淺述太子河流域大型底棲動物功能攝食類群與環(huán)境要素的關(guān)系論文
由于全球工業(yè)化、城市化發(fā)展迅猛，目前，世界各國的河流都遭受了不同程度的干擾和損害，出現(xiàn)了形態(tài)結(jié)構(gòu)破壞、水質(zhì)惡化及生境退化等一系列生態(tài)功能衰退問題，全球河流健康狀況的退化已經(jīng)成為21世紀(jì)人類生存和發(fā)展面臨的重大危機(jī)，并引起了國際社會的廣泛關(guān)注和重視。
大型底棲動物是河流中分布最廣泛的類群之一，是水生生態(tài)系統(tǒng)食物鏈中有機(jī)物、營養(yǎng)源(如樹葉碎屑、藻類等)和更高營養(yǎng)級生物之問的主要連接體，他們對外界脅迫的響應(yīng)比較敏感，其在河流、湖泊、水庫等水體中的群落結(jié)構(gòu)、物種豐富度、不同功能攝食類群的結(jié)構(gòu)特征以及耐污類群和敏感類群的比例等都可以從不同的側(cè)面反映水質(zhì)的好壞，從而可以有效地指示水生生態(tài)系統(tǒng)的健康。
功能攝食類群對研究生物群落結(jié)構(gòu)和功能組成有著重要的作用。功能攝食類群的概念最初由Cummins在20世紀(jì)70年代提出，根據(jù)其理論的劃分，將大型底棲動物類群劃分為以下5個(gè)主要的功能攝食類群:(1)刮食者(sc)，其主要食物來源是各種固著生活的生物類群，如著生藻類等;(2)撕食者(sh)，其主要食物來源是各種凋落物和粗有機(jī)顆粒物CPOM，有機(jī)物粒徑>1 mm); (3)直接收集者(gc)，其主要食物來源是收集河底的各種細(xì)有機(jī)顆粒物((FPOM，指>0.45 um且<1 mm的有機(jī)物粒徑);（4)過濾收集者(fc)，其主要食物來源是水流中的各種細(xì)有機(jī)顆粒物;（5)捕食者(px)，其主要食物來源是捕食其它水生動物。
功能攝食類群的組成差異隨河流本身地理尺度的差異，營養(yǎng)物質(zhì)輸入的差異等各種因素的改變而表現(xiàn)出白身的特征.本文以太了河流域?yàn)檠芯繉ο�，通過對人為干擾活動敏感的功能攝食類群的分析，采用逐步回歸方程篩選對功能攝食類群影響顯著的水質(zhì)因了，并通過Mann-Whitney U檢驗(yàn)對不同分組之問大型底棲動物群落物種特征參數(shù)及環(huán)境要素進(jìn)行對比分析，篩選出對大型底棲動物群落和分布影響較大的水質(zhì)因了和土地格局，為河流健康參照條件的確定提供重要理論基礎(chǔ)。
1.材料與方法
1.1研究區(qū)域概況及樣點(diǎn)設(shè)置
太了河流域是大遼河水系兩條主要支流之一，位于我國遼寧省東南部(122°19'E~124°48'E,40°36'N~41 °37'N).河流全長413km，流域面積1.39x10.太了河流域位于暖溫帶濕潤一半濕潤氣候區(qū)，年內(nèi)溫差較大，最高氣溫2224℃左右，最低氣溫為-9~17 ℃，年蒸發(fā)量為734·1018mm,年降水量約655~954mm.太了河流域?qū)俅箨懶约撅L(fēng)氣候，白然植被多為落葉闊葉林.太了河流域上游地區(qū)為植被保護(hù)較好的低山丘陵，平均覆蓋率達(dá)到50%以上;中下游為土地開發(fā)程度高的平原區(qū)，植被覆蓋率較低。
為識別影響太了河流域大型底棲動物的河流環(huán)境要素、棲境要素和底棲動物適宜度，通過實(shí)地考察，在太了河干流以及流域內(nèi)12條支流(太了河北支、太了河南支、小湯河西支、清河、三道河、細(xì)河、蘭河、北沙河、南沙河、柳河、五道河、海城河)共設(shè)置了70個(gè)樣點(diǎn)。
功能攝食類群研究選擇2009年8月份太了河流域野外調(diào)查數(shù)據(jù)。
1.2采樣方法
在本研究中，主要采用索伯網(wǎng)和D型手網(wǎng)作為大型底棲動物的采樣工具.索伯網(wǎng)用于定量采集，網(wǎng)徑為60目，采樣面積為0.09m2.每個(gè)點(diǎn)用索伯網(wǎng)隨機(jī)進(jìn)行3次采樣.D一型網(wǎng)在本研究中用于定性采集，網(wǎng)徑為60目網(wǎng)，樣框本身取半圓形，半圓框半徑約為0.25m底邊約為0.3m。
在太了河全流域70個(gè)樣點(diǎn)采集生物樣本，在各樣點(diǎn)的樣品采集工作完成后，加70%的酒精將樣品保存并放入封口瓶中密封，然后放入整理箱中.在實(shí)驗(yàn)室將樣本鑒定分類，分為5個(gè)不同的功能攝食類群.在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對每一瓶底棲動物樣品進(jìn)行精挑選，去除枯枝敗葉和細(xì)沙，僅保留大型底棲動物的幼蟲，并將樣品置于80%的酒精中保存.精挑選工作結(jié)束后，參照相關(guān)著作進(jìn)行大型底棲動物的鑒定工作，在鑒定的同時(shí)計(jì)錄每一種大型底棲動物的個(gè)體數(shù)。
