影响浑太河流域大型底栖动物群落结构的环境因子分析

　　摘要:于2012年5～6月对浑太河流域66个采样点的大型底栖动物进行调查采样．共采集到大型底栖动物72(属)种，其中水生昆虫51(属)种，占70.83%，环节动物7(属)种，占9.72%;节肢动物(属)4种，占5.56%;软体动物(属)10种，占13.89%．首先，采用相关分析从6类28个候选指标中筛选出EPT分类单元数、优势分类单元个体相对丰度、蜉蝣目相对丰度、毛翅目相对丰度、软体动物相对丰度、扁蜉科/蜉蝣目相对丰度、纹石蛾科/毛翅目相对丰度、寡毛类动物相对丰度、敏感类群相对丰度、耐污类群相对丰度、收集者相对丰度、黏附者相对丰度、香农-威纳多样性指数共13个指标用于表征浑太河流域大型底栖动物群落结构特征．然后，利用ＲDA方法分析了自然环境因子和反映人类活动压力的环境因子对大型底栖动物空间分异的影响．利用偏冗余分析(pＲDA)比较了自然环境因子与人类活动压力因子对底栖动物群落结构影响的大小，以及流域、河岸缓冲区和河段尺度人类活动压力因子对大型底栖动物的影响．结果表明，所有环境因子可解释底栖动物群落结构空间变异的72.23%．纳入分析的人类活动压力因子解释了底栖动物群落结构空间变异的48.9%，纳入分析的自然环境因子解释了底栖动物群落结构空间变异的11.8%．河段尺度人类活动压力因子对底栖动物群落结构空间分异影响最显著．河段尺度人类活动压力因子可解释底栖动物群落结构空间分异的35.3%，其中，显著环境因子pH、栖息地质量、总氮、高锰酸盐指数、硬度、电导率、总溶解颗粒物和氨氮分别解释了4%、3.6%、1.8%、1.7%、1.7%、0.9%、0.9%和0.9%的底栖动物群落结构空间分异．河岸缓冲区和流域尺度土地利用对大型底栖动物空间分异的贡献分别为10%和7%．最后，采用相关分析比较了流域和河岸缓冲区尺度土地利用与水质、水文、栖息地质量以及底质的关系，结果表明流域尺度土地利用能更好地表征河流水质、水文、栖息地质量以及底质状况，也说明不同尺度环境因子对大型底栖动物群落结构的影响有联合效应．

　　关键词:浑太河;底栖动物;环境因子;不同尺度

　　水生生物群落结构在不同河流有较大差异．不同空间尺度的各种生态过程会形成相应的群落结构，某物种的出现是局地环境特征和大尺度地理因素综合影响的结果，可以根据环境变化有效预测各种生物指标的功能．大型底栖动物生存在河流及湖泊的水底，移动能力较差，生活史较长，优势类群主要包括寡毛类、软体动物和水生昆虫等，其丰度和群落结构与河道的物理化学条件紧密相关，河道的物理条件如底质类型、河道形态、碎屑和水生植被的类型等对大型底栖动物有直接影响，而河流初级生产力和营养物浓度的变化对其有间接影响．而河道的物理化学条件、水质状况以及栖息地质量又被较大尺度环境因子影响，如河岸带和流域土地利用．有研究发现林地面积的减少、农业用地和城镇建设用地的增加与河道生境以及生物群落的退化相关，农业用地的增加时常会引起营养物浓度增加和沉积物淤积．

　　一些研究发现较大尺度的因素例如地质、气候和景观水平因子(如土地利用和植被格局)对区域生境特征和底栖动物组成、特性有重要影响．也有一些研究发现局部尺度特征例如生态水力学或生境质量影响着大型底栖无脊椎动物丰度、功能摄食类群等指标．

