阿什河珍珠梅树叶的分解速率与大型底栖动物定殖关系1)

董雪刘曼红于洪贤

( 东北林业大学，哈尔滨， 150040)

阿什河发源于大青山的南麓，流域经过五常、哈尔滨两个市，于哈尔滨水泥厂的附近注入松花江。其流域污染源主要来自信义沟、流域沿岸工业点源污染、城镇生活污水以及小工业企业分散排放的污废水等［1］。阿什河自然资源丰富，上游主要植物群落有珍珠梅，五角槭，红皮云杉，水曲柳等，是陆地和水生生态系统的重要能量来源。异源有机物(如枯枝落叶等凋落物)是水生生物的主要食物来源［2-11］。凋落物的分解是陆地及水生生态系统营养物质循环的重要环节，是生态系统功能的重要组成部分［2-6］。溪流中凋落物分解的过程一般可分为3 个阶段［4］，即淋溶作用，树叶的降解作用，以及由于底栖动物定殖和取食活动而造成树叶的机械破碎。在实际过程中，树叶凋落物在溪流中的分解是一个复杂的生态过程，其分解速率不仅与树叶种类、河溪中微生物和底栖动物的活动等生物因素有关，还受河溪水质、水温、流速及河床底质类型等非生物因素的影响［4，12-17］。溪河中树叶凋落物分解速率对环境因子的变化是敏感的，通常被作为判断河流健康受损与否的重要参数之一。国内外有关树叶分解的研究在温带地区居多，热带和亚热带也已有研究，而寒温带的研究报道较少［18-27］。本研究通过复合网袋研究方法将珍珠梅树叶放入阿什河的上游(森林段)、中上游(农田段)和阿什河口入松花江河段(城镇段)，通过对比树叶分解速率及其大型底栖动物功能摄食群的组成来评价人为干扰程度及该河流健康状况提供理论依据。

1 研究区概况

阿什河是松花江干流南岸支流，位于黑龙江省南部，地理位置为东经127°39′52．2″～126°43′20．1″，北纬45°19′54．7″～45°49′13．8″，干流总长213 km，流域总面积3 581 km2。阿什河属于半山区河流，上游山峦起伏，生长着大片次生林，土壤为山地棕壤土，样点底质以细砂为主，岸边长满珍珠梅(Sorbaria sorbifolia)等灌木草丛，四周被水曲柳，胡桃楸，五角槭等高大乔木包围。中上游为丘陵平原，多为黑土，属农业生产区，河谷两岸为草甸土和潜育草甸土，流域下游有部分草甸黑土，流域内山地面积占51．8%，丘陵面积占15%，平原面积占33．2%，全流域森林覆盖率面积为31%。流域东部为张广才岭余脉，是天然次生林［28］。阿什河下游流域工业发达，水泥厂、制药厂等众多行业，致使水质浑浊，散发恶臭气味。

2 研究方法

2．1 样品的采集

选择阿什河上游河段的常见种蔷薇科的珍珠梅的新鲜老熟树叶，烘干后作为分解对象。于2014 年5 月7 日—2014 年5 月14 日制作复合型样袋(15 cm×10 cm)27 袋，样袋上半部为1．0 mm 孔径的网布(5 cm×10 cm)，下半部为0．5 mm 孔径的网布(10 cm×10 cm)。收集生长在阿什河上游溪流河岸带的优势种珍珠梅的新鲜树叶，带回实验室，将树叶表面杂质洗净放入瓷盘内，把树叶放入干燥箱中60 ℃烘干至恒质量，称量8．0 g 干叶片放于样袋中，共称量27袋，将放好树叶的样袋用针线缝好袋口。于2014 年5 月21 日分别放置在溪流中，并用铁丝将样袋穿连好放入阿什河上游(森林段)(N45°25′27．6″～45°21′15．5″)，中上游(农田段)(N45°19′54．7″～45°19′49．3″)，阿什河入松花江口(城市段)(N45°49′13．8″～45°49′09．9″)，并用大石块压住已连接好的样袋两端的铁丝，以免被水冲走。分别在第21、42、77 d 取样。每次分别将各河段的树叶网袋随机取出3 袋，立即低温保存，带回实验室后，将树叶上的大型底栖动物挑出并保存于75%的酒精中，然后将树叶洗净，分别装入纸袋封好，置于恒温干燥箱，60 ℃烘干至恒质量后称取其质量。

