东平湖底栖动物群落特征及水环境分析

董贯仓， 刘 超， 李秀启， 杨 军， 师吉华， 冷春梅

(1. 山东省淡水渔业研究院，济南 250013； 2. 东平县水产局，山东 泰安 271500)

东平湖底栖动物群落特征及水环境分析

董贯仓1， 刘 超1， 李秀启1， 杨 军2， 师吉华1， 冷春梅1

(1. 山东省淡水渔业研究院，济南 250013； 2. 东平县水产局，山东 泰安 271500)

为了解东平湖底栖动物群落状况，于2013年对6个站位的底栖动物进行了4次调查研究。结果表明：共获得大型底栖动物16种，其中软体动物7种(占总数的43.75%)、环节动物6种(37.50%)、昆虫类2种(12.50%)和甲壳动物1种(6.25%)；栖息密度和生物量分别为484.17 ind./m2和61.33 g/m2，且季节与空间变化显著；优势种集中于羽摇蚊幼虫(Chironomusplumosus)、中华圆田螺(Cipangopaludinacahayensis)和霍甫水丝蚓(Limnodrilushoffmeisteri)；生物多样性指数普遍不高，Shannon-Wiener和Margalef生物多样性指数分别为1.24和1.96；依据Shannon-Wiener和Margalef生物多样性指数的评价结果，东平湖水域总体属中度污染。

底栖动物；群落结构；水环境质量；东平湖

东平湖总面积140 km2，为南水北调东线工程的最后一级大型调蓄湖库，在“南水北调”与“西水东送”重要水利工程中具有重要的枢纽地位[1]；同时，作为山东省的第二大淡水湖泊，还承担着黄河洪水的分滞作用。目前，南水北调东线已实现全线通水，东平湖水域于2013年6月实现首次试通水，并于2013年11月底实现全线通水，为东平湖水域生境保护提供机遇亦提出挑战。有关东平湖大型底栖动物的研究工作较为薄弱，马峻岭和王恩国曾于1979年对东平湖软体动物进行了初步调查[2]，黄河水系渔业资源调查协作组亦定量分析了东平湖底栖动物群落[3]，庞清江则于1994年对底栖动物群落情况进行了调查与分析[4]，以及王志忠等2006年—2007年对大型底栖动物多样性及环境状况进行了评价[5]。但是，以往研究主要集中于对底栖动物生物学及资源状况的调查，伴随人类活动干扰的加重，东平湖生态环境发生了巨大的变化[6]，大型底栖动物群落已发生重要变化；同时，伴随南水北调东线工程的全线贯通，其生态影响及环境需求成为当前研究的热点。故而，作者通过2013年的周年调查采样，分析了东平湖底栖动物的群落结构特征，并采用生物指数法对水环境状况进行了初步评价，从而为东平湖渔业的可持续利用及南水北调东线工程生态影响的科学评估提供科技支撑。

1 材料与方法

1.1 站位设置

依据东平湖水文特征及渔业利用情况，在东平湖内设立6个采样站位(图1)，分别为1#大汶河入湖口、2#南水北调八里湾入湖口、3#敞水捕捞区、4#和5#为敞水养殖区和6#南水北调及陈山口泄洪出口。并于2013年3月、5月、8月和11月进行了4次调查采样。

图1 东平湖调查站位设置

1.2 样品采集与测定方法

用1/16 m2改良型Peterson采泥器进行底栖动物样品的定量采集，分拣并带回室内分析、计算其密度和生物量[7]。

1.3 群落结构特征分析

分析底栖动物群落特征时采用物种数(S)、栖息密度(d)、生物量(B)、优势度指数(Y)以及Shannon-Wiener指数(H′)、Margalef指数(D)和Goodnight-Whitley指数(IGW)等生物多样性指数。

D=(S-1)/lnN，式中，S为调查得底栖动物物种数，N为底栖动物总数量。

IGW=100×(寡毛类个体数/大型底栖动物个体数)。

1.4 水环境质量评价

基于常用的大型底栖动物生物指数，对东平湖水域环境质量进行初步评价，相关标准见表1。

表1 利用大型底栖动物评价水质的标准

2 结果与分析

2.1 种类组成

调查中共采集到东平湖大型底栖动物16种，分别属于4门6纲。其中：软体动物7种(43.75%)，寡毛类6种(37.50%)，昆虫类2种(12.50%)和甲壳类1种(6.25%)，表2。

