安邦河湿地底栖动物群落结构与水质生物评价1)

刘曼红 陈 欢 阚春梅 董 雪

(东北林业大学，哈尔滨，150040)

湿地是重要的生态系统，被誉为“地球之肾”，具有调节气候、保护生物多样性、控制污染物等功能[1]。底栖动物既是鱼类的天然饵料，又加快了底泥中有机质的分解，在湿地生态系统中起着重要作用[2－3]，因其种类繁多、生活周期长、栖息范围固定、对干扰敏感、不同种类对水质敏感度差异大等特性被广泛作为生态健康指示生物[4－5]。安邦河国家湿地公园位于黑龙江省东北部集贤县，地理位置为131°06'12″～131°32'24″E，46°53'07″～ 47°03'54″N，总面积为1.03万hm2。共有国家级保护动物18种，其中兽类1种，鸟类17种。国家一级保护动物2种，分别为丹顶鹤(Grus japonensis)和大鸨(Otis tarda);国家二级保护动物16种，如:雀鹰(Accipiter nisus)、灰鹤(Grus grus)等。优势湿地植物为芦苇(Phragmites australis)、香蒲(Typha spp.)、金鱼藻(Ceratophyllum demersum)、眼子菜(Potamogeton spp.)、浮萍(Lemna spp.)、荇菜(Nymphoides peltatum)等。随着对湿地保护的日益重视，对湿地的研究也越来越多，研究和评价方法也越来越完善。常用的方法有典型对应分析(CCA)、生物多样性指数评价、Chandler生物指数(CBI)评价。这些方法都是通过研究底栖动物来评价湿地水环境质量。当前，覃雪波等[6－7]对安邦河湿地的浮游植物做过研究，刘茂奇等[8]在安邦河湿地西码头水域对底栖动物的研究显示该水域呈中营养化，有向富营养化转变的趋势。安邦河国家湿地公园旅游业发展比较迅速，游客的活动等人为干扰较大，水环境发生了巨大变化。本研究进一步对安邦河湿地不同水域的底栖动物的群落结构和水质进行评价，为安邦河湿地水生生物多样性保护、生态恢复和管理提供科学依据。

1 研究方法

1.1 采样点布位

根据安邦河湿地自然保护区的环境特点，分4个研究水域(图1)，即:西码头水域5个样点，为湿地旅游的重要水域，挺水植物主要为芦苇和香蒲，沉水植物以金鱼藻为优势种;荷花池5个样点，主要是人工种植的荷花，东北菱角和荇菜形成斑块状分布于池中，香蒲、芦苇，以及少量狭叶甜茅分布在沿岸带，沉水植物较少;湿地恢复区5个样点，中央区植被以芦苇为主，浮萍密布于挺水植物间的水面，沿岸带为香蒲和少量林地早熟禾丛;白鹭湖3个样点，优势种为金鱼藻、眼子菜、芦苇和香蒲。4个研究水域无水流相通。

图1 安邦河湿地采样点示意图

1.2 样品的采集、保存与鉴定

底栖动物样品于2012年9月采集，使用改良的peterson采泥器(1/16 m2)和自制D形网(0.3 m宽，40目尼龙纱)，其中心区域使用彼德生采泥器采集;靠近岸边有挺水植物的区域使用D形网搅动底泥和水体，采集面积为0.5 m2。采集到的底泥置于过滤筛中，用清水冲洗，挑拣出底栖动物，初步分类放入玻璃试管内，用75%的酒精固定，带回实验室后进行物种鉴别和数量统计。

1.3 水环境因子的测定

在采集底栖动物样品的同时测定水环境理化因子，所测指标有水深、pH、水温、氧化还原电位。pH、水温、氧化还原电位数据利用HANNA公司生产的Hi8424型酸度计现场测量。

1.4 数据处理

典型对应分析(CCA):通过CANOCO 4.5软件包进行CCA分析，探讨底栖动物与环境因子之间的相关性，制作出底栖动物与环境因子CCA分析二维排序图，得到图中各轴重要值、物种变量、物种—环境因子的累计百分数、环境因子的典型对应分析矩阵。

