小清河流域春季底棲動物功能攝食類群與水環(huán)境因子的關(guān)系

汪峰　單彪　于濤　王帥帥

摘 要：為了研究濟(jì)南地區(qū)小清河流域內(nèi)底棲動物群落結(jié)構(gòu)分布特征，于2015年春季（5月）對小清河流域13個(gè)樣點(diǎn)的底棲動物群落結(jié)構(gòu)和水環(huán)境理化因子特征進(jìn)行了野外調(diào)查，分析流域內(nèi)底棲動物功能攝食類群組成和空間結(jié)構(gòu)特征，采用典范對應(yīng)分析法分析底棲動物群結(jié)構(gòu)特征、分布范圍及其與環(huán)境因子的關(guān)系。結(jié)果表明：春季采集到底棲動物23種，密度平均值為1.19×103 ind·m-2，香農(nóng)威納指數(shù)平均值為1.14，均勻度指數(shù)平均值為0.65。依據(jù)食性將底棲動物劃分為刮食者、撕食者、收集者、濾食者和捕食者，其中刮食者占絕對優(yōu)勢。典范對應(yīng)分析表明，春季影響小清河流域底棲動物功能攝食類群的主要環(huán)境因子是總磷和總氮。綜合分析，得出結(jié)論：小清河流域水體污染較為嚴(yán)重，水體呈中度污染。

關(guān)鍵詞：小清河流域;底棲動物;功能攝食類群;環(huán)境因子

底棲動物群落是一個(gè)龐大且復(fù)雜的的水生態(tài)類群，其種類及生活方式，要比浮游生物要復(fù)雜得多，底棲動物群落作為水生生物中重要的組成部分之一[1-2]，其群落結(jié)構(gòu)特征對各生態(tài)功能起到不可或缺的作用，一直以來在評價(jià)河流生態(tài)系統(tǒng)中起著十分重要作用[3-4]。近些年來，底棲動物群落經(jīng)常作為評價(jià)水體環(huán)境的指示生物[5-6]。不同類型的底棲動物對水體環(huán)境條件的適應(yīng)性及對污染等不利因素的敏感程度不同，底棲動物的種群結(jié)構(gòu)、優(yōu)勢種類等特征能夠準(zhǔn)確地反應(yīng)出水體質(zhì)量狀況[7-9]。

底棲動物功能攝食類群這一觀點(diǎn)是由Cummins[10]提出的，通過Bodes[11]等科研學(xué)者的努力，功能攝食類群的分類已完善。底棲動物功能攝食類群包括群落結(jié)構(gòu)特征和生存環(huán)境的適應(yīng)性特征兩方面。目前，我國針對底棲動物功能攝食類群的報(bào)道并不多，僅對部分地區(qū)進(jìn)行了研究[12-13]。因此，本研究于春季（5月）流經(jīng)濟(jì)南地區(qū)的小清河流域進(jìn)行了調(diào)查研究，找出主要影響小清河流域底棲動物功能攝食類群的主要環(huán)節(jié)因子，并嘗試應(yīng)用基于功能攝食類群的參數(shù)對小清河流域進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)評價(jià)。

1 材料和方法

1.1 采樣地區(qū)概況及點(diǎn)位設(shè)置

小清河流域位于山東省濟(jì)南中部，河流生態(tài)系統(tǒng)類型復(fù)雜，其流域兩岸植被相對較少，底質(zhì)主要為砂石底，水流流速相對緩慢，部分地區(qū)有泥沙淤積。在本研究中，為了能夠更好地區(qū)分小清河流域底棲動物群落結(jié)構(gòu)的空間差異，根據(jù)小清河的自然地理地貌，在濟(jì)南市區(qū)及周邊各縣城共設(shè)定13個(gè)采樣點(diǎn)位（見圖1）。

1.2 底棲動物樣品采集及水環(huán)境因子的測定

在每個(gè)所選定的采樣點(diǎn)位的100 m范圍之內(nèi)，一采樣人員使用索伯網(wǎng)隨機(jī)采集2個(gè)平行底棲動物樣本，采集后的樣品收集好后，現(xiàn)場用75%的酒精固定樣品。樣品帶回實(shí)驗(yàn)室后，將肉眼可見的底棲動物與砂石、石塊等雜質(zhì)分開，放置于100 mL樣品瓶中，用75%的酒精固定保存，在顯微鏡或解剖鏡下進(jìn)行分類和計(jì)數(shù)，依據(jù)底棲動物相關(guān)文獻(xiàn)資料，樣品盡量鑒定到種[14-17]。