在本研究中，大多數(shù)大型底棲動物的物種鑒定到種或?qū)?部分雙翅目物種鑒定到科;太了河流域和太了河南、北支的搖蚊鑒定到亞科，參照點(diǎn)的搖蚊鑒定到屬;除一些特殊的，較易辨認(rèn)的寡毛類被鑒定出來(如顫婦和霍夫水絲婦等)，大多數(shù)寡毛類僅鑒定到綱。
1.3生境棲息地特征調(diào)查
根據(jù)鄭丙輝等提出的河流棲息地評價(jià)指標(biāo)，從棲息地的復(fù)雜性、底質(zhì)組成情況、速度一深度結(jié)合特性、河水水量的狀況、堤岸的穩(wěn)定性、河道變化情況、水質(zhì)狀況、植被多樣性、人類活動強(qiáng)度和河岸土地利用類型10個(gè)方面對生境棲息地特征進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)查，通過目測進(jìn)行評分.每個(gè)指標(biāo)滿分為20分，4個(gè)級別的分值范圍分別為20~16(好)、15~11(較好)、10~6(一般)、5~1(差). 1.5太了河流域土地利用類型獲取。
為精確反映太了河流域河道附近土地利用特征，采用遙感影像為2.5m分辨率的全色和1 Om分辨率的多光譜，在解譯2009年8月SPOTS遙感影像獲取土地利用圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行了兒何精校正，在ERDAS軟件下將全色和多光譜影像融合，得到了2.5m分辨率的融合影像.利用融合影像目視解譯獲得研究區(qū)的土地利用覆蓋圖，對不能確定的植被類型進(jìn)行野外調(diào)查確認(rèn).遙感數(shù)據(jù)分析提取到的7類主要土地利用類型為森林、農(nóng)田、裸地、草地、河灘、坑塘和居民地。
1.4數(shù)據(jù)分析
根據(jù)生境數(shù)據(jù)中人為干擾情況的程度按照人為干擾情況從輕到重，劃分為excellent, good,normal, bad 4個(gè)等級劃分標(biāo)準(zhǔn)和分值對5個(gè)功能攝食類群進(jìn)行非參數(shù)分析。根據(jù)每一種攝食類群的相對豐度，計(jì)算其在不同人為干擾條件下的均值和標(biāo)準(zhǔn)差，以箱線圖的形式展示出來。
(1)采用逐步回歸方程篩選對功能攝食類群影響顯著的水質(zhì)因了.在結(jié)果中，R為回歸系數(shù)，Rz越高，表示回歸方程的預(yù)測結(jié)果越可信.P值表示極端結(jié)果出現(xiàn)概率，P值越小，表明回歸方程越可信.其中P值<0.05時(shí)，表示顯著相關(guān)，P值<0.01時(shí)，表示極顯著相關(guān)。
(2)通過Mann-Whitney U檢驗(yàn)對不同分組之問大型底棲動物群落物種特征參數(shù)及環(huán)境要素進(jìn)行對比分析.Mann-Whitney U檢驗(yàn)是最常用的一種非參數(shù)檢驗(yàn)方法.應(yīng)用指示種分析提取各組中對群落結(jié)構(gòu)具有指示作用的物種，指示種的計(jì)算值為100，當(dāng)一個(gè)物種只在某一組內(nèi)出現(xiàn)同時(shí)在該組所有樣點(diǎn)中均有分布時(shí)，其指示種值達(dá)到最大.指示種的顯著性檢驗(yàn)利用蒙特卡羅隨機(jī)化過程進(jìn)行。
2結(jié)果和分析
2.1太沂河流域大型底棲動物功能攝食類群基本信息
根據(jù)70個(gè)樣點(diǎn)的底棲動物5種功能攝食類群的物種調(diào)查結(jié)果，太了河流域大型底棲動物優(yōu)勢種多為耐污性較強(qiáng)的種群，主要有寡毛類(Oligochaeta spp.)、直突搖蚊亞科(Orthocladinaespp.)、搖蚊亞科(Chironominae spp.)，相對豐度分別為61.67%, 9.64%和5.31%.這些耐污物種在功能攝食類群的劃分上均屬于直接收集者(gc).寡毛類、直突搖蚊亞科、搖蚊亞科和四節(jié)蚌在太了河流域分布廣泛且數(shù)量眾多.寡毛類是耐污物種，直突搖蚊亞科、搖蚊亞科和四節(jié)蚌屬于中度耐污物種，表明太了河流域受到了不同程度的人為干擾.值得注意的是下游部分點(diǎn)位寡毛類個(gè)體數(shù)量眾多，多達(dá)上萬只，反映出太了河下游區(qū)域受人為干狀尤為嚴(yán)重。