生物多样性指数:采用Margalef物种丰富度指数(D)[9]、Shannon－Wiener 多样性指数(H')[10]和Pielou均匀度指数(J')[11]分析安邦河湿地底栖动物的生物多样性。根据蔡立哲等[12]对沉积环境有机质污染评价的标准，将污染等级分为5类，无底栖动物，严重污染;H'≤1，重污染;1＜H'≤2，中度污染;2＜H'≤3，轻度污染;H'＞3，清洁。

生物学污染指数:各种底栖动物对环境污染的耐受性不同，敏感种类会随着污染加重而快速减少甚至消失，而耐污种类在一定污染程度内仍能存活甚至数量会出现大幅度上升。通过对寡毛类、摇蚊幼虫等耐污种与多毛类、甲壳类等敏感种的多度进行数据转换，计算生物学污染指数(BPI)，以评价水质污染程度[13－15]。IBP≤0.1，表示清洁;0.1＜IBP≤0.5表示轻污染;0.5＜IBP≤1.5，表示 β－中污染;1.5＜IBP≤5，表示α－中污染;IBP＞5，表示重污染;无生物存在为严重污染[15]。

Chandler生物指数(CBI):CBI是根据大型无脊椎动物不同类群对水体污染的敏感性差异及各类群出现的多度分别给予记分(表1)。物种多度分为5级，样本中有1～2个个体为出现;3～30个为少;31～50个为普遍;51～100个为多;100个以上为很多。对污染敏感性高、多度也高的类群记分高;耐污染、多度又高的类群记分少;无大型无脊椎动物时CBI记为0。根据表1计算出的总分评价采样点水质状况，总分为0表示严重污染;0～45表示重污染;45～300表示中度污染;＞300表示轻度污染或未污染[16]。

表1 安邦河湿地部分底栖动物Chandler(CBI)记分

优势种分析:y=(ni/N)fi。式中:N为所有种个体总数;ni为第i种的个体数;fi为该种在各样品中出现的频率;当 y＞0.02 时，该种即为优势种[17]。

2 结果与分析

2.1 底栖动物群落组成

共采集底栖动物431个，鉴定出37种，隶属于3门，5纲，7目，21科。其中软体动物门7种(腹足纲4种，瓣鳃纲3种)，占总物种数的18.92%;节肢动物门27种(仅昆虫纲)，占总物种数的72.97%;环节动物门3种(寡毛纲2种，蛭纲1种)，占总物种数的8.11%。从数量上，软体动物以萝卜螺(Radix sp.)和白旋螺(Gyraulus albus)最多，节肢动物以摇蚊(Chironomidae)最多(表2)。

2.2 优势种

安邦河湿地底栖动物优势种在4个水域有一定的差异。西码头的优势种为卵萝卜螺(Radix ovata)、白旋螺、花翅摇蚊(Chironomus kiiensis)、黄色羽摇蚊(Chironomus flavplumus)、德永雕翅摇蚊(Glyptotendipes tokunagai)、背摇蚊(Chironomus dorsalis)、浅白摇蚊(Glyptotendipes pallens)、苍白摇蚊(Chironomus pallidivittatue)、叶二叉摇蚊(Dicrotendipus lobifer)、猛摇蚊(Chironomus acerbiphilus)、划蝽(Signa distanti);荷花池的优势种是卵萝卜螺、耳萝卜螺(Radix ovata)、白旋螺、幽蚊(Chaoborus sp.)、黄色羽摇蚊;恢复区的优势种是卵萝卜螺、白旋螺、赤豆螺(Bithynia fuchsiana)、Lestes temporalis、Hydrocassis sp.、小粒龙虱(Noteridae sp.)、负子蝽(Sphaerodema rustica);白鹭湖的优势种是花翅摇蚊、卵萝卜螺和白旋螺。

表2 安邦河湿地底栖动物名录

2.3 栖息密度

安邦河湿地底栖动物的栖息密度很低，为(390±422)个·m－2，最高值为 1424 个·m－2，出现在西码头水域内。4个水域的底栖动物栖息密度最高的是西码头水域，为(822±463)个·m－2，其次是白鹭湖、荷花池、恢复区水域，分别为(560±10)、(280±181)、(38±22)个·m－2。

