白洋淀流域大型底栖无脊椎动物群落结构分析

武志鑫王玺刘瑀璇孙枭琼王宏伟

(河北大学 生命科学学院,生命科学与绿色发展研究院,河北 保定 071002)

1 方法

1.1 样品采集

1.2 采样点设计

根据白洋淀流域地理位置以及水文状况,考虑到当地居民产业布局(旅游业、餐饮业和农耕等)所造成的干扰,结合国家监测控制位点布局情况,本研究在白洋淀淀区、上游河流(府河、孝义河、沙河和拒马河)以及上游水库(王快水库和西大洋水库)选取72个采样点.

1.3 数据分析

2 结果与分析

2019年在白洋淀淀区及上游水库和河流采集到3 599头大型底栖无脊椎动物,共鉴定出36种,隶属于3门(环节动物门、软体动物门和节肢动物门)10目16科28属.

2.1 白洋淀淀区大型底栖无脊椎动物群落结构分析

2019年对白洋淀淀区调查时,在春、夏、秋3个季节的30个采样点共采集了13种11属7科1 279头大型底栖无脊椎动物.春季9种7属6科共314头,夏季11种7属4科共400头,秋季9种7属6科共565头.所采集到的大型底栖无脊椎动物主要属于节肢动物门,且主要是耐污种,红裸须揺蚊幼虫(Propsilocerus akamusi)在3个季节中均为优势物种(表1).

表1 2019年春季、夏季和秋季白洋淀淀区大型底栖无脊椎动物优势物种Tab.1 Dominant species of macrobenthic invertebrates in Baiyangdian Lake in spring,summer,autumn in 2019

根据Kolmogorov-Smirnov检验结果,白洋淀淀区春季、夏季和秋季,大型底栖动物物种数、个体总数、丰富度指数、生物多样性指数和均匀度指数是利用平均值计算的,P值部分小于0.05.春季大型底栖动物个体总数、Shannon-Wiener物种多样性指数和Pielou均匀度指数差异显著,且春季大型底栖动物种类数差异显著.

通过Shannon-Wiener物种多样性指数绘制出3个季节不同区域的白洋淀淀区大型底栖无脊椎动物的生物多样性和生物量图(图1～2).从图1中可以看出,春季生物多样性东部区域高于西部区域,夏季在东南部较高,而在秋季生物多样性呈现均匀分布的状态.在2019年3个季节,白洋淀淀区大型底栖无脊椎动物以大鸭圈和王家寨为中心在北部区域具有较低的生物多样性.从生物多样性的区域分布来看,沿岸区域高于湖泊中部地区.从季节来看,白洋淀淀区底栖大型无脊椎动物的生物多样性夏季高于春季和秋季,而生物量3个季节分布较为均匀.从等高线图来看,白洋淀淀区东北(平阳淀和龙王淀)和西南(白洋淀1、白洋淀2、三角淀和马棚淀)区域生物量分布低于其他区域(图2).

图1 2019年春季(a)、夏季(b)和秋季(c)白洋淀淀区大型底栖无脊椎动物生物多样性Fig.1 Biodiversity of macrobenthic invertebrates in Baiyangdian Lake in spring,summer,autumn in 2019

图2 2019年春季(a)、夏季(b)和秋季(c)白洋淀淀区大型底栖无脊椎动物生物量Fig.2 Biomass of macrobenthic invertebrates in Baiyangdian Lake in spring,summer,autumn in 2019

白洋淀淀区底栖无脊椎动物群落调查分析结果表明,群落结构表现出受区域性影响较大,而受季节性影响不大的特点.分析其生物量和生物多样性指数,呈现出淀区南部生物量高于淀区北部;而生物多样性呈现出淀区边缘低于淀区中心区域.

2.2 白洋淀流域上游水库大型底栖无脊椎动物群落结构分析

2019年白洋淀流域上游水库(西大洋水库和王快水库)区域大型底栖无脊椎动物调查中,在2个水库3个季节的12个采样点采集了10种8属3科共138头.春季采集了5种5属2科共78头,夏季采集了5种4属2科共13头,秋季采集了7种7属3科共47头.所采集到的大型底栖无脊椎动物主要由节肢动物门和环节动物门组成,所采集到的软体动物甚少(图3～4).

图3 2019年西大洋水库(a)和王快水库(b)大型底栖无脊椎动物丰度Fig.3 Abundances of macrobenthic invertebrates in Xidayang Reservoir and Wangkuai Reservoir in 2019

2019年白洋淀流域上游水库中,西大洋水库3个季节大型底栖无脊椎动物群落结构主要由揺蚊科和颤蚓科组成,春季2科在丰度上贡献率均为50%,夏季揺蚊科对丰度的贡献率大于颤蚓科,秋季则相反(表2).王快水库仅在秋季采集到少许的田螺科,且春季主要由节肢动物门组成,秋季主要由环节动物门组成(图3～4).2个上游水库中优势物种均为揺蚊科和颤蚓科,其中红裸须揺蚊幼虫在3个季节中均为西大洋水库的优势物种(表2).

