骆湖河底栖动物分布及其环境因子

王可健，刘 瑛，李泽实，刘佶鑫

(湖北工业大学土木建筑与环境学院，河湖生态修复及藻类利用湖北省重点实验室，湖北 武汉 430068)

底栖动物作为水生态系统的重要类群，具有区域性强、迁移能力差、不同种类适应的环境条件各不相同的特点，且对生态系统的物质循环和能量流动具有重要作用[1]，底栖动物是河流中的鱼类的天然饵料，同时也是了解河流生态系统结构、功能及健康状况的关键类群[2]。底栖动物对水体污染的响应比较敏感，河流物理生境及水质的改变对大型底栖动物群落结构有明显的影响[3]，造成敏感的指示生物群落的减少和大型底栖动物多样性的减少[4]。因而被广泛应用于生物监测、水质评价和生态系统健康评价[5-7]。2014年起，广东省开始积极推进山区五市中小河流治理工作，旨在改善河道淤积堵塞、水体环境恶化、水质差等问题。河源市骆湖河为中小河流规划治理河流，对其底栖动物开展调查，明确影响骆湖河大型底栖动物组成结构和分布的主要环境因子，可为恢复和治理骆湖河等中小型河流提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 河流概况与样点设置

骆湖河位于广东省东源县中部(24°0′～24°4′N，114°53′～114°50′E)，流域面积152 km2，河长34 km，其中骆湖镇段20 km，灯塔镇段14 km，坡降0.0033。多年平均降水量1660 mm，多年平均径流深1010 mm，自然落差695 m，河道的主要功能包括行洪、灌溉、饮水、生态、水文化。大型底栖动物群落调查和环境指标监测样点设置见图1，从上游至下游共布设8个采样点位(每个点位调查区域为50 m，基本情况见表1)，每个点位取3个调查断面，并分别在河道左岸、中部和右岸进行采样，即每个点位获取9组底栖动物及环境因子样品。

图1 采样点的布置

表1 样点的基本情况

1.2 不同环境因子测量方法

表2 不同环境因子

2)栖息地多样性指标的测量底质、流速和水深的条件对生物栖息地的环境都有影响，以HD表示栖息地多样性指数。其定义为：

栖息地多样性指标计算结果见表3。采样点4、5、6为深潭-浅滩结构，栖息地多样性最高。

表3 不同环境因子的指标值

3)大型底栖动物的采集与鉴定2018年6月在8个采样点采集大型底栖动物样本，以索伯网为采样工具(250 μm，0.09 m2)采集3-5网，将索伯网放入河床后，用毛刷清洗石块，使附着在石块上的底栖动物流入网中，然后用铁铲搅动石块下面的底质，搅动深度约为10 cm[11]，采样总面积0.5 m2。采集到的标本用40目铜筛筛取，并用75%的酒精保存带回实验室，参照大型底栖动物分类的相关文献和图谱[12]，在解剖镜下进行种类的鉴定和计数，样品尽量鉴定到属或者种。

1.3 数据处理与统计

优势物种利用优势度计算公式度量，优势度(Y)根据大型底栖动物出现的频率及该物种个体数量进行计算[13-14]，即

Y=(Ni/N)×fi

式中:Ni为第i种的个体数;N为所有种类个体数;fi为出现的频率;Y指大于0.02的种类为优种。Shannon-Wiener指数：

式中:Pi=ni/N，其中ni为第i种生物的个体数,个；N为总个体数,个。

不同的环境因子数据以平均值±标准差(X±SD)表示，采用单因素方差分析(one-wayANOVA)，用LSD法进行多重比较，P<0.05为差异显著。(one-wayANOVA)和LSD分析采用SPSS23软件包。利用CANOCO4.5软件对底栖动物数据和环境数据进行冗余分析(RDA)；为消除量纲的影响，对除pH值外的环境因子进行标准化转换[15]。

2 结果与分析

2.1 底栖动物的种类组成及优势度

共采集底栖动物19种，隶属于3门6纲14科(表4)。进一步计算可知，节肢动物门种类数占66.1%，环节动物门种类数占26.8%，软体动物门种类数占7.1%。以Y>0.02的种类为优势种可得：1-3号样点最优势种以清洁类群蜉蝣目与钩虾为主，4、5、6、8号样点的优势种均为钩虾，7号样点的优势种则为田螺和蜉蝣目为主。其中，3号样点出现对污染耐受高的水丝蚓，5号样点至8号样点出现耐污种摇蚊幼虫。表3为各点位的水质情况，可以看出各水质指标从上游至下游有较显著的差异。

表4 各采样河段大型底栖动物分布情况

2.2 底栖生物空间分布及多样性

所采集底栖动物分为腹足纲(Gastropoda)、瓣鳃纲(Lamellibranchia)、昆虫纲(Insecta)、甲壳纲(Crustacea)、蛭纲(Clitellata)、寡毛纲(Oligochaeta)六类。采样结果表明，在同一条河流上大型底栖动物群落结构在空间上存在一定的差异(图2)。

