秦岭白云峡水域大型底栖动物群落结构调查

    杨希+袁永锋+问思恩+沈红保+李平+白海锋

    摘要：2016年春季对石头河支流-白云峡进行了首次大型底栖动物群落调查，5个调查点共采集到底栖动物2门2纲13科（种）。其中节肢动物门的昆虫纲11种，占总种类数的84.6%，环节动物门的蛭纲2种，占总种类数的15.4%。大型底栖动物平均密度为51.1个/m2，平均生物量为0.649 3 g/m2。Shannon-Wiener多样性指数平均为1.76。调查结果表明，此水域水环境质量优良，无污染，大型底栖动物主要以水生昆虫幼体为主，种群数量较多，但群落结构简单。因此，在保护白云峡水域生态环境的同时，可适当进行秦岭特有冷水性鱼类增殖放流。

    关键词：白云峡；大型底栖动物；群落结构；水质评价

    石头河是黄河流域渭河水系南岸较大的一级支流，发源于秦岭北麓太白山区，河流北出斜峪关，经眉县、岐山县流入渭河。石头河全长51.5km，流域面积778.7km2[1]。白云峡水域是石头河流域一大支流，位于秦岭太白山北麓之桃川乡东南部，地理坐标东经107°31'12"～107°37'13"，北纬33°57'18"～34°02'30"。其水域上端分东西两个支峡，全长约16.8 km。河床底质主要由沙卵石组成，比降平均1/70，峡谷两岸山高沟深，山峦起伏，悬崖峭壁，林木茂密，河谷蜿蜒，河水含沙量少，水流湍急清澈，水质优良，是秦岭细鳞鲑等冷水性鱼类生长、繁殖的优越水域[2]。

    大型底栖动物是河流生态系统的重要组分，其在河流生态系统的物质循环和能量流动中具有不可替代的作用，是了解河流生态系统结构、功能和健康状况的关键类群[3]。大型底栖动物具有生命周期长、迁移能力差、分布广泛和对环境干扰反应敏感等特点，对其的研究目前已广泛应用于水质和环境监测中[4]。关于石头河水域大型底栖动物的研究仅见于对渭河水系的调查[5]，目前对白云峡水域的大型底栖动物调查还是个空白。为此，本研究以白云峡为调查对象，进行了大型底栖动物群落结构特征分析，旨在为全面了解白云峡以及石头河水生生物资源提供基础数据，同时为秦岭细鳞鲑的生态学研究提供支持。

    1材料与方法

    1.1调查点位设置

    根据白云峡水域的气候、生态及地理特征，于2016年3月（枯水期）对白云峡中下游大型底栖动物进行了调查，此次调查共设置5个调查点（B1-B5）。B1位于白云峡与石头河上游交汇处，B2、B3、B4、B5位于B1点位上游，分别距B1点1 250 m、2 650 m、5 450 m和8 250 m。

    1.2样品采集与鉴定

    根据白云峡河岸的具体情况，在各调查点使用索伯网（网口为30 cm×30 cm，网目为60目）采集5个平行样。采集到的砂石混合物经过洗涮后转入500 mL的样品瓶中，加入75%的酒精固定并保存。此后，在实验室利用人工挑选的方法将大型底栖动物样品分离出来放入100 mL样品瓶，加75%酒精保存[6]。借助解剖镜和显微镜对样品进行分类鉴定、计数，大型底栖动物尽可能鉴定到种或属。物种鉴定参考相关文献[7]。鉴定分类后，用滤纸将底栖动物体表保存液轻轻吸干，用分析天平称重，精确到0.000 1 g。

    1.3数据处理与分析

    根据采样面积，将各调查点大型底栖动物的数量和重量换算成密度（个/m2）和生物量（ g/m2）。采用Shannon-Wiener指数（H′）[8]对大型底栖动物群落多样性进行分析。计算公式如下：

    H′= -∑（Ni/ N ）ln（Ni/ N ）

    式中： N 为样本中底栖动物总密度， Ni 为物种 i 的密度。

    2调查结果

    2.1底栖动物种类组成

    从各采样点采集到的样本中共鉴定出大型底栖动物13种，隶属于2门2纲13科。其中，节肢动物昆虫纲11种，占种类数84.6%；环节动物蛭纲2种，占15.4%；昆虫纲包括5目，其中蜉蝣目4种，占308%，毛翅目、襀翅目、鞘翅目、双翅目分别为2、2、2和1种，合占53.9%。调查点B3采集到底栖动物最多，共8种，B4采集到的最少，共2种。各调查点中采集到频次最高的种类有两种，分别是新石蝇（Neoperla）和扁蜉（Ecdyrus）。

    2.2底栖动物密度与生物量

    调查发现，白云峡5个采样点底栖动物的密度变化范围在17.8～84.4个/m2之间，平均值为51.1个/m2；生物量变化范围在0.160 0～1.550 0 g/m2之间，平均值为0.649 3 g/m2。调查点B1采集到底栖动物数量最多，主要以蜻蜓目和鞘翅目占优势，调查点B4数量最少。底栖动物生物量最大值出现在调查点B1，最小值出现在B2，此调查点以个体较小的扁蜉为主，而体型较大的种类相对较少。

