江苏北部内陆水域大型底栖生物群落特征及时空格局

殷稼雯 李加男 张增 刘小维 张振宇 刘燕山 谷先坤 李大命 张彤晴 许浩

摘要：为了解江苏省北部内陆水域的大型底栖动物群落结构并通过多样性指数进行生态健康评价，于2016年12月至2018年3月对江苏北部内陆水域10个水体进行调查。本次调查共设置87 个采样点，获得大型底栖动物68种，隶属于3门8纲22科，其中腹足纲所占比例最高，其次是寡毛类。调查水域的群落结构存在季节性和地域间差异，群落数量特征和结构复杂性表现为春季、夏季和冬季均高于秋季。10个水体年平均密度为64.64 ind./m2，各湖泊间在季节梯度上生物量差异显著（P<0.05），而水体之间密度除春季和冬季无明显差异外，其余季节均呈显著差异（P<0.05）。水质评价结果显示，不同水体间生物多样性和丰富度都存在明显差异。总体而言，江苏北部内陆水域底栖动物群落结构相对复杂，整体水质仍有待改善。

关键词：内陆水域;群落结构;生物多样性;大型底栖动物;时空格局

中图分类号：S181 文献标志码：A 文章编号：1002-1302（2020）21-0261-08

底栖动物一般指生活史的全部或大部分时间生活在水体底部的无脊椎动物，是河流生态系统重要的组成部分，在维持生态系统平衡中发挥着重要的作用[1-4]。大型底栖动物大多以水体底部的有机物和碎屑为营养物质，可将沉积物消减和转化，在水体自净功能中起到重要作用。尤其是摇蚊和寡毛类等类群效果更为显著[5]。并且大型底栖动物因生命周期相对较长、移动能力相对较差、生物多样性高、分布范围较广和对环境变化敏感等多项优点，可有效反映水生态系统的健康状况，因此已被广泛应用于一些国家的水质监测标准中[6-7]。此外，大型底栖动物因河流、湖泊、河道和湖库等流域环境的不同，类群组成和数量也会呈现差异性，故了解大型底栖动物的群落结构和时空分布，对流域水环境的保护和修复具有重要的科学意义。

江苏省位于长江及淮河的下游，内陆水域面积为14 556 km2，占全省面积的14.19%。江苏水系是全国水网密度最大的地区之一，湖泊共约110个，总水面面积达6 260 km2;河流多处于平原地区，水体流速缓慢;还包括一些防汛和水利工程的水库和河道等，为渔业生产及生活供水提供了优越的条件。然而近几十年来，由于人类活动和自然因素的影响，例如水坝建设、气候变化、采砂和水污染等，造成许多地理水系的生态环境遭受严重破坏，不仅使生境破碎化和衰退，而且使得其中的水生生物多样性和稳定性也受到威胁[8]，尤其在江苏北部地区表现尤为严重。

目前，国内外已经开展了许多关于大型底栖动物的研究，但大多集中于单个河流、湖泊和水库等的研究，对于江苏省局部单个水域的研究虽已有大量报道[9-11]，但对于江苏省北部整体内陆水域的研究却鲜有报道。因此，本研究在江苏省北部开展基于大型底栖动物的生态调查，分析底栖动物的种类组成、群落结构和时空格局，从而揭示江苏北部内陆水域中大型底栖动物的分布特点和群落演替规律，以期为江苏水环境的管理和生态系统保护修复和生物多样性保护提供理论依据和数据支持。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况及采样点设置

本次研究主要以江苏北部地区的洪泽湖、骆马湖、白马湖、陡湖、金湖、射阳湖和黄墩湖等7个湖泊和淮河，以及安庆水库和高塘水库2个大型水库共10个水体作为研究对象。江苏北部大都地处温带季风气候区，夏季高温多雨，冬季寒冷干燥，年平均气温13.1～13.6 ℃。

2016年12月至2018年3月期间，分为4个季节对江苏北部的主要水域进行大型底栖动物调查，依据湖泊的面积和人员的可达性均匀地布置点位，共设置87 个点，其中大型湖泊洪泽湖有24 个采样点，骆马湖有16 个采样点，小型湖泊共14 个采样点，2 个大型水库中安慶水库10个点位，高塘水库7个点位。点位布设基本覆盖了江苏北部的主要流域的各种生境状况。

1.2 样品采集

依据各采样点生境特点，采用开口面积为 1/16 m2 的改良彼得逊采泥器进行采集，选择的每个样点均采集3个平行样品。将采集的表层沉积物样品用40目的分样筛过滤冲洗，带回实验室分拣生物样品，置于80%乙醇标本瓶中保存。利用体式显微镜（Olympus SZX10）进行分类鉴定，摇蚊类鉴定尽可能定到种，其他水生昆虫和寡毛类鉴定到属或种，软体动物鉴定到种。标本鉴定后计数，折算成每平方米的密度（ind./m2）和生物量（g/m2）;用万分之一的电子天平秤其湿质量，并根据采样面积换算各类种群的密度和生物量。

