長(zhǎng)江流域水生態(tài)與底棲動(dòng)物群譜研究

長(zhǎng)江流域水生態(tài)與底棲動(dòng)物群譜研究

隨著長(zhǎng)江流域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和水資源的開發(fā)利用，長(zhǎng)江流域生態(tài)系統(tǒng)受到嚴(yán)重影響。需要對(duì)流域水生生物多樣性有全面的了解。本文利用大型底棲無脊椎動(dòng)物作為指示物種對(duì)長(zhǎng)江流域的水生態(tài)現(xiàn)狀進(jìn)行了調(diào)查研究。底棲動(dòng)物在水生食物鏈中處于關(guān)鍵環(huán)節(jié),其群落結(jié)構(gòu)的變化能很好地反映河段生境條件的變化,是河流生態(tài)狀況慣用的一項(xiàng)重要生物指標(biāo)。以往對(duì)長(zhǎng)江底棲動(dòng)物的調(diào)查研究主要針對(duì)長(zhǎng)江口濱岸帶和潮灘生態(tài)系統(tǒng)、一些小支流或非通江湖泊的底棲動(dòng)物組成及多樣性等分散研究上,研究區(qū)域相對(duì)局部,難以了解長(zhǎng)江水生態(tài)系統(tǒng)底棲動(dòng)物構(gòu)成的整體狀況。本文從2005年5月至2007年8月在長(zhǎng)江上游主要支流、中下游主要河段及沿江主要湖泊進(jìn)行了生態(tài)考察,選取36個(gè)代表樣點(diǎn)進(jìn)行底棲動(dòng)物采樣調(diào)查和物種鑒定。在此基礎(chǔ)上分析了長(zhǎng)江流域底棲動(dòng)物多樣性以及主要影響因素,可為長(zhǎng)江生態(tài)系統(tǒng)的水生態(tài)保護(hù)、評(píng)價(jià)與修復(fù)提供參考依據(jù)。此外,利用生物種群與污染程度的關(guān)系分析了長(zhǎng)江流域不同河段的水質(zhì)現(xiàn)狀。1大下游河流選取長(zhǎng)江上游金沙江緩流區(qū)、小江支流(深溝、吊嘎河、蔣家溝、小白泥溝),大渡河支流(杜柯河、阿柯河、瑪柯河),三峽庫區(qū)支流(車溪、神農(nóng)溪),嘉陵江流域(支流:九寨溝、白龍江、白水江、涪江;干流:源頭、略陽上游、亭子口水文站、南充和重慶斷面);長(zhǎng)江中下游干流(清江入?yún)R口、石首、嘉魚和簰洲灣斷面;黃岡、安慶、大通、蕪湖和南京斷面);沿江湖泊(天鵝洲白鱀豚自然保護(hù)區(qū)、洪湖、東洞庭湖、東湖和鄱陽湖)等36個(gè)采樣點(diǎn)斷面進(jìn)行底棲動(dòng)物采樣調(diào)查,采樣點(diǎn)分布圖見圖1。2學(xué)習(xí)方法2.1采樣面積的確定選取有代表性的水域,采用定量采集和定性采集相結(jié)合的方法進(jìn)行底棲動(dòng)物采集。對(duì)湖泊樣本的采集主要采用1/16m2彼得生采泥器,多處采集,采集16次,折合成1m2的采樣面積;對(duì)長(zhǎng)江干支流主要采用Kick網(wǎng)(網(wǎng)孔=420μm)進(jìn)行半定量采集,一般采集3～5個(gè)樣方,采用D形手抄網(wǎng)等工具在岸邊草叢和大石塊底質(zhì)表面進(jìn)行定性采集,折合成1～12m2不等的采樣面積。同時(shí)記錄周圍的環(huán)境要素(如底質(zhì)組成、水生植物生長(zhǎng)狀況等)和水流參數(shù)(如DO、水溫、流速和水深等)。采集水樣,密封后低溫(0～4℃)避光保存,帶回進(jìn)行水質(zhì)分析。底棲動(dòng)物樣本現(xiàn)場(chǎng)將活體挑出,放入樣本瓶,用10%的福爾馬林溶液固定,帶回實(shí)驗(yàn)室鑒定。