图1 鸭绿江和图们江调查断面分布图
Fig.1 Distribution of sam p ling sections in Yalüjiang River and Tumen River
摘要：于2013年5—6月对鸭绿江和图们江大型底栖动物群落结构进行了调查研究。结果表明:两个流域共鉴定出大型底栖动物103种,分属于14目44科,其中以水生昆虫种类最多,功能摄食类群以刮食者占优,共计45种,另外,还包括撕食者4种,收集者18种,捕食者36种;鸭绿江大型底栖动物79种,图们江大型底栖动物61种,2个水域共有种37种 (隶属于14目22科);鸭绿江大型底栖动物总平均密度为93.72ind./m2,总平均生物量为27.05g/m2,而图们江大型底栖动物总平均密度为7.78ind./m2,总平均生物量为1.19g/m2;从平均密度和生物量分析,鸭绿江均高于图们江,且均以水生昆虫最高,其中,鸭绿江扁形动物平均密度最低,图们江甲壳类平均密度最低;鸭绿江和图们江共有重要种为灰纹石蛾Hydro+ psycheulmeri和钩虾Gammarussp.2种;Shannon-Weiner指数、Pielou均匀度指数和Simpson指数,均为鸭绿江高于图们江,K-优势度曲线与多样性分析结果相吻合。研究表明,采用BI生物指数对鸭绿江和图们江水质进行评价,鸭绿江75%断面和图们江50%断面处于清洁以上水平,总体来看,鸭绿江和图们江多数断面水质较清洁。
关键词：鸭绿江;图们江;大型底栖动物;群落结构;水质生物学评价
大型底栖动物是河流生态系统的重要组分,其在河流生态系统的物质循环和能量流动中具有不可替代的作用,是了解河流生态系统结构、功能和健康状况的关键类群[1-2]。大型底栖动物具有生命周期长、迁移能力差、分布广泛和对环境干扰反应敏感等特点,对其的研究目前已广泛应用于水质和环境监测中[3-4]。20世纪50年代大型底栖动物研究已被应用到水质生物学评价和水生态系统健康评价中[5-6],中国于20世纪90年代开始,陆续开展了对黄河[7]、 珠江[8]、 长江[9-13]、 辽河[14]、 松花江[15-17]、黑龙江[18]和嫩江[19]等流域水质生物学评价工作。关于鸭绿江和图们江大型底栖动物的研究,仅见刘保元等[20]对图们江底栖动物的调查以及于力等[21]对2个水域水生昆虫的调查。20世纪70年代末,刘保元等[20]最早应用大型底栖动物群落结构来评价图们江的水污染状况。本研究中,以鸭绿江和图们江大型底栖动物为研究对象,分析了两个流域内大型底栖动物群落结构的特点,旨在反映鸭绿江和图们江水生态环境质量现状。
1.1 调查流域概况
鸭绿江位于吉林省东南部和辽宁省东部,是中朝两国界河,发源于长白山天池胭脂峰南侧,于丹东东港市大东沟注入黄海,全长为859km。鸭绿江支流众多,中上游较大支流主要分布在左岸的朝鲜侧,有虚川江、长津江、厚洲川江、慈城江、秃鲁江、渭源江;中国侧只有八道沟河、三道沟河等。下游河段较大支流主要分布在右岸的中国侧,有浑江、蒲石河、爱河;朝鲜侧只有忠满江[22]。鸭绿江流域总面积为64500km2,在中国侧的流域面积为32500km2。
图们江地处中、朝、俄三国交界,发源于长白山主峰,于敬信乡防川 “土”字界碑处出境,后
注入日本海。图们江干流全长为525km,中朝界河段为510km,土字界牌以下15km为朝俄界河。流域面积为33168.45km2,中国境内河长为495 km,流域面积为22861km2。图们江流域 (中国境内)主要支流有浑春河、嘎呀河、布尔哈通河、海兰河、大汪清河等[23]。
1.2 样品的采集与处理
于2013年5—6月,开展了鸭绿江和图们江流域大型底栖动物调查工作。鸭绿江和图们江共设置38个调查断面,其中鸭绿江21个断面,图们江17个断面 (图1)。泥底断面定量样本采用1/16m2彼得逊采泥器,泥样用40目和60目分样筛过滤;鹅卵石及石砾底质断面刷取石头表面大型底栖动物后用不锈钢网筛过滤,测量石头附着面的面积并进行定量计算。样品先用体积分数为4%的甲醛溶液固定,带回实验室后再移入体积分数为75%的酒精中保存,以备鉴定和统计。
图1 鸭绿江和图们江调查断面分布图
Fig.1 Distribution of sam p ling sections in Yalüjiang River and Tumen River
1.3 数据分析
1.3.1 优势种 相对重要性指数 (IRI)[24]的计算公式为
其中:W为相对生物量,即某一物种的生物量占总生物量的百分比;N为相对丰度,即该物种的丰度占总丰度的百分比;F为该物种出现的频率。IRI＞1000的物种定为优势种;IRI=100～1000的物种为重要种;IRI=10～100的物种为常见种;IRI＜10的物种为少见种[25]。
1.3.2 生物多样性指数 用K-优势度曲线[26]来评估各调查断面不同季节大型底栖动物的多样性,同时结合以下3个多样性指数比较大型底栖动物的多样性。
