寡毛類動(dòng)物為主，占當(dāng)季總物種數(shù)的32.5%;軟體動(dòng)物門以腹足綱和雙殼綱為主，占當(dāng)季總物種數(shù)的40%;節(jié)肢動(dòng)物門以搖蚊類居多，占當(dāng)季總物種數(shù)的27.5%。夏季時(shí)節(jié)以軟體動(dòng)物中的腹足綱類動(dòng)物為主，節(jié)肢動(dòng)物門中的甲殼綱也占有一定比例，兩者共占總物種數(shù)的85.7%;環(huán)節(jié)動(dòng)物和節(jié)肢動(dòng)物僅占14.3%。秋季時(shí)節(jié)軟體動(dòng)物門居絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，共占當(dāng)季的92.5%，環(huán)節(jié)動(dòng)物和節(jié)肢動(dòng)物較少，占7.5%。冬季亦以軟體動(dòng)物居多，占當(dāng)季總數(shù)的80.6%，其他僅占19.4%。

3.2 底棲動(dòng)物時(shí)間變化差異討論

大型底棲動(dòng)物密度和生物量的季節(jié)變化較為顯著，這與溫度、生境類型類型、水體污染狀況等各種非生物因素息息相關(guān)，還與底棲動(dòng)物的群落組成及不同群落的生活史特征密切相關(guān)[24-25]。本研究結(jié)果顯示，在江蘇北部?jī)?nèi)陸水域中，大型底棲動(dòng)物秋季的密度最低，而在春、夏、冬3季中卻表現(xiàn)出較高密度，尤其在夏季時(shí)節(jié)密度最高。大部分湖泊春、夏2季多以腹足綱類為主，秋冬兩季則以寡毛類和搖蚊類為主。除冬季外，銅銹環(huán)棱螺及河蜆作為優(yōu)勢(shì)種出現(xiàn)的頻率較高，這與銅銹環(huán)棱螺及河蜆從春季到秋季均可繁殖生長(zhǎng)，且世代相對(duì)較長(zhǎng)相關(guān)[26]。江蘇北部大型底棲動(dòng)物的生物量變化在本次調(diào)查的季節(jié)中呈現(xiàn)冬季較高，其他季節(jié)相對(duì)較少，而且各湖泊間的差異也較為明顯，由此可見底棲動(dòng)物生物量的季節(jié)變化需要長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)才能準(zhǔn)確判斷[27]?？偟膩碚f，江蘇北部?jī)?nèi)陸水域中底棲動(dòng)物群落存在顯著的季節(jié)變化，均表現(xiàn)冬季的物種分類單元數(shù)大于夏季。另外，相關(guān)研究表明底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)還受溫度變化的影響[28-29]，從而導(dǎo)致江蘇北部?jī)?nèi)陸水域大型底棲動(dòng)物的年平均密度整體相對(duì)偏低，大型底棲動(dòng)物的數(shù)量和組成隨著季節(jié)變化而有所不同。

