贵州草海湿地大型底栖动物群落结构及水质生物学评价

陈方银等

摘要：2014年7月至12月，对贵州草海湿地自然保护区9个采样点的大型底栖动物种类组成、分布和现存量进行调查，利用指示生物结合生物学指数进行水质评价。结果表明，草海湿地自然保护区大型底栖动物物种种类丰富，生物多样性较高，共发现大型底栖动物29种，隶属于3门6纲15科，昆虫纲和腹足纲为绝对优势种，分别为6种、16种；寡毛纲2种，蛭纲2种，甲壳纲2种，瓣鳃纲1种，物种分析表明纹沼螺、静水椎实螺、赤豆螺、苏氏尾鳃蚓、雕翅摇蚊、卵萝卜螺、葛氏米虾、梨形环稜螺、拟钉螺、环足摇蚊为草海湿地优势种。草海湿地大型底栖动物密度在各样点呈现一定差异，DⅤ最大，为1 824 ind/m2，DⅦ最小，为96 ind/m2，在9采样点中生物量值的变化范围为2.74～557.03 g/m2，平均生物量为168.13 g/m2，Margalef指数平均值为1.62，Shannon-Wiener指数平均值为2.49，采用生物学污染指数（IBP）与Chandler生物指数（ICB）对草海湿地的水质进行生物评价，结果得出目前该水体处于中度污染状态。

关键词：草海湿地；大型底栖动物；群落结构；生物学评价

中图分类号：X826 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2015）18-4446-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.18.015

大型底栖动物通常指不能通过500 μm孔径筛网的底栖动物个体，它们是淡水生态系统的一个重要组成部分，对了解生态系统的结构和功能具有重要意义。底栖动物除部分自身具有很高的经济价值外，既是鱼类的天然佳饵，又是环境监测的指示生物[1]。作为湖泊生态系统中的一个重要生态类群，大型底栖动物在物质循环和能量流动中占有非常重要的地位，特别是其活动能力弱、区域性强、生命周期长以及对水环境反应敏感等特点，可利用底栖动物的种群结构、优势种类、数量等参数来反映环境质量状况[2]。

贵州省威宁县草海湿地为国家级自然保护区，“中国生物多样性保护行动计划”将其列为一级保护湿地，草海湿地生态系统包括草海深水域、浅水沼泽和莎草湿地、草甸。草海湿地及集水域面积为96 km2，水域平均水深2 m。草海有着丰富的水生动植物种类和较高生产力的水生生物群落，系统结构和功能完整，为我国亚热带高原湿地生态系统的典型代表。

威宁草海湿地曾遭受到周围铅锌冶炼及大量生活生产废水的污染[3，4]，其水生态系统遭到严重破坏。目前关于威宁草海湿地水域的研究报道较少，而有关威宁草海湿地大型底栖动物的研究尚未见报道。因此，本研究通过2014年冬季的调查，了解草海湿地底栖动物群落结构特征，从生物学角度对威宁草海湿地水质进行评价，为威宁草海湿地污染的进一步整治提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 采样点位置

按照湖泊调查规范，根据草海水域特点和生境特征，并参考《水库渔业资源调查规范》[5]、《内陆水域渔业自然资源调查手册》[6]，设置9个区进行采样（图1，表1），分别用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、ⅤⅥ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ表示。于2014年7～12月对草海进行采样。

1.2 采样方法及样品处理

大型底栖动物采集使用彼得森采泥器（1/16 m2），依据各样点生境特点，平均重复采集2～3次，泥样经60目尼龙筛洗净后，置于白瓷盘中肉眼将动物标本拣出，用体积分数为75%的乙醇溶液保存，带回实验室进行鉴定、计数、称量。标本鉴定参照《淡水生物学》、《中国动物图谱（软体动物，第1册、第4册）》[7-9]。在实验室中将标本鉴定至尽可能低的分类单元，称量时先用滤纸吸去表面固定液，再置于分析天平上称重，精确至0.000 1 g，结果最终折算成单位面积的密度和生物量，标本用5%的甲醛溶液保存。

