江蘇北部內陸水域大型底棲生物群落特征及時空格局

殷稼雯 李加男 張增 劉小維 張振宇 劉燕山 谷先坤 李大命 張彤晴 許浩

摘要：為了解江蘇省北部內陸水域的大型底棲動物群落結構并通過多樣性指數進行生態健康評價，于2016年12月至2018年3月對江蘇北部內陸水域10個水體進行調查。本次調查共設置87 個采樣點，獲得大型底棲動物68種，隸屬于3門8綱22科，其中腹足綱所占比例最高，其次是寡毛類。調查水域的群落結構存在季節性和地域間差異，群落數量特征和結構復雜性表現為春季、夏季和冬季均高于秋季。10個水體年平均密度為64.64 ind./m2，各湖泊間在季節梯度上生物量差異顯著（P<0.05），而水體之間密度除春季和冬季無明顯差異外，其余季節均呈顯著差異（P<0.05）。水質評價結果顯示，不同水體間生物多樣性和豐富度都存在明顯差異?？傮w而言，江蘇北部內陸水域底棲動物群落結構相對復雜，整體水質仍有待改善。

關鍵詞：內陸水域;群落結構;生物多樣性;大型底棲動物;時空格局

中圖分類號：S181?文獻標志碼：A?文章編號：1002-1302（2020）21-0261-08

底棲動物一般指生活史的全部或大部分時間生活在水體底部的無脊椎動物，是河流生態系統重要的組成部分，在維持生態系統平衡中發揮著重要的作用[1-4]。大型底棲動物大多以水體底部的有機物和碎屑為營養物質，可將沉積物消減和轉化，在水體自凈功能中起到重要作用。尤其是搖蚊和寡毛類等類群效果更為顯著[5]。并且大型底棲動物因生命周期相對較長、移動能力相對較差、生物多樣性高、分布范圍較廣和對環境變化敏感等多項優點，可有效反映水生態系統的健康狀況，因此已被廣泛應用于一些國家的水質監測標準中[6-7]。此外，大型底棲動物因河流、湖泊、河道和湖庫等流域環境的不同，類群組成和數量也會呈現差異性，故了解大型底棲動物的群落結構和時空分布，對流域水環境的保護和修復具有重要的科學意義。

江蘇省位于長江及淮河的下游，內陸水域面積為14 556 km2，占全省面積的14.19%。江蘇水系是全國水網密度最大的地區之一，湖泊共約110個，總水面面積達6 260 km2;河流多處于平原地區，水體流速緩慢;還包括一些防汛和水利工程的水庫和河道等，為漁業生產及生活供水提供了優越的條件。然而近幾十年來，由于人類活動和自然因素的影響，例如水壩建設、氣候變化、采砂和水污染等，造成許多地理水系的生態環境遭受嚴重破壞，不僅使生境破碎化和衰退，而且使得其中的水生生物多樣性和穩定性也受到威脅[8]，尤其在江蘇北部地區表現尤為嚴重。

目前，國內外已經開展了許多關于大型底棲動物的研究，但大多集中于單個河流、湖泊和水庫等的研究，對于江蘇省局部單個水域的研究雖已有大量報道[9-11]，但對于江蘇省北部整體內陸水域的研究卻鮮有報道。因此，本研究在江蘇省北部開展基于大型底棲動物的生態調查，分析底棲動物的種類組成、群落結構和時空格局，從而揭示江蘇北部內陸水域中大型底棲動物的分布特點和群落演替規律，以期為江蘇水環境的管理和生態系統保護修復和生物多樣性保護提供理論依據和數據支持。

1 材料與方法

1.1 研究區域概況及采樣點設置

本次研究主要以江蘇北部地區的洪澤湖、駱馬湖、白馬湖、陡湖、金湖、射陽湖和黃墩湖等7個湖泊和淮河，以及安慶水庫和高塘水庫2個大型水庫共10個水體作為研究對象。江蘇北部大都地處溫帶季風氣候區，夏季高溫多雨，冬季寒冷干燥，年平均氣溫13.1～13.6 ℃。

2016年12月至2018年3月期間，分為4個季節對江蘇北部的主要水域進行大型底棲動物調查，依據湖泊的面積和人員的可達性均勻地布置點位，共設置87 個點，其中大型湖泊洪澤湖有24 個采樣點，駱馬湖有16 個采樣點，小型湖泊共14 個采樣點，2 個大型水庫中安慶水庫10個點位，高塘水庫7個點位。點位布設基本覆蓋了江蘇北部的主要流域的各種生境狀況。

1.2 樣品采集

依據各采樣點生境特點，采用開口面積為 1/16 m2 的改良彼得遜采泥器進行采集，選擇的每個樣點均采集3個平行樣品。將采集的表層沉積物樣品用40目的分樣篩過濾沖洗，帶回實驗室分揀生物樣品，置于80%乙醇標本瓶中保存。利用體式顯微鏡（Olympus SZX10）進行分類鑒定，搖蚊類鑒定盡可能定到種，其他水生昆蟲和寡毛類鑒定到屬或種，軟體動物鑒定到種。標本鑒定后計數，折算成每平方米的密度（ind./m2）和生物量（g/m2）;用萬分之一的電子天平秤其濕質量，并根據采樣面積換算各類種群的密度和生物量。