3.3 大型底棲動(dòng)物多樣性評(píng)價(jià)水環(huán)境健康討論

分析大型底棲動(dòng)物動(dòng)物群落多樣性常用指數(shù)為Margalef指數(shù)（D）和Shannon-Wiener指數(shù)（H′），本研究中發(fā)現(xiàn)在不同季節(jié)江蘇北部各水域Shannon-Wiener指數(shù)除春季和秋季外各水體相差不明顯。在春季調(diào)查中發(fā)現(xiàn)有6個(gè)水域?qū)儆谖锓N貧乏，為重度污染的水質(zhì);同時(shí)在秋季中也發(fā)現(xiàn)5個(gè)水域?qū)儆谖锓N多樣性貧乏。而夏、冬2季各湖泊大都屬于物種多樣性一般，中等水平的水質(zhì)。而在Margalef指數(shù)的研究中發(fā)現(xiàn)，洪澤湖、駱馬湖、白馬湖、射陽湖和慶安水庫全年均屬于中度污染到輕度污染之間，而其余4個(gè)湖泊因季節(jié)的不同會(huì)呈現(xiàn)不同程度的污染狀況，這種沒有隨季節(jié)變化呈現(xiàn)線性變化的現(xiàn)象，可能是由于各湖之間的治理差異性所致。如戴雅奇等在對(duì)蘇河底棲動(dòng)物的研究中發(fā)現(xiàn)，由于對(duì)蘇河的清淤治理，導(dǎo)致一段時(shí)間內(nèi)大型底棲動(dòng)物多樣性大幅度下降[4]。而在孫偉勝等對(duì)淮河流域的研究中發(fā)現(xiàn)，板橋水庫在施工干擾后大型底棲動(dòng)物在一段時(shí)間內(nèi)多樣性指數(shù)較高[27]。2類指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果中均發(fā)現(xiàn)江蘇大型底棲動(dòng)物多樣性不僅存在明顯的區(qū)域性差異，而且存在明顯的季節(jié)性變化。

4 結(jié)論

大型底棲動(dòng)物是水生態(tài)系統(tǒng)中重要的生態(tài)類群，在水環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)中也發(fā)揮著重要作用。本研究發(fā)現(xiàn)，江蘇北部?jī)?nèi)陸水域中大型底棲動(dòng)物的群落結(jié)構(gòu)存在季節(jié)性差異，各湖泊間也存在極大差異，群落數(shù)量特征和結(jié)構(gòu)復(fù)雜性表現(xiàn)為春季、夏季和冬季均高于秋季。在對(duì)水環(huán)境的監(jiān)測(cè)中發(fā)現(xiàn)，江蘇北部大部分水域在不同時(shí)期均呈現(xiàn)重度-中度污染的類型，由此可見江蘇北部?jī)?nèi)陸水域的水質(zhì)有待改善。

參考文獻(xiàn)：

[1]Wallace J B，Webster J R. The role of macroinvertebrates in stream ecosystem function[J]. Annual Review of Entomology，1996，41（1）：115-139.

[2]Dianne L H，Bergthold B S，Robert W S. The influence of adjacent land uses on macroinvertebrate communities of prairie streams in Missouri[J]. Journal of Freshwater Ecology，2003，18（1）：55-68.

[3]Aggrey-fynn J，Galyuon I，Aheto D W，et al. Assessment of the environmental conditions and benthic macroinvertebrate communities in two coastal lagoons in Ghana[J]. Annals of Biological Research，2011，2（5）：413-424.

[4]王備新. 大型底棲無脊椎動(dòng)物水質(zhì)生物評(píng)價(jià)研究[D]. 南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2003.

[5]段學(xué)花，王兆印，徐夢(mèng)珍. 底棲動(dòng)物與河流生態(tài)評(píng)價(jià)[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2010.

[6]Callisto M，Goulart M，Barbosa F，et al. Biodiversity assessment of benthic macroinvertebrates along a reservoir cascade in the lower So Francisco River （Northeastern Brazil）[J]. Brazilian Journal of Biology，2005，65（2）：229-240.

[7]Directive W F. Directive 2000/60/EC of the European Parliament and of the Council establishing a framework for the community action in the field of water policy[J]. Official Journal of the European Communities，2000，22（1）：2000.

[8]Vrsmarty C J，Mcintyre P B，Gessner M，et al. Global threats to human water security and river biodiversity[J]. Nature，2010，467（7315）：555-561.

[9]熊春暉，張瑞雷，季高華，等.江蘇滆湖大型底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)及其與環(huán)境因子的關(guān)系[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2016，27（3）：927-936.

[10]謝 釗. 太湖大型底棲無脊椎動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)特征及其對(duì)環(huán)境因子的響應(yīng)[D]. 南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2014.

[11]蔡永久，劉勁松，戴小琳，等. 長(zhǎng)蕩湖大型底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)及水質(zhì)生物學(xué)評(píng)價(jià)[J]. 生態(tài)學(xué)雜志，2014，33（5）：1224-1232.

