神头泉域底栖动物群落组成分布及多样性分析

文/柴炎

神头泉为山西省19大岩溶泉之一，位于山西省朔州市朔城区神头镇，泉群分布面积约5km²，大小泉眼100余处，呈散流状排泄，主要由神头泉组、司马泊泉组、河道泉组3个泉组组成。神头泉组包括东海子、西海子及二七泉；河道泉组包括神西泉及河道中大量的散泉；司马泊泉组包括司马泊泉，三泉湾泉、五花泉、莲花泉等。

神头泉水流常年稳定，年均水温14℃，是国内最早的虹鳟养殖生产区域之一。当地冬季水温低至10℃，满足虹鳟繁育条件，是山西省虹鳟发眼卵重要生产基地，其发眼卵辐射西北、西南、华东多个地区生产。神头泉作为山西省冷水鱼产业发展的重要基地，开展其泉域生物资源调查，对下一步制定冷水鱼产业发展相关规划、促进水域生态资源保护与产业协调发展具有重要意义。

底栖动物指生活史的全部或大部分时间聚居于水体底部的水生动物类群。底栖动物是岩溶泉域水生生态系统食物链的重要环节之一，是鱼、虾、贝类的优质天然饵料；同时在水生态系统的物质和营养循环中起着重要的作用。由于底栖动物生活相对稳定、地区性强、容易计数，对环境变化反应敏感，可以较好反映其生活环境的水质、底质污染状况，对水体水质变化起到指示或警示作用，因此被广泛用于河流水系、湖泊、水库及湿地的研究中。目前对岩溶泉域底栖动物的调查研究较少。

本研究于2021年5月和8月分别对神头泉域4个采样点位进行底栖动物采样收集，利用生物密度、生物量密度、Shannon-Wiener多样性指数（′）、Pielou均匀度指数（′）、Margalef丰富度指数（）对泉域底栖生物群落种类组成分布与水质环境状况之间的关系等进行数据分析，为神头泉域水生态环境和水生生物保护提供参考。

一、材料与方法

（一）采样点设置

按生态类型划分，神头泉域属于河道与池塘混合型泉域。底栖动物调查采样点主要选择在泉水排泄带比较集中、生态环境适合水生生物生长与繁殖的水生态区域，从北向南分别确定河道泉、三泉湾、水围寺、五花泉4个采样点（见图1）。

图1 神头泉域底栖动物调查采样点位置图

（二）底栖动物的采集与处理

采集底栖动物主要用苏泊尔网，大小为30cm×30cm。根据各采样点的水流速度变化，分别选择3个平行点，采集面积共0.27m²。将采集的样品放入已标好时间、地点和面积大小的封口袋中，加入10%的福尔马林溶液，做好固定，带回实验室进行处理分类、鉴定、计数和称重。处理采集样品时用清水清洗干净，去除树叶树枝，石头等杂质。体积较大的（如蛭纲、蜻蜓目等）可用肉眼直接鉴定，小型底栖动物用显微镜和解剖镜来鉴定。计数完，进行称重前，先用滤纸吸干底栖动物表面的水分，用感量为0.0001g的电子天平进行称重，其中软体动物不去壳称重，筑巢类水生昆虫去巢称重。

（三）多样性分析指标

主要采用Shannon-Wiener多样性指数（）、Pielou均匀度指数（）和Margalef丰富度指数（）。

二、结果与分析

（一）群落组成分布

本次资源调查共采集到底栖动物3门6纲18种（科、属）（见表1）。其中节肢动物门采集到的种类数最多为10种，占总种类数的55.56%；环节动物门和软体动物门都为4种，占总种类数均为22.22%。

表1 神头泉域底栖动物种类组成分布

群落组成的水平分布为：泽蛭、膀胱螺、中华锯齿米虾在除五花泉外的3个采样点均有分布；尾腮蚓、宽体金线蛭、蝎蝽、蜻属、角石蚕、秀丽白虾、钩虾在2个点有分布；其他底栖动物仅在1个点有分布。

由表1可知，三泉湾采样点底栖动物种类最多，为11种；水围寺采样点次之，为10种；河道泉采样点底栖动物9种；五花泉种类最少，仅1种。

从图2可知，4个采样点中，水围寺采样点生物密度最高，在530个/m²以上；河道泉采样点底栖动物种类也达400个/m²以上；五花泉采样点物种单一，只有秀丽白虾分布，但生物密度高达300个/m²。五花泉生物量密度最大，超过500g/m²；其他3个采样点生物量密度均在100g/m²以下。三泉湾采样点底栖动物生物密度、生物量密度均较小。