在每個(gè)采樣點(diǎn)位現(xiàn)場用水質(zhì)分析儀（YSI ProPlus 85）測定水溫（Temp）、濁度（SS）、pH、溶解氧（DO）和電導(dǎo)率（Cond），并記錄數(shù)據(jù)。在每一個(gè)采樣點(diǎn)位采集2 L的混合水樣，采集后低溫保存，48小時(shí)內(nèi)送回檢測室，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)方法對水中硬度（TD）、堿度（ALK）、總氮（TN）、總磷（TP）、氨氮（NH+4）和高錳酸鉀指數(shù)（CODMn）的含量進(jìn)行測定[18-19]。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

采用柱狀圖分析底棲動物群落及功能攝食類群特征。篩選出的水環(huán)境參數(shù)和底棲動物功能攝食類群數(shù)據(jù)在Canoco 4.5軟件上進(jìn)行典范對應(yīng)分析（Canonical correspondence analysis，CCA）。

進(jìn)行CCA分析前，除pH外，其他水環(huán)境數(shù)據(jù)和底棲動物功能攝食類群密度數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)對數(shù)轉(zhuǎn)換[log（x + 1）][20]。

柱狀圖分析在WPS 2012上進(jìn)行，DCA和CCA在Canoco4.5上進(jìn)行，香農(nóng)威納指數(shù)計(jì)算在Biodiversity pro上進(jìn)行，小清河流域采樣點(diǎn)位圖在ArcMap 10.2上進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 底棲動物群落結(jié)構(gòu)特征及其功能攝食類群劃分

2.1.1 底棲動物物種組成及其群落結(jié)構(gòu) 小清河流域春季共鑒定出底棲動物物種數(shù)為6目23種，均以軟體動物門和節(jié)肢動物門為主。常見種為霍甫水絲蚓（Limnodrilus hoffmeisteri）、克拉伯水絲蚓（Limnodrilus claparedianus）、溪流搖蚊（Chironomus riparius Meigen）、卵蘿卜螺（Radix ovata）和豆螺（Radix fuchsiana）等。就物種數(shù)而言，基眼目物種數(shù)最高，為10種，占總物種數(shù)的43.48%，其次為雙翅目，物種數(shù)為4種，占總物種數(shù)的17.39%，顫蚓目和十足目物種數(shù)均為3種，占總物種數(shù)的13.04%，真瓣鰓目和無吻蛭目物種數(shù)相對較低，分別為2種和1種，分別占總物種數(shù)的8.70%和4.35%。就密度而言，基眼目密度最高，其密度占總密度的61.12%，其次為顫蚓目，其密度占總密度的26.78%，雙翅目密度占總密度的9.93%，十足目、真瓣鰓目和無吻蛭目密度相對較低，分別占總密度的1.14%、093%和0.10%（圖2）。

就全流域而言，小清河流域各采樣點(diǎn)位中底棲動物物種數(shù)相對較少，平均值為3.69種，物種數(shù)最高點(diǎn)位于Q1，底棲動物物種數(shù)為7種，最低點(diǎn)位于Q4;底棲動物物種密度平均值為1.19×103 ind·m-2，底棲動物密度最高點(diǎn)位于Q9，密度為6.30×103 ind·m-2，最低點(diǎn)位于Q7;底棲動物香農(nóng)威納指數(shù)平均值為1.14，香農(nóng)威納指數(shù)最高點(diǎn)位于Q13，香農(nóng)威納指數(shù)為1.80，最低點(diǎn)位于Q9;底棲動物均勻度指數(shù)平均值為0.65，均勻度指數(shù)最高點(diǎn)位于Q4，最低點(diǎn)位于Q9（圖3）。

2.1.2 底棲動物功能攝食類群劃分 根據(jù)采集到的底棲動物的食性類型的不同，并參考Cummins和Bode等人[10-13]對底棲動物功能攝食類群的分類方法，將小清河流域底棲動物劃分為以下5類攝食類群（表1）。

小清河流域春季共劃分出為5種底棲動物功能攝食類群。圖4為小清河流域底棲動物功能攝食類群各類種類和密度分析。就底棲動物功能攝食類群各種類而言，刮食者和收集者種類較多，分別為10種和4種，占總物種數(shù)的43.48%和1739%;撕食者、濾食者和捕食者種類相對較少，均為3種，占總物種數(shù)的13.04%。而從底棲動物功能攝食類群各類密度來看：刮食者占絕對優(yōu)勢，占總密度的61.12%;其次為濾食者，占總密度的26.78%;收集者密度占總密度9.93%;捕食者和撕食者密度相對較少，占總密度的1.14%和1.03%。

圖4 小清河流域浮游植物功能群各類數(shù)目和密度分析

2.2 底棲動物功能攝食類群及其與水環(huán)境因子的相關(guān)性

小清河流域春季測定出的水環(huán)境因子數(shù)值如表2所示，結(jié)果表明，小清河流域春季水溫平均為20.87 ℃，水體呈堿性，pH平均值為8.03，渾濁濁度平均值為19.32 mg/L，電導(dǎo)率平均值較高，為1 167.50 ms/m，溶解氧含量相對較低，平均值為6.89 mg/L，水中氨氮和總磷含量平均值為130 mg/L和0.58 mg/L，總氮和高錳酸鉀指數(shù)含量相對較高，平均值分別為6.26 mg/L和4.99 mg/L。

