济南中南部地区夏季底栖动物功能摄食类群与环境因子的关系

    韩晓 李萌 丁素媛 王博涵 殷旭旺

    

    

    

    摘要：于2014年夏季（8月）对济南中南部地区17个采样点的底栖动物功能摄食类群和环境因子特征进行了调查，结果表明：夏季采集到底栖动物31种，以毛翅目和基眼目为主，各点位物种平均值为0.66×103 ind·m-2，香农威纳指数平均值为1.55，均匀度指数平均值为0.69。依据食性将底栖动物划分为刮食者、滤食者、撕食者、收集者和捕食者5种功能摄食类群，代表性类群为刮食者和收集者。典范对应分析表明，影响底栖动物功能摄食类群的主要环境因子是总氮、电导率和溶解氧。

    关键词：济南;底栖动物;功能群摄食类群;环境因子

    河流生态系统是世界上受到影响最大的生态系统之一，河流生态系统一直受到人类活动的干扰及损害，恢复并维持一个健康的河流生态系统已经成为近年来环境管理的重要目标。随着水体污染、生态环境恶化等一系列河流功能衰退问题的出现，河流生态系统健康及其相关的研究正受到广泛的关注。在河流生态系统研究中，水生生物的调查研究一直是评价自然生态过程及人类活动对河流生态系统影响的重要方法。底栖动物是河流生态系统中的重要组成部分[1-3]，在河流生态系统的监测与评价中起到举重若轻的作用。底栖动物群落对水质具有十分重要的指示作用，常作为环境指示生物[4-5]。

    底栖动物功能摄食类群起初是由Merritt等人提出来的，底栖动物功能摄食类群有别于传统的底栖动物分类方法，能更精确地表现底栖动物群落与不同水环境压力的相关性[6-8]。目前国内针对底栖动物功能摄食类群的报道不多，因此，本研究于2014年夏季（8月）对济南中南部地区的河流进行了野外研究，分析底栖动物功能摄食类群与环境因子的关系，为济南中南部地区底栖动物监测及管理提供依据。

    1材料和方法

    1.1地区概况及点位设置

    济南中南部地区属于人类活动较大地区，南部属于南部山区，中部属于市区，河流生态系统类型复杂。根据各区、县及河流生态系统类型不同，设定17个采样点位（见图1）。

    1.2底栖动物样品采集及水体理化性质的测定

    在每个采样点的100 m范围内，用索伯网（网口尺寸为30 cm× 30 cm）采集底栖动物样品，将底栖动物与石块、淤泥等杂质分开，现场用75%酒精固定并保存样品，将底栖动物样品放入100 mL样品瓶中，在解剖镜（OLYMPUS-SZX7）或显微镜下分类和计数，依据相关的文献资料进行样品鉴定[9-11]。

    现场测定水温（Temp）、pH和溶解氧（DO），采集水样，24 h内送回实验室测定电导率（Cond）、鈣离子（Ca2+）、硬度ρTD）、碱度（ALK）、总磷（TP）、总氮（TN）和高锰酸钾指数（CODMn） [12-14]。

    1.3底栖动物功能摄食类群划分

    参考Bode等人[6-8]对底栖动物功能摄食类群的划分方法，将济南中南部地区底栖动物划分为5类（表1）。

    1.4数据统计分析

    底栖动物柱状图在Excel 2007进行，PCA和CCA在Canoco 4.5上进行，香农威纳指数和均匀度指数计算在Biodiversity pro上进行，采样图及各点位底栖动物群落结构特征分析在ArcMap上完成。

    2结果与分析

    2.1底栖动物群落结构特征

    济南中南部地区夏季共鉴定出底栖动物8目31种，以节肢动物门和软体动物门为主。基眼目物种数最高，为10种，毛翅目为9种，蜉蝣目和真瓣鳃目为3种，蜻蜓目、颤蚓目、无吻蛭目和十足目均为1种。毛翅目密度最高，其密度占总密度的56.50%，基眼目密度占总密度的33.62%，颤蚓目密度占总密度的3.52%，蜉蝣目密度占总密度的3.19%，十足目密度占总密度的1.73%，真瓣鳃目密度占总密度的1.30%，蜻蜓目和无吻蛭目密度最低，其占总密度的0.06%（图2）。

    济南地区底栖动物各点位物种数平均值为4种，物种最高点位为J4，物种最低点位为J6。底栖动物各点位密度平均值为0.66×103 ind·m-2，密度最高点位为J7，密度最低点位为J14。底栖动物各点位生物量平均值为149.25 g·m-2，生物量最高点位为J10，生物量最低点位为J3。底栖动物各点位香农威纳指数平均值为155，香农威纳指数最高点位为J4，香农威纳指数最低点位为J9，底栖动物各点位均匀度平均值0.69，均匀度指数最高点位为J14，均匀度指数最低点位为J9。见图3。