2.2水質(zhì)的分析方法底棲動(dòng)物鑒定工作參照相關(guān)文獻(xiàn),鑒定水平大部分到科或?qū)?盡量區(qū)分至種。水質(zhì)的分析測(cè)試委托清華大學(xué)化學(xué)系分析中心進(jìn)行。采用改進(jìn)的Shannon-Wiener和Margalef指數(shù)對(duì)樣點(diǎn)生物多樣性進(jìn)行評(píng)價(jià),采用HilsenhoffFBI科級(jí)生物指數(shù)和水化學(xué)分析對(duì)水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。各指數(shù)定義如下:(1)shannon-winer指數(shù)的改進(jìn)B=?lnN∑i=1s(ni/N)ln(ni/N)B=-lnΝ∑i=1s(ni/Ν)ln(ni/Ν)(2)磁浮列車指數(shù)dM=(S-1)/lnN(3)第二、3.4污染情況FBI=∑i=1FtiniNFBΙ=∑i=1FtiniΝFBI水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn):0.00～3.75極清潔;3.76～4.25很清潔;4.26～5.00清潔;5.01～5.75一般;5.76～6.50輕度污染;6.51～7.25污染;7.26～10.00嚴(yán)重污染。其中:S為物種數(shù);N為總個(gè)體數(shù);ni為第i科的個(gè)體數(shù);ti為第i科的耐污值;F為科數(shù)。3結(jié)果與分析3.1河流生物多樣性由于樣點(diǎn)較多,無法一一給出所有采樣點(diǎn)的底棲動(dòng)物組成,僅選擇部分樣點(diǎn)給出單位面積內(nèi)的底棲動(dòng)物組成(表1)。鑒定水平大部分到科或?qū)?盡量區(qū)分至種。36個(gè)樣點(diǎn)采集到的底棲動(dòng)物隸屬4門7綱71科104屬。其中長(zhǎng)江上游河床穩(wěn)定的支流中(如深溝、三峽庫區(qū)支流、大渡河支流、九寨溝和嘉陵江源頭等)底棲動(dòng)物多數(shù)為敏感的蜉蝣目Ephemeroptera、襀翅目Plecoptera和毛翅目Trichoptera幼蟲,部分鞘翅目Coleoptera、端足目Amphipoda和渦蟲綱Tarbellaria等。河床不穩(wěn)定易發(fā)生沖淤的支流中(如蔣家溝、小白泥溝和金沙江)底棲動(dòng)物極少甚至為零。嘉陵江干流和長(zhǎng)江中下游干流主要為寡毛綱Oligochaeta和搖蚊科Chironomidae,部分樣點(diǎn)出現(xiàn)軟體動(dòng)物Mollusca、十足目Decapoda或?qū)ξ廴?、擾動(dòng)等干擾耐受性強(qiáng)的水生昆蟲。沿江湖泊中主要為軟體動(dòng)物、寡毛綱、搖蚊科和十足目。采用物種豐度、修正的Shannon指數(shù)和Margalef指數(shù)對(duì)樣點(diǎn)的生物多樣性進(jìn)行評(píng)價(jià)(圖2)?？梢钥闯?3項(xiàng)生物指數(shù)的評(píng)價(jià)結(jié)果并不完全相同,但基本一致。深溝、神農(nóng)溪和嘉陵江源頭的生物多樣性最高,車溪、九寨溝、白水江、吊嘎河和阿柯河多樣性較高,東洞庭湖、天鵝洲、嘉陵江亭子口水文站斷面、洪湖、涪江和清江入?yún)R口多樣性一般,瑪柯河、杜柯河、嘉陵江干流其他斷面及支流白龍江、小江支流蔣家溝和小白泥溝、長(zhǎng)江干流中下游、鄱陽湖和水果湖等斷面的生物多樣性均較低。因此,長(zhǎng)江上游大部分支流的生物多樣性均很高,個(gè)別河勢(shì)散亂和泥石流頻發(fā)(如蔣家溝、白龍江)的河流除外;中下游沿江湖泊的生物多樣性較高;中下游干流相對(duì)較低。