湖北省湖泊大型底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)及水質(zhì)生物學(xué)評價(jià)

胡成龍，姜加虎，陳宇煒，李金軒，蔡永久,3*

1. 東華理工大學(xué)，水資源與環(huán)境工程學(xué)院，江西 南昌 330013；2. 中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所，湖泊與環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京210008；3. 南京水利科學(xué)研究院，水文水資源與水利工程科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210029

湖北省湖泊大型底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)及水質(zhì)生物學(xué)評價(jià)

胡成龍1，姜加虎2，陳宇煒2，李金軒1，蔡永久2,3*

1. 東華理工大學(xué)，水資源與環(huán)境工程學(xué)院，江西 南昌 330013；2. 中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所，湖泊與環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京210008；3. 南京水利科學(xué)研究院，水文水資源與水利工程科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210029

大型底棲動(dòng)物是湖泊生態(tài)系統(tǒng)的重要生物類群，在生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)中起著重要作用。底棲動(dòng)物具有生命周期長、遷移能力較弱、對環(huán)境變化反應(yīng)敏感等特點(diǎn)，可有效指示湖泊生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況。湖北省是我國淡水湖泊分布最密集的區(qū)域之一，湖泊總面積為3 025 km2。近年來，伴隨著工農(nóng)業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)及城市化的快速發(fā)展，富營養(yǎng)化已成為本地區(qū)湖泊面臨的一個(gè)主要環(huán)境問題，并可能直接影響大型底棲動(dòng)物的群落結(jié)構(gòu)。目前關(guān)于本地區(qū)湖泊大型底棲動(dòng)物群落的研究還較少，為此本研究對湖北省27個(gè)淺水湖泊底棲動(dòng)物進(jìn)行了調(diào)查，并對水質(zhì)狀況進(jìn)行生物學(xué)評價(jià)。共采集到底棲動(dòng)物40種，隸屬于4門7綱18科，其中寡毛類5種，搖蚊幼蟲16種，軟體動(dòng)物雙殼類4種、腹足類8種?；舾λz蚓（Limnodrilus hoffmeisteri）、蘇氏尾鰓蚓（Branchiura sowerbyi）、花翅前突搖蚊（Procladius choreus）、中國長足搖蚊（Tanypus chinensis）、多巴小搖蚊（Microchironomus tabarui）及銅銹環(huán)棱螺（Bellamya aeruginosa）是本地區(qū)湖泊最常見的種類。所調(diào)查湖泊底棲動(dòng)物平均密度為32～1 243 ind·m-2，其中12個(gè)湖泊密度低于200 ind·m-2，搖蚊幼蟲和寡毛類對密度的貢獻(xiàn)較大，以搖蚊幼蟲占優(yōu)勢的湖泊有19個(gè)。底棲動(dòng)物平均生物量為0.034～460.7 g·m-2，生物量低于50 g·m-2的湖泊數(shù)量最多（19個(gè)），軟體動(dòng)物占優(yōu)勢的湖泊有16個(gè)，搖蚊幼蟲和寡毛類占優(yōu)勢的湖泊數(shù)量共11個(gè)。各湖泊底棲動(dòng)物物種數(shù)為3～14種，Margalef指數(shù)為0.71～2.33，Simpson指數(shù)為0.69～0.85，Shannon-Wiener為0.78～2.13，Spearman相關(guān)性分析結(jié)果顯示物種豐富度和三種多樣性指數(shù)與湖泊面積呈顯著正相關(guān)。BI（Hilsenhoff生物指數(shù)）評價(jià)結(jié)果顯示共11個(gè)湖泊為一般和輕度污染（6.01～7.44），中度污染湖泊數(shù)量為13個(gè)（7.57～8.47），長湖（8.52）、上津湖（8.65）和玉湖（8.50）處于重污染狀態(tài)。

淺水湖泊；富營養(yǎng)化；大型底棲動(dòng)物；群落結(jié)構(gòu)；生物評價(jià)

