貴州草海濕地大型底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)及水質(zhì)生物學(xué)評(píng)價(jià)

陳方銀等

摘要：2014年7月至12月，對(duì)貴州草海濕地自然保護(hù)區(qū)9個(gè)采樣點(diǎn)的大型底棲動(dòng)物種類組成、分布和現(xiàn)存量進(jìn)行調(diào)查，利用指示生物結(jié)合生物學(xué)指數(shù)進(jìn)行水質(zhì)評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，草海濕地自然保護(hù)區(qū)大型底棲動(dòng)物物種種類豐富，生物多樣性較高，共發(fā)現(xiàn)大型底棲動(dòng)物29種，隸屬于3門6綱15科，昆蟲綱和腹足綱為絕對(duì)優(yōu)勢(shì)種，分別為6種、16種；寡毛綱2種，蛭綱2種，甲殼綱2種，瓣鰓綱1種，物種分析表明紋沼螺、靜水椎實(shí)螺、赤豆螺、蘇氏尾鰓蚓、雕翅搖蚊、卵蘿卜螺、葛氏米蝦、梨形環(huán)稜螺、擬釘螺、環(huán)足搖蚊為草海濕地優(yōu)勢(shì)種。草海濕地大型底棲動(dòng)物密度在各樣點(diǎn)呈現(xiàn)一定差異，DⅤ最大，為1 824 ind/m2，DⅦ最小，為96 ind/m2，在9采樣點(diǎn)中生物量值的變化范圍為2.74～557.03 g/m2，平均生物量為168.13 g/m2，Margalef指數(shù)平均值為1.62，Shannon-Wiener指數(shù)平均值為2.49，采用生物學(xué)污染指數(shù)（IBP）與Chandler生物指數(shù)（ICB）對(duì)草海濕地的水質(zhì)進(jìn)行生物評(píng)價(jià)，結(jié)果得出目前該水體處于中度污染狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：草海濕地；大型底棲動(dòng)物；群落結(jié)構(gòu)；生物學(xué)評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào)：X826 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2015）18-4446-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.18.015

大型底棲動(dòng)物通常指不能通過500 μm孔徑篩網(wǎng)的底棲動(dòng)物個(gè)體，它們是淡水生態(tài)系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，對(duì)了解生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能具有重要意義。底棲動(dòng)物除部分自身具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值外，既是魚類的天然佳餌，又是環(huán)境監(jiān)測(cè)的指示生物[1]。作為湖泊生態(tài)系統(tǒng)中的一個(gè)重要生態(tài)類群，大型底棲動(dòng)物在物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)中占有非常重要的地位，特別是其活動(dòng)能力弱、區(qū)域性強(qiáng)、生命周期長(zhǎng)以及對(duì)水環(huán)境反應(yīng)敏感等特點(diǎn)，可利用底棲動(dòng)物的種群結(jié)構(gòu)、優(yōu)勢(shì)種類、數(shù)量等參數(shù)來反映環(huán)境質(zhì)量狀況[2]。

貴州省威寧縣草海濕地為國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，“中國(guó)生物多樣性保護(hù)行動(dòng)計(jì)劃”將其列為一級(jí)保護(hù)濕地，草海濕地生態(tài)系統(tǒng)包括草海深水域、淺水沼澤和莎草濕地、草甸。草海濕地及集水域面積為96 km2，水域平均水深2 m。草海有著豐富的水生動(dòng)植物種類和較高生產(chǎn)力的水生生物群落，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能完整，為我國(guó)亞熱帶高原濕地生態(tài)系統(tǒng)的典型代表。

威寧草海濕地曾遭受到周圍鉛鋅冶煉及大量生活生產(chǎn)廢水的污染[3，4]，其水生態(tài)系統(tǒng)遭到嚴(yán)重破壞。目前關(guān)于威寧草海濕地水域的研究報(bào)道較少，而有關(guān)威寧草海濕地大型底棲動(dòng)物的研究尚未見報(bào)道。因此，本研究通過2014年冬季的調(diào)查，了解草海濕地底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)特征，從生物學(xué)角度對(duì)威寧草海濕地水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，為威寧草海濕地污染的進(jìn)一步整治提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 采樣點(diǎn)位置

