长江流域水生态与底栖动物群谱研究

长江流域水生态与底栖动物群谱研究

随着长江流域经济的发展和水资源的开发利用，长江流域生态系统受到严重影响。需要对流域水生生物多样性有全面的了解。本文利用大型底栖无脊椎动物作为指示物种对长江流域的水生态现状进行了调查研究。底栖动物在水生食物链中处于关键环节,其群落结构的变化能很好地反映河段生境条件的变化,是河流生态状况惯用的一项重要生物指标。以往对长江底栖动物的调查研究主要针对长江口滨岸带和潮滩生态系统、一些小支流或非通江湖泊的底栖动物组成及多样性等分散研究上,研究区域相对局部,难以了解长江水生态系统底栖动物构成的整体状况。本文从2005年5月至2007年8月在长江上游主要支流、中下游主要河段及沿江主要湖泊进行了生态考察,选取36个代表样点进行底栖动物采样调查和物种鉴定。在此基础上分析了长江流域底栖动物多样性以及主要影响因素,可为长江生态系统的水生态保护、评价与修复提供参考依据。此外,利用生物种群与污染程度的关系分析了长江流域不同河段的水质现状。1大下游河流选取长江上游金沙江缓流区、小江支流(深沟、吊嘎河、蒋家沟、小白泥沟),大渡河支流(杜柯河、阿柯河、玛柯河),三峡库区支流(车溪、神农溪),嘉陵江流域(支流:九寨沟、白龙江、白水江、涪江;干流:源头、略阳上游、亭子口水文站、南充和重庆断面);长江中下游干流(清江入汇口、石首、嘉鱼和簰洲湾断面;黄冈、安庆、大通、芜湖和南京断面);沿江湖泊(天鹅洲白鱀豚自然保护区、洪湖、东洞庭湖、东湖和鄱阳湖)等36个采样点断面进行底栖动物采样调查,采样点分布图见图1。2学习方法2.1采样面积的确定选取有代表性的水域,采用定量采集和定性采集相结合的方法进行底栖动物采集。对湖泊样本的采集主要采用1/16m2彼得生采泥器,多处采集,采集16次,折合成1m2的采样面积;对长江干支流主要采用Kick网(网孔=420μm)进行半定量采集,一般采集3～5个样方,采用D形手抄网等工具在岸边草丛和大石块底质表面进行定性采集,折合成1～12m2不等的采样面积。同时记录周围的环境要素(如底质组成、水生植物生长状况等)和水流参数(如DO、水温、流速和水深等)。采集水样,密封后低温(0～4℃)避光保存,带回进行水质分析。底栖动物样本现场将活体挑出,放入样本瓶,用10%的福尔马林溶液固定,带回实验室鉴定。2.2水质的分析方法底栖动物鉴定工作参照相关文献,鉴定水平大部分到科或属,尽量区分至种。水质的分析测试委托清华大学化学系分析中心进行。采用改进的Shannon-Wiener和Margalef指数对样点生物多样性进行评价,采用HilsenhoffFBI科级生物指数和水化学分析对水质进行评价。各指数定义如下:(1)shannon-winer指数的改进B=−lnN∑i=1s(ni/N)ln(ni/N)B=-lnΝ∑i=1s(ni/Ν)ln(ni/Ν)(2)磁浮列车指数dM=(S-1)/lnN(3)第二、3.4污染情况FBI=∑i=1FtiniNFBΙ=∑i=1FtiniΝFBI水质评价标准:0.00～3.75极清洁;3.76～4.25很清洁;4.26～5.00清洁;5.01～5.75一般;5.76～6.50轻度污染;6.51～7.25污染;7.26～10.00严重污染。其中:S为物种数;N为总个体数;ni为第i科的个体数;ti为第i科的耐污值;F为科数。3结果与分析3.1河流生物多样性由于样点较多,无法一一给出所有采样点的底栖动物组成,仅选择部分样点给出单位面积内的底栖动物组成(表1)。