湖北省湖泊大型底栖动物群落结构及水质生物学评价

生态环境学报2014,23(1):[e-mail]基金项目：国家重大科学研究计划项目(2012CB956100)；国家重点基础研究发展计划项目(2012CB417000)；科技部基础性工作专项项目(2006FY110600)作者简介：胡成龙（1988年生），男，硕士研究生，主要从事底栖动物群落生态学研究。E-mail:[e-mail]*通信作者：蔡永久（1985年生），男，助理研究员，博士，主要从事底栖动物生态学及水生态健康评价研究。E-mail：[e-mail]收稿日期：2013-08-17湖北省湖泊大型底栖动物群落结构及水质生物学评价胡成龙1，姜加虎2，陈宇炜2，李金轩1，蔡永久2,3*1.东华理工大学，水资源与环境工程学院，江西南昌330013；2.中国科学院南京地理与湖泊研究所，湖泊与环境国家重点实验室，江苏南京210008；3.南京水利科学研究院，水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，江苏南京210029摘要：大型底栖动物是湖泊生态系统的重要生物类群，在生态系统物质循环和能量流动中起着重要作用。底栖动物具有生命周期长、迁移能力较弱、对环境变化反应敏感等特点，可有效指示湖泊生态系统的健康状况。湖北省是我国淡水湖泊分布最密集的区域之一，湖泊总面积为3025km2。近年来，伴随着工农业、养殖业及城市化的快速发展，富营养化已成为本地区湖泊面临的一个主要环境问题，并可能直接影响大型底栖动物的群落结构。目前关于本地区湖泊大型底栖动物群落的研究还较少，为此本研究对湖北省27个浅水湖泊底栖动物进行了调查，并对水质状况进行生物学评价。共采集到底栖动物40种，隶属于4门7纲18科，其中寡毛类5种，摇蚊幼虫16种，软体动物双壳类4种、腹足类8种。霍甫水丝蚓（Limnodrilushoffmeisteri）、苏氏尾鳃蚓（Branchiurasowerbyi）、花翅前突摇蚊（Procladiuschoreus）、中国长足摇蚊（Tanypuschinensis）、多巴小摇蚊（Microchironomustabarui）及铜锈环棱螺（Bellamyaaeruginosa）是本地区湖泊最常见的种类。所调查湖泊底栖动物平均密度为32~1243ind·m-2，其中12个湖泊密度低于200ind·m-2，摇蚊幼虫和寡毛类对密度的贡献较大，以摇蚊幼虫占优势的湖泊有19个。底栖动物平均生物量为0.034~460.7g·m-2，生物量低于50g·m-2的湖泊数量最多（19个），软体动物占优势的湖泊有16个，摇蚊幼虫和寡毛类占优势的湖泊数量共11个。各湖泊底栖动物物种数为3~14种，Margalef指数为0.71~2.33，Simpson指数为0.69~0.85，Shannon-Wiener为0.78~2.13，Spearman相关性分析结果显示物种丰富度和三种多样性指数与湖泊面积呈显著正相关。BI（Hilsenhoff生物指数）评价结果显示共11个湖泊为一般和轻度污染（6.01~7.44），中度污染湖泊数量为13个（7.57~8.47），长湖（8.52）、上津湖（8.65）和玉湖（8.50）处于重污染状态。关键词：浅水湖泊；富营养化；大型底栖动物；群落结构；生物评价中图分类号：Q145;Q178文献标志码：A文章编号：1674-5906（2014）01-0129-10引用格式：胡成龙,姜加虎，陈宇炜,李金轩,蔡永久.湖北省湖泊大型底栖动物群落结构及水质生物学评价[J].生态环境学报,2014,23(1):129-138.HUChenglong,JIANGJiahu,CHENYuwei,LIJinxuan,CAIYongjiu.MacrozoobenthiccommunitystructureandbioassessmentofwaterqualityofshallowlakesinHubeiProvince[J].EcologyandEnvironmentalSciences,2014,23(1):129-138.