按照湖泊調(diào)查規(guī)范，根據(jù)草海水域特點(diǎn)和生境特征，并參考《水庫(kù)漁業(yè)資源調(diào)查規(guī)范》[5]、《內(nèi)陸水域漁業(yè)自然資源調(diào)查手冊(cè)》[6]，設(shè)置9個(gè)區(qū)進(jìn)行采樣（圖1，表1），分別用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、ⅤⅥ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ表示。于2014年7～12月對(duì)草海進(jìn)行采樣。

1.2 采樣方法及樣品處理

大型底棲動(dòng)物采集使用彼得森采泥器（1/16 m2），依據(jù)各樣點(diǎn)生境特點(diǎn)，平均重復(fù)采集2～3次，泥樣經(jīng)60目尼龍篩洗凈后，置于白瓷盤中肉眼將動(dòng)物標(biāo)本揀出，用體積分?jǐn)?shù)為75%的乙醇溶液保存，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行鑒定、計(jì)數(shù)、稱量。標(biāo)本鑒定參照《淡水生物學(xué)》、《中國(guó)動(dòng)物圖譜（軟體動(dòng)物，第1冊(cè)、第4冊(cè)）》[7-9]。在實(shí)驗(yàn)室中將標(biāo)本鑒定至盡可能低的分類單元，稱量時(shí)先用濾紙吸去表面固定液，再置于分析天平上稱重，精確至0.000 1 g，結(jié)果最終折算成單位面積的密度和生物量，標(biāo)本用5%的甲醛溶液保存。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

Shannon-Wiener多樣性指數(shù)（H′）[10]

H′=-■Pilog2Pi

式中，S為樣品中總種類數(shù)量；Pi為第i種的個(gè)體數(shù)量（ni）與總個(gè)體數(shù)量（N）的比值（ni/N）。

Margalef物種豐富度指數(shù)（d）[11]：

d=（S-1）/log2N

式中，S為樣品中總種類數(shù)量；N為樣品中的生物總個(gè)體數(shù)量。

生物學(xué)污染指數(shù)（IBP）[12]：

IBP=lg（N1+2）/lg（N2+2）+/lg（N3+2）

式中，N1為寡毛類（Oligochaeta）、蛭類（Hirudinea）和搖蚊幼蟲（Chironomidae）個(gè)體數(shù)量；N2為多毛類（Annelida）、甲殼類（Crustacea）、除搖蚊幼蟲以外的其他水生昆蟲的個(gè)體數(shù)量；N3為軟體類（Mollusca）個(gè)體數(shù)量。

評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如下：IBP<0.1，表示清潔；0.1≤IBP<0.5表示輕污染；0.5≤IBP<1.5，表示β-中污染；1.5≤IBP<5.0，表示α-中污染；IBP≥5.0，表示重污染；無生物存在為嚴(yán)重污染。

Chandler生物指數(shù)（ICB）[13]是依據(jù)大型底棲無脊椎動(dòng)物類群對(duì)水體污染的敏感性差異及各類群出現(xiàn)的多度分別給予記分（表2）。物種多度分為5級(jí)，即樣本中1～2個(gè)個(gè)體為出現(xiàn)；3～30個(gè)為較少；31～50個(gè)為普遍；51～50個(gè)為較多；100個(gè)以上為很多。其中對(duì)污染敏感性高、多度也高的類群記分高；耐污染、多度又高的類群記分少；無大型底棲無脊椎動(dòng)物時(shí)ICB記為0。表2為部分類群在Chandler記分表中的賦值情況。根據(jù)表2計(jì)算出的總分評(píng)價(jià)采樣點(diǎn)水質(zhì)狀況，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如下：總分為0表示嚴(yán)重污染；0～45為重污染，45～300為中污染；>300為輕度污染或沒有污染。

根據(jù)大型底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，利用指示生物且結(jié)合水質(zhì)方面較常用的生物指數(shù)，Chandler生物指數(shù)（ICB）和生物學(xué)污染指數(shù)（IBP）對(duì)草海濕地自然保護(hù)區(qū)水體污染情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。

優(yōu)勢(shì)種的標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)優(yōu)勢(shì)度來確定的。根據(jù)陳亞瞿等[14]的優(yōu)勢(shì)種標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)物種優(yōu)勢(shì)度值Y>0.02時(shí)，該種即為優(yōu)勢(shì)種，其計(jì)算公式為：

Y=（ni/N）fi

其中N為采集到的所有種類的總個(gè)數(shù)，ni為第i種的個(gè)數(shù)，fi為該種在各采樣點(diǎn)出現(xiàn)的頻率。

以上生物指數(shù)均用Excel和SPSS 20.0軟件進(jìn)行處理分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 大型底棲動(dòng)物種類組成

