济南流域大型底栖动物群落生态分布及时空格局

    相华 郭伟 谭璐 贾丽 孟云飞 李庆南 殷旭旺

    

    

    

    摘 要：以济南流域为研究区域，分别于2014年5月、8月和11月对济南全流域范围内31个样点的大型底栖动物群落进行跟踪调查，探索济南流域大型底栖动物群落生态分布及时空格局。结果表明，济南流域大型底栖动物类群差异显著；在济南市全年共鉴定大型底栖动物58种，分属9大类，主要优势物种为螺类、水丝蚓和摇蚊；其中5月鉴定的物种数最多，进入8月大型底栖动物物种数明显降低，而11月大型底栖动物物种降低程度逐渐趋于平缓。

    关键词：济南流域；大型底栖动物；生态分布；时空格局

    近年来，随着人口快速增长、城市化不断发展，人为活动干扰对河流生态系统的影响越来越严重，恢复并维持河流生态系统的安全已经成为近年来环境保护、治理的重要目标之一。由于水环境污染、生态环境恶化等一系列河流生态系统衰退问题的出现，河流生态系统安全相关的研究受到广泛的关注[1-2]。在河流生态系统研究中，水生生物的调查、评估与分析，是评价自然生态过程以及人类活动对河流生态系统影响的重要方法之一[3-4]。

    大型底栖动物（macroinvertebrate）包括：环节动物、线形动物、软体动物和甲壳动物；大型底栖动物河流生态系统结构和功能的关键组成部分，是河流生态系统系统中最多样和最丰富的水生生物，在河流生态系统健康评价体系中发挥着不可替代的作用[5-6]，它们被认为是两栖动物、鱼类和其他无脊椎动物的基本食物来源，而且大型底栖动物通常食物主要来源是浮游藻类、着生藻类、浮游动物、以及有机颗粒物等，因此在河流生态系统食物网中发挥着承上启下的作用，常作为水域生态系统研究的模式生物[7-8]。大型底栖动物不仅对环境的耐受程度不同，而且对于河流生境环境的变化的敏感程度也各有差异，济南地区特殊的地貌类型、水文条件和气候类型、工业污染、农业污染、生活污染以及季节扰动和人为干扰的影响等，都造成了大型底栖动物的分布状况表现出强烈的时空差。本研究通过调查济南流域底栖动物群落的生态分布和时空格局，探明济南流域底栖动物群落状况，为济南流域的保护、利用和管理提供技术支持。

    1 材料和方法

    1.1 研究区域概况

    济南市位于山东省中西部，特殊的地貌、水温类型造就了济南以“泉城”著称；济南市四季分明，属于温带季风气候，年平均气温13.8℃，年平均降水量685 mm；济南市不仅具有水文资源，而且林业和矿产资源也非常丰富。近年来，由于人类活动导致济南地区植被覆盖率降低、地下水资源持续枯竭、城区污染加剧及生物多样性降低等问题严重阻碍了济南整个城市的可持续发展，进而破坏了大型底栖动物生活环境。根据实地具体状况，在济南区域选择具有代表性的站点，在一年内进行了三次科研普查。

    1.2 底栖动物样品采集

    在济南流域设定31个调查站位（图1），分别于2014年5月、8月和11月进行3次采样调查；在采样点沿河流上下游100 m范围内，用索伯网采集大型底栖动物定量样品，依据河流生境的不同（流速、水深和透明度），在每个采样站点随机设三个采样点采集混合样品，采得底泥样品放入孔径60目的筛网中洗涤，装入到30 mL塑料瓶中并加入95%的酒精对样品进行固定，运送到实验室倒入白瓷盘中挑出底栖动物，加入用10%甲醛溶液保存，并借助显微镜或者解剖镜进行分类、鉴定和计数。

    1.3 底栖动物数据分析和处理

    各样点的大型底栖动物计算以下群落特征参数：物种种类、密度和香农多样性指数H'（H'=-ΣPi×log2Pi，其中Pi为群落中第i个物种个体数占总个体数的百分比）；济南流域大型底栖动物群落结构图在ArcMap 9.3上完成。

    2 结果

    2.1 大型底栖动物群落结构演变特征

    在济南市全年共鉴定大型底栖动物58种；其中春季（5月份）采集到的大型底栖动物的物种数目最多，而夏季（8月份）大型底栖动物物种数出现明显下降的趋势，在冬季（11月份）物种数目出现降低程度逐渐趋于平缓的趋势。采集到的大型底栖动物中双翅目种类数目最多，其中优势物种为摇蚊幼虫，本次调查共鉴定得到摇蚊25种；其次是软体动物门的瓣鳃类（16种）。济南整个流域大型底栖动物平均物种数为7个，大部分点位5月份大型底栖动物的物种数量最多，随后呈现逐渐下降的趋势。从图2中可以看出，位于并渡口-卧虎山水库这条支流，大型底栖动物物种数明显高于周边监测点位。从济南整个流域大型底栖动物物种分布状况显示，三个月份整个流域物种数平均最多的点位为吴家铺，位于济南中部区域，共鉴定出底栖动物15种，主要的大型底栖动物物种有特式直突摇蚊、豆螺、河蚬和克拉伯水丝蚓。

    2.2 济南水域大型底栖动物密度分布年变化

    从济南整个流域大型底栖动物年密度比例分布状况来看（如图3），5月份大型底栖动物總密度明显高于8月、11月，和浮游动物年密度变化呈现相似规律。其中寡毛类的总密度最大，占所鉴定大型底栖动物总密度的40%，优势物种有霍夫水丝蚓、克拉泊水丝蚓；位于第二位的是双翅目，占所鉴定大型底栖动物总密度的36%，优势物种有苍白摇蚊、溪流摇蚊、梯形多足摇蚊；腹足纲总密度位于第三位，占所鉴定大型底栖动物总密度的20%。优势物种有耳萝卜螺、中国圆田螺、铜锈环棱螺。