    2.2底栖动物功能摄食类群与环境因子的关系

    济南地区夏季底栖动物功能摄食类群为5种，分别为刮食者、滤食者、撕食者、收集者和捕食者。从各摄食类群物种角度：刮食者物种种类最多，为12种，捕食者为9种，收集者8种，撕食者3种，滤食者1种。从各摄食类群密度角度：收集者密度最高，其密度占总物种密度的55.94%，刮食者密度占总密度的34.25%，捕食者密度占总密度的4.56%，滤食者密度占总密度的3.52%，撕食者密度占总密度1.73%。

    济南中南部夏季水中10种环境因子数值如表2所示，结果显示，夏季温度较高，平均温度为26.71 ℃，pH值平均值为7.64，水体呈碱性，电导率平均值为988.81，总氮含量较高，平均值为4.51，CODMn含量较高，平均值为4.38（表2）。

    对济南中南部地区夏季水环境因子进行主成分分析（PCA），筛选出两主轴变化分数较大的环境因子分别为总磷（TP）、溶解氧（DO）、电导率（Cond）和总氮（TN）（图4）。

    选择底栖动物各功能摄食类群密度和环境因子做CCA分析，结果（图5）显示：TN（P=0.009，F=4.06）、Cond（P=0.03，F=2.51） 和DO（P=0.02，F=2.48）是主要影响济南中南部地区夏季底栖动物功能摄食类群的主要环境因子。其中TN对第一轴影响较大，Cond和DO对第二轴影响较大。TN对收集者和滤食者有主要影响，TP对滤食者有主要影响，DO对捕食者有主要影响，Cond对收集者和捕食者有主要影响。

    3讨论

    通过对夏季济南中南部地区底栖动物的调查得出，底栖动物群落以节肢动物门为主，鉴定出底栖动物8目31种，毛翅目和基眼目种类和密度较高，济南中南部地区属于平原，水量少，底栖动物的主体群落以摇蚊幼虫及螺类为主。底栖动物群落香农威纳指数平均值为1.55，均匀度平均值069。香农威纳指数多用于评价水质情况[15]，根据研究表明，底栖动物香农威纳指数数值在1～2，為中度污染，说明济南中南部地区水体呈中度污染。

    济南中南部地区出现刮食者、滤食者、撕食者、收集者和捕食者7类动物功能摄食类群，刮食者物种种类最多，收集者密度最高。刮食者以粘附性的螺类为主，济南地区水体流速缓慢，水量较少，适合螺类粘附性生活。收集者均为双翅目的摇蚊幼虫为主，且摇蚊幼虫密度较高，摇蚊幼虫为耐污种，说明济南中南部地区受到了一定程度的污染。

    通过CCA对各类底栖动物功能摄食类群和环境因子的相关性分析，结果显示：总氮、溶解氧和电导率是主要影响济南中南部地区夏季底栖动物功能摄食类群的环境因子。济南中南部地区水体浊度较高，透明度低，总氮对收集者、捕食者和滤食者起主要影响作用。氮是衡量水体富营养化的指标，其含量影响底栖动物分布[12]。分析表明，总氮与收集者和滤食者呈正相关性，与捕食者呈负相关性，说明总氮对收集者和滤食者物种组成和分布起到一定影响作用。氮含量的增加影响了收集者、捕食者和滤食者的生长繁殖。电导率是衡量水体中离子含量的多少，电导率与收集者呈正相关性，说明电导率对收集者有一定影响。溶解氧可以维持底栖动物正常生理活动，其含量下降可能会引起水中底栖动物的死亡。济南中南部地区溶解氧含量相对较低，限制了多种底栖动物功能摄食类群的生长，限制了捕食者的生存，而耐污能力较强的收集者则大量繁殖，成为绝对优势。分析表明，溶解氧与捕食者呈负相关性，说明溶解氧对捕食者分布和生长起到一定影响作用。通过分析表明，不同的环境因子对大型底栖动物功能摄食类群影响是不同的，基本上可归纳为3类：1） 物理因素：包括水温和电导率等;2） 富营养化因素：包括总氮和总磷等;3） 底质类型，如泥沙等。

    参考文献：

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    （收稿日期：2020-03-10）

    作者简介：韩晓（1981.07-），男，高级工程师，研究方向：水生态与水环境。E-mail：hxiaowind@163.com。

    通信作者：殷旭旺（1980.01-），男，教授，博士，研究方向：水域生态学。E-mail：yinxuwang @dlou.edu.cn。

    DOI：10.3969/j.issn.1004-6755.2020.04.012