表2 2019年春季、夏季和秋季白洋淀流域上游水库大型底栖无脊椎动物优势物种Tab.2 Dominant species of macrobenthic invertebrates in upstream reservoirs of Baiyangdian Basin in spring,summer,autumn in 2019

西大洋水库2019年春、夏、秋3季生物量最大的样点分别为库中心、码头、村西;春季总生物量大于秋季总生物量,夏季总生物量最小(图4).王快水库2019年春、夏、秋3季生物量最高分别为村南、大坝、沙河口;秋季总生物量最高,其次为春季,夏季总生物量最小(图4).在水库样品采集中节肢动物摇蚊幼虫类为主要底栖动物,其次为软体动物.

图4 2019年西大洋水库(a)和王快水库(b)大型底栖无脊椎动物生物量Fig.4 Biomass of macrobenthic invertebrates in Xidayang Reservoir and Wangkuai Reservoir in 2019

对白洋淀流域上游2个水库的生物多样性随季节变化的特点进行的分析(图5)表明,2019年2个水库均表现为春季生物多样性最高,其次为秋季,最低为夏季.2019年水库调查中的不足之处在于所采集到的总生物量较少,且生物种类较为单一,其中揺蚊幼虫居多,其次为环棱螺属.2019年春季调查中,采集到的生物种类增多,生物多样性明显高于同年夏季生物多样性(P＜0.05).造成2个水库夏季生物多样性低于春秋季的原因与其主要组成物种揺蚊科的生活史有很大关系[14].生物多样性指数较小,平均值均小于0.5,且表现均为春季最高,夏季最低.其群落结构季节变化结果中显示,除排水口采样点(西大洋水库)生物多样性与该水库中其他采样点具有显著性差异(P＜0.05)外未表现出其他显著性差异,主要因为水库水深,生物本身较少且生物多样性较小,不具有显著性差异(P＞0.05).同样,Margalef种类丰富度指数和Pielou均匀度指数表明,2个水库生物量与丰度变化具有一定的相似性,均表现为春季和秋季高于夏季,且存在显著性差异(P＜0.05).

图5 2019年西大洋水库和王快水库大型底栖无脊椎动物生物多样性Fig.5 Biodiversity of macrobenthic invertebrates in Xidayang Reservoir and Wangkuai Reservoir in 2019

2.3 白洋淀流域上游河流大型底栖无脊椎动物群落结构分析

2019年白洋淀流域上游河流区域调查中,在4条上游河流3个季节的30个采样点采集了31种25属16科共2 182头大型底栖无脊椎动物.春季采集了25种20属13科共1 341头,夏季采集了17种13属9科共427头,秋季采集了15种12属9科共414头.所采集到的大型底栖无脊椎动物主要由节肢动物门组成.在3个季节的调查中,霍普水丝蚓(Limnodrilushoffmeisteri)在4条上游河流中均为优势物种,其中府河和孝义河优势种均属于田螺科、揺蚊科和颤蚓科(表3);而沙河和拒马河优势物种中节肢动物门种类增加,其中增加的主要是生活于较清洁河流的水生昆虫种类.

表3 2019年春季、夏季和秋季白洋淀流域上游河流大型底栖无脊椎动物优势物种Tab.3 Dominant species of macrobenthic invertebrates in upstream rivers of Baiyangdian Basin in spring,summer,autumn in 2019

2019年对白洋淀流域4条上游河流中大型底栖无脊椎动物进行的丰度统计分析表明,4条上游河流均表现为春季丰度最高,而府河、孝义河和沙河表现为夏季丰度最低,拒马河则表现为秋季丰度最低(图6).

图6 2019年白洋淀流域上游河流大型底栖无脊椎动物丰度Fig.6 Abundances of macrobenthic invertebrates in upstream rivers of Baiyangdian Basin in 2019

对4条上游河流中大型底栖无脊椎动物的生物量进行了分析(图7),结果表明:府河大型底栖无脊椎动物生物量春季和夏季南北桥最高,秋季生物量望亭最高,这与采集到较多环棱螺属底栖动物有关,故生物量较大.孝义河春季生物量较大,且物种分布平均,夏季生物量高任桥最高,秋季生物量浦口最高.沙河春季生物量最高为下细沟,夏季生物量最高为砂窝,秋季生物量最高为王林口.在沙河和拒马河节肢动物为主要底栖动物,且生活在较洁净水域的节肢动物种类明显增加.拒马河春季生物量最高为穆家口,夏季最高为白沟,秋季最高为源头.

图7 2019年白洋淀流域上游河流大型底栖无脊椎动物生物量Fig.7 Biomass of macrobenthic invertebrates in upstream rivers of Baiyangdian Basin in 2019

对白洋淀流域上游河流的生物多样性进行的分析(图8)表明,府河和沙河主要表现为春季生物多样性最高,其次为秋季,夏季生物多样性最低;孝义河和拒马河表现为春季生物多样性最高,其次为夏季,秋季最低.拒马河调查中生物种类数量明显增加,其中在拒马河和沙河采集到多种水生昆虫,丰富了生物多样性,且沙河所采集到的物种中具有生活在较清洁水质的生物.府河和孝义河也采集到些许软体动物.