大型底棲動(dòng)物共29種，隸屬于3門6綱15科，即環(huán)節(jié)動(dòng)物門、節(jié)肢動(dòng)物門、軟體動(dòng)物門，昆蟲綱（Custacea）、甲殼綱（Crustacca）、腹足綱（Gastropoda）、瓣鰓綱（Lamellibranchia）、寡毛綱（Oligochaeta）、蛭綱（Hirudinea）。從科級(jí)水平上分析（表3和表4）可知，腹足綱目科級(jí)組成最多，有6科16種，占總種數(shù)的55.17%，其中昆蟲綱2科6種，占總種數(shù)20.69%；其余4綱均低于7.00%。

2.2 大型底棲動(dòng)物的現(xiàn)存量

草海濕地大型底棲動(dòng)物密度變化范圍為96.00～1 824.00 ind/m2，平均密度為677.33 ind/m2，密度最高的區(qū)域?yàn)樯嫌蔚陌准揖祝? 400.00 ind/m2）和下游的保護(hù)區(qū)（1 824.00 ind/m2），最低的是上游的西海村（96.00 ind/m2）。由表5可知，密度低于200.00 ind/m2的區(qū)域主要分布于上游的西海村和顧家院子，共有2個(gè)；生物量方面，平均生物量為168.13 g/m2，由表2可知，生物量的分布變化情況與密度不同，最大值主要分布在中、下游地帶。

2.3 大型底棲動(dòng)物多樣性

研究結(jié)果表明，草海濕地大型底棲動(dòng)物物種豐富度較高，平均為8種，最高為18種，出現(xiàn)在中游的王家水井；最低為1種，出現(xiàn)在上游的顧家院子。Margalef指數(shù)變化范圍為0～3.99，平均值為1.62，最高出現(xiàn)在王家水井；Shannon-Wiener 指數(shù)為0～10.23，最大值出現(xiàn)在白家咀，最小值出現(xiàn)在顧家院子。從表5、表6可以看出，物種豐富度、Simpson 指數(shù)與Margalef指數(shù)生物學(xué)指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果基本一致，草海濕地目前水質(zhì)處于中污染狀態(tài)。

2.4 優(yōu)勢(shì)種

根據(jù)徐兆禮等[14]的優(yōu)勢(shì)種標(biāo)準(zhǔn)確定草海濕地大型底棲動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種有紋沼螺、靜水椎實(shí)螺、赤豆螺、蘇氏尾鰓蚓、雕翅搖蚊、卵蘿卜螺、葛氏米蝦、梨形環(huán)稜螺、擬釘螺、環(huán)足搖蚊共10種。

2.5 水質(zhì)生物學(xué)評(píng)價(jià)

通過對(duì)草海濕地9個(gè)采樣點(diǎn)的大型底棲動(dòng)物群落的調(diào)查與分析，利用生物學(xué)污染指數(shù)（IBP）、Chandler生物指數(shù)（ICB）評(píng)價(jià)該保護(hù)區(qū)水體狀況。由表6可見，根據(jù)IBP評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，西海村、嘍啰山和白家咀水體重污染，其他6區(qū)呈α-中度污染，草海濕地水體整體呈中污染；根據(jù)ICB評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，西海村、嘍啰山、白家咀和顧家院子重污染，草海濕地（核心保護(hù)區(qū)）水體整體呈中污染，其他5個(gè)水域?yàn)橹形廴尽?種評(píng)價(jià)水質(zhì)的方法得到的結(jié)果基本一致，由此可知，草海濕地（核心保護(hù)區(qū)）的水質(zhì)處于中度污染狀態(tài)，為此，要加強(qiáng)保護(hù)和加強(qiáng)環(huán)境監(jiān)測(cè)和管理是非常必要的，以防止水質(zhì)向重污染轉(zhuǎn)化。