湖北省位于長江中游地區(qū)，地勢西高東低，中部低平并向南敞開，地貌復(fù)雜多樣（張毅等，2010）。湖北省屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，降水豐沛，年均降水量800～1600 mm。湖北省素有“千湖之省”之稱，在長江、漢江兩岸的沖積平原上，分布著眾多的大小湖泊，是我國淡水湖泊分布最密集的區(qū)域之一（高如泰等，2011）。據(jù)清末、民國初年調(diào)查統(tǒng)計(jì)，湖北省水域面積在100畝（6.67 hm2）以上的湖泊有2000余個(gè)，水域面積約為2.6×104km2（姜加虎等，2009），到2005年湖泊總面積為3025 km2，僅為百年前的11.64%。20世紀(jì)50年代以來湖泊變化迅速，湖泊面積由50年代的約8503 km2減小至80年代的約2977 km2，發(fā)生在60—80年代的圍墾是造成湖泊萎縮的主要原因（張毅等，2010）。另一方面，隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，湖泊水體污染日趨嚴(yán)重，成為一個(gè)嚴(yán)重的環(huán)境問題。（嚴(yán)平川等，2004）對全省29個(gè)主要湖泊的研究表明，全年期水體質(zhì)量評價(jià)為Ⅰ–Ⅲ類的湖泊共13個(gè)，Ⅳ類湖泊6個(gè)，Ⅴ類和劣Ⅴ類共10個(gè)。富營養(yǎng)評價(jià)結(jié)果顯示，全年期評價(jià)為中營養(yǎng)型的湖泊16個(gè)，富營養(yǎng)湖泊12個(gè)。

水環(huán)境的惡化會對湖泊生態(tài)系統(tǒng)中的生物類群產(chǎn)生極大的影響。因此，弄清主要生物類群的種類組成、群落結(jié)構(gòu)、多樣性及時(shí)空格局等特征，對合理利用湖泊資源，改善湖泊水質(zhì)具有現(xiàn)實(shí)意義（姜蘋紅等，2012；沈忱等，012）。大型底棲動(dòng)物作為湖泊生態(tài)系統(tǒng)的重要類群，在生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)中起著重要作用。此外，由于底棲動(dòng)物壽命較長，遷移能力較弱，對環(huán)境變化反應(yīng)敏感，受外界干擾后群落結(jié)構(gòu)及多樣性將會發(fā)生明顯改變，已廣泛應(yīng)用于水質(zhì)生物監(jiān)測和評價(jià)（DOLéDEC和STATZNER，2010；陳小華等，2013；李斌等，2013）。以往對湖北省主要湖泊底棲已有較多研究。如（王琴等，2010）對武漢東湖水網(wǎng)區(qū)15個(gè)水體底棲動(dòng)物進(jìn)行了調(diào)查，（鄔紅娟等，2005）研究了武漢11個(gè)湖泊底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)，（謝志才等，2007）研究了保安湖底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)與空間格局。但這些研究主要針對少數(shù)幾個(gè)湖泊或局域的分析，缺乏對全省主要湖泊底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的研究。本研究于2008年8月對湖北省面積大于10 km2的主要湖泊（圖1）底棲動(dòng)物進(jìn)行調(diào)查，分析底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)特征，并用Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Hilsenhoff生物指數(shù)（BI）對各湖泊進(jìn)行生物學(xué)評價(jià)，希望本文的研究結(jié)果能為湖北省湖泊的保護(hù)和管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

圖1 本研究中湖北省湖泊分布圖Fig.1 Spatial distribution of the studied lakes in Hubei Province

1 材料與方法

根據(jù)湖泊面積大小，在敞水區(qū)布設(shè)2～7個(gè)采樣點(diǎn)，底棲動(dòng)物定量采集用1/16 m2改良彼得森采泥器，每個(gè)采樣點(diǎn)采集1～2次。采得泥樣經(jīng)60目尼龍篩洗凈后，剩余物至于白磁盤中將底棲動(dòng)物活體逐一挑出，樣本用10%福爾馬林溶液保存。樣品帶回實(shí)驗(yàn)室鑒定至盡可能低的分類單元，統(tǒng)計(jì)各個(gè)分類單元的數(shù)量，然后用濾紙吸去表面固定液，置于電子天平上稱重，最終結(jié)果折算成單位面積的密度和生物量。

根據(jù)本次調(diào)查所采集到的各湖泊底棲動(dòng)物物種密度，結(jié)合以下三種多樣性指數(shù)，對湖北省湖泊現(xiàn)階段底棲動(dòng)物多樣性進(jìn)行評價(jià)。

