白石水库底栖动物群落结构特征及多样性研究

张荣坤，赵 文，尹东鹏，魏 杰，蔡志龙

（1.大连海洋大学水产与生命学院，辽宁省水生生物学重点实验室，辽宁 大连 210200；2.辽宁省水资源管理集团有限责任公司，辽宁 沈阳 110116）

辽宁省北票市的白石水库坐落于大凌河和牤牛河干流上，地处朝阳、阜新和锦州3个城市的核心区域，是一座以供水、灌溉和防洪为主，兼顾养殖和发电等可多项利用的大型水源水库，水库总库容16.45×108m3，可控制流域面积17 649km2，规模列辽宁第三，辽西第一[1-2]。

底栖动物是水库生态系统中一个庞大的类群，可作为分解者和消费者，在生态系统功能和基本运转过程中发挥着突出作用[3-4]，其中在水体净化方面，底栖动物能在水库底部翻匀底质，加速腐质的分解，使得腐质再循环，有助于水库的物质循环和能量流动，不断促进水体自净；大型底栖动物是水库渔业的关键组成之一；在水库监测上，底栖动物中的敏感种和耐污种，可对有机污染物持续性排放进行长期监测[3-6]。

在2013—2014年期间，关于白石水库水域资源调查研究主要集中于水质[1-2，7]、浮游植物群落结构[1]、颗粒有机物及沉积物中碳、氮稳定同位素的空间分布特征[2]、浮游动物群落特征及鱼产力等方面[7]，本文底栖动物群落结构调查是同一时期开展的研究，底栖动物是水库生态系统的基础类群，在水库水质净化和监测、充当优质饵料、评估鱼产力等方面发挥重要作用，截止目前，尚无有关白石水库底栖动物的研究，本文可与同时期的研究互为补充，可为白石水库底栖动物群落结构多样性提供数据支持，以期能促进白石水库水源安全及优水渔业发展。

1 研究方法

1.1 采样点的设置

在2013年9月至2014年7月期间，对白石水库每月采集样品，共计9次，春季为2—4月，夏季为5—6月，秋季为7月和9月，冬季为10—11月。共设置14个采样点，其中库区内设置设上游、中上游、中下游及下游等四个断面，每个断面设置3个监测点，共12个采样点；此外，在牤牛河、大凌河2个支流河口处各设1个采样点。采样站位设置如图1所示。

图1 白石水库采样站位示意图

1.2 样品的采集与处理

用1/16m2的改良彼得生采泥器采集底泥样品，每个采样点采集2次（1个定量1个定性）。样品经80目孔径的纱网筛洗干净后，剩余物带回实验室白瓷盘中，用肉眼所见为准，将底栖动物检出，用70%的酒精固定24 h后用10%的甲醛保存。标本鉴定后计数，生物量用感量1/10 000的电子天平称重，其密度与生物量最终折算成每平方米的密度和生物量。

1.3 数据处理方法

底栖动物优势种利用优势度（Y）进行确定，多样性分析指数包括Shannon-Wiener指数和均匀度指数（J）。

（1）Shannon-Wiener多样性指数（H′）：

式中Pi是底栖动物总种数中第i种的个体数与观察到的总个体数N的比值，比值变动范围在零与任何正数之间。

（2）均匀度指数（J）：

式中：H′为多样性指数，S为所有种数之和。

（3）优势度（Y）：

式中：ni为第i种的个体数，N为总种类的所有个体数，fi为第i种的出现频率，Y＞0.02的种类为优势种。

运用Excel对数据进行处理和分析。

2 研究结果

2.1 底栖动物的种类组成

白石水库底栖动物的种类组成及季节分布总结于表1。由表1可见，本研究共检出底栖动物14种，隶属2门3科。

2.2 底栖动物密度季节变化

调查期间，白石水库各月底栖动物密度最低值出现在2013年9月，为167ind/m2，最高出现在2014年3月，为1 405ind/m2，全年密度平均值为512ind/m2。白石水库底栖动物密度各月的变化情况见图2。春季平均密度最高，为723ind/m2，秋季最低，为234ind/m2，季节变化趋势为春季＞冬季＞夏季＞秋季。

表1白石水库底栖动物种类组成及分布

图2 白石水库底栖动物密度及其季节变化

2.3 底栖动物生物量的季节变化

调查期间，白石水库各月底栖动物生物量最低值出现在2013年9月，为4.71g/m2，最高出现在2014年3月，为671.73g/m2，全年生物量平均值为113.35g/m2。白石水库底栖动物生物量各月的变化情况见图3。春季平均生物量最高，为253.32g/m2，秋季最低，为17.38g/m2，季节变化趋势为春季＞夏季＞冬季＞秋季。

图3 白石水库底栖动物生物量及其季节变化

2.4 底栖动物优势种

根据底栖动物的密度及出现频率来确定其优势度在20%以上的为优势种类，在整个调查时间内为优势种的主要有线虫 （Caenorhabditis elegans）、苏氏尾鳃蚓（Branchiuro sowerbyi）、黄色羽摇蚊（Chironomus flavipiumus）幼虫及拟杂色大粗腹摇蚊（Macropelopia paranebulosa）幼虫（如表2所示）。在整个调查期间，各月优势种数量分别为5个、4个、4个、2个、4个、4个、4个、4个和4个。