1.3 大型底栖动物统计分析方法

1.3.1 水质生物学评价指数 底栖动物群落结构特征采用Shannon多样性指数（H′）[12]、Margalef丰富度指数（D）[13]和物种优势度指数（Y）[14]。

（1）Shannon-Wiener多样性指数公式：

式中：ni表示第i种的个体数，N表示总个体数，S表示物种总数。

（2）Margalef丰富度公式：

（3）优势度指数公式为：

式中：fi为该物种出现的点位数占总数的百分比，当Y≥0.02时定为优势种。

1.3.2 数据分析 利用SPSS 19.0中的双因素方差分析对组间总体差异性进行显著性检验，显著水平设置为0.05。利用GraphPad Prism 6.01 软件对大型底栖动物密度、生物量及多样性指数作图，使用Excel对优势度进行分析和计算。

2 结果与分析

2.1 大型底栖动物群落结构和优势种

本研究共采集大型底栖动物68属（种），隶属于3门8纲22科，其中对于整个江苏北部地区来说，软体动物物种数占比最多，其次是环节动物，节肢动物占比最少。在江苏北部的10个水体中，不同类型的大型底栖动物会因季节的不同而发生改变，其中春季时节环节动物门多以寡毛类动物为主，占当季总物种数的32.5%;软体动物门以腹足纲和双壳纲为主，占当季总物种数的40%;节肢动物门以摇蚊类居多，占当季总物种数的27.5%。夏季时节以软体动物中的腹足纲类动物为主，节肢动物门中的甲壳纲也占有一定比例，两者共占总物种数的85.7%;环节动物和节肢动物仅占14.3%。秋季时节软体动物门居绝对优势，共占当季的92.5%，环节动物和节肢动物较少，占7.5%。冬季亦以软体动物居多，占当季总数的80.6%，其他仅占19.4%。

3.2 底棲动物时间变化差异讨论

大型底栖动物密度和生物量的季节变化较为显著，这与温度、生境类型类型、水体污染状况等各种非生物因素息息相关，还与底栖动物的群落组成及不同群落的生活史特征密切相关[24-25]。本研究结果显示，在江苏北部内陆水域中，大型底栖动物秋季的密度最低，而在春、夏、冬3季中却表现出较高密度，尤其在夏季时节密度最高。大部分湖泊春、夏2季多以腹足纲类为主，秋冬两季则以寡毛类和摇蚊类为主。除冬季外，铜锈环棱螺及河蚬作为优势种出现的频率较高，这与铜锈环棱螺及河蚬从春季到秋季均可繁殖生长，且世代相对较长相关[26]。江苏北部大型底栖动物的生物量变化在本次调查的季节中呈现冬季较高，其他季节相对较少，而且各湖泊间的差异也较为明显，由此可见底栖动物生物量的季节变化需要长期的监测才能准确判断[27]。总的来说，江苏北部内陆水域中底栖动物群落存在显著的季节变化，均表现冬季的物种分类单元数大于夏季。另外，相关研究表明底栖动物群落结构还受温度变化的影响[28-29]，从而导致江苏北部内陆水域大型底栖动物的年平均密度整体相对偏低，大型底栖动物的数量和组成随着季节变化而有所不同。

3.3 大型底栖动物多样性评价水环境健康讨论

分析大型底栖动物动物群落多样性常用指数为Margalef指数（D）和Shannon-Wiener指数（H′），本研究中发现在不同季节江苏北部各水域Shannon-Wiener指数除春季和秋季外各水体相差不明显。在春季调查中发现有6个水域属于物种贫乏，为重度污染的水质;同时在秋季中也发现5个水域属于物种多样性贫乏。而夏、冬2季各湖泊大都属于物种多样性一般，中等水平的水质。而在Margalef指数的研究中发现，洪泽湖、骆马湖、白马湖、射阳湖和庆安水库全年均属于中度污染到轻度污染之间，而其余4个湖泊因季节的不同会呈现不同程度的污染状况，这种没有随季节变化呈现线性变化的现象，可能是由于各湖之间的治理差异性所致。如戴雅奇等在对苏河底栖动物的研究中发现，由于对苏河的清淤治理，导致一段时间内大型底栖动物多样性大幅度下降[4]。而在孙伟胜等对淮河流域的研究中发现，板桥水库在施工干扰后大型底栖动物在一段时间内多样性指数较高[27]。2类指数评价结果中均发现江苏大型底栖动物多样性不仅存在明显的区域性差异，而且存在明显的季节性变化。

4 结论

大型底栖动物是水生态系统中重要的生态类群，在水环境监测和评价中也发挥着重要作用。本研究发现，江苏北部内陆水域中大型底栖动物的群落结构存在季节性差异，各湖泊间也存在极大差异，群落数量特征和结构复杂性表现为春季、夏季和冬季均高于秋季。在对水环境的监测中发现，江苏北部大部分水域在不同时期均呈现重度-中度污染的类型，由此可见江苏北部内陆水域的水质有待改善。

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