呼瑪河韓輝套子春季大型底棲動物多樣性及水質(zhì)評價

李培倫 劉偉 王繼隆

摘要：為了解呼瑪河韓輝套子春季大型底棲動物多樣性及其水質(zhì)狀況，2018年5月采用常規(guī)方法對呼瑪河韓輝套子進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，大型底棲動物共3門5綱36種，其中，昆蟲綱17種、腹足綱12種、寡毛綱5種、軟甲綱和蛭綱各1種，平均豐度為106.76 ind/m2，平均生物量為5.01 g/m2。優(yōu)勢種共10種，主要以齒角石蠶、漸變長跗搖蚊、蚊型前突搖蚊及卵蘿卜螺為主。均勻度指數(shù)（J）指示水體污染狀態(tài)為清潔，而豐富度指數(shù)（d）、多樣性指數(shù)（H′）及生物學(xué)污染指數(shù)（BPI）均指示水體為中污染，且水質(zhì)指標(biāo)中總磷含量超標(biāo)，為Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，說明呼瑪河韓輝套子水體呈現(xiàn)一定程度污染。典范對應(yīng)分析（CCA）結(jié)果顯示，水溫、硝酸鹽、總氮、氨氮和磷酸鹽是影響韓輝套子底棲動物多樣性的主要水質(zhì)指標(biāo)，但這些指標(biāo)對各類底棲動物的影響又存在一定差異。

關(guān)鍵詞：呼瑪河;大型底棲動物;CCA分析;水質(zhì)評價

底棲動物棲息在河流、湖泊等水體底質(zhì)表層或底質(zhì)的土壤、泥沙、礫石之中，具有生命周期長、遷徙能力弱、環(huán)境敏感度強、樣本易采集等特點，能夠參與水體物質(zhì)循環(huán)和能量流動，是水域生態(tài)系統(tǒng)中諸多魚類的天然餌料[1]，同時底棲動物亦是進(jìn)行河流生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能及健康狀況評價的關(guān)鍵生物類群[2-4]。呼瑪河發(fā)源于我國大興安嶺地區(qū)北部，是黑龍江上游較大支流，其沿岸森林資源豐富、植被覆蓋率高達(dá)70%以上，其下游水域河網(wǎng)密布、水量充沛且水質(zhì)清澈。呼瑪河為典型山溪冷水性河流，是大麻哈魚等重要冷水性魚類的產(chǎn)卵場、育肥場及洄游通道[5-6]，韓輝套子位于呼瑪河下游，其原始產(chǎn)卵場功能已得到驗證，能夠保障大麻哈魚繁殖群體筑巢產(chǎn)卵及完成受精卵孵化出膜等一系列生命過程[7-8]。研究表明，河流中生活的大麻哈魚幼魚主要攝食水生昆蟲、橈足類和圓蟲類，其中搖蚊幼蟲為其攝食的優(yōu)勢種類，而呼瑪河韓輝套子作為大麻哈魚的原始產(chǎn)卵場，雖具備產(chǎn)卵孵化功能，但能否為大麻哈魚幼魚降海洄游之前生長發(fā)育提供充足餌料尚未可知[9]，故本研究對韓輝套子春季大型底棲動物種類及水質(zhì)特征進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，不僅能夠摸清春季大麻哈魚幼魚的餌料狀況，還可對其水質(zhì)狀況進(jìn)行綜合評價，為呼瑪河水生生物資源保護(hù)管理提供科學(xué)的參考依據(jù)。

1 研究方法

1.1 樣品采集

由圖1可知，2018年5月（春季），在呼瑪河韓輝套子大麻哈魚原始產(chǎn)卵場采集大型底棲動物，共設(shè)置10個采樣站點，從韓輝套子上游向下將各站點依次標(biāo)記為H1、H2、H3、H4、H5、H6、H7、H8、H9和H10。采用40目（孔徑0.425 mm）的索伯網(wǎng)和D型網(wǎng)采集樣品，每個站點隨機采集3次，挑取底棲動物樣品并固定于5%甲醛溶液中，帶回實驗室分類鑒定、計數(shù)及稱質(zhì)量（精確到0.001 g）。