图2 神头泉域底栖动物生物密度及生物量密度分布

（二）多样性分析结果

根据底栖动物种类及各种类生物数量分析神头泉域底栖动物生物多样性，如表2所示。从多样性指数（）和均匀度指数（）来看，水围寺采样点的生物多样性和均匀度相对较高；从丰富度指数（）看，三泉湾采样点的R值最大，为3.19。

表2 神头泉域底栖动物生物多样性指数分析

利用生物多样性指数评价泉域水环境，从多样性指数（）值来看，三泉湾和河道泉多样性指数（）值小于1，为重污染；水围寺多样性指数（）值在1～2，为中污染。从丰富度指数（）值来看，水围寺和河道泉丰富度指数（）值介于1～2，为中污染；三泉湾丰富度指数（）值大于3，为清洁。参考标准见表3。

表3 生物多样性指数分析标准参照表

五花泉因为只采集到1种底栖动物，计算无意义，故不纳入比较。

三、讨论

（一）水环境对底栖动物群落结构的影响

神头泉域生态环境多样，属于池塘与河道混合型泉域。三泉湾和水围寺采样点属于池塘型，底栖动物种类最多。其中水围寺采样点生物密度最大，池塘型生态环境相对于河道型较为稳定，为底栖动物提供了安静、稳定的生存环境，正好满足其迁移能力弱的特点。而三泉湾位于水产养殖场上游，属于泄水带池塘，水温偏低、营养匮乏，导致底栖动物生物密度和生物量均较少。河道泉采样点属于河道型，虽底栖动物是主要生活在河床中的生物，河床的稳定性是影响底栖动物群落分布的主要原因，但底栖动物密度和河床稳定性之间并不存在明显的相关关系，还与底质卵石、沙质的孔隙率、空隙大小以及水流速度、透明度、总氮含量等理化因素有关。河道泉水流湍急，水质浑浊、透明度较低，造成底栖动物种类和生物密度不高且生物量密度最低，分析结果与实际情况相符。五花泉采样点亦属于池塘型，然而水深较深，采样受限，只能通过下地笼进行收集，因此仅采集到1种秀丽白虾。

（二）多样性分析评价

Shannon-Wiener多样性指数（）分析表明，三泉湾和河道泉为重污染；水围寺为中污染，接近于实际情况，人为因素是神头泉域水资源环境污染的主要原因。另外，三泉湾大部分水源被用于下游养殖场的养殖生产，水体总量和交换量明显减少；河道泉位于源子河内，在采样时也观察到河内有大量的生活垃圾。多样性指数（）的分析结果与耐污指示种膀胱螺和尾腮蚓的分布情况一致，同时说明三泉湾和河道泉这两个采样点水体受到较重程度的污染。水围寺位置偏僻、安静，距离周边生活污染辐射较远些，但同样存在水位下降的问题，水体几乎没有流量和交换量，处于受污染状态。

由Pielou均匀度指数（）和Margalef丰富度指数（）分析得出，水围寺采样点的生物多样性和均匀度相对较高；水围寺和河道泉为中污染；这与实际环境状况较为相符。三泉湾为清洁，这与实际情况不符。Margalef丰富度指数（）仅与底栖动物种类数和个体总数相关，与种类及其各物种生物量无关。虽有报道，可通过该指数（）较为客观地反映评价区域物种的丰富度和水质情况，但可能不适合用于本次研究分析评价。此外，底栖动物只是一项指标，还有其他指标，如：叶绿素a、COD、BOD等理化指标可反映水体受污情况。

四、结论与建议

通过对底栖动物的采集、鉴定与统计分析，发现神头泉域存在耐污指示种膀胱螺和尾巴腮蚓。经Shannon-Wiener多样性指数（）和Pielou均匀度指数（）分析，确定神头泉域存在大面积污染状况。从评价结果看，Shannon-Wiener多样性指数（）比Pielou均匀度指数（）更加灵敏、严苛。

本次调查工作除了采集底栖动物外，仅监测了部分基础性水质理化指标。鉴于神头泉域存在大面积污染的情况，建议后续开展此类调查工作时，增加其他理化指标的监测，如总硬度、总碱度等。并在此基础上调查浮游植物、浮游动物和鱼类栖息情况，对泉域水质做出更全面的评价，真实反映泉域渔业资源情况，以利于其渔业开发规划，让泉域得到更好地保护和利用。