湖北省位于长江中游地区，地势西高东低，中部低平并向南敞开，地貌复杂多样（张毅等，2010）。湖北省属亚热带季风性湿润气候，降水丰沛，年均降水量800~1600mm。湖北省素有“千湖之省”之称，在长江、汉江两岸的冲积平原上，分布着众多的大小湖泊，是我国淡水湖泊分布最密集的区域之一（高如泰等，2011）。据清末、民国初年调查统计，湖北省水域面积在100亩（6.67hm2）以上的湖泊有2000余个，水域面积约为2.6×104km2（姜加虎等，2009），到2005年湖泊总面积为3025km2，仅为百年前的11.64%。20世纪50年代以来湖泊变化迅速，湖泊面积由50年代的约8503km2减小至80年代的约2977km2，发生在60—80年代的围垦是造成湖泊萎缩的主要原因（张毅等，2010）。另一方面，随着社会经济的发展，湖泊水体污染日趋严重，成为一个严重的环境问题。（严平川等，2004）对全省29个主要湖泊的研究表明，全年期水体质量评价为Ⅰ–Ⅲ类的湖泊共13个，Ⅳ类湖泊6个，Ⅴ类和劣Ⅴ类共10个。富营养评价结果显示，全年期评价为中营养型的湖泊16个，富营养湖泊12个。水环境的恶化会对湖泊生态系统中的生物类群产生极大的影响。因此，弄清主要生物类群的种类组成、群落结构、多样性及时空格局等特征，对130生态环境学报第23卷第1期（2014年1月）合理利用湖泊资源，改善湖泊水质具有现实意义（姜苹红等，2012；沈忱等，012）。大型底栖动物作为湖泊生态系统的重要类群，在生态系统物质循环和能量流动中起着重要作用。此外，由于底栖动物寿命较长，迁移能力较弱，对环境变化反应敏感，受外界干扰后群落结构及多样性将会发生明显改变，已广泛应用于水质生物监测和评价（DOLÉDEC和STATZNER，2010；陈小华等，2013；李斌等，2013）。以往对湖北省主要湖泊底栖已有较多研究。如（王琴等，2010）对武汉东湖水网区15个水体底栖动物进行了调查，（邬红娟等，2005）研究了武汉11个湖泊底栖动物群落结构，（谢志才等，2007）研究了保安湖底栖动物群落结构与空间格局。但这些研究主要针对少数几个湖泊或局域的分析，缺乏对全省主要湖泊底栖动物群落结构的研究。本研究于2008年8月对湖北省面积大于10km2的主要湖泊（图1）底栖动物进行调查，分析底栖动物群落结构特征，并用Shannon-Wiener多样性指数、Hilsenhoff生物指数（BI）对各湖泊进行生物学评价，希望本文的研究结果能为湖北省湖泊的保护和管理提供基础数据支撑。1材料与方法根据湖泊面积大小，在敞水区布设2~7个采样点，底栖动物定量采集用1/16m2改良彼得森采泥器，每个采样点采集1~2次。采得泥样经60目尼龙筛洗净后，剩余物至于白磁盘中将底栖动物活体逐一挑出，样本用10%福尔马林溶液保存。样品带回实验室鉴定至尽可能低的分类单元，统计各个分类单元的数量，然后用滤纸吸去表面固定液，置于电子天平上称重，最终结果折算成单位面积的密度和生物量。根据本次调查所采集到的各湖泊底栖动物物种密度，结合以下三种多样性指数，对湖北省湖泊现阶段底栖动物多样性进行评价。Margalef指数：1lnSimpson多样性指数：1∑/Shannon-Wiener多样性指数： ⁄/ln⁄式中,S为群落内的物种数量，ni为第i个种的个体数，N表示所有种类总个体数。采用Shannon-Wiener指数和Hilsenhoff生物指数（BI）对各湖泊的水质进行生物评价。Shannon-Wiener指数评价标准：指数值3，清洁；2~3轻污染；1~2中污染；0~1重污染。BI生物指数计算方法为：BI ∑⁄式中：ni为第i分类单元的个体数；ti为第i分类单元的耐污值；N为各分类单元的个体总和；S为分类单元数。