    2.3底栖动物多样性

    白云峡水域大型底栖动物Shannon-Wiener多样性指数（H′）变化幅度较大。如图6所示，H′最大值出现在B3调查点，为2.39，最小值出现在B4调查点，指数值为0.54，平均值为1.76。根据生物多样性指数水质评价标准：H′大于4.5为无污染；H′在4.5～3之间为轻度污染，H′在3～1之间为中污染，H′小于1为重污染[9]，白云峡水域水质处于中污染状态。

    3讨论

    大型底栖动物是水生生态系统中的重要类群，通过促进水底碎屑的分解，水体自净的加快以及对沉积物产生扰动等功能，对水生生态系统的物质循环和营养流动产生重要影响[10]。在河流生态系统中，大型底栖动物的群落结构在很大程度上主要与河流环境中的生境多样性和稳定性有相互关系，这些生境主要包括河道底质、水深、流速以及水温等[11-12]。有研究表明，不同的流速和底质条件，大型底栖动物的种类组成和多样性不同。一般在河流源头，河流底质以岩块和砾石为主，流速湍急，适合蜉蝣目、毛翅目和襀翅目等种类的生存，而在河流中下游，流速变缓，底质粒径变小，适合寡毛类、腹足纲和摇蚊幼虫等种类的生存[13]。殷旭旺等[5]在渭河干流的源头、秦岭溪流以及泾河的源头调查结果表明，大型底栖动物主要以水生昆虫为主，仅有部分样点出现寡毛类，本调查结果与之相近。此次采集到的大型底栖动物群落中，主要以蜉蝣目种类为主，约占底栖动物总种类的31%。在白云峡水域，河道中岩石和砾石约占底质的98%，水流快，河床腐殖质和水草存留较少，这些生境特征对大型底栖动物的生存和繁衍存在不利影响。

    本调查显示，白云峡水域大型底栖动物多样性指数处于较低水平，依据评价标准推断出该水域水质处于中污染状态，这一生物评价结果与水环境化学评价结果存在差异[14]。有研究报道，虽然生物多样性指数被用以进行水质生物学评价已有多年，但是其在具体应用中仍存在一定的局限[15-16]。因此，在对类似白云峡水域的峡谷型河流的水质评价中，应根据河流地质、生境等具体情况进行选择性评价。本研究调查点主要集中在生态环境较为原始的水域区段，人为干扰对底栖动物群落所造成的影响较小，加之峡谷中水流较快，自净能力较强，河水中包括凋落的树叶等腐烂分解形成的有机污染物很少。因此，从整体来看，秦岭白云峡水域水质处于清洁无污染状态，其中大量清洁敏感种（水生昆虫幼体）是秦岭细鳞鲑生长繁殖的优质饵料，对秦岭特有冷水性鱼类的增殖放流具有重要作用。

    参考文献：

    [1] 王建莹，王双银，杨会龙，等.石头河流域降雨径流变化特征研究[J].干旱地区农业研究， 2011，29（6）：179-183

    [2] 郑雪莉，卜书海，代栓发，等.细鳞鲑在太白山南坡的适应性生长研究[J].西北农林科技大学 学报（自然科学版），2010，38（3）：52-58

    [3] Higgins RP， Thiel H. Introduction to the Study of Meiofauna[M]. Washington D.C.： Smithsonian Institution Press，1988

    [4] 赵茜，高欣，张远，等.广西红水河大型底栖动物群落结构时空分布特征[J].环境科学研 究，2014，27（10）：1150-1156

    [5] 殷旭旺，徐宗学，高欣.等.渭河流域大型底栖动物群落结构及其与环境因子的关系[J].应用 生态学报，2013，24（1）：218-226

    [6] 孟伟，张远，渠晓东，等.河流生态调查技术方法[M].北京：科学出版社， 2011，92

    [7] 赵文.水生生物学[M].北京：中国农业出版社， 2005

    [8] Shannon C E. The mathematical theory of communication[J].Bell System Technical Journal，1948，27（3）：379-423

    [9] 赵永晶，沈建忠，王腾.等.基于大型底栖动物的乌伦古湖水质生物学评价[J].水生态学杂志，2010，3（3）：7-11

    [10] 戴纪翠，倪晋仁.底栖动物在水生生态系统健康评价中的作用分析[J].生态环境，2008， 17（6）：2107-2111

    [11] 任海庆，袁兴中，刘红，等.环境因子对河流底栖无脊椎动物群落结构的影响[J].生态学报， 2015，35（10）：1-12

    [12] 段学花，王兆印，程东升.典型河床地质组成中底栖动物群落结构及多样性.生态学报， 2007，27（4）：1644-1672

    [13] 李良，杨扬，乔永民，等.东江干流及其源头支流大型无脊椎动物群落结构特征与环境指示 评价[J].2016，32（3）：313-317

    [14] 宝鸡市环境保护局. 宝鸡市集中式生活饮用水水源水质状况报告[EB/OL].http：//www.baojihb.gov.cn/content/4333.html， 2016-08-01

    [15] 马徐发，熊邦喜，王明学，等.湖北道观河水库大型底栖动物的群落结构及物种多样性[J].湖 泊科学，2004，16（1）：49-55

    [16] 王军，周琼，谢从新，等.新疆额尔齐斯河大型底栖动物的群落结构及水质生物学评价[J]. 2014，33（9）：2420-2428