式中, S為群落內(nèi)的物種數(shù)量，ni為第i個(gè)種的個(gè)體數(shù)，N表示所有種類總個(gè)體數(shù)。

式中：ni為第i分類單元的個(gè)體數(shù)；ti為第i分類單元的耐污值；N為各分類單元的個(gè)體總和；S為分類單元數(shù)。水質(zhì)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為：BI=0～3.50，極清潔；3.51～4.50，很清潔；4.51～5.50，清潔；5.51～6.50,一般；6.51～7.50，輕度污染；7.51～8.50，中度污染；8.51～10.0，嚴(yán)重污染。無脊椎動(dòng)物的耐污值主要參考王建國等（2003）、王備新和楊蓮芳（2004）的資料。

表1 湖北省湖泊大型底棲動(dòng)物名錄Table1 Taxa list of macrozoobenthos of the 27 lakes in HuBei Province

2 結(jié)果

2.1 種類組成

共采集到底棲動(dòng)物40種（表1），隸屬于4門7綱18科，其中寡毛類5種（占總物種數(shù)的12.5%），搖蚊幼蟲16種（40.0%），軟體動(dòng)物雙殼類4種（10.0%）、腹足類8種（20.0%），其它類7種（17.5%）。從物種的出現(xiàn)率看，霍甫水絲蚓（Limnodrilus hoffmeisteri）、蘇氏尾鰓蚓（Branchiura sowerbyi）、花翅前突搖蚊（Procladius choreus）、中國長足搖蚊（Tanypus chinensis）、多巴小搖蚊（Microchironomus tabarui）及銅銹環(huán)棱螺（Bellamya aeruginosa）是本地區(qū)最常見的種類，出現(xiàn)率均超過15。

2.2 密度和生物量

續(xù)表1

圖2為湖北省湖泊底棲動(dòng)物密度和生物量分布格局。總體而言，各湖泊間生物量較密度的變化更大。所調(diào)查湖泊底棲動(dòng)物平均密度為32～1243 ind·m-2，最高值約為最低值的39倍，密度最高的湖泊為大冶湖，最低的湖泊為玉湖。從底棲動(dòng)物密度的分布圖可以看出（圖3），密度屬于0～200 ind·m-2的湖泊數(shù)量最多，共有12個(gè)；密度為200～400 和400～600 ind·m-2的湖泊數(shù)量相當(dāng)，分別為5個(gè)和6個(gè)，密度高于600 ind·m-2的湖泊數(shù)量較少，共4個(gè)。生物量方面，平均生物量為0.034～460.7g·m-2，最高值可達(dá)最低值的13712倍，變幅遠(yuǎn)大于密度的變化，可見底棲動(dòng)物資源量在不同湖泊間差異極大。生物量高值出現(xiàn)在草型湖泊大冶湖和網(wǎng)湖，分別為460和401 g·m-2，低值出現(xiàn)在漲渡湖、上津湖、牛浪湖、策湖、花馬湖、玉湖和白潭湖，生物量均低于1.0 g·m-2。從生物量的分布圖可以看出，生物量低于50 g·m-2的湖泊數(shù)量最多，共19個(gè)，主要優(yōu)勢類群為寡毛類和搖蚊幼蟲；生物量為50～100 g·m-2和100～150 g·m-2的湖泊數(shù)量分別為2個(gè)和4個(gè)，軟體動(dòng)物占據(jù)優(yōu)勢；生物量高于的400 g·m-2湖泊僅2個(gè)，軟體動(dòng)物占據(jù)絕對優(yōu)勢。

從底棲動(dòng)物不同類群所占比重可以看出。密度方面，以搖蚊幼蟲占優(yōu)勢的湖泊數(shù)量最多，共計(jì)19個(gè)，其中所占比重超過80%就有6個(gè)；寡毛類在各個(gè)湖泊中都占據(jù)一定比重，高于10%的湖泊有17個(gè)，高于20%的有10個(gè)；軟體動(dòng)物比重較高的湖泊共7個(gè)，多為大型湖泊。生物量方面，由于軟體動(dòng)物個(gè)體較大，其在大部分湖泊占據(jù)優(yōu)勢，其占優(yōu)勢的湖泊共16個(gè)，其中有14個(gè)湖泊所占比重高于90%，軟體動(dòng)物占優(yōu)勢的主要為腹足綱螺類；搖蚊幼蟲和寡毛類雖然個(gè)體較小，但其占優(yōu)勢的湖泊數(shù)量亦有11個(gè)。