表2 东平湖大型底栖动物的种类组成

优势种为数量或/和生物量上比例较高、具控制和反映群落特征的种类，对维护群落和生态系统的稳定具有重要作用。依据徐兆礼和陈亚瞿[8]Y>0.02的界定，东平湖底栖动物主要优势种为羽摇蚊幼虫(Chironomusplumosus)、中华圆田螺(Cipangopaludinacahayensis)和霍甫水丝蚓(Limnodrilushoffmeisteri)，其优势度指数分别为0.6274、0.0252和0.0243，群落中优势种集中，优势度指数较高。

2.2 密度和生物量的时空格局

周年调查中，东平湖大型底栖动物的栖息密度为484.17 ind./m2，生物量为61.33 g/m2，均存在显著的时间与空间差异。

图2为东平湖大型底栖动物栖息密度与生物量的季节变化特征，其随季节的推移均发生显著变化(图2)。由图可知，大型底栖动物的栖息密度和生物量均随季节波动先下降后上升，其中：栖息密度大小顺序为3月>5月>11月>8月；生物量波动方式与栖息密度基本一致，大小顺序为11月>3月>5月>8月。底栖动物群落特征的季节差异，在一定程度上反映了环境状况、生物竞争与掠食及人为干扰等因子季节波动状况。

图2 东平湖大型底栖动物栖息密度和生物量的季节变化

图3为东平湖大型底栖动物栖息密度与生物量的空间特征，受所处水域环境水温、水质、底质等理化因子及人为干扰差异的影响，呈现显著的空间差异。由图可知，东平湖不同站位大型底栖动物栖息密度大小顺序为1#>5#>4#>6#>2#>3#；生物量为6#>5#>4#>1#>3#>2#。

图3 东平湖大型底栖动物栖息密度和生物量的空间变化

2.3 底栖动物生物多样性

表3为东平湖大型底栖动物生物指数及其水域环境质量状况。由表可知：调查中共获得东平湖底栖动物16种，不同站位大小顺序为6#(12种)>4#(10种)>3#(9种)>2#(8种)>1#=5#(7种)，不同季节差异则为8月>11月>5月>3月；同时，东平湖水域底栖动物生物多样性普遍较低，Shannon-Wiener指数均值为1.24，Margalef指数均值为1.96，且仅4#Shannon-Wiener指数及6#Margalef指数大于2(2.02和2.01)，而1#和5# Shannon-Wiener指数及1#Margalef指数均小于1(0.65、0.86和0.88)、其它站位Shannon-Wiener和Margalef指数均介于1～2，表明东平湖底栖动物群落物种数较少，生物多样性较差。

表3 东平湖底栖动物生物指数

2.4 基于生物多样性指数的东平湖水域环境状况评价

表4为依据东平湖底栖动物群落结构特征，基于底栖动物生物多样性指数的东平湖水域环境质量状况评价结果。通过对Shannon-Wiener、Margalef及Goodnight-Whitley生物指数的相关性分析表明，Shannon-Wiener和Margalef生物指数间极显著正相关(P<0.01)，两者与Goodnight-Whitle生物指数间均无显著相关性(P>0.05)。而基于生物多样性指数的东平湖水域环境质量评价结果与之基本一致，其中Shannon-Wiener评价结果显示东平湖水域33.33%为重污染，50.00%中度污染，16.67%轻度污染，整体呈中度污染；Margalef评价结果与之基本一致，16.67%东平湖水域重污染，66.67%中度污染，16.67轻度污染，整体呈中度污染；Goodnight-Whitle评价结果则显示东平湖水域100%最清洁，与以上评价结果差异较大。