1.3 数据处理与分析

Shannon-Wiener多样性指数（H′）[10]

H′=-■Pilog2Pi

式中，S为样品中总种类数量；Pi为第i种的个体数量（ni）与总个体数量（N）的比值（ni/N）。

Margalef物种丰富度指数（d）[11]：

d=（S-1）/log2N

式中，S为样品中总种类数量；N为样品中的生物总个体数量。

生物学污染指数（IBP）[12]：

IBP=lg（N1+2）/lg（N2+2）+/lg（N3+2）

式中，N1为寡毛类（Oligochaeta）、蛭类（Hirudinea）和摇蚊幼虫（Chironomidae）个体数量；N2为多毛类（Annelida）、甲壳类（Crustacea）、除摇蚊幼虫以外的其他水生昆虫的个体数量；N3为软体类（Mollusca）个体数量。

评价标准如下：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<5.0，表示α-中污染；IBP≥5.0，表示重污染；无生物存在为严重污染。

Chandler生物指数（ICB）[13]是依据大型底栖无脊椎动物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2）。物种多度分为5级，即样本中1～2个个体为出现；3～30个为较少；31～50个为普遍；51～50个为较多；100个以上为很多。其中对污染敏感性高、多度也高的类群记分高；耐污染、多度又高的类群记分少；无大型底栖无脊椎动物时ICB记为0。表2为部分类群在Chandler记分表中的赋值情况。根据表2计算出的总分评价采样点水质状况，评分标准如下：总分为0表示严重污染；0～45为重污染，45～300为中污染；>300为轻度污染或没有污染。

根据大型底栖动物群落结构特点，利用指示生物且结合水质方面较常用的生物指数，Chandler生物指数（ICB）和生物学污染指数（IBP）对草海湿地自然保护区水体污染情况进行评价。

优势种的标准是根据优势度来确定的。根据陈亚瞿等[14]的优势种标准，当物种优势度值Y>0.02时，该种即为优势种，其计算公式为：

Y=（ni/N）fi

其中N为采集到的所有种类的总个数，ni为第i种的个数，fi为该种在各采样点出现的频率。

以上生物指数均用Excel和SPSS 20.0软件进行处理分析。

2 结果与分析

2.1 大型底栖动物种类组成

大型底栖动物共29种，隶属于3门6纲15科，即环节动物门、节肢动物门、软体动物门，昆虫纲（Custacea）、甲壳纲（Crustacca）、腹足纲（Gastropoda）、瓣鳃纲（Lamellibranchia）、寡毛纲（Oligochaeta）、蛭纲（Hirudinea）。从科级水平上分析（表3和表4）可知，腹足纲目科级组成最多，有6科16种，占总种数的55.17%，其中昆虫纲2科6种，占总种数20.69%；其余4纲均低于7.00%。

2.2 大型底栖动物的现存量

草海湿地大型底栖动物密度变化范围为96.00～1 824.00 ind/m2，平均密度为677.33 ind/m2，密度最高的区域为上游的白家咀（1 400.00 ind/m2）和下游的保护区（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的区域主要分布于上游的西海村和顾家院子，共有2个；生物量方面，平均生物量为168.13 g/m2，由表2可知，生物量的分布变化情况与密度不同，最大值主要分布在中、下游地带。

2.3 大型底栖动物多样性

研究结果表明，草海湿地大型底栖动物物种丰富度较高，平均为8种，最高为18种，出现在中游的王家水井；最低为1种，出现在上游的顾家院子。Margalef指数变化范围为0～3.99，平均值为1.62，最高出现在王家水井；Shannon-Wiener 指数为0～10.23，最大值出现在白家咀，最小值出现在顾家院子。从表5、表6可以看出，物种丰富度、Simpson 指数与Margalef指数生物学指数评价结果基本一致，草海湿地目前水质处于中污染状态。

2.4 优势种

根据徐兆礼等[14]的优势种标准确定草海湿地大型底栖动物优势种有纹沼螺、静水椎实螺、赤豆螺、苏氏尾鳃蚓、雕翅摇蚊、卵萝卜螺、葛氏米虾、梨形环稜螺、拟钉螺、环足摇蚊共10种。

