黄河甘肃段底栖动物群落及生物多样性研究_张英.pdf

收稿日期：2023-04-06基金项目：甘肃省2023年水利科研与技术推广项目（23GSLK022）作者简介：张 英（1975-），女，江苏东台人，高级会计师，主要从事河流健康评价、水质监测，E-mail：。黄河甘肃段底栖动物群落及生物多样性研究张英（甘肃省水环境监测中心，甘肃 兰州 730000）摘要：为研究现阶段黄河甘肃段大型底栖动物群落现状，对黄河甘肃段兰州市以上河段底栖动物群落及生物多样性进行了调查研究。结果表明：黄河甘肃段共采集到底栖动物36种，其中节肢动物28种，软体动物6种，环节动物2种；底栖动物的现存量有着显著的空间差异性，变化趋势表现为下游段大于上游段；调查期间，优势种为卵萝卜螺（Radix ovata）、钩虾（Gammarus sp.）、横纹划蝽（Sigara substriata）、短脚溪泥甲（Ampumixis sp.）和秀丽白虾（Palaemon modestus）；下游段生物多样性和丰富度均高于上游段，其中在水库和湿地的底栖动物物种组成最为丰富。关键词：黄河甘肃段；底栖动物；优势种；生物多样性中图分类号：Q958.8文献标志码：A文章编号：2095-0144（2023）05-0019-051前言黄河流域是我国第二大流域，在全国生态环境稳定和安全方面占有重要地位，同时也是我国生态环境最为脆弱的区域之一1,2。黄河流域上游具有水源涵养和补给的重要功能，相比中下游地区，上游区域内严酷的自然条件，使得环境承载能力相对较低3,4。黄河甘肃段作为黄河流域重要的水源涵养和补给河段5，面临着水生态系统不稳定和生物多样性程度较低的问题。从河流健康状况的角度来看，对水生生物的调查和研究是十分有必要的。底栖动物多生活在水体底部或附着于河床底质和水生植物表面6，对栖息地环境的变化十分敏感。同时，具有十分明显的区域性，群落结构能够很好地反映当地环境状况，可以作为指示物种被广泛地运用到河流健康评价和水环境监测中7。目前，对黄河流域上游高海拔地区底栖动物群落和生物多样性的调查资料相对较少。因此，基于黄河甘肃段底栖动物物种和现存量的调查，对群落组成、空间分布和多样性变化情况进行研究，阐明不同河段底栖动物的结构特征。2材料与方法2.1研究区概况黄河甘肃段地处青藏高原和黄土高原交汇处，位于东经1004610534，北纬33063738，地理条件复杂。黄河在甘肃省“两进两出”，可以分为不连续的上游和下游两段8。上游段流经甘南高原，是黄河流域主要的产流区和涵养区；下游段汇入刘家峡水库后，穿兰州城区而过，工农业发达，水生态受城市建设的影响变化比较显著9.10。甘南高原至兰州市区，海拔从4 500 m降至1 500 m，沿程气候和环境多变。黄河甘肃段西部地势相对平坦，为广阔的草原景观；东部为高山峡谷地貌，山岭起伏、梁昴交错。甘肃省横跨西北干旱区、东部季风区和青藏高寒区三大气候区11，降水分配极为不均，径流量与降水量变化基本一致，在东南部较多，西北部相对较少，导致黄河60%的补给量来自兰州市以上。2.2采样点布设黄河甘肃段上游地处高海拔寒旱区，生物多样性较低。为了避免现存量不足所导致的数据不准确，选择适宜底栖动物生长的丰水期（6-9月）采样。结合黄河甘肃段河流生境特征，共布设了10个采样点（图1）。其中，上游甘南段5个（Y1Y5），下游兰州段5个（Y6Y10）。于2021年8月，对黄河甘肃段底栖动物群落结构、现存量和多样性进行了调查研究。2.3样点采集与分析根据河流生态环境特征，结合流速、植被覆盖第 59 卷 第 5 期2023 年 5 月GANSU WATER RESOURCES AND HYDROPOWER TECHNOLOGY甘 肃 水 利 水 电 技 术Vol.59，No.5May，2023DOI：10.19645/j.issn2095-0144.2023.05.00519度和河床底质的不同情况，选取具有代表性的河段，通过定量和定性相结合的方法，对底栖动物进行采样和分析。