表4 基于生物多样性指数的东平湖水域环境质量评价

3 讨论

近30年来，东平湖水域生态环境状况变化较大，已发展成中-富营养型湖泊，并存在向富营养化湖泊转化的趋势；同时，湖泊水域鱼类、高等水生植物、浮游生物、底栖动物等水生生物群落变化巨大，水生生态系统整体受到破坏[6]。20世纪70年代，马俊岭和王恩国对东平湖的调查共获得软体动物29种[2]、黄河水系渔业资源调查协作组的定量调查共获得底栖动物38种[3]；而20世纪末庞清江调查获得底栖动物30种[4]，与21世纪初期王志忠等调查获得的31种相似[5](表5)；而在目前的东平湖调查中仅获得底栖动物16种，表明底栖动物物种数显著降低。同时，调查中东平湖底栖动物栖息密度和生物量分别为484.17 ind./m2和61.33 g/m2，栖息密度低于1979年[3]而高于2006-2007年[5]，生物量则显著低于两者。目前，东平湖底栖动物优势种为羽摇蚊幼虫、中华圆田螺和霍甫水丝蚓，而1979年调查中98.5%重量的底栖动物为螺类和蚌类[3]、以及2006年—2007年软体动物(螺类和蚌类)亦占据密度和生物量的较大比重[5]，东平湖底栖动物群落已由大型的软体动物为主逐渐成为水生昆虫、寡毛类及小型螺类为优势种，且大型软体动物的缺失可能是导致目前底栖动物生物量降低的主要原因；此外，水环境状况的改变，小型昆虫类和寡毛类的繁衍造就了较高的栖息密度。

表5 不同时期东平湖大型底栖动物群落结构特征

水域生态环境状况的空间差异及水域生境的复杂程度决定了底栖动物群落的多样性[9-10]；同时，水域环境质量状况、底质条件及水生生态系统构成均影响着底栖动物群落[10-12]。而由于不同时期外源环境压力、人类捕捞和养殖活动干扰等因素的差异，造就了东平湖水域不同的底栖动物群落特征。陈影影等依据东平湖百年来沉积环境变化情况，将东平湖环境变化历程划分为4个阶段：1889年—1938年，经济落后、人类活动较弱阶段，湖区主要受黄河流入影响，沉积较高且基本稳定；1938年—1965年，受水利设施的修建及对洪水调蓄的影响，沉积逐年下降；1965年—2000年，人类活动影响逐渐加强，水利调控来自黄河的沉积减少，主要受到大汶河和地表径流影响，沉积整体较低且基本稳定；2000年后，随着经济社会的快速发展，工农业废水和生活污水大量排入，且湖区人工养殖活动及对湖沙的开采力度加大，沉积呈逐年上升趋势[13]。与之对应，20世纪60年代以前，东平湖水域环境状况良好，湖区受人类捕捞与养殖等活动扰动较弱，软体动物等大型底栖动物资源丰富[2-3]；但是，随着经济社会发展及生活需求的提高，自20世纪90年代[4]特别是进入21世纪以来[5]，人类捕捞及养殖等活动日趋活跃，进而导致了较大个体底栖动物(如软体动物)物种数及生物量的急剧降低；同时，伴随东平湖水域周边经济社会的快速发展，大量外源废水与污水的汇入，导致湖泊水体中N、P等营养元素的大量富集和积累，总趋势为耐污种群数量增加，特别是一些耐污种生物的迅速繁衍[6]，于底栖动物则表现为水生昆虫和寡毛类等耐污种的增加，并逐渐形成了以小型水生昆虫和寡毛类为优势种群的底栖动物群落。

此外，调查中东平湖底栖动物群落还存在显著的季节差异，其中底栖动物栖息密度3月>5月>11月>8月、生物量11月>3月>5月>8月(图2)，该点与董贯仓等[7]和舒凤月等[14]对临近南四湖水域底栖动物群落调查的季节变化特征一致。该时空差异的存在，可能与所处环境状况及人为干扰等诸多因素相关[15]。其中，经历冬季长期冰封及较弱人为干扰的3月，底栖动物群落栖息密度与生物量均较高。至5月和8月，受到人为干扰及鱼类等摄食逐步加剧的影响，底栖动物的栖息密度和生物量则较低。而徐小雨等的研究亦表明，菜子湖大型底栖动物夏季和秋季现存量的降低主要与捕食压力升高有关[15]；同时，湖泊水体中的围网养鱼等养殖活动即可通过影响水质影响底栖动物群落[16-17]；并且一定强度的人类渔业活动对底栖动物群落造成影响，如捕食作用会导致底栖动物生物量的降低[18-20]。此外，8月较低的栖息密度和生物量可能还与夏初菹草集中腐败导致的水质急剧恶化[21-23]、水生昆虫夏季的羽化[15]及摇蚊幼虫向沉积底层的迁移[14]等综合影响有关。至11月，随着水温的降低、捕食渔业生物的捕获及人类干扰的逐步减弱，且经由夏季生物个体的逐步增长，特别软体动物的逐步生长导致了11月相对较高的生物量。