2.5 底栖动物的多样性

底栖动物Shannon-Wiener多样性指数平均为2.05（图4），均匀度指数为0.54（图5），多样性指数在1.38—2.69变化，均匀度指数在0.36—0.71变化。多样性指数和均匀度指数波动较为明显，多样性指数和均匀度指数均在2月份最低，多样性指数为1.38，均匀度指数为0.36。多样性指数和均匀度指数均在9月最高，多样性指数为2.69，均匀度指数为0.71。

表2白石水库底栖动物优势种类

图4 白石水库底栖动物多样性及其季节变化

图5 白石水库底栖动物均匀性及其季节变化

3 讨论

3.1 白石水库底栖动物群落特征

本研究表明白石水库共检出底栖动物14种，隶属2门3科。不同时间段内有不同门类的底栖动物的种类数没有出现明显的变化。与以往调查数据相比，白石水库底栖动物种数处于中上水平[3-4，7-10]，这种现象产生的原因可能与不同水库水质营养状态和水中鱼类群落结构有关[3，6]。

白石水库底栖动物的密度和生物量远超已有报道的辽宁水库[3-4，7-10]，这充分说明白石水库具有充沛的饵料资源，底栖动物在该水库生态系统中占据重要地位。底栖动物在数量上存在冬春季节大于夏秋季节的分布差异，其中密度随季节变动情况是春季＞冬季＞夏季＞秋季，生物量随季节变动情况是春季＞夏季＞冬季＞秋季，这与大伙房水库和汤河水库的底栖动物季节分布存在一些相同的变化趋势[3]，水温是造成这种季节变动的先决条件，因为水温是底栖动物生殖和营养变化重要诱发因子，此外，季节性的水生昆虫大量羽化和被摄食强度变化同样也是引起底栖动物数量的剧烈变动的重要原因[5-6]。物种多样性是底栖动物群落结构的基本特征之一，是描述群落组成和种群数量大小分布的重要指标，多样性指数和均匀度指数则是物种多样性的重要指标之一，其可显示出水库对应的污染程度[3，5-7]。研究显示，底栖动物存在多样性指数高于其他辽宁水库，而均匀度指数则低于其他辽宁水库，呈现多样高均匀度低的变化趋势，这可能与季节变化过程中温度以及水生昆虫的大量羽化有关，平均多样性指数为2.05，对应污染程度为中污染，平均均匀度指数为0.54，对应污染程度为轻污染见表4，因此综合两种指数分析，白石水库处于轻污染到中污染程度，存在污染程度进一步加深的潜在风险。

优势种是底栖动物生境形成和群落组成的控制者，支配着底栖动物群落的演替方向[6]。在本次调查期间，水库的底栖动物优势种类和优势度随月度变化不断变化（表3）。在整个调查期间，各月优势种数量分别为5个、4个、4个、2个、4个、4个、4个、4个和4个。优势种的种类和数量显著影响底栖动物群落结构的稳定性，当优势种类数越多且优势度越小，底栖动物群落结构就显示复杂，这时的稳定性就越强[6]。各月的优势种数量以9月份最多，以2月最少，这说明由于水库温度变化，因此底栖动物群落结构的稳定性在9月相对稳定，而在2月相对较差。

表3白石水库与其他辽宁省水源水库底栖动物群落结构比较

表4底栖动物多样性及其对应污染程度

3.2 白石水库优水渔业和水生态保护对策

2013年至2021年9年来白石水库渔获量及其组成总结于图6。可见目前该库渔获物平均产量为101.3×104kg，其中鲢占41.6%，鳙占38.9%，大银鱼占7.4%，而野生鱼即非放养的鱼类仅占13.6%。如果按底栖动物平均生物量113.35g/m2，P/B取5，利用率取10%，饵料系数取6[6]，水域有效面积按3 000hm2计算，该库底层鱼类鱼产力可高达28.34×104kg，而白石水库近9年非放养鱼类即野生鱼平均渔获量为13.6×104kg，因此提高底层鱼的鱼产力还有一定上升空间，建议适当增殖或放养底层鱼类。

图6 白石水库近9年来的渔获量及其组成

目前同一时期白石水库的水质[7]、浮游植物[1]、浮游动物[7]、颗粒有机物及沉积物中碳、氮稳定同位素的空间分布特征[2]等等研究显示，白石水库水生态健康状态不容乐观，这也在后续的研究中得以证实[11-12]，因此基于底栖动物群落结构和多样性角度，白石水库应该由陆地绿化扩大为水域绿化，即加大水生植物修复范围[1，7]，同时，控制上游地表径流和改善水库基质并行，结合以往的研究多措并举[6-7]，努力提升白石水库水生态健康状态，确保优水渔业可持续性发展。

4 结论

调查期间白石水库共检出底栖动物2门14种，优势种为线虫、苏氏尾鳃蚓、黄色羽摇蚊幼虫和拟杂色大粗腹摇蚊幼虫。底栖动物密度为512ind/m3，季节变化为春季＞冬季＞夏季＞秋季；生物量113.35g/m3，季节变化为春季＞夏季＞冬季＞秋季。香农-威纳多样性指数为2.05，均匀性指数为0.54。