2．2 水体理化参数测定

每次取样时利用HANNA 公司生产的Hi8424型酸度计现场测量pH 值、水温(T)、氧化—还原电位、水深、水面宽及流速等理化指标。流速(V)利用LS25-1A 型旋桨式流速仪现场测定。同时采集水样带回实验室使用联合消解法测定总氮和总磷。

2．3 数据处理与分析

试验数据利用Excel 2007 进行处理。树叶分解速率(k)用指数衰减模型［28］进行模拟，Wt=W0e-kt。其中，t 是分解时间(d);Wt是在时间t 时树叶剩余的质量(g);W0是起始时树叶的质量(g);k 是树叶质量损失的分解速率常数。数据利用SPSS17．0 进行统计分析与检验。大型底栖动物的鉴定主要参照Dudgeon［25］和Morse［29］等的分类方法。

3 结果与分析

3．1 研究地水体理化特征

阿什河上游森林段，流速为(0．39±0．12)m·s-1，pH 值为7．40±0．39，水温为(12．82±1．67)℃，总氮质量浓度(1．77±0．578)mg ∕L，总磷质量浓度(0．13±0．05)mg ∕L。阿什河中上游农田河段水流较缓，流速为(0．28±0．21)m·s-1，pH 值为6．91±0．04，水温为(15．03±2．65)℃，总氮质量浓度(1．67±0．31)mg ∕L，总磷质量浓度(0．52±0．15)mg ∕L。阿什河下游城市段，水体浑浊并散发难闻的气味，水体为静水，pH 值为7．35±0．194 7，水温为(18．33±2．82)℃，总氮和总磷质量浓度较高，分别为(1．81±0．24)和(0．72±0．132)mg ∕L。

3．2 阿什河3 个河段相同分解袋中树叶的分解速率

在树叶放入河流中的1 ～14 d 内，由于淋溶作用，树叶的无机矿物质和可溶性有机物迅速流失，每段河流中相同分解袋内树叶的干质量剩余率均迅速下降(表1)，在阿什河的森林段、农田段、城市段树叶干质量剩余率分别为43．27%、42．87%、43．21%。

表1 不同河段珍珠梅干质量剩余率

利用指数衰减模型对不同河段树叶干质量损失过程进行拟合，并计算不同河段树叶的分解速率k值。阿什河森林段、农田段和城市段，分解速率k 都为0．02。

表2 不同河段树叶的分解速率

3．3 不同河段树叶上大型底栖动物的定殖

由表3 可见，在整个试验过程中，从网袋收集到定殖在阿什河3 段河流中珍珠梅树叶的大型底栖动物共41 种，隶属5 目11 科。其中定殖在上游森林河段的大型底栖动物种类有25 种，定殖在农田河段的大型底栖动物种类有15 种，定殖在下游城市河段的大型底栖动物种类只有6 种。定殖在森林河段和农田河段的网袋中珍珠梅树叶上的大型底栖动物种类差异不显著(P＞0．05)，二者均以双翅目为主，森林段和农田段与城市段的网袋中珍珠梅树叶上的大型底栖动物种类差异显著(P＜0．01)，城市段全部为寡毛类。最初14 d，大型底栖动物在树叶上迅速定殖，其中定殖在上游森林河段珍珠梅树叶上的大型底栖动物种类有7 种，平均每克干质量8．3 头，定殖在中上游农田河段珍珠梅树叶上的大型底栖动物有5 种，平均每克干质量2．6 头，而定殖在下游城市河段珍珠梅树叶上的大型底栖动物种类有5 种，平均密度为1．6 头。14 d 时，定殖在上游森林段和中上游农田段的大型底栖动物主要以双翅目的摇蚊居多，上游森林河段种类还包括襀翅目幼虫(如绿襀科一属Haploperla sp．1)和颤蚓目幼虫(如克拉泊水丝蚓Limnodrilus claparedeianus)，农田河段还包括Serratella sp．1 等蜉蝣目幼虫。而下游城市河段都是寡毛类。随着时间的推移，定殖在3 个河段珍珠梅树叶上大型底栖动物的总个体数和密度逐渐发生变化。