除了河流級(jí)別對(duì)底棲動(dòng)物豐度影響外,底棲動(dòng)物豐度沿河流從上游至下游有遞減趨勢(shì)。長(zhǎng)江上游支流的生物多樣性整體較高,生態(tài)條件良好,但存在極大的差異和變動(dòng),這是上游山區(qū)河流受到不同的自然生態(tài)應(yīng)力和人類作用影響的結(jié)果。如蔣家溝和白龍江上游為泥石流頻發(fā)區(qū),生態(tài)條件較差;嘉陵江上游河段及支流白龍江、白水江江段存在大量的淘金作業(yè),河流水體受到汞等重金屬污染的同時(shí),河床還受到巨大淘刷和擾動(dòng),使得該地區(qū)的河流生態(tài)環(huán)境極差。因此,對(duì)于長(zhǎng)江上游,應(yīng)加大對(duì)河流的保護(hù)和管理,充分利用河流的自我修復(fù)能力不斷改善河流生態(tài)。3.2底棲動(dòng)物物種組成河床演變條件對(duì)底棲動(dòng)物的影響很大。根據(jù)長(zhǎng)江流域的考察點(diǎn)特點(diǎn),按河床演變條件將河流分為穩(wěn)定型(深溝、九寨溝、神農(nóng)溪、阿柯河、嘉陵江源頭及亭子口水文站斷面等)、侵蝕下切型(吊嘎河、杜柯河和瑪柯河等)、淤積抬升型(蔣家溝、白龍江—武都、長(zhǎng)江中游江段、嘉陵江-重慶江段等)、強(qiáng)烈走沙型(蔣家溝、小白泥溝和金沙江等)等4類,嘗試總結(jié)出4類河型下的底棲動(dòng)物群譜。河床為階梯-深潭結(jié)構(gòu)(深溝和九寨溝)和卵石河床(嘉陵江源頭、神農(nóng)溪、阿柯河等)的河流可為底棲動(dòng)物提供多樣且穩(wěn)定的棲息環(huán)境,生物組成豐富。主要類群為襀翅目(石蠅科,叉襀科)、蜻蜓目(箭蜓科,蟌科,腹鰓蟌科)、蜉蝣目(四節(jié)蜉科,二尾蜉科,小蜉科,扁蜉科,蜉蝣科,河花蜉科,小裳蜉科)、雙翅目(搖蚊科,大蚊科,蠓科,蚋科)、毛翅目(紋石蛾科,短石蛾科,長(zhǎng)角石蛾科,原石蛾科,石蛾科)、鞘翅目(溪泥甲科,扁泥甲科,水龜甲科,龍虱科,泥甲科)、腹足綱(黑螺科,觿螺科,椎實(shí)螺科,扁卷螺科)、端足目(鉤蝦科)、蛭綱等。底質(zhì)為卵石的穩(wěn)定型河流中底棲動(dòng)物組成豐富,適宜大多數(shù)物種生存。有苔蘚生長(zhǎng)的基巖河床河流(車溪)穩(wěn)定,可支持較多樣的底棲動(dòng)物生長(zhǎng),但底棲動(dòng)物直接遭受水流的沖刷作用,只有抓附力強(qiáng)的動(dòng)物才能生存,附著力弱的物種則無處藏身。主要類群為蜉蝣目(四節(jié)蜉科,二尾蜉科,小蜉科,扁蜉科)、雙翅目(搖蚊科,大蚊科,蠓科,蚋科)、毛翅目(紋石蛾科,蝶石蛾科,短石蛾科,小石蛾科)、鞘翅目(溪泥甲科,扁泥甲科,龍虱科,水龜甲科)、腹足綱(椎實(shí)螺科,扁卷螺科)等。侵蝕下切和淤積抬升的河流底棲動(dòng)物多樣性均較低。對(duì)于侵蝕下切的河流(如吊嘎河),河勢(shì)散亂,河床不斷受到侵蝕,有機(jī)質(zhì)浮泥難以滯留,底棲動(dòng)物不斷被淘刷漂流至下游,多樣性較低。主要類群為蜉蝣目(四節(jié)蜉科,扁蜉科,二尾蜉科,小蜉科等)、雙翅目(搖蚊科,水蠅科,大蚊科,水虻科)、毛翅目(紋石蛾科),鞘翅目(溪泥甲科,沼梭科)等。對(duì)于淤積抬升的河流(如蔣家溝),河床經(jīng)常發(fā)生淤積,而泥沙淤積會(huì)降低生境質(zhì)量,對(duì)許多底棲種群的生存造成危害,降低生物多樣性,只有適應(yīng)沙質(zhì)環(huán)境的動(dòng)物才能在此生存。