現(xiàn)場采用HQd便攜式水質(zhì)分析儀測定各站點溫度（TEM）、酸堿度（pH值）、溶解氧（DO）。實驗室內(nèi)測定總氮（TN）、總磷（TP）、氨氮（AN）、磷酸鹽（PS）、硝酸鹽（NS）等水化指標(biāo)，其測定方式參照第4版《水和廢水監(jiān)測分析方法》[10]，依據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）對水質(zhì)指標(biāo)分類。

1.2 數(shù)據(jù)分析

1.2.1 優(yōu)勢種 采用Pinkas相對重要性指數(shù)（IRI）[11]確定呼瑪河韓輝套子底棲動物的優(yōu)勢種類。具體公式如下：

其中，Wi為第i種底棲動物的生物量在總生物量中所占百分比，Ni為第i種底棲動物的數(shù)量在樣品總數(shù)量中所占百分比，F(xiàn)i為第i種底棲動物出現(xiàn)的頻率。本研究參照霍堂斌等的劃分方法[12]將 IRI>1 000 的底棲動物種類列為優(yōu)勢種。

1.2.2 多樣性指數(shù) 通過以下4個指數(shù)對呼瑪河韓輝套子春季大型底棲動物進(jìn)行多樣性分析并評價水質(zhì)，水質(zhì)評價標(biāo)準(zhǔn)見表1：

1.2.3 與水質(zhì)指標(biāo)相關(guān)分析 運用Canoco 5 軟件對韓輝套子春季大型底棲動物的豐度與水質(zhì)指標(biāo)間的關(guān)系進(jìn)行典范對應(yīng)分析（canonical correspondence analysis，CCA）[17]，為降低干擾，選取IRI≥10的底棲動物的豐度與水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行典范對應(yīng)分析，由表2可知，進(jìn)行CCA分析前，先將各站點底棲動物豐度數(shù)據(jù)作去趨勢對應(yīng)分析（DCA），觀看結(jié)果中第一軸梯度，若>4.0，則選CCA分析;若介于3.0～4.0間，則選冗余分析（redundancy analysis，RDA）或CCA分析均可;若<3.0，則選擇RDA分析。此外，對底棲動物豐度和水質(zhì)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行l(wèi)g（x+1）轉(zhuǎn)換，以避免各指標(biāo)單位不同造成統(tǒng)計偏差[18]。

2 結(jié)果與分析

2.1 種類、數(shù)量組成及優(yōu)勢種

調(diào)查水域呼瑪河韓輝套子春季大型底棲動物共鑒定出3門5綱36種（表2）。其中節(jié)肢動物門昆蟲綱底棲動物種類最多，為17種，占種類總數(shù)的47.33%;其次為軟體動物門的腹足綱，有12種底棲動物，占種類總數(shù)的33.33%;環(huán)節(jié)動物門寡毛綱底棲動物5種，占種類總數(shù)的13.89%;節(jié)肢動物門軟甲綱和環(huán)節(jié)動物門蛭綱種類最少，均為1種，分別占種類總數(shù)的2.78%。

由表2可知，在調(diào)查水域10個采樣站點中，漸變長跗搖蚊出現(xiàn)頻率最高，為0.8。其次為齒角石蠶和卵蘿卜螺，出現(xiàn)頻率均為0.7。底棲動物豐度范圍介于3.33～1 047 ind/m2，平均106.76 ind/m2，其中豐度最高的是蚊型前突搖蚊，而生物量范圍介于0.05～81.49 g/m2，平均5.01 g/m2，其中生物量最高的為齒角石蠶。從相對重要性指數(shù)（IRI）可得出，韓輝套子春季底棲動物優(yōu)勢種共10種，分別為昆蟲綱的齒角石蠶、漸變長跗搖蚊、蚊型前突搖蚊、雙色矮突搖蚊、日新葉石蠶、湖生短絲蜉、擬細(xì)裳蜉及塔馬特維搖蚊，軟甲綱的鉤蝦及腹足綱的卵蘿卜螺，此外IRI>10的底棲動物有24種，用于CCA排序分析。

2.2 多樣性指數(shù)