圖2 湖北省湖泊底棲動(dòng)物密度和生物量Fig.2 Macrozoobenthos abundance and biomass of the studied lakes in HuBei Province

圖3 湖北省湖泊底棲動(dòng)物密度和生物量分布直方圖Fig.3 Histograms of macrozoobenthos abundance and biomass of the studies lakes in HuBei Province

2.3 多樣性

圖4 湖北省湖泊底棲動(dòng)物主要類群相對密度和相對生物量Fig.4 Relative abundance and biomass of macrozoobenthos of the studied lakes in HuBei Province

圖5 湖北省湖泊底棲動(dòng)物物種豐富度和多樣性Fig.5 Species richness and biodiversity of macrozoobenthos of the studied lakes in HuBei Province

圖5為本次調(diào)查各湖泊底棲動(dòng)物物種豐富度和三種物種多樣性指數(shù)?？梢钥闯鏊{(diào)查湖泊的底棲動(dòng)物物種豐度較低，平均值為8種，種類數(shù)高于10種的湖泊數(shù)量僅有10個(gè)，最大值也僅為14種，出現(xiàn)在網(wǎng)湖，最低值僅3種，出現(xiàn)在玉湖。Margalef指數(shù)為0.71～2.33，平均值為1.31。Simpson指數(shù)平均值為0.69，最大值為0.85，出現(xiàn)在網(wǎng)湖，最低值僅0.41，出現(xiàn)在玉湖。Shannon-Wiener多樣指數(shù)平均值為1.55，最高值出現(xiàn)在網(wǎng)湖，為2.13，最低值為0.78，出現(xiàn)在玉湖。從圖5可以看出，隨著湖泊面積減小，物種豐富度、Margalef指數(shù)、Simpson指數(shù)和Shannon-Wiener指數(shù)呈降低趨勢。Spearman相關(guān)性分析結(jié)果表明，物種豐富度和三種多樣性指數(shù)與湖泊面積呈顯著正相關(guān)。

2.4 水質(zhì)生物學(xué)評價(jià)

根據(jù)Shannon-Wiener指數(shù)評價(jià)污染狀況標(biāo)準(zhǔn)，所調(diào)查湖泊Shannon-Wiener指數(shù)得分均低于3.0，大部分湖泊處于中污染水平，共21個(gè)；洪湖和西涼湖處于輕污染水平；牛浪湖、嚴(yán)西湖、玉湖、白潭湖的得分低于1.0，處于重污染水平。BI評價(jià)結(jié)果顯示共11個(gè)湖泊為一般和輕度污染，中度污染湖泊數(shù)量為13個(gè)，長湖、上津湖和玉湖處于重污染（圖6）。Pearson相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)Shannon-Wiener指數(shù)與BI指數(shù)顯著負(fù)相關(guān)（r =-0.39，P = 0.049），表明兩種評價(jià)結(jié)果具有較好的一致性。

圖6 湖北省湖泊大型底棲無脊椎動(dòng)物BI指數(shù)得分Fig.6 Hilsenhoff biotic index of the studies lakes in HuBei province

3 討論

3.1 底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)及影響因素

本研究發(fā)現(xiàn)，軟體動(dòng)物占優(yōu)勢的湖泊主要為面積較大的湖泊，且總種類數(shù)較多，而搖蚊幼蟲和寡毛類占優(yōu)勢的湖泊多為小型湖泊，物種數(shù)較少。相關(guān)分析結(jié)果表明物種豐富度及多樣性指數(shù)與湖泊面積顯著正相關(guān)，表明湖泊面積是影響底棲動(dòng)物的多樣性一個(gè)重要因素。一般而言，湖泊面積越大，可提供底棲動(dòng)物棲息的生境也越多，從而可以支持更多的物種生存。關(guān)于物種數(shù)隨生境面積增加而增加，已在許多生物類群中被證實(shí)。如（HEINO，2000）發(fā)現(xiàn)湖泊面積是影響底棲動(dòng)物群落組成的重要因素。（OERTLI et al., 2002）發(fā)現(xiàn)池塘大小是決定蜻蜓目物種數(shù)的重要因子。底棲動(dòng)物與環(huán)境因子之間的關(guān)系非常復(fù)雜，一方面是影響底棲動(dòng)物的因子眾多，另一方面是不同類群底棲動(dòng)物對同一環(huán)境因子的響應(yīng)差異較大，加之在不同條件下環(huán)境因子的影響也隨之變化，此外不同環(huán)境因子對底棲動(dòng)物的影響往往是綜合的，而不是獨(dú)立作用的。本研究發(fā)現(xiàn)湖北省大部分湖泊底棲動(dòng)物優(yōu)勢類群為寡毛類和搖蚊幼蟲，群落結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出退化的趨勢，這可能主要與水體富營養(yǎng)化、水生植被衰退、漁業(yè)養(yǎng)殖等因素有關(guān)。

