太子河流域底栖动物群落结构及其与环境因子的关系

殷旭旺，韩洁，王博涵，金文，杨璐，陈海，吴丹

（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 116023）

太子河流域底栖动物群落结构及其与环境因子的关系

殷旭旺，韩洁，王博涵，金文，杨璐，陈海，吴丹

（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 116023）

2012年9月对太子河流域39个采样点的底栖动物群落和水体环境因子特征进行野外调查，并运用香农威纳指数、均匀度指数和典范对应分析等方法分析底栖动物的群落结构。结果表明：在太子河流域共采集到底栖动物61种，以双翅目、蜉蝣目为主，各采样点底栖动物平均密度为0.64×103ind/m2，平均生物量为20.03g/m2，香农威纳指数和均匀度指数平均值分别为2.14和0.52。典范对应分析表明：影响太子河流域底栖动物群落的主要水体环境因子是总氮、流量和氨氮。综合分析得出：太子河流域受到了轻度污染。

太子河流域；底栖动物；环境因子

底栖动物常作为河流生态系统中的指示类群，在河流生态系统中有十分重要的生态学作用和意义[1-4]。底栖动物采集方便、有着固定的栖息环境和对水环境干扰较为敏感等优点，常用作水生生物评价指标[4,5]，而水环境的改变会影响底栖动物群落的组成、多样性及分布，不同的底栖动物对水环境的适应性及水体污染等因素的敏感程度也不同[6-9]。因此，利用底栖动物群落结构特征和优势物种等参数能准确反应水质情况，在一定程度上反映河流生态系统的健康状况[10,11]。

太子河是辽宁省本溪市生活用水的主要水源，近年来，关于太子河流域水生生物的调查研究已经有了一定报道[10,11]，但多数关注的是太子河流域的分区状况及底栖动物群落结构的研究，对底栖动物群落结构与环境因子的研究相对较少。为了更好地研究太子河流域的底栖动物群落特征及其与环境因子的关系，2012年9月在太子河流域进行野外调查，以初步了解太子河流域底栖动物群落结构特征、底栖动物群落与水体环境因子的关系，为太子河流域河流生态学的研究提供一定参考。

1 材料和方法

1.1 采样点设置

太子河上游位于长白山的山区，海拔均在500m以上，流域内森林茂盛，植被较多，流域内底质多为鹅卵石和石块，无冲淤，河床稳定。太子河的中上游区域有近百条支流，面积大于100 km2的河流有9条，上游主要底质为鹅卵石，中下游底质为沙石。在太子河流域各城市的代表性支流上，共设置39个采样点（图1）[10,11]。

图1 太子河流域采样点分布Fig.1 The sampling sites distributed in Taizihe River Basin

1.2 样品采集及水环境因子测定

在太子河流域各采样点的100m范围内，利用索伯网采集2个平行样本。将采集到的底栖动物与水中的杂质分开，置于100mL样品瓶中，现场用75%的酒精固定，带回实验室。在OLYMPUS显微镜或者解剖镜下鉴定、计数底栖动物，根据资料，将底栖动物鉴定到最低分类单元[12-14]。

在采样点现场测定水中溶解氧（DO）含量、水体流速（velocity）、流量（flow）、河宽（width）、水深（depth）、水温（Temp）和pH，采集水样带回实验室中测定总磷（TP）、电导率（Cond）、硬度（TD）、总氮（TN）和氨氮（NH3-N）含量[15-17]。

1.3 数据统计分析

底栖动物群落特征数据用Excel2003进行分析，PCA和CCA在Canoco4.5上进行，利用Biodiversity pro2.0计算香农威纳指数和均匀度指数，太子河采样图及各点位底栖动物群落结构特征分析用ArcMap完成[15-17]。

2 结果与分析

2.1 太子河流域底栖动物群落结构特征

在太子河流域共鉴定出底栖动物13目61种，物种主要以双翅目、蜉蝣目为主。双翅目物种数最高，为21种，蜉蝣目为10种，毛翅目7种，蜻蜓目和基眼目各5种，无吻蛭目和颤蚓目各3种，襀翅目为2种，端足目、吻蛭目、十足目、真瓣鳃目和鞘翅目物种数较少，均为1种。双翅目密度最高，占总密度的50.23%，其次为颤蚓目，密度占比为22.76%，蜉蝣目占比为21.88%，毛翅目、蜻蜓目、基眼目、襀翅目、十足目、端足目、真瓣鳃目、无吻蛭目、吻蛭目和鞘翅目密度占比较少（表1）。

表1 底栖动物的物种数和密度所占比例Tab.1 The number and density percentage of macrobenthos collected in Taizihe River Basin

太子河流域底栖动物平均物种数为4种，最高在T7点位，为13种。底栖动物密度平均值为0.64×103ind/m2，最高在T31点位，为5.56×104ind/m2。底栖动物生物量平均值为20.03 g/m2，最高在T32点位，为208.98 g/m2。底栖动物平均香农威纳指数为2.15，最高点位于T9，为3.32；平均均匀度0.52，最高点位在T7，为0.89（图2）。