其中:S为总物种数;Pi为i物种的个体数占总个体数的比例;ni为i物种的个体数;N为所有种的个体总数。
1.4 水质的生物学评价指标及标准
根据鸭绿江和图们江大型底栖动物群落的特点及取样数据,选择以下生物指数进行水质评价。
1.4.1 BI生物指数[10]计算公式为
其中:ni为第i分类单元 (属或种)的个体数;ai为第i分类单元 (属或种)的耐污值;N为各分类单元 (属或种)的个体总和;S为种类数。
水质评价标准:BI=0.00～3.50时,水质极清洁;BI=3.51～4.50时,很清洁;BI=4.51～5.50时,清洁;BI=5.51～6.50时,一般;BI=6.51～7.50时,轻度污染;BI=7.51～8.50时,污染; BI=8.51～10.00时,严重污染[30]。
1.4.2 Shannon-Wiener指数 水质评价标准: H′＞3时,水质清洁;H′=2～3时,轻度污染;H′= 1～2时,中度污染;H′=0～1时,重度污染[30]。
2.1 鸭绿江和图们江大型底栖动物的群落结构
2.1.1 种类组成 调查期间,共采集到大型底栖动物103种 (表1),隶属于14目44科。鸭绿江
大型底栖动物79种,隶属于14目36科,其中水生昆虫62种,分属7目25科,占总数的78.48%;甲壳动物2种,1目2科;软体动物10种,3目6科;环节动物4种,2目2科;扁形动物1种,1目1科。图们江大型底栖动物61种,隶属于14目30科,其中水生昆虫50种,分属7目22科,占总数81.97%;甲壳动物1种,1目1科;软体动物5种,3目4科;环节动物4种,2目2科;扁形动物1种,1目1科。鸭绿江和图们江共有种37种,隶属于14目22科,其中,水生昆虫29种,分属7目15科,占总数78.38%;甲壳动物1种, 1目1科,占总数2.70%;软体动物3种,3目3科,占总数8.11%;环节动物3种,2目2科,占总数8.11%;扁形动物1种,1目1科,占总数2.70%。
表1 鸭绿江和图们江大型底栖动物名录
Tab.1 Species list ofmacrozoobenthos in Yalüjiang River and Tumen River
种种图们江Tumen River软体动物species共有种common species鸭绿江Yalüjiang River图们江Tumen River species共有种common species鸭绿江Yalüjiang River mollusca耳萝卜螺Radix auricularia + + + 卵萝卜螺Radix ovata +折叠萝卜螺Radix plicatula + 长萝卜螺Radix pereger +泉膀胱螺Physa foncinalis + 半球多脉扁螺Polypylishemisphaerula +鱼盘螺Valvata piscinalis + 东北田螺Viviparus chui +中国圆田螺Cipangopa chinensis + 铜锈环棱螺Bellamya aeruginosa +黑龙江短沟蜷Semisulcospira amurensis + + + 圆顶珠蚌Unio dougladiae + + +环节动物annelida宽身舌蛭Glossiphonia lata + + + 静泽蛭Helobdella stagnalis +霍甫水丝蚓Limnodrilushoffmeisteri + + + 正颤蚓Tubifex tubifex +微黾蝽Hebrus sp. + + +水生昆虫aquatic insects Choroterpes trifurcata + Paraleptophlebia sp. + + + Paraleptophlebia sp. + Dpteromimus sp. + Potamanthus kamonis + Cloeon dipterum + Baetiella japonica + + + Isonychia japonica + + + Siphlonurus binotatus + + + Dpteromimus tipulifo rmis + + + Dipteromimus sp. + Ameletus castalis + Epeorus uenori + + + 高翔蜉Epeorus sp. + Epeorus ikanonis + Bleptus fasciatus + Epeorus latifolium + Ecdyonurus tobiironis + + + Ecdyonurus sp.EC + + + Ecdyonurus sp.EB + + + Ecdyonurus kibunensis + + + 日本扁蜉蝣Rhithrogena japonica + + + Cinygma hirasama + + + Ephemerella