由表3可知，調(diào)查水域底棲動物豐富度指數(shù)（d）平均值為1.685 7，水體污染狀態(tài)劃分為中污染，其中H2站點d值最高（2.266 8），H1站點d值最低（0.874 9）。多樣性指數(shù)（H′平均值為1.468 8，水體污染狀態(tài)劃分為中污染，其中H8站點H′值最高（2.087 9），H6站點H′值最低（0.764 7）。均勻度指數(shù)（J）平均值為0.718 8，水體污染狀態(tài)劃分為清潔，其中H4站點J值最高（0.965 6），H6站點J值最低（0.348 1）。生物學(xué)污染指數(shù)（BPI）平均值為0.785 6，水體污染狀態(tài)劃分為β-中污染，其中H1站點J值最高（1.484 7），H3站點J值最低（0372 8）。

2.3 水質(zhì)特征

由表4可知，調(diào)查水域TEM變化范圍較大，介于5.2～9.8 ℃間，平均值為7.42 ℃;pH值范圍較小，主要介于7.14～8.52間，平均值為7.971;DO值介于8.92～13.36 mg/L間，平均值為12.381 mg/L，H1站點明顯低于其他站點。其余水化指標(biāo)變化幅度均較小，其中TN介于0.053～0.174 mg/L間，平均值為0.093 1 mg/L;TP介于0.209～0.578 mg/L間，平均值為0.327 5 mg/L;AN介于0.068～0.123 mg/L 間，平均值為0.086 9 mg/L;PS介于0001～0.098 mg/L間，平均值為0.015 5 mg/L;NS介于0.004～0.265 mg/L間，平均值為0.103 1 mg/L。整體觀察，參照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB 3838—2002）》，可以得出調(diào)查水域TP含量較高，為Ⅴ類水質(zhì)，而TEM、pH、DO、AN和TN值均符合Ⅰ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

2.4 CCA排序分析

通過IRI指數(shù)篩選后得到24種底棲動物并進(jìn)行編號對其豐度與水質(zhì)指標(biāo)之間的關(guān)系進(jìn)行CCA排序分析（表2）。去趨勢對應(yīng)分析（DCA）中第一軸的梯度長度為3.50，介于3～4之間，說明可以選用CCA排序分析。由表5可知，CCA排序結(jié)果顯示第1軸和第2軸與水質(zhì)指標(biāo)之間的相關(guān)關(guān)系分別達(dá)到0.9 807和0.9 745，說明CCA的排序結(jié)果能夠較好地反映出呼瑪河韓輝套子底棲動物豐度與水質(zhì)指標(biāo)之間的關(guān)系。此外，前2個排序軸對物種和環(huán)境因子關(guān)系的累計貢獻(xiàn)率為49.39%，而所有排序軸對物種和環(huán)境因子關(guān)系的累計貢獻(xiàn)率達(dá)到73.34%。

由圖2可知，TEM與第1排序軸之間的相關(guān)性最高，而TN、NS和PS與第2排序軸之間的相關(guān)性較大。入選的24種底棲動物主要分布于第一、三和四象限，其中優(yōu)勢種齒角石蠶、雙色矮突搖蚊、蚊型前突搖蚊、塔馬特維搖蚊與NS、TEM和PS呈現(xiàn)正相關(guān)，而與AN、TN呈負(fù)相關(guān);擬細(xì)裳蜉、齒角石蠶和卵蘿卜螺與TN和PS呈正相關(guān)，而與NS和TEM呈負(fù)相關(guān);湖生短絲蜉、鉤蝦與NS、AN和TEM呈正相關(guān)，而與PS和TN呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。

3 討論

3.1 大型底棲動物種類多樣性

呼瑪河韓輝套子春季大型底棲動物共鑒定出3門5綱36種，其中昆蟲綱底棲動物種類最多，其次為腹足綱，而寡毛綱、軟甲綱和蛭綱種類相對較少。目前，有關(guān)呼瑪河底棲動物研究報道較少，唐富江等對呼瑪河干流的底棲動物種類進(jìn)行了調(diào)查，結(jié)果顯示昆蟲綱底棲動物的種類最多，其次為腹足綱，而其他種類均較少[19]，本研究的調(diào)查結(jié)果與之相一致。推測呼瑪河下游干、支流水體中主要以昆蟲綱和腹足綱底棲動物為主，這與黑龍江中游及松花江干流的研究結(jié)果相似，符合東北地區(qū)山溪性冷水型河流底棲動物的生態(tài)類群特征[12，20]。