水质评价标准为：BI=0~3.50，极清图1本研究中湖北省湖泊分布图Fig.1SpatialdistributionofthestudiedlakesinHubeiProvince胡成龙等：湖北省湖泊大型底栖动物群落结构及水质生物学评价131洁；3.51~4.50，很清洁；4.51~5.50，清洁；5.51~6.50,一般；6.51~7.50，轻度污染；7.51~8.50，中度污染；8.51~10.0，严重污染。无脊椎动物的耐污值主要参考王建国等（2003）、王备新和杨莲芳（2004）的资料。2结果2.1种类组成共采集到底栖动物40种（表1），隶属于4门表1湖北省湖泊大型底栖动物名录Table1Taxalistofmacrozoobenthosofthe27lakesinHuBeiProvince分类单元洪湖龙感湖梁子湖长湖斧头湖西凉湖大冶湖保安湖网湖鲁湖汤逊湖涨渡湖汉阳东湖武昌东湖东西汊湖上津湖淤泥湖牛浪湖崇湖钟祥南湖海口胡汉阳西湖策湖严西湖花马湖玉湖白潭湖出现率寡毛纲Oligochaeta管水蚓Aulodrilussp.++2苏氏尾鳃蚓Branchiurasowerbyi++++++++++++++++++++++++++26巨毛水丝蚓Limnodrilusgrandisetosus+1霍甫水丝蚓Limnodrilushoffmeisteri++++++++++++++++++18中华河蚓Rhyacodrilussinicus++++4摇蚊幼虫Chironomidae无突摇蚊Ablabesmyiasp.+1菱跗摇蚊Clinotanypussp.++++++++++10花翅前突摇蚊Procladiuschoreus++++++++++++++++16中国长足摇蚊Tanypuschinensis+++++++++++++++15红裸须摇蚊Propsilocerusakamusi++++++6羽摇蚊Chironomusplumosus+++++++++9半折摇蚊Chironomussemireductus+++++++++9枝角摇蚊Cladopelmasp.+1隐摇蚊Cryptochironomussp.0叶二叉摇蚊Dicrotendipuslobifer+1侧叶雕翅摇蚊Glyptotendipeslobiferus++++++6雕翅摇蚊一种Glyptotendipessp.++2多巴小摇蚊Microchironomustabarui++++++++++++++++++18软铗小摇蚊Microchironomustener++2小云多足摇蚊Polypedilumnubeculosum+++3长跗摇蚊Tanytarsussp.+1132生态环境学报第23卷第1期（2014年1月）7纲18科，其中寡毛类5种（占总物种数的12.5%），摇蚊幼虫16种（40.0%），软体动物双壳类4种（10.0%）、腹足类8种（20.0%），其它类7种（17.5%）。从物种的出现率看，霍甫水丝蚓（Limnodrilushoffmeisteri）、苏氏尾鳃蚓（Branchiurasowerbyi）、花翅前突摇蚊（Procladiuschoreus）、中国长足摇蚊（Tanypuschinensis）、多巴小摇蚊（Microchironomustabarui）及铜锈环棱螺（Bellamyaaeruginosa）是本地区最常见的种类，出现率均超过15。2.2密度和生物量图2为湖北省湖泊底栖动物密度和生物量分布格局。总体而言，各湖泊间生物量较密度的变化更大。所调查湖泊底栖动物平均密度为32~1243ind·m-2，最高值约为最低值的39倍，密度最高的湖泊为大冶湖，最低的湖泊为玉湖。从底栖动物密度的分布图可以看出（图3），密度属于0~200ind·m-2的湖泊数量最多，共有12个；密度为200~400和400~600ind·m-2的湖泊数量相当，分别为5个和6个，密度高于600i