主要類群為蜉蝣目(四節(jié)蜉科,蜉蝣科,細(xì)蜉科,小蜉科)、雙翅目(搖蚊科,大蚊科,蠓科)、鞘翅目(龍虱科,水龜甲科)、部分蜻蜓目(箭蜓科、大蜓科)、寡毛綱、十足目等。對(duì)于強(qiáng)烈走沙型河流,由于水流對(duì)河床的沖擊很大,底棲動(dòng)物難以在其中生存。在采樣中,強(qiáng)烈走沙型河流(如小白泥溝、金沙江)未采集到底棲動(dòng)物。根據(jù)不同河段的底棲動(dòng)物物種豐度值和密度值,繪制不同河床演變條件下的物種豐度和密度箱線圖(圖3),可以看出,上游支流河床穩(wěn)定的河流底棲動(dòng)物密度大,物種豐富,多樣性高;侵蝕下切的河流底棲動(dòng)物密度、物種數(shù)和多樣性指數(shù)較低;淤積抬升的河流底棲動(dòng)物密度、物種數(shù)和多樣性更低一些;河勢(shì)散亂且河床運(yùn)動(dòng)劇烈的支流物種豐度和密度均很低甚至為零,生態(tài)條件差。3.3使用底棲動(dòng)物群來評(píng)估水體的質(zhì)量3.3.1其他樣點(diǎn)的水化學(xué)指標(biāo)值分析表明,小江支流、大渡河支流、三峽庫區(qū)支流和嘉陵江源頭及九寨溝斷面的水化學(xué)指標(biāo)均在國家地表水Ⅰ、Ⅱ類水標(biāo)準(zhǔn)限值內(nèi),水質(zhì)清潔基本無污染。表2給出了其他樣點(diǎn)的水化學(xué)指標(biāo)值。可以看出,嘉陵江支流白龍江、白水江和涪江為Ⅲ、Ⅳ類水,嘉陵江干流水質(zhì)較差,其中略陽斷面和重慶斷面為Ⅴ類水,水體均受到了中度～重度污染;長(zhǎng)江中游干流水質(zhì)大部分為Ⅲ類水;長(zhǎng)江下游干流水質(zhì)較差,大部分為Ⅳ類水,蕪湖斷面為劣Ⅴ類;沿江湖泊中除東湖污染較重(Ⅳ類水)外,其他湖泊水質(zhì)均良好,其中天鵝洲為I類,洪湖、洞庭湖和鄱陽湖均為Ⅲ類。污染斷面的主要污染指標(biāo)為總氮、總磷和氨氮,無重金屬污染。3.3.2理化及水化學(xué)評(píng)價(jià)根據(jù)FBI生物指數(shù)計(jì)算結(jié)果(圖4)對(duì)各樣點(diǎn)進(jìn)行水質(zhì)評(píng)價(jià):阿柯河和九寨溝斷面水質(zhì)屬極清潔;杜柯河、車溪和瑪柯河斷面水質(zhì)屬很清潔;神農(nóng)溪、嘉陵江亭子口、吊嘎河、深溝、嘉陵江源頭和長(zhǎng)江清江口斷面水質(zhì)屬清潔;蔣家溝、安慶、白龍江寶珠寺下游和天鵝洲水質(zhì)一般;白龍江-碧口、嘉陵江-南充和涪江水質(zhì)屬輕度污染;洪湖、鄱陽湖、東洞庭湖、石首、嘉魚、白水江、大通和蕪湖斷面水質(zhì)屬中度污染;簰洲灣、白龍江-武都上游、嘉陵江-略陽上游、嘉陵江-重慶、黃岡、南京和嘉陵江李渡斷面及水果湖(東湖)水質(zhì)屬嚴(yán)重污染。綜合水化學(xué)分析和水質(zhì)生物評(píng)價(jià)結(jié)果可以看出,長(zhǎng)江上游支流(嘉陵江干流及支流白龍江、白水江除外)水質(zhì)基本清潔,為Ⅰ、Ⅱ類水;中游干流及沿江湖泊水質(zhì)受到輕～中度污染,為Ⅲ類水;下游干流水質(zhì)至少受到中度污染,嘉陵江干流中下游樣點(diǎn)及白水江、涪江受到中～重度污染,為Ⅳ類水;東湖的水果湖子湖區(qū)受到嚴(yán)重污染,為Ⅴ類水。4底棲動(dòng)物物種多樣性長(zhǎng)江上游支流大部分樣點(diǎn)水質(zhì)清潔;中游干流及沿江湖泊(水果湖除外)污染還沒成為主要問題,水質(zhì)受到輕度～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。長(zhǎng)江上游支流底棲動(dòng)物多樣性高(28～32屬)或較高(15