sp.Nf + Ephemerella sp.nay + Ephemerella sp.EA + + + Ephemerella sp.ED + Ephemerella basalis + Ephemerella trispina + + + Ephemerella sp. +生米蜉Ephemera shengmi + + + Caroperla padfica + + + Perla tibialis + + + Paragnetina tinctipennis + Kiotina sp. + Ostrovusmitsukonis + Isoperla sp. + Scopuridae sp. + Caroperla padfica + Gumaga okinawaensis + Gumaga sp. + Micrasema sp. + Rhyacophilila sp.KC + + + Himalopsyche japonica + Mystrophora inops + 灰纹石蛾Hydropsyche ulmeri + + + Diplectrona sp.DA + + + Macronema radiatum + Amisocentropus immunis + Limnephilius sp. + Psychomyia sp.MA + 低头石蚕Neureclipsis sp. + Parastenopsyche sp. + Mystrophora sp. + Rhyacophila nigrocephata + Rhyacophila sp. + Psychoda alternata + Parastenopsyche sauteri +细腰摇蚊Ptychoptera sp. + + + 羽摇蚊幼虫Chironomus plumosus + + +中华摇蚊Chironomus sinicus + + + 倒毛摇蚊属一种Microtendipes sp. + + +分齿恩非摇蚊Einfeldia dissidens + + + 黄色多足摇蚊Polypedilum flavum + + +长崎直突摇蚊Orthocladius yagachimaensis + 俊才齿斑摇蚊Stictochironomus juncaii +流环足摇蚊属一种Rheocricotopus sp. + Tipula sp. +棉大蚊Erioptera sp. + 蚋Simulium sp. +蠓科一种Ceratopogonidae sp. + + + 沼牙虫Laccobius sp. + + +洼龙虱Laccophilus sp. + Eubrianax sp. + Dineutus orientalis + Lanthus fujiacus + + +马奇异春蜓Anisogomphusmaacki + Stenopsyche sauteri + Davidius nanus + Gomphus nagoyanus +黑丽翅蜻Rhyothemis fuliginosa + 春蜓属Gomphus sp. + Calopteryx cornelia +甲壳动物platyhelm inthes涡虫Stenostomum crustacean钩虾Gammarus sp. + + + 秀丽白虾Palaemon modestus +扁形动物sp. + + +
2.1.2 优势种 调查发现,鸭绿江重要种主要有耳萝卜螺Radix auricularia、宽身舌蛭 Glossiphonia lata、 Choroterpes trifurcata、 Isonychia japonica、Ephemerella sp.EA、日本扁蜉蝣Rhithrogena japoni+ ca、灰纹石蛾 Hydropsyche ulmeri、钩虾 Gammarus sp.和涡虫Stenostomum sp.。图们江重要种主要有Ecdyonurus kibunensis、Ephemerella trispina、Gumaga sp.、灰纹石蛾Hydropsyche ulmeri、倒毛摇蚊属一种Microtendipes sp.、分齿恩非摇蚊 Einfeldia dissi+ dens和钩虾 Gammarus sp.。鸭绿江和图们江共有重要种仅有灰纹石蛾 Hydropsyche ulmeri和钩虾Gammarus sp.2种。
2.1.3 密度和生物量 从表2可见:鸭绿江大型底栖动物总平均密度为93.72ind./m2,总平均生物量为27.05g/m2;图们江大型底栖动物总平均密度为7.78ind./m2,总平均生物量为1.19g/m2。从总平均密度和生物量来看,鸭绿江均高于图们江,而且均以水生昆虫最高,鸭绿江以扁形动物平均密度最低,图们江则以甲壳类平均密度最低。
表2 鸭绿江和图们江大型底栖动物的平均密度及生物量(
±S.D.)