    济南整个流域平均密度为6 600个/m2，济南北部流域大型底栖动物密度整体略高于中部和南部流域。在济南流域北部大贺家铺监测点底栖动物在5月和8月相对密度较高，主要的优势物种为霍夫水丝蚓、克拉泊水丝蚓、喜盐摇蚊和豆螺。进入11月份，受季节性水文理化因子的影响，大部分点位大型底栖动物密度呈现明显下降。仍有个别点位因水质变化出现密度升高的状况，比如位于济南东部的五龙堂，该点大型底栖动物密度呈现回升，回升为单一物种喜盐摇蚊。

    2.3 济南水域大型底栖动物多样性分布年变化

    由大型底栖动物数据统计、整理和分析，得到济南市全流域大型底栖动物多样性指数平均值为1.4；从5月济南整个流域大型底栖动物多样性来看，多样性最高的点位为济南北部刘成桥，其香浓维纳多样性指数值为2.79，该区域大型底栖动物物种主要为摇蚊幼虫和螺类。从8月济南整个流域大型底栖动物多样性来看，多样性最高的点位为济南南部宅科，其香浓维纳多样性指数值为2.88，该区域大型底栖动物物种主要为德永雕翅摇蚊和豆螺。从11月济南整个流域大型底栖动物多样性来看，多样性最高的点位为济南东部朱各务水库，其香浓维纳多样性指数值为2.75，该区域大型底栖动物物种主要有中华小长臂虾、拟沼螺、环棱螺、若西摇蚊。

    3 讨论

    研究表明，大型底栖动物在河流生态系统中具有空间异质性，王博涵等对济南地区河流大型底栖动物研究，发现大型底栖动物的分布具有时空差异[9]；在太子河研究发现，大型底栖动物在不同区域也具有空间差异[10]。在济南市全年共鉴定底栖动物58种，分属于9大类。在5月份鉴定的物种数最多，进入8月份底栖动物物种数出现明显降低，11月份物种降低程度逐渐趋缓。位于并渡口-卧虎山水库这条支流，底栖动物物种数明显高于周边监测点位，和浮游植物呈现相同的规律。济南整个流域底栖动物多样性平均值为1.4，底栖动物的物种丰富度较低。针对济南底栖动物群落分布现状，应加大对该区域环保宣传教育方面力度，提高公众觉悟和环保意识，使公众了解济南底栖动物群落水生态分布现状，采取相应生物修复手段，对该流域底栖动物群落进行生态修复。济南市流域生态系统在近些年来，人类活动干扰成为破坏自然生态系统完整性的最大因素，不同流域大型底栖动物的种群的结构和功能都受到不同程度的影响；不同流域类型河岸带土地利用类型的不同，以及不同流域的生境环境具有差异等原因都造成了大型底栖动物的空间异质性，不同季节河流生境内的各种理化因子都会发生不同程度的改变，使得大型底栖动物的季节分布具有异质性；大型底栖动物群落结构受到环境因子的影响，纬度、海拔对大型底栖动物群落结构有显著影响，海拔的差异会导致土地利用、人为活动等因素的差异，一系列因素对底栖动物群落结构具有显著的影响；总氮是河流生态系统重要的水化指标，能显著影响大型底栖动物的群落结构。同时不同地区、不同季节水域水质、水文、栖息地质量等的差异，造成对大型底栖动物群落结有显著相关性的环境因子也不尽相同，以致于大型底栖动物的群落结构分布存在空间异质性。

    参考文献：

    [1]

    Zhang Y， Zhao R， Kong W J， et al.Relationships between macroinvertebrate communities and land use types within different riparian widths in three headwater streams of Taizi River[J]， China.Journal of Freshwater Ecology， 2013， 28（3）： 307-328.

    [2] 邱光胜，胡圣， 叶丹等. 三峡库区支流富营养化及水华现状研究[J]. 长江流域资源与环境， 2011， 20（3）： 311-316.

    [3] Brown S C，Smith K，Batzer D.Macroinvertebrate responses to wetland restoration in northern New York[J].Environmental Entomology，1997，26（5）： 1016-1024.

    [4] Pedersen M L，Friberg N，Skriver J，et al.Restoration of Skjern River and its valley-Short-term effects on riverhabitats，macrophytes and macroinvertebrates[J].Ecological Engineering，2007，30（ 2） ： 145-156.

    [5] Rosenberg D M，Resh V H.Introduction to freshwater biomonitoring and benthic macroinvertebrates[M].Chapman And Hall，New York（ USA） .，1993： 1-9.

    [6] Devine J A，Vanni M J.Spatial and seasonal variation in nutrient excretion by benthic invertebrates in a eutrophic reservoir[J].Freshwater Biology，2002，47： 1107-1121.2018-6-4 22：39：33.

    [7] Jost B，Wolfgang S. The seasonal succession of macroinvertebrates，in particular the Zebra mussel （Dreissenapolymorpha），in the river rhine andtwo neighbouring gravel-pit lakes monitored using artificial substrates[A2][J].Hydrobiologia，2002，87（2 /3）： 165-181.

    [8] Rosi-Marshall E J，Wallace J B.Invertebrate food webs along a stream resource gradient[J].Freshwater Biology，2002，47： 129-141.

    [9] 王博涵，吳丹，张吉，等.济南河流大型底栖动物摄食功能群多样性及时空动态[J].生态学报，2017（21）：1-11.

    [10] 渠晓东，张远，马淑芹，等.太子河流域大型底栖动物群落结构空间分布特征[J].环境科学研究，2013，26（05）：509-515.