　　尽管不同尺度环境因子均会影响水生生物群落结构，但它们的贡献是不同的．Li等采用偏CCA研究发现大尺度环境因子(地质、气候和土地利用)可解释大型底栖动物空间变异的17%～22%，而局部空间尺度环境因子(底质类型、水文和物理化学条件)可解释大型底栖动物空间变异的15%～18%．Johnson等研究发现生境尺度的环境因子对大型底栖动物的影响更大．生境指标解释了底栖动物类群组成变异的23%，解释了功能变异的11%．河岸缓冲区和流域尺度环境因子解释了大型底栖动物类群组成和功能变异的24%和11%．

　　Feld等发现流域尺度景观特征和水文因子在流域、河段以及点位尺度分别解释了底栖动物群落空间变异的11.4%、22.1%和15.8%．张勇等以钱塘江中游流域为例，分析了影响大型底栖动物变异的主要环境因子及有效尺度，发现流域尺度较河段尺度的环境因子更为重要．

　　本文以浑太河流域为研究区域，通过比较分析不同尺度环境因子对底栖动物群落结构的影响，解析不同空间尺度环境因子影响底栖动物群落结构的相对重要性，以期为浑太河流域底栖动物保护提供科技支撑．

　　1、材料与方法

　　1.1研究区域

　　浑太河流域位于辽宁省境内，面积为2.73×104km2，全河流经抚顺、沈阳、鞍山、营口、盘锦等地区．其水系发源于长白山脉，形成浑河和太子河两条河流．其中，浑河全长415km，流域面积为1.15×104km2．太子河长413km，流域面积1.39×104km2．两条河流在三岔河附近交汇，称为大辽河．大辽河长96km，在辽宁营口市汇入渤海．太子河观音阁水库以上为上游地区，多为山地森林多水区，植被保护较好，占全流域面积的69%，观音阁水库至葠窝水库段为中游地区，低山丘陵为主，占全流域面积的6.1%，葠窝水库以下为下游地区，处于平原农作物少水区，占全流域面积的24.9%．浑河流域大伙房水库以上为低山丘陵区，林地较多，植被保护较好，覆盖率达到50%以上．中下游为平原地区，土地开发程度高，水田和旱地较多．浑河流域林地、旱地、水田、城镇建设用地分别占流域面积的46.26%、22.54%、10.84%和15.45%［20］．浑河中下游流经东北平原，多年平均降雨量约为718.3mm，年平均径流量37.7×108m3．

　　1.2研究方法

　　1.2.1样点设置

　　2012年5～6月，根据浑太河流域不同用地类型，在浑太河干、支流共选择了68个样点进行了底栖动物采集．其中，浑河及其支流共设置了23个(H1～H23);其中干流设置了6个样点(H18～H23)，支流设置了17个(H1～H17)．太子河及其支流共设置了43个(T1～T43)，其中干流设置了10个样点(T24～T30，T41～T43)，支流设置了33个样点(T1～T23，T31～T40)．大辽河设置了2个样点(H24～H25)．由于浑河流域的小细河(H17)和浑河干流下游(H23)共2个点位未采集到大型底栖动物，因此，实际仅66个点位捕获到了大型底栖动物．

　　1.2.2大型底栖动物采集及分类鉴定方法

　　在所选定样点的100m范围之内，使用索伯网(surber，网口为30cm×30cm，网孔径为500μm)随机采集2个平行样本．水深较大的样点于近岸处取样．将网内所有采集物经过60目网筛转入300mL塑料瓶中，并加入90%的酒精溶液保存．在实验室内采用人工挑拣的方法将底栖动物样品转入100mL的塑料瓶中，同时加入95%的酒精溶液保存待检．在显微镜或解剖镜下分类、计数，利用解剖镜和显微镜对底栖动物进行分类鉴定，样品尽量鉴定到属或者种．

　　1.2.3不同环境因子数据的获取

　　环境因子包括自然环境因子和人类活动压力两类．自然环境因子包括流域尺度的海拔和流域面积，河段尺度的河宽、水深、流量、流速;微生境尺度的底质类型;人类活动压力包括流域和河岸缓冲区的土地利用状况，河段尺度的水质参数以及栖息地质量．