表3 定殖在3 个河段中珍珠梅树叶上的大型底栖动物密度及功能摄食群

由表4 可见，42 d 时森林河段大型底栖动物密度达到最高峰10．1 头·g-1，42 d 后随着树叶干质量下降，定殖在珍珠梅树叶上的大型底栖动物数量也随之减少，77 d 时密度最低为6．0 头·g-1。而农田河段42 d 时大型底栖动物密度最低为1．13 头·g-1，而在干质量剩余量仅为16．55%的77 d 时，大型底栖动物密度有所上升为2．5 头·g-1。城市河段在42 d 时大型底栖动物密度为最高峰3．9 头·g-1;77 d 时干质量剩余率，仅为13．52%，但大型底栖动物的密度较42 d 时并没有明显下降，为3．7 头·g-1。整个试验过程中森林河段定殖在珍珠梅树叶上大型底栖动物密度均高于农田段和城市段，并在42 d 时森林和城市段的大型底栖动物密度均为最高峰，相反农田段则为最低。试验不同时间、3 个河段定殖在珍珠梅上的大型底栖动物物种丰富度进行比较分析，研究发现森林段与农田段大型底栖动物类群差异不显著(P＞0．05)，森林段和农田段与城市段大型底栖动物类群差异显著(P＜0．01)，城市段在14 ～77 d 大型底栖动物类群均为颤蚓目。

表4 不同河段定殖在珍珠梅叶上大型底栖动物的平均密度及物种丰富度指数

3．4 不同河段大型底栖动物摄食功能群在珍珠梅树叶中定殖比较

定殖在森林河段珍珠梅树叶上的大型底栖动物主要以直接集食者为主，占43．7%;其次是撕食者和捕食者，各占39．3%和14．4%;最少为刮食者和过滤收集者，分别占1．5%和1%。农田河段珍珠梅树叶上大型底栖动物直接集食者比例最高，为77．27%;其次是撕食者为13．63%和过滤收集者4．54%;最少为杂食者和捕食者均为2．27%。城市河段珍珠梅树叶上大型底栖动物全部为直接集食者。

4 结论与讨论

很多研究表明，树叶所含的化学成分会影响树叶分解速率，例如木质素或单宁含量的凋落物分解较慢，而营养成分丰富的树叶则分解较快［4-5］。而本实验只选珍珠梅树叶作为研究对象，所以对珍珠梅叶片中的营养成分和木质素的含量对该树叶分解速率的影响没有研究，叶片中的营养成分和木质素的含量对树叶分解速率的影响有待进一步研究。

阿什河上游(森林段)山峦起伏，生长大片次生林，土壤为山地棕壤土，样点底质以细砂为主，为大型底栖动物的定殖提供良好的生境，共采集底栖动物有25 种;阿什河中游(农田段)是天然次生林，生境较好，其中定殖的大型底栖动物共15 种;阿什河下游(城市段)流域工业发达，水泥厂、制药厂等众多行业，水质浑浊，散发恶臭气味，生境急差，其中共采集到6 种大型底栖动物。而3 种生境条件下，珍珠梅树叶的分解速率差异不大，而造成的原因可能由于树叶分解速率是环境因子综合作用的结果，还有待于进步研究。

定殖在森林河段珍珠梅树叶上的大型底栖动物主要以直接集食者为主，占43．7%;农田河段珍珠梅树叶上大型底栖动物直接集食者比例最高，为77．27%;城市河段珍珠梅树叶上大型底栖动物全部为直接集食者。一些研究表明［11］，河流中大型底栖动物的主要组成部分是撕食者和集食者。从摄食功能群来看，本研究中不同河段同种树叶上定殖的底栖动物均以集食者为主，而树叶的分解速率均为0．02。这说明直接集食的底栖动物丰富度与树叶分解速率有显著关系，与其他研究一致［27］。

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