2.4 水环境因子

安邦河湿地各水域水体温度差异不大，氧化还原电位在白鹭湖较低，为(139.00±0.02)mV，恢复区最大(195.00±5.74)mV;各水域水体偏碱性，pH 值均超过 8 以上，最高达 10.91±0.05，所有采样点在保护区的公园景区内，人为干扰较大，其中恢复区在7年前曾是农田，使用过大量农药和化肥，这可能是采样点水体呈碱性的原因(表3)。

表3 安邦河湿地水环境理化因子

2.5 典型对应分析

安邦河湿地环境因子CCA分析的前两轴的重要值分别为0.628和0.449，种类与环境因子的相关系数达0.993和0.928，且物种—环境变量累计分数高达73.8，说明排序图很好地反映了底栖动物与环境因子间的关系，第1轴的贡献率最大(表4)。水深、氧化还原电位、水温与第1轴呈正相关，相关系数分别为 0.647、0.358、0.048，pH 值与第 1 轴呈负相关，相关系数为－0.107。4个环境因子均与第2轴呈负相关。摇蚊科幼虫(C14～C25)与pH成正相关。可见，水深是影响安邦河湿地底栖动物的主要环境因子(图2)。

图2 底栖动物与环境因子CCA二维排序

2.6 生物多样性指数

安邦河湿地各生物多样性指数如表5，丰富度指数最高的是西码头，达1.59，多样性指数和均匀度指数最高的都是白鹭湖，分别为 2.65、0.84，3 个指数的最低值都在荷花池，丰富度指数、多样性指数、均匀度指数分别为 0.88、1.62、0.68。

表4 CCA轴上环境因子的典型相关系数矩阵

表5 安邦河湿地底栖动物多样性指数

2.7 水体污染状况评价

通过对安邦河湿地4个水域的底栖动物群落的调查与分析，利用Shannon－Wiener多样性指数、生物学污染指数(BPI)和Chandler生物指数(CBI)评价该保护区园区水体状况。由表6可见，西码头和白鹭湖水体轻度污染，荷花池和恢复区呈中度污染，安邦河湿地水体整体呈轻中污染;根据BPI评价标准，白鹭湖呈轻污染，其它3个水域呈β－中污染，安邦河湿地水体整体呈中污染;根据CBI评价标准，荷花池重污染，其它3个水域中污染，安邦河湿地水体整体呈中污染。3种评价水质的方法得到的结果基本一致，由此可知，安邦河湿地水体状况主要以中度污染为主。

表6 安邦河湿地水质等级

3 结论与讨论

在安邦河湿地共调查记录到底栖动物37种，节肢动物中主要以水生昆虫为主，占总物种数的72.97%，其次是软体动物为18.92%，环节动物最少，为8.11%。安邦河湿地丰富的水生维管束植物，如芦苇、香蒲和金鱼藻等，为底栖动物的栖息和繁衍创造了复杂的生存环境，提高了物种的多样性。由于摇蚊幼虫都鉴定到种，因此摇蚊幼虫种类占节肢动物种类的比例较大，但数量不多。底栖动物的栖息密度与以前的研究相比有所下降，最高值出现在西码头的一个样点，为1424个·m－2，该水域的栖息密度为(390±422)个·m－2，远小于 2005年所调查的 2420 个·m－2[8]，并且荷花池和恢复区各有一个采样点未采集到底栖动物。导致密度低的原因有两个:一是水体呈碱性。保护区周边农田多，采样点是在公园区，离农田很近，4个水域中的恢复区退耕还湿时间还不是很长，仅六七年，可能过去耕种使用的农药和化肥仍残留在土壤里，土壤碱化，导致水体呈碱性，不利于底栖动物栖息;二是采样时间为9月，水生昆虫在夏季有羽化的现象，这对底栖动物的栖息密度会有一定的影响。

研究发现，安邦河湿地底栖动物主要以摇蚊幼虫和软体动物为主，这与采样地主要是淤泥底质、腐殖质丰富有关。摇蚊幼虫、幽蚊幼虫、大蚊幼虫(Tipula sp.)、蠓(Ceratopogouidae sp.)、水丝蚓(Limnodrilus spp.)、扁蛭(Glossiphonia sp.)，以及软体动物如卵萝卜螺、萝卜螺和白旋螺等在生态属性上为耐有机污染的类群[18]。这些污染指示物种的出现反映了安邦河湿地水质存在不同程度的污染。利用Shannon－Wiener多样性指数(H')、生物学污染指数(BPI)和Chandler生物指数(CBI)评价该湿地水环境结果表明，水体主要以中度污染为主。