[12]Shannon C E，Weaver W. The mathematical theory of communication[M]. Urbanna：University of Illinois Press，1949：3-55.

[13]Margalef D R. Perspectives in ecological theory[M]. Chicago：University of Chicago Press，1968：348-361.

[14]Lampitt R S，Wishner K F，Turley C M，et al. Marine snow studies in the Northeast Atlantic Ocean：distribution，composition and role as a food source for migrating plankton[J]. Marine Biology，1993，116（4）：689-702.

[15]劉淑梅，孫振中，肖 雨，等. 長(zhǎng)江入海江段（南支）浮游植物區(qū)系分布調(diào)查[J]. 水產(chǎn)科技情報(bào)，2003，30（4）：157-160.

[16]李 娣，李旭文，牛志春，等. 江蘇省不同營(yíng)養(yǎng)狀況湖泊底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)與多樣性比較[J]. 生態(tài)毒理學(xué)報(bào)，2017，12（1）：163-172.

[17]Beisel J N，Usseglio-Polatera P，Thomas S，et al. Stream community structure in relation to spatial variation：the influence of mesohabitat characteristics[J]. Hydrobiologia，1998，389（1/2/3）：73-88.

[18]Shi J，Zhao W，Li H，et al. The zoobenthos community structures，ground fish production and ecological assessment for water quality in Tanghe reservoir and Dahuofang reservoir[J]. Journal of Dalian Ocean University，2013，28（4）：383-389.

[19]李永剛. 密云水庫浮游生物底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)及生物多樣性研究[D]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院，2013：1-46.

[20]Jiang J F，F(xiàn)u Z R，Li W W，et al. Macrobenthos community structure and its relations with environmental factors in three reservoirs in Tianjin[J]. Agricultural Science &Technology，2014，15：947-953.

[21]Liu Q G，Zha Y T，Chen L Q，et al. Macrozoobenthos community structure and its indicative significance in water quality bioassessment of Fenshuijiang Reservoir，Zhejiang Province of East China][J]. Journal of Applied Ecology，2012，23（5）：1377-1384.

[22]陸 強(qiáng)，陳慧麗，邵曉陽，等. 杭州西溪濕地大型底棲動(dòng)物群落特征及與環(huán)境因子的關(guān)系[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2013，33（9）：2803-2815.

[23]Gu Q H，Xiong B X，Zhu Y T，et al. Comparison of benthic macroinvertebrates in three polyculture models of ponds stocking mainly Ctenopharyngodon idellus[J]. Desalination and Water Treatmen，2012，45：26-39.

[24]蔣萬祥，賈興煥，周淑嬋，等. 香溪河大型底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)季節(jié)動(dòng)態(tài)[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2009，20（4）：923-928.

[25]劉 祥，陳 凱，陳求穩(wěn)，等. 淮河流域典型河流夏秋季底棲動(dòng)物群落特征及其與環(huán)境因子的關(guān)系[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2016，36（6）：1928-1938.

[26]陳其羽，宋貴保. 銅銹環(huán)稜螺繁殖和生長(zhǎng)的初步研究[J]. 水生生物學(xué)報(bào)，1975，5（4）：519-534.

[27]孫偉勝，顧錢洪，董 靜，等. 淮河流域板橋水庫大型底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)及水質(zhì)生物學(xué)評(píng)價(jià)[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2015，26（9）：2843-2851.

[28]彭松耀，李新正. 乳山近海大型底棲動(dòng)物功能攝食類群[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2013，33（17）：5274-5285.

[29]任海慶，袁興中，劉 紅，等. 環(huán)境因子對(duì)河流底棲無脊椎動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2015，35（10）：3148-3156.劉 璐，郭月峰，姚云峰，等. 西柳溝流域水沙關(guān)系及變化趨勢(shì)[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2020，48（21）：269-273.