调查中仅获得东平湖底栖动物16种，且Shannon-Wiener和Margalef指数分别为1.24和1.96，表明东平湖水域底栖动物群落的生物多样性较差(表3)。同时，依据相关大型底栖动物评价水质的标准(表1)，Shannon-Wiener和Margalef指数评价结果基本一致，显示东平湖水域整体为中度污染，而Goodnight-Whitley则显示整体最清洁(表4)。上述评价结果的巨大差异，可能与各指数计算的侧重点不同、以及所评价东平湖水域较浅、易受到环境因子以外的渔业活动及人为干扰等因素的综合影响有关。首先，不同生物指数计算依据的侧重点不同，反映的群落状况亦不同。Shannon-Wiener指数主要涉及底栖动物的总个数、各种动物的个数、比例与分配情况以及获得物种数，Margalef指数主要涉及大型底栖动物的个体总数及其物种数，Goodnight-Whitley指数则主要涉及较小底栖动物-寡毛类在所有底栖动物中所占比例情况。其中，前两者主要侧重于物种及个体数量的多寡，后者则主要针对污染水体耐污种的数量占有情况。而相关性分析亦表明，前两者极显著正相关(P<0.01)，Goodnight-Whitley则与之无显著相关性(P>0.05)。其次，受人为干扰等因素的制约，不同生物指数对环境状况的反映亦受到不同程度的影响。2013年伴随南水北调东线工程的全线贯通，东平湖湖区渔业生产及捕获活动得到有效的治理，且采样区域基本避开了东平湖少数水域严重的采沙活动的干扰，故而认为以物种数及个体数量等生物多样性为侧重点的Shannon-Wiener和Margelef多样性指数较好地反映了底栖动物及水环境的原始状况；而伴随湖区渔业活动管理及养护活动的制度化，湖泊渔业资源得以较好地恢复与养护，而除在污染状况下寡毛类耐污种易大量存在外，其个体数量主要与鲤鱼、鲫鱼等底层鱼类的捕食有关，故而湖区渔业资源的维护势必影响寡毛类的存在，并于短期内对Goodnight-Whitley指数造成一定的影响。此外，王银东等对南湖的水质生物学评价研究亦认为，相比Goodnight-Whitley生物指数，Shannon-Wiener和Margelef多样性指数为湖泊水质评价更有效的手段[24]。故而，作者选定Shannon-Wiener和Margalef指数的评价结果，认为东平湖水域环境状况总体属中度污染。

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Study on community characteristics of macrozoobenthos and assessment of water quality in Dongping Lake

DONG Guan-cang1, LIU Chao1, LI Xiu-qi1, YANG Jun2, SHI Ji-hua1, LENG Chun-mei1

(1. Shandong Freshwater Fisheries Research Institute, Jinan 250013;2. Dongping Aquatic Bureau, Taian 271500, China)

In order to understand the community characteristics of macrozoobenthos in Dongping Lake, four times surveys of the species composition, inhabit density, biomass and dominant species of macrozobenthos were conducted in March, May, August and November， 2013. A total of 16 macrozoobenthos taxa were identified, including 7 species Mollusca (43.75% of the total number of macrozoobenthos species), 6 species of Annelida (37.50%), 2 species of Insecta (12.50%) and 1 species of Crustacea (6.25%). The average values of biomass and density of macrozoobenthos in study area were 484.17 ind./m2and 61.33 g/m2, respectively. And they varied significantly in different seasons and also in different area. The dominance index was higher and the dominant species consist ofChironomusplumosus,CipangopaludinacahayensisandLimnodrilushoffmeisteri. Both of the value of the Shannon-Wiener and Margalef index were small, as they being 1.24 and 1.96, respectively. From the evaluation of Shannon-Wiener and Margalef index, Dongping lake has been in the state of intermediate pollution.

macrozoobenthos; community characteristics; water quality; Dongping Lake

2014-06-20；

2014-08-20

山东省海洋与渔业厅科技计划项目；山东省科技厅科技攻关项目(2008GG10006023)；物种资源保护(渔业)项目

董贯仓，博士，助研，主要从事渔业资源、生态学与环境评价等方面研究，Email: dgc3869676@163.com。

Q958.8；X174

A

2095-1736(2015)01-0039-05

doi∶10.3969/j.issn.2095-1736.2015.01.039