　　本研究中的土地利用数据来源于“国家科学数据共享工程———地球系统科学共享网”2005年数据，土地利用类型划分为林地、草地、水田、旱地、城镇建设用地、聚落用地、水体、未利用地8个一级类型．在ArcGIS环境中，基于DEM和水系分布图，以各监测点为流域出口进行子流域的划分．将流域土地利用数据与子流域边界进行叠加分析，获得子流域尺度土地利用数据．在ArcGIS环境中，以68个采样点上游水系为中心进行各河岸缓冲区操作，宽度为300m的缓冲区．在此基础上，将获得的缓冲区边界与流域土地利用数据进行剪切操作获得距河岸300m缓冲区的土地利用数据．2012年5～6月分别对浑太河流域的水体理化参数、大型底栖动物及生境特征进行了调查．水温(T)、电导率(Cond)、溶解氧(DO)、总溶解颗粒物(TDS)、饱和度(DO%)及pH采用便携式水质分析仪(YSI-85)测定．水深(Depth)、流速(Velocity)使用流速仪(FP111)现场测定，河宽(Width)采用皮尺测量，流量(Flow)根据水深、流速以及河宽计算．不同底质含量采用底质分样筛网(孔径分别为1、2、4、8和16mm)测定．在各个采样点采集2个平行水样(各2L)，置于低温保温箱中，于48h内带回实验室，参照中华人民共和国国家标准———地面水环境质量标准(GB3838-2002)测定以下水化学指标:总氮(TN)、总磷(TP)、氨氮(NH+4-N)、硝酸盐(NO－3-N)、磷酸盐(PO3－4-P)、悬浮物(SS)、高锰酸盐指数、硬度(Hardness)等．

　　对各采样点的栖息地质量进行了评价，选取了10个指标(底质类型比例、栖境复杂性、速度和深度、堤岸稳定性、渠道化程度、河水水量变化、植被多样性、水质状况、人类活动强度、河岸土壤利用类型)，每项20分，总分200分．所有点位的分析栖息地评分均由同一人调查完成，以消除由于人为误差导致的评价结果不一致．现场用MAGELLAN全球定位系统(eXplorist-200)测定海拔及经纬度．

　　1.2.4数据处理与统计

　　本研究从群落丰富度、种类个体数量比例、生物耐受能力、营养级组成、反映小生境质量以及生物多样性6个方面共28个指标分析大型底栖动物群落结构特征．进一步分析前，首先排除仅有一类物种出现的点位，共有51个点位的数据用以支撑本研究的分析．首先，采用相关性分析，筛选出用于进一步分析的表征底栖动物群落结构特征的指标，共选择了M4、M6、M8、M9、M11、M13、M14、M17、M20、M21、M22、M27、M28共13个参数进入下一步分析．其中，敏感类群和耐污类群是根据大型底栖动物的耐污值确定，耐污值通常以0～10表示，耐污值小于等于3，为敏感类群;在3～7之间，为中间类群;大于7，为耐污类群．借鉴以往研究，确定此次生态调查不同物种的耐污值．

　　对各样点表征大型底栖动物群落结构的指标进行除趋势对应分析(detrendedcorrespondenceanalysis，DCA)后发现，底栖动物数据的梯度值为2.093，小于3，故选择冗余分析(ＲDA)．将物种数据矩阵的总变异分解成不同部分:①将不同尺度的环境因子相结合，利用向前引入法以环境因子及物种数据为基础ＲDA分析，筛选出关键环境因子;②排除自然环境因子，采用偏ＲDA分析，分别计算流域尺度、河岸缓冲区尺度、河段尺度和微生境尺度反映人类活动压力的环境因子对底栖动物群落结构空间分异影响．ＲDA和偏ＲDA分析采用CANOCO4.5进行．

　　2、结果与讨论

　　2.1底栖动物群落结构特征