水體富營養(yǎng)化是本地區(qū)乃至整個(gè)長江中下游湖泊面臨的主要環(huán)境問題（秦伯強(qiáng)，2002；Le et al., 2010）。富營養(yǎng)化往往導(dǎo)致湖泊生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生顯著變化，底棲動(dòng)物作為一個(gè)重要組成部分也受到了嚴(yán)重影響。富營養(yǎng)化對底棲動(dòng)物的影響多是由于其導(dǎo)致的環(huán)境條件發(fā)生了顯著變化，富營養(yǎng)化可顯著改變底棲動(dòng)物棲息的理化環(huán)境，如溶氧、有機(jī)質(zhì)、沉積物粒徑大?。℉EISLER et al., 2008）。富營養(yǎng)化導(dǎo)致的大量藻類由于食物質(zhì)量較低很難被高營養(yǎng)級所利用，從而滯留在水體中，其中很大一部分會轉(zhuǎn)移到沉積物表層。藻類的分解降低了水體底層的溶氧含量，這直接限制了那些耐低氧能力較差種類的生存，即使是短時(shí)間的缺氧也可能對某些種類產(chǎn)生影響。另外，厭氧環(huán)境會增加沉積物中硫化物的含量，這也增加了其對底棲動(dòng)物的潛在毒性（DE JONGE et al., 2009）。富營養(yǎng)化往往伴隨著底棲動(dòng)物優(yōu)勢種從大個(gè)體的種類（如腹足綱、雙殼綱）轉(zhuǎn)變?yōu)樾€(gè)體的種類（如搖蚊幼蟲、寡毛類），底棲動(dòng)物的多樣性也顯著降低。這主要是因?yàn)樾€(gè)體的種類多為機(jī)會種，其具有較短的生活年限，因此對環(huán)境的適應(yīng)能力較強(qiáng)，在湖泊生態(tài)系統(tǒng)中主要為環(huán)節(jié)動(dòng)物和搖蚊幼蟲。相對而言，大個(gè)體種類生活史周期較長，一旦在某一生境中消失，其重建過程所需時(shí)間較長，若環(huán)境條件沒有得到改善，種群恢復(fù)必將受到抑制。富營養(yǎng)化的最終階段是底棲動(dòng)物可能只剩下數(shù)量驚人的一、二種顫蚓類甚至無種類分布。以東湖為例，上世紀(jì)60年代總氮和總磷約為0.5和0.07 mg·L-1左右（饒欽止和章宗涉，1980），現(xiàn)階段部分湖區(qū)的總氮和總磷超過5.0和0.2 mg·L-1，增長率超過10倍，已處于重富營養(yǎng)水平。底棲動(dòng)物也隨之發(fā)生了巨大變化，耐污能力強(qiáng)的寡毛類和搖蚊幼蟲密度和優(yōu)勢度大大增加，而瓣鰓類基本消失，底棲動(dòng)物的結(jié)構(gòu)也趨于簡單化。