1.3 大型底棲動物統計分析方法

1.3.1 水質生物學評價指數 底棲動物群落結構特征采用Shannon多樣性指數（H′）[12]、Margalef豐富度指數（D）[13]和物種優勢度指數（Y）[14]。

（1）Shannon-Wiener多樣性指數公式：

式中：ni表示第i種的個體數，N表示總個體數，S表示物種總數。

（2）Margalef豐富度公式：

（3）優勢度指數公式為：

式中：fi為該物種出現的點位數占總數的百分比，當Y≥0.02時定為優勢種。

1.3.2 數據分析 利用SPSS 19.0中的雙因素方差分析對組間總體差異性進行顯著性檢驗，顯著水平設置為0.05。利用GraphPad Prism 6.01 軟件對大型底棲動物密度、生物量及多樣性指數作圖，使用Excel對優勢度進行分析和計算。

2 結果與分析

2.1 大型底棲動物群落結構和優勢種

本研究共采集大型底棲動物68屬（種），隸屬于3門8綱22科，其中對于整個江蘇北部地區來說，軟體動物物種數占比最多，其次是環節動物，節肢動物占比最少。在江蘇北部的10個水體中，不同類型的大型底棲動物會因季節的不同而發生改變，其中春季時節環節動物門多以寡毛類動物為主，占當季總物種數的32.5%;軟體動物門以腹足綱和雙殼綱為主，占當季總物種數的40%;節肢動物門以搖蚊類居多，占當季總物種數的27.5%。夏季時節以軟體動物中的腹足綱類動物為主，節肢動物門中的甲殼綱也占有一定比例，兩者共占總物種數的85.7%;環節動物和節肢動物僅占14.3%。秋季時節軟體動物門居絕對優勢，共占當季的92.5%，環節動物和節肢動物較少，占7.5%。冬季亦以軟體動物居多，占當季總數的80.6%，其他僅占19.4%。

3.2 底棲動物時間變化差異討論

大型底棲動物密度和生物量的季節變化較為顯著，這與溫度、生境類型類型、水體污染狀況等各種非生物因素息息相關，還與底棲動物的群落組成及不同群落的生活史特征密切相關[24-25]。本研究結果顯示，在江蘇北部內陸水域中，大型底棲動物秋季的密度最低，而在春、夏、冬3季中卻表現出較高密度，尤其在夏季時節密度最高。大部分湖泊春、夏2季多以腹足綱類為主，秋冬兩季則以寡毛類和搖蚊類為主。除冬季外，銅銹環棱螺及河蜆作為優勢種出現的頻率較高，這與銅銹環棱螺及河蜆從春季到秋季均可繁殖生長，且世代相對較長相關[26]。江蘇北部大型底棲動物的生物量變化在本次調查的季節中呈現冬季較高，其他季節相對較少，而且各湖泊間的差異也較為明顯，由此可見底棲動物生物量的季節變化需要長期的監測才能準確判斷[27]?？偟膩碚f，江蘇北部內陸水域中底棲動物群落存在顯著的季節變化，均表現冬季的物種分類單元數大于夏季。另外，相關研究表明底棲動物群落結構還受溫度變化的影響[28-29]，從而導致江蘇北部內陸水域大型底棲動物的年平均密度整體相對偏低，大型底棲動物的數量和組成隨著季節變化而有所不同。

3.3 大型底棲動物多樣性評價水環境健康討論

分析大型底棲動物動物群落多樣性常用指數為Margalef指數（D）和Shannon-Wiener指數（H′），本研究中發現在不同季節江蘇北部各水域Shannon-Wiener指數除春季和秋季外各水體相差不明顯。在春季調查中發現有6個水域屬于物種貧乏，為重度污染的水質;同時在秋季中也發現5個水域屬于物種多樣性貧乏。而夏、冬2季各湖泊大都屬于物種多樣性一般，中等水平的水質。而在Margalef指數的研究中發現，洪澤湖、駱馬湖、白馬湖、射陽湖和慶安水庫全年均屬于中度污染到輕度污染之間，而其余4個湖泊因季節的不同會呈現不同程度的污染狀況，這種沒有隨季節變化呈現線性變化的現象，可能是由于各湖之間的治理差異性所致。如戴雅奇等在對蘇河底棲動物的研究中發現，由于對蘇河的清淤治理，導致一段時間內大型底棲動物多樣性大幅度下降[4]。而在孫偉勝等對淮河流域的研究中發現，板橋水庫在施工干擾后大型底棲動物在一段時間內多樣性指數較高[27]。2類指數評價結果中均發現江蘇大型底棲動物多樣性不僅存在明顯的區域性差異，而且存在明顯的季節性變化。

4 結論

大型底棲動物是水生態系統中重要的生態類群，在水環境監測和評價中也發揮著重要作用。本研究發現，江蘇北部內陸水域中大型底棲動物的群落結構存在季節性差異，各湖泊間也存在極大差異，群落數量特征和結構復雜性表現為春季、夏季和冬季均高于秋季。在對水環境的監測中發現，江蘇北部大部分水域在不同時期均呈現重度-中度污染的類型，由此可見江蘇北部內陸水域的水質有待改善。

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