图2 骆湖河大型底栖动物群落空间分布

整体来看，从1号样点到8号样点都存在昆虫纲和甲壳纲物种，数量占比较多。仅在3号样点发现寡毛纲。蛭纲、瓣鳃纲主要在河流中游出现，数量占比较小。腹足纲主要在河流下游分布，在6号样点数量占比最大。从图2也可以看出，整条河流从上游至中游至下游物种的种类数呈现先增大后减小的趋势。

1号样点到8号样点的香农威尔指数分别为0.43、1.92、2.18、2.44、2.86、2.70、2.26、2.49(图3)。可以看出，从上游1号点一直到下游的5号点，物种的多样性指数持续增加，6号样点至8号样点多样性指数略有下降。

图3 骆湖河底栖动物多样性指数空间变化

3 冗余分析结果

在进行RDA分析之前，根据需要的环境因子、栖息地数据进行标准化处理，使得它们成为共同量纲的数值。接着需要对物种数据进行去趋势分析(DCA)以确定底栖动物群落属于单峰型或是线型分布从而确定是使用RDA分析还是选用CCA分析[16]，DCA数据表明最长的轴长为2.212，小于3，故选用RDA更加合理。

表5 环境因子非参数检验结果

底栖动物群落与筛选后环境因子冗余分析排序结果见表6。由表可知底栖动物与栖息地环境因子之间二维排序的基本信息，第一主轴的特征值为0.312，第二主轴的特征值为0.261，其余主轴的特征值越来越小，前两个主轴的物种-环境关系的累积百分率达到了57.3，物种-环境的相关性系数分别为0.995和0.995，说明该排序图能很好的反映大型底栖动物与环境因子之间的关系。

表6 冗余分析(RDA)排序结果

1-铜锈环棱螺；2-中华圆田螺；3-绘环棱螺；4-河蚬；5-宽深舌蛭；6-直突摇蚊；7-心突摇蚊；8-粗腹摇蚊；9-细蜉；10-等蜉；11-纤春蜓；12-箭蜓科；13-钩虾;14-潜水蝎蝽；15-颤蚓科图4 大型底栖动物与环境因子的RDA排序

图5 样点与环境因子的RDA排序

4 讨论

4.1 骆湖河不同河段底栖动物群落特征

大型底栖动物群落结构在河流空间上存在差异，主要受水体理化性质、栖息地环境等因子的影响[18-20]。骆湖河大型底栖动物以蜉蝣目、中腹足目、双翅目、蜻蜓目、半翅目、十足目、真瓣鳃目为主，不同采样点的优势种群不一样。清洁种类的蜉蝣目是是靠近源头的1号、2号、3号样点的优势类群，而十足目钩虾是基本为后5个样点的最优势类群。摇蚊类耐污群从靠近下游的5号样点开始出现，许多研究已经表明蜉蝣目类群更易出现在河流源头[21-22]，且对水质质量要求较高，对水质变化敏感[23]，在水流湍急，溶解氧充足的水环境条件下更适于生长繁殖[24]；而摇蚊幼虫类属于典型的耐污种[25]，沿着河流方向，污染物质汇入的增加，耐污性高的物种随着河流方向逐渐出现。大量研究表明河流污染物的富集，会造成河流污染的加重，进而影响河流中大型底栖动物的群落结构，沿着河流方向，清洁物种的比例会逐渐降低，而耐污种的比例逐渐升高[26]。样点与环境因子的RDA分析结果也表明了从上游至下游，河流的水质逐渐变差，这与底栖动物分布情况结果一致。

4.2 环境因子对大型底栖动物的影响

4.3 河流生态治理对大型底栖动物的影响

骆湖河3号至8号样点为人为干扰河段，其中4号，5号和6号样点为人为构造阶梯-深潭结构样点，水质状况较差，水生植物覆盖度高，栖息地多样性指数(HD)高。研究发现，这3个样点的物种多样性比其他样点高，这可能与阶梯-深潭结构有关。此结构为底栖动物提供更适宜的栖息地环境。王兆印的研究也证实了这一观点，文中指出阶梯-深潭结构可为底栖动物提供较稳固且多样化的栖息环境，适合不同类型底栖动物长期生存，从水化学角度来说，这种结构增大了水体与空气之间的接触面积，增加水体含氧量，进而促进水中有机物的分解，能对富营养化河流的治理起到辅助作用。同时阶梯-深潭结构也可为水生植物的生长提供适宜的环境，这3个样点的植物覆盖度均达到30%以上。骆湖河7、8号样点为生态连锁砖护岸结构，水生植物较少，生物多样性较低。比较这8个样点可以得出阶梯-深潭结构确实对于恢复生态环境有着积极的作用。

5 结束语