高等水生植物不僅直接或間接地為底棲動(dòng)物提供了豐富的食物來源，而且使其生境更加多樣化。高度的生境異質(zhì)性不僅為底棲動(dòng)物帶來更多的攝食、繁殖和活動(dòng)場所，而且更有利于躲避捕食者的捕食，以及風(fēng)浪、水流對其造成的傷害，同時(shí)能有效改善水下光照和溶氧條件。研究表明，高等水生植物可為底棲動(dòng)物提供的單位表面積是裸露沉積物的10倍(謝志才等，2007)。前期對草型湖泊—保安湖扁擔(dān)塘湖區(qū)和藻型湖泊—東湖后湖的對比研究發(fā)現(xiàn)，草型湖泊的物種豐富度、生物量、多樣性均顯著高于藻型湖泊，草型湖泊的功能攝食類群主要以刮食者為主，而藻型湖泊主要以收集者為主（閆云君等，2005）。在軟體動(dòng)物方面，尤其以腹足類與水草的關(guān)系密切更明顯。它們把卵囊產(chǎn)在植物的莖或葉片上，或用水生植物叢生的地方作為生活或隱蔽的場所。以保安湖為例，2001年調(diào)查時(shí)，大部分湖區(qū)均被水生植物覆蓋，底棲動(dòng)物共采集到70個(gè)分類單元，其中軟體動(dòng)物腹足類11種，瓣鰓類2種。軟體動(dòng)物為保安湖密度的絕對優(yōu)勢類群，其密度（977 ind·m-2）占總密度的81.5%，其次為水生昆蟲（153 ind·m-2，12.8%）和寡毛類（50.0 ind·m-2，4.2%）。生物量方面，軟體動(dòng)物占了絕大部分（159.1 g·m-2，99.1%）。前五種優(yōu)勢種均為腹足類的種類，分別為紋沼螺（Parafossarulus striatulus）（359 ind·m-2）、白旋螺（Gyraulus albus）（336 ind·m-2）、長角涵螺（Alocinma longicornis）（98 ind·m-2）、方格短溝蜷（Semisulcospira cancelata）（66 ind·m-2）和銅銹環(huán)棱螺（66 ind·m-2）（謝志才等，2007）。在本次調(diào)查中，保安湖的水生植物僅零星分布，搖蚊幼蟲和寡毛類的占底棲動(dòng)物總密度比重接近50%，生物量方面盡管軟體動(dòng)物占優(yōu)勢，但主要為耐污能力較強(qiáng)的銅銹環(huán)棱螺。

底棲動(dòng)物與漁業(yè)的基本關(guān)系是作為經(jīng)濟(jì)水產(chǎn)動(dòng)物的天然餌料，并有較高的營養(yǎng)價(jià)值和能量轉(zhuǎn)化效率。一般而言，合理的漁業(yè)養(yǎng)殖規(guī)模和強(qiáng)度，可以有效地利用底棲動(dòng)物資源，而過度放養(yǎng)和投餌投肥則會對底棲動(dòng)物產(chǎn)生負(fù)面影響。河蟹養(yǎng)殖是目前湖北省湖泊漁業(yè)的一項(xiàng)支柱產(chǎn)業(yè)，對采用不同養(yǎng)殖方式的黃湖、龍感湖、牛山湖的研究發(fā)現(xiàn)，大量放養(yǎng)河蟹的湖泊底棲動(dòng)物物種總數(shù)顯著低于天然捕撈湖泊，且與圍欄外相比，螺類的個(gè)體偏小，圍欄內(nèi)底棲動(dòng)物密度和生物量也顯著低于圍欄外，且只有天然捕撈湖泊的25–40%（許巧情等，2003）。河蟹影響底棲動(dòng)物群落的途徑有兩條，一是直接攝食，二是破壞沉水植物的間接作用。魚類養(yǎng)殖也是目前湖北省湖泊的主要養(yǎng)殖種類，其中全湖承包養(yǎng)殖和圍網(wǎng)養(yǎng)殖對湖泊生態(tài)系統(tǒng)及底棲動(dòng)物的影響較大，承包者為追求產(chǎn)量，可能會投加大量的餌料和肥料，未食的餌料會沉降到沉積物表層，并在底泥中積蓄。研究發(fā)現(xiàn)，圍網(wǎng)內(nèi)（264 ind·m-2）和圍網(wǎng)外（456 ind·m-2）底棲動(dòng)物的密度相差接近一倍，此外網(wǎng)箱內(nèi)生物量也顯著低于網(wǎng)箱外，其主要原因是網(wǎng)箱內(nèi)沉積物營養(yǎng)物大量堆積，降低了水底溶解氧含量，使得底棲動(dòng)物數(shù)量減少（許巧情等，2009）。本研究發(fā)現(xiàn)隨著湖泊面積的減小，搖蚊幼蟲的優(yōu)勢度呈增加趨勢，這可能與湖泊的利用方式有關(guān)，大型湖泊保護(hù)相對較好，養(yǎng)殖方式也不是單一承包，水體營養(yǎng)狀態(tài)相對較低，這更有利于軟體動(dòng)物的生存。相比之下，中小型湖泊往往被全部承包進(jìn)行養(yǎng)殖，在管理過程中追求產(chǎn)量，投餌投肥量也相對較高，水體富營養(yǎng)化嚴(yán)重，導(dǎo)致耐污能力底棲動(dòng)物種類占據(jù)優(yōu)勢。