此外，研究中还发现所有蜻蜓幼虫体色均发黑，是否是环境的变化导致虫体外部着色较深，还有待于从昆虫生理学角度进一步研究。调查到的底栖动物中，有的摇蚊幼虫口器的颏板中间齿缺失，很可能是水环境的污染导致摇蚊幼虫口器畸变。目前已有研究证实重金属如铜、镍、汞及五氯酚对摇蚊幼虫口器有致畸作用[19－20]，因水环境污染而对摇蚊幼虫口器产生畸变，可对水环境质量进行有效的监测[21]。

[1]雷昆，张明祥.中国的湿地资源及其保护建议[J].湿地科学，2005，3(2):81－86.

[2]龚志军，谢平，唐汇娟，等.水体富营养化对大型底栖动物群落结构及生物多样性的影响[J].水生生物学报，2001，25(3):210－216.

[3]Covich A P，Palmer M A，Crowl T A.The role of benthic invertebrate species in freshwater ecosystems[J].Bioscience，1999，49(2):119－127.

[4]Devine J A，Vanni M J.Spatial and seasonal variation in nutrientexcretion by benthic invertebrates in a eutrophic reservoir[J].Freshwater Biology，2002，47:1107－1121.

[5]Callisto M，Goulart M，Barbosa F A，et al.Biodiversity assessment of benthic macroinvertebrates along a reservoir cascade in the lower So Francisco river(northeastern Brazil)，Brazilian[J].Journal of Biology，2005，65(2):229－240.

[6]覃雪波，马成学，黄璞袆，等.安邦河湿地浮游植物及营养现状评价[J].农业环境科学学报，2007，26(增刊):288－296.

[7]覃雪波，张新刚.安邦河湿地浮游植物数量分布特征[J].东北林业大学学报，2007，35(7):49－50.

[8]刘茂奇，于洪贤.安邦河湿地自然保护区秋季底栖动物群落结构研究及生物学评价[J].水产学杂志，2009(2):34－39.

[9]Margalef R.Diversidad de especies en las comunidades naturales[J].Proceedings Inst Biol Apl，1951，9(5):5－27.

[10]Shannon C E，Weaver W.The mathematical theory of communication[M].Urbana:University of Illinois Press，1949.

[11]Pielou E C.Ecological diversity[M].Wiley:Inters，1975.

[12]蔡立哲，马丽，高阳，等.海洋底栖动物多样性指数污染程度评价标准的分析[J].厦门大学学报:自然科学版，2002，41(5):641－646.

[13]蔡晓明，任久长，宗志祥，等.青龙河底栖无脊椎动物群落结构及其水质评价[J].应用生态学报，1992，3(4):364－370.

[14]李中宇，胡显安，王岚.从底栖动物群落看江水污染情况[J].黑龙江环境通报，2001，25(2):68，67.

[15]周凤霞.生物监测[M].北京:化学工业出版社，2006.

[16]Chandler J R.Applying a new score system of zoobenthos for assessing water quality[J].Water Pollution Control，1970，69:415－421.

[17]徐兆礼.东海亚强真哲水蚤种群生态特征[J].生态学报，2006，26(4):1151－1158.

[18]段学花，王兆印，徐梦珍.底栖动物与河流生态评价[M].北京:清华大学出版社，2010.

[19]李浩，王琴，邓金钗，等.Cu2+对羽摇蚊幼虫(Chironomus plumosus)口器致畸作用和抗氧化酶活性的影响[J].生态与农村环境学报，2012，28(2):203－208.

[20]闫宾萍，宋志慧.Ni2+、Hg2+和五氯酚对羽摇蚊(Chironomus plumosus)幼虫的毒性和生物浓缩[J].青岛科技大学学报，2006，27(5):411－414.

[21]Di Veroli A，Selvaggi R，Pellegrino R M，et al.Sediment toxicity and deformities of Chironomidae larvae in Lake Piediluco(Central Italy)[J].Chemosphere，2010，79(1):33－39.