阿什河春季不同河段大型底栖动物群落结构与环境因子1)

董雪　蔡艳　贾铭宇　刘曼红

(东北林业大学，哈尔滨，150040)



阿什河春季不同河段大型底栖动物群落结构与环境因子1)

董雪蔡艳贾铭宇刘曼红

(东北林业大学，哈尔滨，150040)

为比较阿什河不同河段大型底栖动物的群落结构与环境因子，于2014年5月份对阿什河3个河段(森林段、农田段、城市段)进行了调查研究。共采集大型底栖动物33种，隶属2门2纲6目15科，其中，双翅目种类最多，占总物种数的42.4%；其次为蜉蝣目，占总物种数的24.2%。优势种为小划蝽(Sigarasubstriata)和Ameletusmontana，常见种为扁蜉(Ecdyrussp.1)和Baetidaesp.1。大型底栖动物的密度、物种数和Margalef物种丰富度指数在3个河段中存在一定差异，即森林段最高，农田段次之，城市段最小；多样性指数(H′)为森林段最大，农田段次之，城市段最小。单因素方差分析表明，水温和氧化还原电位在不同河段间差异显著，同时由相关性分析得出，水体总氮是影响大型底栖动物群落结构的主要环境因子。

阿什河；大型底栖动物；群落结构；环境因子

In order to compare the macrobenthos community structure and environmental factors in three different segments (forest, farmland and city) of the Ashihe River in summer of 2014, thirty-three species were collected from 15 family, 6 order, 2 class and 2 phylum. The number of Diptera species were highest, accounting for 42.4% of the total species, while Ephemeroptera accounting for 24.2%. The dominant species areSigarasubstriataandAmeletusmontanus,Baetidaesp.1. The species number, species densities, and Margalef abundance index of Macrobenthos are significantly difference in the three segments. The forest segment was highest, farmland segment less and city segment lest. By one-way analysis of variance, the water temperature was the main environmental factor to affect the macrobenthos community structure, and the total nitrogen was the main environmental factor for influencing macrobenthos community structure with the correlation analysis.

随着人口的增加和经济的高速发展，土地利用、农林业活动、城市化和水利工程建设等人类活动对河流生态系统施加了很强的胁迫，加速了不同时间尺度内的物理过程、化学过程和生物过程的进程，打破了河流的自然生态过程和动态平衡，造成了河岸植被的损失、外来物种的增加和本地生物群落的退化，使得生物多样性发生很大的改变，河流生态条件遭到严重破坏[1-2]。大型底栖动物作为河流生态系统的重要组成部分，在多个方面起着重要的作用。如改变沉积物的理化性质，促进营养物质的循环，在食物网能量流动中起着重要的作用[3]。另外，由于大型底栖动物生活史较长，活动范围小，且对环境变化较敏感，其种类组成和群落特征也常用于环境监测与评价[4]。近些年由于河流水环境的不断恶化，淡水动物多样性迅速降低，其灭绝速率可达陆地动物灭绝速率的5倍[4-5]。大型底栖动物作为其重要组成部分也受到了严重影响[6-7]。

文中对阿什河不同河段(森林段、农田段、城市段)的大型底栖动物群落结构以其主要环境因子进行比较分析，找出与阿什河大型底栖动物群落结构变化相关的关键环境变量，该研究为该区域的土地利用管理和阿什河的生态恢复提供依据。

1　研究地概况

阿什河是松花江干流右岸的一条一级支流，发源于尚志市大青山的南麓，流域经过五常市、哈尔滨市，于哈尔滨水泥厂附近注入松花江。阿什河干流总长度为213 km，流域总面积为3 581 km2。阿什河流域(127°37′42″～127°37′45″E，45°49′15″～45°96′15″N)北以松花江的干流为界，南与牟牛河(拉林河支流)相邻，东是蚂蚁河，西为马家沟河。上游为高山森林，土壤为山地棕壤土；中下游的丘陵平原大多为黑土，属于农业生产区。流域内森林覆盖率为31%，山地面积占51.8%，平原占33.2%，丘陵占15%[8]。

2　材料与方法

2.1采样点环境

从阿什河源头到入松花江口，根据土地利用方式的不同，划分为3个河段进行研究，即上游森林段、中游农田段和下游城市段，共设置11个采样点(表1)。上游森林段设置5个样点(S1～S5)，分别为尖砬子沟、十号桥、老爷岭、三号桥、二号桥，上游段河水清澈见底，水流较急，河底以圆石和小鹅卵石为主，岸边主要以高大乔木和灌木植被覆盖居多[9]；中游农田段设置3个样点(S6～S8)，分别为平山1号、平山2号、平山3号，中游农田段水流平缓，水浅，河底砂粒成分较多，圆石较少，岸边植被多为灌木和湿地植物；下游城市段设置3个样点(S9～S11)，分别为水泥厂1号、水泥厂2号、水泥厂3号。下游河段在入松花江口水泥厂下游，该采集点受工业废水污染大，水流几近为静水，水体发黑发臭。