2.3 底棲動物功能攝食類群與水環(huán)境因子的相關(guān)性

對小清河流域春季水環(huán)境因子主成份分析結(jié)果表明：篩選出兩主軸變化分?jǐn)?shù)較高且對兩軸影響較大的主要水環(huán)境因子為SS、NH+4、CODMn、TP、TN（圖5）。

選擇底棲動物功能攝食類群密度和環(huán)境因子做CCA分析，結(jié)果（圖6）顯示：TP（P=0.02）和TN（P=0.04）是主要影響小清河流域底棲動物功能攝食類群的水環(huán)境因子，兩者并對第二軸影響較為顯著。TN主要對撕食者、濾食者和捕食者起到一定影響作用，TP主要對捕食者和收集者起到一定影響作用。SS、NH+4和CODMn對底棲動物功能攝食類群也有一定影響（圖6）。

3 討論

3.1 底棲動物功能攝食類群及功能攝食類群評價(jià)分析

通過對小清河流域底棲動物群落的調(diào)查得出，春季底棲動物群落以軟體動物門和節(jié)肢動物門為主。春季鑒定出的底棲動物物種數(shù)相對較少，僅有23種，各點(diǎn)位物種平均值僅為3.69種。小清河流域水量較少，水流速較慢，底棲動物的主體群落結(jié)構(gòu)以搖蚊幼蟲等為主。春季底棲動物密度平均值為1.19×103 ind·m-2，以水中雙翅目幼蟲為主，春季是搖蚊科幼蟲繁殖最為旺盛時(shí)期，導(dǎo)致采集到搖蚊科幼蟲密度呈現(xiàn)大幅升高。采集到的黏附者也相對較多，常見物種為豆螺等等，基眼目依靠有力的附肢和吸盤得以生存，使得采集到的生物密度較高[11，20-22]。

小清河流域共劃分出5類功能攝食類群。刮食者物種和密度明顯高于其他類群，春季水文條件相對較好，浮游藻類和著生藻類繁殖速度較快迅速，為刮食者提供了豐富的食物來源，導(dǎo)致其種類和密度相對較高。小清河流域流速較慢，沉積的有機(jī)碎屑較多，滿足了收集者攝食要求，適合收集者生活;研究表明撕食者的分布能夠反映出河岸帶植被的情況[21-23]和樹葉等[7，21]在河底的堆積情況，由于小清河流域流域河岸帶農(nóng)田、植被覆蓋率較低，枯枝樹葉堆積較少，導(dǎo)致撕食者相對較少;濾食者和捕食者密度主要受到小清河流域水流速及食物影響，導(dǎo)致物種數(shù)相對較少[9-12]。

3.2 底棲動物功能攝食類群與環(huán)境因子的關(guān)系

本次研究中，底棲動物功能攝食類群與水體環(huán)境因子進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果顯示：小清河流域受人類的干擾較大，城市內(nèi)生活污水及工業(yè)廢水排放較多，流域內(nèi)水體含沙量極大，水體濁度相對較高，水體透明度較低，對底棲動物功能攝食類群生存有一定的影響?？偭缀涂偟侵饕绊懘杭拘∏搴恿饔虻闹饕h(huán)境因子，研究表明，水中氮磷含量的多少，直接影響到底棲動物功能攝食類群的生長繁殖[3，5，13]?？偭字饕獙Σ妒痴咂鸬秸嚓P(guān)性，對收集者呈負(fù)相關(guān)性，總氮主要濾食者起到正相關(guān)性，對撕食者和捕食者起到負(fù)相關(guān)性。春季水中高錳酸鉀指數(shù)較高，使水體中的有機(jī)物質(zhì)較高，一定程度上影響底棲動物功能攝食類群生存與繁殖。研究表明，水體中溶解氧的含量的多少直接影響底棲動物的生存，含量較低可能會引起底棲動物的死亡。春季水中溶解氧含量較低，可能是導(dǎo)致春季底棲動物功能攝食類群物種數(shù)量較少的原因[23-25]。

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（收稿日期：2019-10-29）

基金項(xiàng)目：濟(jì)南市水生態(tài)時(shí)空變異驅(qū)動機(jī)制及自動監(jiān)測模式;山東省水利廳、山東省財(cái)政廳“水生態(tài)文明試點(diǎn)科技支撐計(jì)劃”（SSTWMZCJH-SD02）。

作者簡介：汪峰（1977—）男，工程師，主要從事水資源監(jiān)測工作。E-mail：70403524@qq.com。

通信作者：王帥帥（1989—）男， 助理工程師，主要從事水環(huán)境監(jiān)測工作。E-mail：shuihuoyouqing@126.com。