3 小結(jié)與討論

3.1 大型底棲動(dòng)物與污染狀況的關(guān)系

在環(huán)境適宜的條件下，一般來說，其生物種類也較多，但由于競(jìng)爭(zhēng)，各種生物不但以有限的數(shù)量存在，且相互制約而維持著生態(tài)平衡。當(dāng)環(huán)境受到污染，不能適應(yīng)的生物或死亡或逃離，能適應(yīng)的生物由于競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的減少而個(gè)體數(shù)量大大增加，因此，一般認(rèn)為，水體內(nèi)的大型底棲動(dòng)物種類越多水質(zhì)越清潔，隨著水體污染程度的增加，水體內(nèi)大型底棲動(dòng)物的種類逐漸減少，對(duì)污染敏感的種類急劇減少，而一些耐受污染的種類，如顫蚓類的密度和生物量逐漸增多，成為污染水體的優(yōu)勢(shì)種[15]。本研究結(jié)果表明，草海濕地以蘇氏尾鰓蚓、搖蚊幼蟲等為主要優(yōu)勢(shì)種，搖蚊幼蟲作為輕度或中度污染的指示物種，種類和數(shù)量較多，這與本濕地水域?qū)嶋H污染狀況是一致的。這也與草海水域水流較緩、水溫較高、底質(zhì)為淤泥加之外源營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的輸入，使藻類和水生植物發(fā)育良好，為軟體動(dòng)物提供了食物和掩蔽場(chǎng)所相符。

同時(shí)，底棲動(dòng)物數(shù)量與水質(zhì)狀況的關(guān)系較其種類與水質(zhì)狀況的關(guān)系更為復(fù)雜，底棲動(dòng)物種類的減少可能伴有生物量增加的情況，如白家咀采樣點(diǎn)的搖蚊幼蟲出現(xiàn)大幅度密度增加的情況，但其底棲動(dòng)物種類遠(yuǎn)較其他幾個(gè)點(diǎn)少。

3.2 草海濕地大型底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的空間變化

研究發(fā)現(xiàn)草海濕地大型底棲動(dòng)物結(jié)構(gòu)組成具有一定的空間變化，核心保護(hù)區(qū)等中、下游地區(qū)采樣點(diǎn)大型底棲動(dòng)物的密度和生物量均比西海村等上游地區(qū)采樣點(diǎn)大，其水質(zhì)理化指標(biāo)顯示中、上游湖區(qū)（西海村）均比下游湖區(qū)（核心保護(hù)區(qū)）污染嚴(yán)重（嘍啰山除外，嘍啰山曾受鋅礦污染，屬于重污染區(qū)）。造成這種現(xiàn)象的原因主要是草海濕地是內(nèi)陸湖泊，草海濕地的主要污染源是周邊生活污水和城市污水的大量排放，同時(shí)也受降水等氣候條件的影響。一般來說，湖泊具有一定的自凈能力，中、下游湖區(qū)的透明度等指標(biāo)較上游湖區(qū)有所改善，但其變化不明顯，這也說明草海濕地污染的嚴(yán)重性，需要及時(shí)治理。草海濕地的9個(gè)采樣點(diǎn)，王家水井的底棲動(dòng)物種類在9個(gè)采樣點(diǎn)中最多，表明其水質(zhì)狀況最好，與實(shí)際情況完全一致。

3.3 改善草海濕地水質(zhì)狀況的對(duì)策

由于上游湖區(qū)（如西海村）是城區(qū)污染水源的主要排放點(diǎn)，也是游客經(jīng)常游玩的區(qū)域，為此，西海村采樣點(diǎn)呈重污染，并對(duì)中下游的水質(zhì)也造成較大影響。為治理草海濕地提出以下建議：第一，有關(guān)部門應(yīng)加大對(duì)城區(qū)排污或周邊生活用水的排放監(jiān)管力度，同時(shí)因地制宜，制訂草海濕地水域污染物排放限定標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)禁隨意向草海亂排污水及旅客亂扔垃圾的現(xiàn)象出現(xiàn)；第二，相關(guān)管理部門除了加強(qiáng)當(dāng)?shù)鼐用窦坝慰偷沫h(huán)保意識(shí)外，還可在湖區(qū)種植具有凈化水質(zhì)的水草，如菹草，以治理水質(zhì)，還可以作為觀賞植物。另外，從環(huán)境監(jiān)測(cè)的角度看，由于對(duì)草海濕地的監(jiān)測(cè)和治理是一個(gè)長(zhǎng)期和連續(xù)的工作，今后應(yīng)繼續(xù)開展草海濕地大型底棲動(dòng)物狀況及水質(zhì)評(píng)價(jià)研究，使對(duì)草海水體狀況的監(jiān)測(cè)更加全面系統(tǒng)，同時(shí)，有必要加大對(duì)草海濕地污染的治理力度。

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