图8 2019年白洋淀流域上游河流大型底栖无脊椎动物生物多样性Fig.8 Biodiversity of macrobenthic invertebrates in upstream rivers of Baiyangdian Basin in 2019

总体来看,白洋淀流域上游河流中所采集到的底栖无脊椎动物种类与淀区和2个上游水库所采集到的种类具有明显的不同,主要表现为生物种类数增加.生物量和生物多样性指数分析表明,府河、孝义河和拒马河春季大型底栖无脊椎动物生物量最低,而沙河春季生物量最高,府河、孝义河和沙河在生物量与丰度上均表现出春季与其他季节具有显著性差异(P＜0.05),拒马河表现出秋季丰度与其他2个季节具有显著性差异(P＜0.05),夏季生物量与其他季节具有显著性差异(P＜0.05);4条河流的生物多样性均表现为春季高于其他季节(图6～8).4条上游河流区域性差异较小,仅表现在高任桥采样点(府河)、斗洼桥采样点(孝义河)和保沧大桥采样点(孝义河)种类数与所在河流其他采样点具有显著性差异(P＜0.05),浦口采样点(孝义河)和穆家口采样点(拒马河)均匀度与所在河流其他采样点具有极显著性差异(P＜0.05).

3 讨论

在对白洋淀流域各采样点的分析中,可以看出,物种数量和生物个体数量的差异显著.生物参数的这些变化与时空变化趋势密切相关.每个生物指标反映和强调群落结构的不同方面.因此,在缺乏长期数据的情况下进行生物评估时,不应只考虑使用大型底栖无脊椎动物评估物种的单一指标,重要的是要考虑与时空变化有关的其他可能因素的影响[15].

白洋淀淀区大型底栖动物的生物量主要表现为淀区南部大于淀区北部.生物多样性表明,白洋淀流域中部地区高于沿岸地区,白洋淀流域生态系统健康状况的评价结果表明,湖泊边缘的西南和东南区域健康状况最好,其次是中南,最差的是西部污染区[16].大型底栖无脊椎动物受到沉积物和水环境的共同影响,营养丰富和环境质量相对较好的地区导致了大型底栖动物的繁殖和生物量的增加[17].空间异质性的增加,导致物种数量的增加,从而增加了生物多样性.群落结构的季节性变化与大型底栖无脊椎动物的周期性生活史有关[18].白洋淀流域大型底栖无脊椎动物群落结构主要表现为春季严重扰动,夏季和秋季轻度扰动.这主要是由于居民的生产和农业活动(春播和施肥等)造成干扰.同时,植物冬季形成的腐殖质通过沉降改变了表层沉积物,极大地影响了大型底栖无脊椎动物的群落结构[19].

底栖无脊椎动物主要由摇蚊科幼虫组成,分布在淀区、河流和水库各个流域,物种分布较均匀,所采集的水生昆虫种类在拒马河及沙河16个采样点集中分布,物种分布具有不均匀性.白洋淀淀区在2次采样中物种组成变化较小,主要为田螺科、椎实螺科、揺蚊亚科、直突揺蚊亚科和颤蚓科,采到蚌科的几率较小;由于水较深,2个水库物种组成较为简单,主要由直突揺蚊亚科和颤蚓科组成,在距离岸边较近的采样点环棱螺属也有分布;4条河流情况不同,府河与孝义河紧邻居民生活区,受人为影响较大,比如居民将生活废水和垃圾等不进行分类处理排放到河道[20],农田灌溉和喷洒农药等都对河流产生一定影响,但2019年对其调查监测发现已有改善,河流岸边设有栅栏等设施,对其具有一定保护隔离作用;沙河水流较快,沉积物主要为沙质且水质较为清洁,蜉蝣目(Ephemeroptera)和色蟌科(Calopterygidae Sélys)等一些节肢动物的幼虫常栖息此处;拒马河主要开发旅游业,旅游、餐饮和生活废水对其影响较大,但水质较为清洁且水流较为缓慢,医蛭科和石蛭科常栖息此处,采集到水生昆虫种类较多.拒马河源头采样点位于县城公园内的湖泊,人流量较大且人为活动对其影响较大,使其沉积物逐渐加厚,底栖动物种类也明显增加.总体来看,不同底栖无脊椎动物适宜生活在不同的生境中[21],故加大生态系统斑块多样性有助于提高物种多样性,同时加大对水环境的改善和修复工作,有助于加大其生物丰度及生物量,对生态系统适当的修复改善有助于其生物多样性的增加.

致谢:河北大学水生生物学研究生方楠同学帮忙作图,崔铁峰同学帮忙采样,河北大学生命科学学院的多位本科生同学参与白洋淀采样调查,在此一并感谢!