采用D形手抄网和索伯网，在每个采样点重复采集23次，经过60目筛网过滤分拣后，放在10%的福尔马林溶液中保存。参考 水生生物监测手册 和 辽河流域底栖动物监测图鉴 以及水生生物相关文献对底栖动物的分类和研究，将样品尽可能鉴别到较低的分类单元。采用滤纸吸收样本上多余的液体后，用高精度电子秤对各类物种的湿重进行称重，将结果折算成底栖动物的密度和生物量来表示。2.4数据处理2.4.1 优势种优势种是根据各物种的优势度值（Y）来确定的，优势度值的计算公式如式（1）。Y=（ni/N）fi（1）式中：Y为优势度；ni为第i种物种个体数；N为样品总个体数。2.4.2 生物多样性使用物种数、密度和生物量3个基本指标来评价底栖动物群落结构，运用Shannon-Wiener多样性指数（H）、Margalef丰富度指数（dM）和Pielou均匀度指数（J）三类生物指数来确定底栖动物群落的多样性（表1）。3结果分析3.1底栖动物空间分布调查期间，在10个样点共采集到底栖动物36种，隶属3门14目26科。其中，节肢动物28种、软体动物6种、环节动物2种。黄河甘肃段底栖动物物种组成和各纲目组成百分比见图2。其中，Y6样点（刘家峡水库）物种数量最多，达到20种，包括16种节肢动物和4种软体动物。Y7和Y9样点次之，图1采样点布设位置黄河甘肃段下游黄河甘肃段上游齐哈玛镇阿万仓镇Y1Y2求吉玛乡Y5Y4玛曲县黄辖要镇曼日玛镇Y3唐克镇采日玛镇西河镇小井沟湟水河Y7盐锅峡镇下山头Y6九楞杆刘家峡水库洮庄浪河Y8高峰村西固区安宁区Y9罗官村肖家窑七里河城关区Y10生物指数Shannon-Wiener多样性指数（H）Margalef丰富度指数（dM）Pielou均匀度指数（J）公式H=-i=1s()ni/N ln()ni/NdM=S-1lnNJ=|-i=1s()ni/N ln()ni/N/lnS含义包含了物种数和均匀度两层含义，是常用的多样性指数生物群落物种的丰富程度实测多样性与最大多样性之比表1多样性指数标准注：ni为样品中第i种物种的个体数；S为样品中底栖动物的种类数；N为样品中底栖动物物种的个体总数。河黄河河2023年第5期甘肃水利水电技术第59卷20均为13种，其中Y7样点包括12种节肢动物和1种软体动物；Y9样点包括9种节肢动物和4种软体动物。Y2样点物种数量最少，仅为4种，包括3种节肢动物和1种环节动物。黄河甘肃段底栖动物总密度为668 ind./m2,其中节肢动物447 ind./m2，占总密度的66.91%；软体动物209 ind./m2，占总密度的31.29%；环节动物12 ind./m2，占总密度的1.80%。底栖动物密度变化趋势为下游段大于上游段。其中Y6样点处密度最大，达170ind./m2；Y2样点处密度最小，仅为21 ind./m2。底栖动物密度分布见图3（a）。黄河甘肃段底栖动物总生物量为38.534 7 g/m2，其中节肢动物略高于软体动物，分别为21.481 9 g/m2和 16.624 4 g/m2，分 别 占 总 生 物 量 的 55.75%和43.14%；环节动物最低，生物量为0.428 4 g/m2，占总生物量的1.11%。底栖动物生物量变化趋势为下游段大于上游段。上游段变化幅度在0.763 02.904 8 g/m2，下游段变化幅度在4.167 27.765 1 g/m2。生物量在Y9（银滩湿地公园）样点最大，达7.765 1 g/m2；最小值出现在Y1样点，生物量仅为0.7630 0 g/m2。底栖动物生物量分布见图3（b）。3.2底栖动物优势种表现综合底栖动物现存量及监测点出现的频率，将优势度值Y0.02作为判定优势种的标准，可以得出黄河甘肃段的优势种分布情况（表2）。本次调查的优势种为卵萝卜螺、钩虾、横纹划蝽、短脚溪泥甲和秀丽白虾共5种，就研究区域而言，优势种沿程趋势表现为下游段（3种）大于上游段（2种），优势种丰富度也表现为下游段大于上游段。