表1　阿什河不同河段采样点地理坐标

2.2大型底栖动物样品采集与处理

采样于2014年5月份(春季)进行，根据研究地环境特点，样品来自于不同小生境，利用定量和定性相结合的方法进行。定量采集的工具主要有索伯网(Sober)(0.3 m×0.3 m，40目尼龙纱)和彼得生采泥器(Peterson grab，1/16 m2)；定性采集主要有D-型纱网(直径0.3 m，40目尼龙纱)。每个采样点取3个平行样，将收集到的大型底栖动物样品进行现场挑拣，用10%福尔马林溶液保存，然后带回实验室对样本进行整理归类。物种鉴定借鉴Morse et al.[10]、Merritt et al.[11]和周长发[12]的方法，并计数。

2.3水体理化指标的测定与数据处理

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、氧化-还原电位、水深、水面宽等理化指标。现场采集水样带回实验室测量总氮和总磷。总氮利用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定(GB 11894-89)，水体总磷采用钼酸铵分光光度法测定(GB 11893-1989)。物种多样性及生物指数采用物种优势度指数(Y)[13]、Margalef物种丰富度指数(dM)[14]、Shannon-Wiener多样性指数(H′)[15]进行分析。具体计算公式如下:

Y=Pi×fi。

dM=(S-1)/lnN。

本文通过对中交汇通横琴广场项目的BIM应用进行了基本功能分析，从而验证了基于模型的建造的可行性，切实达到了成本节约、管理提升、技术提升、数据积累、品牌提升等效果，也拓展了今后BIM技术在工程施工中的应用道路。

H′=﹣∑PilnPi，其中Pi=ni/N。

式中：Pi为种i的个体数占总个体数的比例；n为种i的个体数；N为所有种的个体总数；fi为该种出现的样点数与总样点数之比的百分数；S为总种数。当Y>0.02时，该种即为优势种。

数据在Excel中统计，分析各采样点的大型底栖动物种类、密度和生物指数等。

3　结果与分析

3.1不同河段理化因子

对阿什河不同河段大型底栖动物所处的环境进行比较分析(表2)，农田段总磷((0.16±0.01)mg·L-1)、总氮((1.97±0.49)mg·L-1)质量浓度较高。森林段是阿什河的源头，树木繁密多为高大乔木，对阳光的遮蔽性好，水温较低；农田段河流多为敞水面，两岸植被较少，水体较浅，水体温度比森林段高；城市段水域开阔，并且水体较深，水体温度低于农田段，为(11.17±0.76)℃。pH值的差异性不大。森林段河段水体氧化还原能力高于其他河段，城市段水质污染严重，水体氧化还原能力最弱。单因素方差分析表明，3个河段之间，总磷质量浓度、总氮质量浓度、pH值不存在显著差异(P>0.05)，但是温度和氧化还原电位在不同河段间差异极其显著(P<0.001)。

表2　阿什河不同河段理化因子及其单因素方差分析

注：表中数据为平均值±标准差；*表示存在显著差异(P<0.01)。

3.2阿什河大型底栖动物种类组成及优势种

如表3所示，本次调查共采集到大型底栖动物33种，隶属2门(节肢动物门、环节动物门)2纲6目15科，其中双翅目种类最多，占总物种数的42.4%，主要以摇蚊属居多，占双翅目种类数的57.1%；其次为蜉蝣目种类，占总物种数的24.2%，大部分为节肢动物，环节动物次之；颤蚓目种类占总物种数的18.2%；最少为半翅目、毛翅目和襀翅目。以优势度Y>0.02为判别标准，阿什河大型底栖动物的优势种为小划蝽(Sigarasubstriata)和短丝蜉科一种，为Ameletusmontana。

表3　阿什河大型底栖动物优势种与分布

注：+++表示平均密度≥100个·m-2；++表示50个·m-2≤平均密度<100个·m-2；+表示平均密度<50个·m-2；-表示未出现该物种。

3.3不同河段大型底栖动物密度

阿什河3个河段大型底栖动物不同生物群落密度存在一定差异(表4)，单因素方差分析表明，半翅目密度差异最为显著，并只存在于农田段，其密度为(408.9±106.9)个·m-2；毛翅目和蜉蝣目为森林段河流的典型生物群落，两种生物群落在阿什河的森林段和农田段都出现，毛翅目分别为(2.6±1.9)、(1.1±1.0)个·m-2，蜉蝣目分别为(94.6±41.2)、(37.7±18.3)个·m-2；襀翅目密度为(1.3±0.9)个·m-2，只出现在森林段；在城市段只发现颤蚓目，密度为(32±16)个·m-2。大型底栖动物的密度在农田段最高，为(457.7±262.5)个·m-2，城市段最小，仅为(26.7±15.1)个·m-2。