3.2 水質(zhì)生物學(xué)評價(jià)

生物指數(shù)法廣泛的應(yīng)用于評價(jià)水體環(huán)境質(zhì)量，常用的指數(shù)有Goodnight修正指數(shù)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Wright指數(shù)、FBI及BI生物指數(shù)等（吳東浩等，2011）。Shannon-Wiener多樣性指數(shù)是基于物種分類單元數(shù)，綜合考慮各物種的數(shù)量，從多樣性的角度判斷水質(zhì)狀況。但Shannon-Wiener指數(shù)僅反映了生物群落的結(jié)構(gòu)，對耐污種增多或耐污種取代敏感種的變化也不靈敏，且多樣性指數(shù)易受采樣方法、鑒定水平以及被研究水體生物區(qū)系的影響,評價(jià)的準(zhǔn)確度受到限制。BI生物指數(shù)是基于大型無脊椎耐污值的水質(zhì)生物評價(jià)指數(shù)，其考慮各物種本身的耐污能力及個(gè)體數(shù)量，能更為準(zhǔn)確地判斷水質(zhì)受污染程度（熊晶等，2012）。本研究采用兩種指數(shù)進(jìn)行評價(jià)，Shannon-Wiener評價(jià)結(jié)果顯示21個(gè)湖泊處于中度污染，BI評價(jià)結(jié)果顯示11個(gè)湖泊處于輕度和一般污染，13個(gè)湖泊為中度污染，Shannon-Wiener評價(jià)結(jié)果較BI指數(shù)評價(jià)結(jié)果污染嚴(yán)重，可能的原因是夏季底棲動(dòng)物一般多樣性較低，從而高估了污染的程度。寡毛類密度也是判斷湖泊水環(huán)境質(zhì)量的常用指數(shù)，Wright認(rèn)為寡毛類密度在100 ind·m-2以下時(shí)為無污染；100～999 ind·m-2時(shí)為輕微污染；1000～5000 ind·m-2時(shí)為中度污染。本研究中寡毛類密度最高值僅為360 ind·m-2，這是因?yàn)楣衙愊募久芏容^低，冬春季密度較高（閆云君等，2005），因此夏季調(diào)查結(jié)果不適合用Wright指數(shù)進(jìn)行評價(jià)。（嚴(yán)平川等，2004）水質(zhì)評價(jià)結(jié)果湖北省中營養(yǎng)湖泊有16，富營養(yǎng)湖泊12個(gè)，本研究BI評價(jià)結(jié)果中輕度污染和中度污染湖泊數(shù)量與水質(zhì)評價(jià)結(jié)果具有較好的一致性，但由于水質(zhì)評價(jià)結(jié)果未給出各湖泊的評價(jià)結(jié)果，且調(diào)查時(shí)間相差4年，無法對結(jié)果進(jìn)行深入比較。本研究結(jié)果表明水質(zhì)生物評價(jià)是評價(jià)水環(huán)境質(zhì)量的一個(gè)有效手段，在開展化學(xué)指標(biāo)監(jiān)測的同時(shí)，結(jié)合生物評價(jià)能更加準(zhǔn)確地判斷水體的污染狀況，并有助于探明水環(huán)境變化的原因和生態(tài)效應(yīng)。

4 結(jié)論

（1）湖北省27個(gè)湖泊共采集到底棲動(dòng)物40種，其中寡毛類5種，搖蚊幼蟲16種，軟體動(dòng)物雙殼類4種、腹足類8種?；舾λz蚓、蘇氏尾鰓蚓、花翅前突搖蚊、中國長足搖蚊、多巴小搖蚊、銅銹環(huán)棱螺是本地區(qū)湖泊最常見的種類。各湖泊底棲動(dòng)物物種數(shù)為3～14種，底棲動(dòng)物優(yōu)勢類群主要為寡毛類和搖蚊幼蟲。