图2底栖动物物种组成和纲目组成百分比节肢动物门软体动物门环节动物5.56%77.78%16.67%昆虫纲软甲纲甲壳纲腹足纲蛭纲寡毛纲69.44%5.56%2.78%16.67%2.78%2.78%（b）纲目组成百分比（a）物种组成百分比Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8Y9 Y10下游段上游段180160140120100806040200密度/（ind./m2）环节动物软体动物节肢动物Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8Y9 Y10下游段上游段环节动物软体动物节肢动物876543210生物量/（g/m2）（a）底栖动物密度（b）底栖动物生物量图3底栖动物密度和生物量空间变化表2底栖动物优势种分布优势种横纹划蝽（Sigara substriata）短脚溪泥甲（Ampumixissp.）秀丽白虾（Palaemon modestus）钩虾（Gammarussp.）卵萝卜螺（Radix ovata）优势度值整个区域0.0310.0300.0250.0390.051上游段0.1580.116下游段0.0640.1030.134第5期张 英：黄河甘肃段底栖动物群落及生物多样性研究第59卷213.3底栖动物多样性变化黄河甘肃段底栖动物多样性指数变化范围为1.783.89，流域内沿河段起伏较大，在Y2样点为最小值，仅为1.78；在Y6样点为最大值，高达3.89。丰富度指数变化范围为0.993.70，整体与多样性指数变化趋势一致，在Y2样点为最小值，仅为0.99；在Y6 样点为最大值，高达 3.70；均匀度指数范围为0.750.96，在Y10样点为最小值，仅为0.75，在Y4样点为最大值，达到0.96。各采样点3个指数变化统计见图4。4讨论研究区内不同河段物种分布的差异性，与河流沿程生态环境类型及环境因子所发生的梯度变化有关12。上游河段地处甘南高原，各采样点河段平均海拔3 200 m，平均水温相较下游河段低8，气候和生态环境条件抑制了底栖动物的生长和繁殖，使得上游段底栖动物群落结构较为单一，整体上物种数分布和多样性相对较低。Y1和Y2样点在黄河一级支沟上，周边为草原地貌，河流流速缓慢。Y1样点上有耳萝卜螺的生存，Y2虽然与Y1样点距离相近，但是Y2样点处水体较为浑浊；Y3样点位于黄河第一湾风景区周边，生态环境条件相对较好，使得物种数和多样性在上游段达到最高；Y4和Y5样点位于黄河干流上，黄河流速湍急，岸边水生植物稀少，大多为河滩地，底栖动物以步甲科为主。下游河段平均海拔1 500 m，受人类活动影响较大，使得河流水生态发生了显著变化，造成底栖动物群落结构与上游段存在较大差异。自Y6样点刘家峡水库开始，节肢动物中出现了秀丽白虾和小长臂虾等甲壳类和软甲类物种，并且软体动物丰富度上升；Y7样点为湟水河汇入口，收集到Y6样点处未出现的耐污种钩虾；Y8和Y10样点为干流城市河道，底栖动物密度和生物量均有所下降，但是仍然高于上游河段；Y9样点为银滩湿地公园，底栖动物组成与Y6样点相似。影响河流底栖动物物种分布和多样性较大的因素，主要来源于栖息地的环境状况13。通过比较不同区域环境特征下的物种分布情况可知：在水温较高、植被生长茂盛、流速较低和水质较好的河段，底栖动物多样性较高；在污染较严重的城市河道中生存的物种体型相对较大，耐污性数量显著上升。底栖动物作为河流中长期生存的水生生物，按照环境的变化分为敏感类和耐受类。敏感类（如石蝇幼虫、蜉蝣幼虫等）大多栖息于清洁水体中，对水温、pH值和溶解氧等水体理化因子的改变反应相对敏感；耐受类（如钩虾、水蚯蚓、豆娘幼虫和半翅目的蝽类）与水体高浓度的营养盐分具有相关性，更加适应于水质污染程度偏高的环境。高海拔区河流的生物多样性远小于低海拔区河流，由于沿程生态环境条件变化较大，导致多样性指数和丰富度指数波动幅度相对较大，不同河段底栖动物群落组成和多样性出现显著空间差异。5结论（1）调查采集到底栖动物36种，隶属3门14目26科，其中节肢动物28种，软体动物6种，环节动物2种。密度和生物量变化趋势均为下游段