研究發(fā)現(xiàn)，底棲動物依據(jù)其生態(tài)類型不同，在水域空間分布上會存在一定差異和不均勻性[21-22]。春季，在韓輝套子10個采樣站點中出現(xiàn)頻率較高的底棲動物分別為漸變長跗搖蚊、齒角石蠶和卵蘿卜螺，而其他種類出現(xiàn)頻率均較低，說明采樣河段底棲動物種類豐富，但其分布具有一定的空間差異。從生物多樣性指標(biāo)來看，韓輝套子底棲動物豐富度指數(shù)（d）均值為1.685 7，多樣性指數(shù)（H′）均值為1.468 8，兩者均指示水體呈現(xiàn)出中污染狀態(tài)，生物學(xué)污染指數(shù)（BPI）均值為0.785 6，指示水體呈現(xiàn) β-中污染狀態(tài)，而均勻度指數(shù)（J）均值為 0.718 8，指示水體清潔無污染，從這些水質(zhì)生物評價指標(biāo)來看，呼瑪河韓輝套子春季水體呈現(xiàn)一定程度污染狀態(tài)，這與距離較近的黑龍江干流黑河段春季水質(zhì)狀況相似[12]。此外，研究還發(fā)現(xiàn)春季韓輝套子水質(zhì)指標(biāo)中大多數(shù)指標(biāo)正常，顯示水質(zhì)良好，而總磷含量嚴(yán)重超標(biāo)，指示水質(zhì)為Ⅴ類，這結(jié)果與生物評價結(jié)果類似，推測造成該水域水體污染的原因可能為沿岸農(nóng)田使用化肥、農(nóng)藥的土壤經(jīng)雨水沖刷流入河道所致，相關(guān)部門應(yīng)加強對沿岸農(nóng)田施肥撒藥的管控，以逐步恢復(fù)呼瑪河支流韓輝套子的水質(zhì)狀況。

3.2 大型底棲動物與水質(zhì)指標(biāo)的關(guān)系

諸多研究表明，水體底質(zhì)生境特征及水質(zhì)理化因子均會對底棲動物的種類分布、豐度等造成重要的影響[23-24]。Belinda等指出水溫可直接影響底棲動物的群落特征，如搖蚊類和寡毛類水生昆蟲均以幼蟲形式越冬，故春季幼蟲羽化數(shù)量較少，導(dǎo)致其豐度相對較高，而生物量較低[25]。本研究CCA排序結(jié)果顯示，水溫是影響第1排序軸最關(guān)鍵的水質(zhì)指標(biāo)，且與搖蚊類及齒角石蠶等優(yōu)勢種相關(guān)性較高，說明韓輝套子春季水溫差異對該類底棲動物的豐度和分布造成了顯著影響。優(yōu)勢種中卵蘿卜螺的主要影響指標(biāo)是總氮，說明該類螺能夠適應(yīng)偏酸性水域，推測與其棲息水域底泥肥厚、有機質(zhì)豐富有關(guān)，與李朝等的研究結(jié)果[26]相似。湖生短絲蜉、鉤蝦等底棲動物主要棲居于較清潔的河流、湖泊或濕地中[27]，作為呼瑪河支流韓輝套子春季底棲動物優(yōu)勢種，主要出現(xiàn)在站點H2、H3和H4，可能與該河段較窄、底質(zhì)主要為礫石及有機碎屑有關(guān)，而且湖生短絲蜉、鉤蝦均受水質(zhì)指標(biāo)中氨氮和硝酸鹽的影響較大。此外，CCA分析結(jié)果中相對重要性指數(shù)（IRI）>10的種類主要分布于第一和第三象限，分別受氨氮和磷酸鹽的主要影響?？傮w來講，呼瑪河韓輝套子春季大型底棲動物豐度和分布區(qū)域主要受水溫、硝酸鹽、總氮、氨氮和磷酸鹽的影響，這些指標(biāo)是影響韓輝套子底棲動物多樣性變化的關(guān)鍵水質(zhì)指標(biāo)，但這些指標(biāo)對各類底棲動物的影響存在一定差異。

呼瑪河韓輝套子春季大型底棲動物平均豐度為106.76 ind/m2，顯著高于黑龍江中游春季底棲動物的平均豐度（69.64 ind/m2）[12]，說明韓輝套子春季大型底棲動物資源量豐富，且調(diào)查水域大型底棲動物優(yōu)勢種中搖蚊幼蟲種類較多，推斷其能夠滿足大麻哈魚幼魚降海洄游前生長發(fā)育的餌料需求。

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