2.5 水质生物学评价

通过对草海湿地9个采样点的大型底栖动物群落的调查与分析，利用生物学污染指数（IBP）、Chandler生物指数（ICB）评价该保护区水体状况。由表6可见，根据IBP评价标准，西海村、喽啰山和白家咀水体重污染，其他6区呈α-中度污染，草海湿地水体整体呈中污染；根据ICB评价标准，西海村、喽啰山、白家咀和顾家院子重污染，草海湿地（核心保护区）水体整体呈中污染，其他5个水域为中污染。2种评价水质的方法得到的结果基本一致，由此可知，草海湿地（核心保护区）的水质处于中度污染状态，为此，要加强保护和加强环境监测和管理是非常必要的，以防止水质向重污染转化。

3 小结与讨论

3.1 大型底栖动物与污染状况的关系

在环境适宜的条件下，一般来说，其生物种类也较多，但由于竞争，各种生物不但以有限的数量存在，且相互制约而维持着生态平衡。当环境受到污染，不能适应的生物或死亡或逃离，能适应的生物由于竞争对手的减少而个体数量大大增加，因此，一般认为，水体内的大型底栖动物种类越多水质越清洁，随着水体污染程度的增加，水体内大型底栖动物的种类逐渐减少，对污染敏感的种类急剧减少，而一些耐受污染的种类，如颤蚓类的密度和生物量逐渐增多，成为污染水体的优势种[15]。本研究结果表明，草海湿地以苏氏尾鳃蚓、摇蚊幼虫等为主要优势种，摇蚊幼虫作为轻度或中度污染的指示物种，种类和数量较多，这与本湿地水域实际污染状况是一致的。这也与草海水域水流较缓、水温较高、底质为淤泥加之外源营养物质的输入，使藻类和水生植物发育良好，为软体动物提供了食物和掩蔽场所相符。

同时，底栖动物数量与水质状况的关系较其种类与水质状况的关系更为复杂，底栖动物种类的减少可能伴有生物量增加的情况，如白家咀采样点的摇蚊幼虫出现大幅度密度增加的情况，但其底栖动物种类远较其他几个点少。

3.2 草海湿地大型底栖动物群落结构的空间变化

研究发现草海湿地大型底栖动物结构组成具有一定的空间变化，核心保护区等中、下游地区采样点大型底栖动物的密度和生物量均比西海村等上游地区采样点大，其水质理化指标显示中、上游湖区（西海村）均比下游湖区（核心保护区）污染严重（喽啰山除外，喽啰山曾受锌矿污染，属于重污染区）。造成这种现象的原因主要是草海湿地是内陆湖泊，草海湿地的主要污染源是周边生活污水和城市污水的大量排放，同时也受降水等气候条件的影响。一般来说，湖泊具有一定的自净能力，中、下游湖区的透明度等指标较上游湖区有所改善，但其变化不明显，这也说明草海湿地污染的严重性，需要及时治理。草海湿地的9个采样点，王家水井的底栖动物种类在9个采样点中最多，表明其水质状况最好，与实际情况完全一致。

3.3 改善草海湿地水质状况的对策

由于上游湖区（如西海村）是城区污染水源的主要排放点，也是游客经常游玩的区域，为此，西海村采样点呈重污染，并对中下游的水质也造成较大影响。为治理草海湿地提出以下建议：第一，有关部门应加大对城区排污或周边生活用水的排放监管力度，同时因地制宜，制订草海湿地水域污染物排放限定标准，严禁随意向草海乱排污水及旅客乱扔垃圾的现象出现；第二，相关管理部门除了加强当地居民及游客的环保意识外，还可在湖区种植具有净化水质的水草，如菹草，以治理水质，还可以作为观赏植物。另外，从环境监测的角度看，由于对草海湿地的监测和治理是一个长期和连续的工作，今后应继续开展草海湿地大型底栖动物状况及水质评价研究，使对草海水体状况的监测更加全面系统，同时，有必要加大对草海湿地污染的治理力度。

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