图2 太子河流域底栖动物群落结构特征的分析Fig.2 The community structure ofmacrobenthos in Taizihe River Basin

2.2 太子河流域底栖动物群落与环境因子的相关性

2.2.1 太子河流域水环境因子特征

由表2可知，太子河流域平均水温为19.34℃，水体为碱性，平均河宽为39.83m，平均水深为60.53m，水体平均流速为0.50m/s，平均流量20.80m3/s（表2）。

表2 太子河流域水环境因子（平均值±标准差）Tab.2 The environmental factors（Mean±SD）in Taizihe River Basin

2.2.2 太子河流域底栖动物群落结构水环境因子的相关性

对太子河流域12种水文和水环境因子进行主成分分析（PCA），筛选出溶解氧、总氮、河宽、氨氮和流量5个水环境主要因子（图3）。

太子河流域底栖动物密度和环境因子的CCA分析结果显示（图4）：在太子河流域总氮（P=0.008， F=1.90）、流量（P=0.009，F=1.78）和氨氮（P=0.04，F=1.43）是主要影响底栖动物群落的环境因子。氨氮、总氮和溶解氧对第二轴影响较大，流速、河宽对第一轴影响较大（图4），河宽及溶解氧对底栖动物群落结构也有一定的影响。

图3 太子河流域水体环境因子主成分分析（PCA）Fig.3 Principal com ponent analysis of hydrological environmental factors in Taizihe River Basin

图4 太子河流域底栖动物群落与环境因子的CCA排序图Fig.4 Canonical correspondence analysis of species-environmental relationship in Taizihe River Basin

3 讨论

调查发现：太子河流域共有61种底栖动物，双翅目物种数和密度最高，其次为蜉蝣目，双翅目主要以摇蚊为主，T3、T4等点位密度高。摇蚊幼虫为典型的耐污种[18,19]，说明太子河流域部分地区受到了污染。大多数蜉蝣目物种为清洁种，如韦氏四节蜉Baetisvaillanti等，说明太子河流域部分地区水体质量相对较好。太子河流域上游大部分地区为鹅卵石底质，水质清澈，生境较好，底栖动物物种数，及香农威纳指数相对较高；中下游大部分地区为沙石底，生境较上游差，底栖动物物种数及香农威纳指数相对较低。底栖动物群落香农威纳指数常被作为评价水体质量的工具来评价水体的质量[13]。太子河流域底栖动物群落的香农威纳指数变化为2～3，平均为2.14。香农威纳指数的范围为2～2.5为轻度污染[20]，表明太子河流域水体为轻度污染。

典范对应分析表明：太子河流域底栖动物受到溶解氧、总氮、河宽、氨氮含量和流量的影响较为严重，其中主要影响底栖动物群落结构的环境因子是流量和总氮、氨氮含量。河流中的总氮的含量是评价水体中营养物质污染程度的重要指标[21]。此次调查中总氮平均含量为3.70mg/L，氨氮含量平均值为0.94mg/L，流量平均值为0.50m/s，其对底栖动物群落结构起主要作用，与底栖动物群落呈正相关性，对太子河流域底栖动物的繁殖及分布起重要作用。研究表明：水体流量减少会导致底栖动物对生境的适宜性降低，影响底栖动物群落的密度、生物量及多样性指数等特征[22,23]。太子河流域不同区域的水体流量不同，底栖动物群落的分布也不同。氨氮抑制底栖动物群落的生长，降低底栖动物的繁殖率，对太子河流域底栖动物的影响很大。溶解氧和河宽均对底栖动物群落有一定影响。溶解氧对底栖动物群落结构呈负相关性，含量较低甚至导致底栖动物的死亡；河宽对底栖动物群落结构呈正相关性。太子河流域溶解氧含量较高，平均值为9.44mg/L，适合底栖动物群落的生长与繁殖。

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Macrobenthic Community and Relationship with Environmental Factors in Taizi River Basin

YIN Xu-wang,HAN Jie,WANG Bo-han,JINWen,YANG Lu,CHEN Hai,WU Dan
（Liaoning Provincial Key Laboratory for Hydrobiology,College of Fisheriesand Life Science,Dalian Ocean University,Dalian 116023,China）

Themacrobenthic community structure was surveyed in 39 sapling sites in Taizihe River Basin in September of 2012 to show the relationship between the community structure of the macrobenths and the associated environmental factors by Shannon-Weiner index,Pielou index ofmacroinvertebrate and Canonicalcorrespondence analysis.Therewere 61macrobentic specieswere found in Taizihe River Basin,w ith average density of 0.64×103ind/m2,Shannon-Wiener index of 2.14 and Pielou index of 0.52. Canonical correspondence analysis revealed thatmacrobenthic community structurewas heavily determ ined by levels of totalnitrogen（TN）and NH3-N,and water current.The findings indicate that thewater in TaiziRiver Basinwas found to be lightly polluted.

Taizihe River Basin;macrobenthos;environmental factor

S932.8

A

1005-3832（2017）03-0040-05

2016-12-20

殷旭旺（1980-），男，副教授，从事水域生态学研究.E-mail:yinxuwang@dlou.edu.cn