鉴定水平大部分到科或属,尽量区分至种。36个样点采集到的底栖动物隶属4门7纲71科104属。其中长江上游河床稳定的支流中(如深沟、三峡库区支流、大渡河支流、九寨沟和嘉陵江源头等)底栖动物多数为敏感的蜉蝣目Ephemeroptera、襀翅目Plecoptera和毛翅目Trichoptera幼虫,部分鞘翅目Coleoptera、端足目Amphipoda和涡虫纲Tarbellaria等。河床不稳定易发生冲淤的支流中(如蒋家沟、小白泥沟和金沙江)底栖动物极少甚至为零。嘉陵江干流和长江中下游干流主要为寡毛纲Oligochaeta和摇蚊科Chironomidae,部分样点出现软体动物Mollusca、十足目Decapoda或对污染、扰动等干扰耐受性强的水生昆虫。沿江湖泊中主要为软体动物、寡毛纲、摇蚊科和十足目。采用物种丰度、修正的Shannon指数和Margalef指数对样点的生物多样性进行评价(图2)。可以看出,3项生物指数的评价结果并不完全相同,但基本一致。深沟、神农溪和嘉陵江源头的生物多样性最高,车溪、九寨沟、白水江、吊嘎河和阿柯河多样性较高,东洞庭湖、天鹅洲、嘉陵江亭子口水文站断面、洪湖、涪江和清江入汇口多样性一般,玛柯河、杜柯河、嘉陵江干流其他断面及支流白龙江、小江支流蒋家沟和小白泥沟、长江干流中下游、鄱阳湖和水果湖等断面的生物多样性均较低。因此,长江上游大部分支流的生物多样性均很高,个别河势散乱和泥石流频发(如蒋家沟、白龙江)的河流除外;中下游沿江湖泊的生物多样性较高;中下游干流相对较低。除了河流级别对底栖动物丰度影响外,底栖动物丰度沿河流从上游至下游有递减趋势。长江上游支流的生物多样性整体较高,生态条件良好,但存在极大的差异和变动,这是上游山区河流受到不同的自然生态应力和人类作用影响的结果。如蒋家沟和白龙江上游为泥石流频发区,生态条件较差;嘉陵江上游河段及支流白龙江、白水江江段存在大量的淘金作业,河流水体受到汞等重金属污染的同时,河床还受到巨大淘刷和扰动,使得该地区的河流生态环境极差。因此,对于长江上游,应加大对河流的保护和管理,充分利用河流的自我修复能力不断改善河流生态。3.2底栖动物物种组成河床演变条件对底栖动物的影响很大。根据长江流域的考察点特点,按河床演变条件将河流分为稳定型(深沟、九寨沟、神农溪、阿柯河、嘉陵江源头及亭子口水文站断面等)、侵蚀下切型(吊嘎河、杜柯河和玛柯河等)、淤积抬升型(蒋家沟、白龙江—武都、长江中游江段、嘉陵江-重庆江段等)、强烈走沙型(蒋家沟、小白泥沟和金沙江等)等4类,尝试总结出4类河型下的底栖动物群谱。河床为阶梯-深潭结构(深沟和九寨沟)和卵石河床(嘉陵江源头、神农溪、阿柯河等)的河流可为底栖动物提供多样且稳定的栖息环境,生物组成丰富。主要类群为襀翅目(石蝇科,叉襀科)、蜻蜓目(箭蜓科,蟌科,腹鳃蟌科)、蜉蝣目(四节蜉科,二尾蜉科,小蜉科,扁蜉科,蜉蝣科,河花蜉科,小裳蜉科)、双翅目(摇蚊科,大蚊科,蠓科,蚋科)、毛翅目(纹石蛾科,短石蛾科,长角石蛾科,原石蛾科,石蛾科)、鞘翅目(溪泥甲科,扁泥甲科,水龟甲科,龙虱科,泥甲科)、腹足纲(黑螺科,觿螺科,椎实螺科,扁卷螺科)、端足目(钩虾科)、蛭纲等。底质为卵石的稳定型河流中底栖动物组成丰富,适宜大多数物种生存。有苔藓生长的基岩河床河流(车溪)稳定,可支持较多样的底栖动物生长,但底栖动物直接遭受水流的冲刷作用,只有抓附力强的动物才能生存,附着力弱的物种则无处藏身。