2.2太了河流域大型底棲動物功能攝食類群空立問分布特征與人為干擾的關(guān)系:隨著上游到下游人為活動干擾!的.增強(qiáng)，底棲動物物種數(shù)顯著下降，表現(xiàn)為1組>2 組>3組>4組，敏感類群物種數(shù)的降低趨勢也與1之相同。EPT物種數(shù)、債翅目物種數(shù)、蚌蛻目物:種數(shù)、毛翅目物種數(shù)、端足目和軟體動物物種數(shù) 也表現(xiàn)為相似的變化趨勢，即從上游到下游顯著降低，下游區(qū)3組和4組問無顯著差異，且耐污類、群相對豐度與之呈相反的變化趨勢。敏感類群鎮(zhèn) 翅目只在上游區(qū)分布較廣，其上游區(qū)物種數(shù)均顯二著高于其它3組.物種個(gè)體數(shù)變化特點(diǎn)為:3組最)高,4組最少.出現(xiàn)此情況是因?yàn)?組寡毛類數(shù)量 眾多，而2組則是由于搖蚊科個(gè)體數(shù)過多所致。
綜上可知，太了河流域上游區(qū)物種豐富，敏感類群尤其是鎮(zhèn)翅目物種分布廣泛.從上游到下游，隨著人為活動強(qiáng)度逐漸增大，底棲動物物種數(shù)減少，敏感物種消失，耐污類群相對豐度顯著增加，成為最優(yōu)勢物種.由此可見，人為活動已經(jīng)對太了河流域造成了一定的影響，且下游區(qū)域影響較為嚴(yán)重。
2.5大型底棲動物功能攝食類群分布與土地利用因素的關(guān)系
太了河流域70個(gè)樣點(diǎn)土地利用類型統(tǒng)計(jì)結(jié)果。土地利用格局因了(各種土地利用類型在總面積中所占比例)和5種功能攝食類群的逐步回歸分析結(jié)果。在進(jìn)行逐步回歸分析之前，首先進(jìn)行各種土地利用類型的相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)農(nóng)田和森林呈顯著負(fù)相關(guān)，為去除干擾，保留農(nóng)田而去除森林，而裸地占得比例較小，故采用農(nóng)田、河灘、居民地、坑塘、草地5種土地利用類型進(jìn)行分析。
由土地利用格局因了(各種土地利用類型在總面積中所占比例)和5種功能攝食類群進(jìn)行的逐步回歸分析可以看出，對gc影響顯著的是農(nóng)田、河灘;對pr, sc和sh影響顯著的是農(nóng)田.其中農(nóng)田的白分比對gc, sc和sh均有預(yù)測作用，但是與gc呈現(xiàn)正相關(guān)的趨勢，而與其他七種功能攝食類群呈現(xiàn)負(fù)相關(guān).這與gc中耐污種較多，適應(yīng)森林較少而開發(fā)程度較高且農(nóng)田較多的環(huán)境有關(guān)系。
3結(jié)論
3.1在太沂河流域米集的底棲動物中,gc所占比重最大，占所有樣點(diǎn)總個(gè)體數(shù)的85.5%,gc對人為干擾的耐受性較強(qiáng)，物種調(diào)查顯示寡毛類、搖蚊是其優(yōu)勢種.fc, sh, sc, pr所占比例分別為6.0% , 3.0% , 5.5 % , 0.其中pr, sc, sh對環(huán)境的惡化較為敏感. 3.2太了河流域四組樣點(diǎn)物理生境要素、基本水化要素、有機(jī)物、營養(yǎng)鹽、棲息地要素、土地利用類型差異較大.上中游區(qū)域環(huán)境要素良好，屬于受人為活動影響強(qiáng)度較低的區(qū)域，下游區(qū)域環(huán)境要素較差，物種調(diào)查結(jié)果與此一致。
3.3五種功能攝食類群相對豐度與水質(zhì)因了的回歸分析表明，對gc影響比較大的有海拔、水溫、電導(dǎo)率、總氮、硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮.其中g(shù)c對海拔和水溫最敏感，回歸方程的相關(guān)系數(shù)達(dá)到了0.421.對pr, sc, sh影響較大的有海拔、水溫、電導(dǎo)率、pH、總氮、亞硝態(tài)氮.
3.4大型底棲動物功能攝食類群分布與土地利用格局的回歸分析表明，農(nóng)田、河灘對gc影響顯著;農(nóng)田對pr, sc和sh影響顯著.其中農(nóng)田的白-分比對gc, sc和sh均有預(yù)測作用，其與gc呈現(xiàn)正相關(guān)趨勢，而與其他兒種功能攝食類群呈現(xiàn)負(fù)相關(guān).這與gc中耐污種較多，適應(yīng)開發(fā)程度較高且農(nóng)田較多的環(huán)境有關(guān)系.
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