表4　阿什河不同河段大型底栖动物密度　个·m-2

注：表中数据为平均值±标准差；*表示存在显著差异(P<0.05)。

3.4不同河段大型底栖动物多样性

如表5所示，大型底栖动物的Margalef物种丰富度指数(dM)和Shannon-Wiener多样性指数(H′)均在森林段、农田段、城市段逐次递减。根据单因素方差分析结果，H′、dM在阿什河不同区域存在显著差异(P<0.05)。森林段H′、dM分别为1.83±0.56和1.46±0.71；农田段相比森林段H′、dM明显降低，分别为0.58±0.19和0.93±0.50；城市段H′、dM最小。

表5　阿什河不同河段大型底栖动物多样性指数

注：表中数据为平均值±标准差；*为存在显著差异(P<0.05)。

3.5大型底栖动物与环境因子的关系

本研究还对阿什河大型底栖动物物种数、密度、H′、dM与环境因子的相关关系进行分析(表6)，结果显示，Shannon-Wiener多样性指数(H′)与总氮质量浓度、温度均呈现显著负相关(|R|>0.5)，Margalef物种丰富度指数(dM)与总氮质量浓度呈现显著负相关(|R|>0.5)；大型底栖动物密度、物种数与环境因子没有显著的相关性(|R|<0.5)。

表6　大型底栖动物与环境因子的相关系数

注：*表示存在显著相关(|R|>0.5)。

4　结束语

大型底栖动物的多样性及群落特征受水环境和底质环境的影响[16]，阿什河自上游、中游至下游，由于底质和水文条件的不同，导致大型底栖动物的多样性呈现差异。阿什河森林段采集到的大型底栖动物中，主要以双翅目种类为主，其次为毛翅目、襀翅目和蜉蝣目。通常毛翅目、襀翅目和蜉蝣目是喜急流和洁净水体并对水质是最敏感的水生生物类群[17，23]。森林河段属于山地溪流，水流湍急，水中溶解氧充足，水质洁净，底质多为圆石、漂砾[16，21]。因此，在森林段的大型底栖动物群落中，EPT昆虫往往成为优势类群[18-21，23]。而森林段大型底栖动物类群中，双翅目、毛翅目、蜉蝣目为主要类群，其中双翅目种类占总物种数的42.4%。这与国内许多学者对山地溪流中大型底栖动物群落特征及多样性的研究结果相似。而阿什河中游农田河段受氮、磷排放的影响，水体中营养盐物质增加，大型底栖动物群落多样性降低，物种数也明显较森林段少。而近年来，随着工业生产的发展，大量工业废水和生活污水直接排入河中，致使阿什河下游城市段河流水质急剧下降，污水导致富营养化超标。从阿什河城市段大型底栖动物群落看，全部为颤蚓目的大型底栖动物。有资料表明，当群落受到严重程度污染时，丰度和生物量呈现不均等程度的减弱[23]。

环境因子对大型底栖动物的影响是一个十分复杂的问题，不仅因为环境因子众多，而且各个环境因子对底栖动物的影响也不是完全一致。文中在对环境因子与底栖动物群落结构的相互关系进行研究时，通常是将这些因素分开考虑。但是环境与生物之间的相互影响是一个复杂的问题，环境因子对生物的影响并不是简单的数个单独环境因子对生物影响的总和。阿什河不同河段大型底栖动物群落差异主要是受到各种环境的干扰引起，因此，加强工业和生活污水及氮磷排放，对改善生态环境以及河流的生态治理具有重要意义。

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Macrobenthos Community Structure and Environmental Factors in Summer in Different Segment of Ashihe River//

Dong Xue, Cai Yan, Jia Mingyu, Liu Manhong

(Northeast Forestry University, Harbin 150040, P. R. China)//Journal of Northeast Forestry University，2016,44(1)：90-93.

Ashihe River； Macrobenthos； Community structure; Environmental factors

董雪，女，1989年12月生，东北林业大学野生动物资源学院，硕士研究生。E-mail：dxue1214@163.com。

刘曼红，东北林业大学野生动物资源学院，副教授。 E-mail：liumh213@aliyun.com。

2015年9月2日。

X824

1)中央高校基本科研业务费专项资金项目(2013CAQ01)。

责任编辑：任俐。