主要类群为蜉蝣目(四节蜉科,二尾蜉科,小蜉科,扁蜉科)、双翅目(摇蚊科,大蚊科,蠓科,蚋科)、毛翅目(纹石蛾科,蝶石蛾科,短石蛾科,小石蛾科)、鞘翅目(溪泥甲科,扁泥甲科,龙虱科,水龟甲科)、腹足纲(椎实螺科,扁卷螺科)等。侵蚀下切和淤积抬升的河流底栖动物多样性均较低。对于侵蚀下切的河流(如吊嘎河),河势散乱,河床不断受到侵蚀,有机质浮泥难以滞留,底栖动物不断被淘刷漂流至下游,多样性较低。主要类群为蜉蝣目(四节蜉科,扁蜉科,二尾蜉科,小蜉科等)、双翅目(摇蚊科,水蝇科,大蚊科,水虻科)、毛翅目(纹石蛾科),鞘翅目(溪泥甲科,沼梭科)等。对于淤积抬升的河流(如蒋家沟),河床经常发生淤积,而泥沙淤积会降低生境质量,对许多底栖种群的生存造成危害,降低生物多样性,只有适应沙质环境的动物才能在此生存。主要类群为蜉蝣目(四节蜉科,蜉蝣科,细蜉科,小蜉科)、双翅目(摇蚊科,大蚊科,蠓科)、鞘翅目(龙虱科,水龟甲科)、部分蜻蜓目(箭蜓科、大蜓科)、寡毛纲、十足目等。对于强烈走沙型河流,由于水流对河床的冲击很大,底栖动物难以在其中生存。在采样中,强烈走沙型河流(如小白泥沟、金沙江)未采集到底栖动物。根据不同河段的底栖动物物种丰度值和密度值,绘制不同河床演变条件下的物种丰度和密度箱线图(图3),可以看出,上游支流河床稳定的河流底栖动物密度大,物种丰富,多样性高;侵蚀下切的河流底栖动物密度、物种数和多样性指数较低;淤积抬升的河流底栖动物密度、物种数和多样性更低一些;河势散乱且河床运动剧烈的支流物种丰度和密度均很低甚至为零,生态条件差。3.3使用底栖动物群来评估水体的质量3.3.1其他样点的水化学指标值分析表明,小江支流、大渡河支流、三峡库区支流和嘉陵江源头及九寨沟断面的水化学指标均在国家地表水Ⅰ、Ⅱ类水标准限值内,水质清洁基本无污染。表2给出了其他样点的水化学指标值。可以看出,嘉陵江支流白龙江、白水江和涪江为Ⅲ、Ⅳ类水,嘉陵江干流水质较差,其中略阳断面和重庆断面为Ⅴ类水,水体均受到了中度～重度污染;长江中游干流水质大部分为Ⅲ类水;长江下游干流水质较差,大部分为Ⅳ类水,芜湖断面为劣Ⅴ类;沿江湖泊中除东湖污染较重(Ⅳ类水)外,其他湖泊水质均良好,其中天鹅洲为I类,洪湖、洞庭湖和鄱阳湖均为Ⅲ类。污染断面的主要污染指标为总氮、总磷和氨氮,无重金属污染。3.3.2理化及水化学评价根据FBI生物指数计算结果(图4)对各样点进行水质评价:阿柯河和九寨沟断面水质属极清洁;杜柯河、车溪和玛柯河断面水质属很清洁;神农溪、嘉陵江亭子口、吊嘎河、深沟、嘉陵江源头和长江清江口断面水质属清洁;蒋家沟、安庆、白龙江宝珠寺下游和天鹅洲水质一般;白龙江-碧口、嘉陵江-南充和涪江水质属轻度污染;洪湖、鄱阳湖、东洞庭湖、石首、嘉鱼、白水江、大通和芜湖断面水质属中度污染;簰洲湾、白龙江-武都上游、嘉陵江-略阳上游、嘉陵江-重庆、黄冈、南京和嘉陵江李渡断面及水果湖(东湖)水质属严重污染。综合水化学分析和水质生物评价结果可以看出,长江上游支流(嘉陵江干流及支流白龙江、白水江除外)水质基本清洁,为Ⅰ、Ⅱ类水;中游干流及沿江湖泊水质受到轻～中度污染,为Ⅲ类水;下游干流水质至少受到中度污染,嘉陵江干流中下游样点及白水江、涪江受到中～重度污染,为Ⅳ类水;东湖的水果湖子湖区受到严重污染,为Ⅴ类水。4底栖动物物种多样性长江上游支流大部分样点水质清洁;中游干流及沿江湖泊(水果湖除外)污染还没成为主要问题,水质受到轻度～中度污染;下游干流污染加重,至少受到中度污染,嘉陵江干流中下游及白水江、涪江受到中度～重度污染。长江上游支流底栖动物多样性高(28～32属)或较高(15