（2）總體而言，本地區(qū)湖泊底棲動(dòng)物呈現(xiàn)結(jié)構(gòu)單一、物種豐富度低、耐污類群占優(yōu)的特征，湖泊面積是影響底棲動(dòng)物豐富度和多樣性的重要因素。BI指數(shù)評價(jià)結(jié)果顯示共11個(gè)湖泊為一般和輕度污染，中度污染湖泊數(shù)量為13個(gè)。生物評價(jià)結(jié)果與水質(zhì)評價(jià)結(jié)果具有較好的一致性，表明應(yīng)用底棲動(dòng)物指數(shù)可以有效地評價(jià)水環(huán)境質(zhì)量。

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Macrozoobenthic community structure and bioassessment of water quality of shallow lakes in Hubei province

HU Chenglong1, JIANG Jiahu2, CHEN Yuwei2, LI Jinxuan1, CAI Yongjiu2,3*
1. School of Water Resources & Environmental Engineering, East China Institute of Technology, Nanchang 330013, China; 2. State Key Laboratory of Lake Science and Environment, Nanjing Institute of Geography and Limnology, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China; 3. State Key Laboratory of Hydrology Water Resources and Hydraulic Engineering Science, Nanjing Hydraulic Research Institute, Nanjing 210029, China

s：Macrozoobenthos are an important component and play crucial roles in nutrient cycling and energy flow in lake ecosystems. Their relative longevity, general sedentary and variable sensitivity to pollution make them good indicators of lake ecosystem health. In Hubei province, there are numerous floodplain lakes, with a total area of 3 025 km2. However, with the development of extensive industry, agriculture, fishing and urbanization in recent decades, many lakes in this area have undergone eutrophication, exerting great pressures on macrozoobenthos. However, few studies have been conducted on macrozoobenthic assemblages in these lakes. In this study, we carried out an investigation on macrozoobenthos of 27 shallow lakes in Hubei Province, and lake water quality was assessed based on the characteristics of the macrozoobenthic assemblages. A total of 40 macrozoobenthic taxa belonging to 4 phylum 7 classes and 18 families were recorded from quantitative samples, including 5 oligochaetes, 16 chironomids, 4 bivalves and 8 gastropods. Limnodrilus hoffmeisteri, Branchiura sowerbyi, Proclakius choreus, Tanypus chinensis, Microchironomus tabarui, Bellamya aeruginosa showed high occurrence in these lakes. Average abundance ranged from 32 to 1 243 ind·m-2with 12 lakes lower than 200 ind·m-2, chironomids and oligochaetes dominated the community in abundance. Average biomass ranged from 0.034 to 460.7 g·m-2with 19 lakes lower than 50 g·m-2. The biomass of macrozoobenthos were dominated by molluscs in 16 lakes, and dominated by chironomids and oligochaetes in 11 lakes. Species richness ranged from 3 to 14 taxa, Margalef index varied between 0.71 and 2.33, and the minimum/maximum values of Simpson and Shannon-Wiener indices were 0.69/0.85 and 0.78/2.13, respectively. Species richness and three diversity indices were significantly and positively correlated with lake surface area. Hilsenhoff biotic index (BI) indicated that 11 lakes were lightly polluted (6.01–7.44), 13 lakes were moderately polluted (7.57–8.47), and Changhu (8.52), Shangjinhu (8.65) and Yuhu (8.50) were heavily polluted.

shallow lakes; eutrophication; macrozoobenthos; community structure; bioassessment

Q145; Q178

A

1674-5906（2014）01-0129-10

胡成龍, 姜加虎，陳宇煒, 李金軒, 蔡永久. 湖北省湖泊大型底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)及水質(zhì)生物學(xué)評價(jià)[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2014, 23(1): 129-138.

HU Chenglong, JIANG Jiahu, CHEN Yuwei, LI Jinxuan, CAI Yongjiu. Macrozoobenthic community structure and bioassessment of water quality of shallow lakes in Hubei Province [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2014, 23(1): 129-138.

國家重大科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目(2012CB956100)；國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(2012CB417000)；科技部基礎(chǔ)性工作專項(xiàng)項(xiàng)目(2006FY110600)

胡成龍（1988年生），男，碩士研究生，主要從事底棲動(dòng)物群落生態(tài)學(xué)研究。E-mail: longxiangyu222@163.com

*通信作者：蔡永久（1985年生），男，助理研究員，博士，主要從事底棲動(dòng)物生態(tài)學(xué)及水生態(tài)健康評價(jià)研究。E-mail：caiyj@niglas.ac.cn

2013-08-17