Tab.2 Densityand biomassofmacrozoobenthosin YalüjiangRiverandTumenRiver
水域waters底栖动物macrozoobenthos平均生物量 / (g·m-2)平均密度 / (ind.·m-2) meandensity 82.33±69.34 23.88±27.03鸭绿江 甲壳动物 3.34±21.6 1.07±1.44 Yalüjiang 软体动物 3.67±12.72 1.23±6.60 River 环节动物 2.40±7.76 0.84±1.17扁形动物 1.98±5.82 0.03±0.00水生昆虫meanbiomass水生昆虫5.84±5.46 0.87±1.69图们江 甲壳动物 0.11±0.40 0.04±0.10 Tumen 软体动物 0.50±1.12 0.19±0.93 River 环节动物 0.70±2.60 0.09±0.21扁形动物0.63±4.98 0.0001±0.000
2.1.4 物种多样性 从表3可见,鸭绿江大型底栖动物Shannon-Weiner指数、Pielou均匀度指数均值均高于图们江,Simpson指数均值略低于图们江。
表3 大型底栖动物的多样性指数 (
±S.D.)
Tab.3 Diversity index ofmacrozoobenthic community
水域waters Shannon-Wiener指数H′Pielou均匀度指数D Simpson指数J鸭绿江2.14±0.81 0.71±0.18 0.42±0.14图们江1.84±1.12 0.64±0.33 0.47±0.33
从图2可见,鸭绿江K-优势度曲线位于图们江曲线之下,且曲线长于图们江曲线,说明鸭绿江物种的个体分布更均匀,这与表3多样性指数分析结果相吻合。
图2 鸭绿江和图们江大型底栖动物的K-优势度曲线
Fig.2 K-dom inance curves of biomass of macrozoobenthos in Yalüjiang and Tum en River
2.2 功能摄食类群分析
参照多位研究者提出的大型底栖动物功能摄食类群的划分规则[31-35],对大型底栖动物功能摄食类群进行划分。在采集到的103种大型底栖动物中,功能摄食类群中刮食者种类最多,共计为45种,撕食者4种,收集者18种,捕食者36种 (表4)。鸭绿江和图们江多数调查断面底质均为鹅卵石和石砾,大型底栖动物功能摄食类群均为刮食者最多,撕食者种类最少。
表4 大型底栖动物的功能摄食类群
Tab.4 Functional feeding groups ofmacrozoobenthos
功能摄食类群functionalfeeding groups图们江Tumen鸭绿江Yalüjiang River采集物种数sampled species River撕食者443收集者 18 15 14刮食者 45 38 24捕食者 36 22 20总计103 79 61
2.3 大型底栖动物水质生物学评价
从表5、表6可见,BI生物指数和Shannon-Wiener指数的水质评价结果差异较大,BI生物指数比Shannon-Wiener指数的水质评价结果要好。
表5 鸭绿江各断面的生物指数和水质评价
Tab.5 Bio-index and assessment of water quality at different sections in Yalüjiang River
断面BI 指数 Shannon-Wiener指数section中度污染Y-2 4.02 很清洁 2.31 轻度污染Y-3 5.33 清洁 1.71 中度污染Y-4 5.20 清洁 2.76 轻度污染Y-5 3.52 很清洁 1.96 中度污染Y-6 5.00 清洁 0.00 重污染Y-7 6.83 轻度污染 0.92 重污染Y-8 3.75 很清洁 1.35 中度污染Y-9 3.51 很清洁 2.43 轻度污染Y-10 6.60 轻度污染 2.55 轻度污染Y-11 6.17 一般 2.93 轻度污染Y-12 4.36 很清洁 2.89 轻度污染Y-13 3.92 很清洁 3.27 清洁Y-14 2.63 极清洁 0.92 重污染Y-15 3.65 很清洁 2.37 轻度污染Y-16 5.96 一般 2.24 轻度污染Y-17 3.53 很清洁 2.96 轻度污染Y-18 4.92 清洁 1.96 中度污染Y-19 0.00 — — —Y-20 4.37 很清洁 2.38 轻度污染Y-21 4.96 很清洁 2.47 轻度污染平均 4.75 清洁 2.11指数值 水质级别 指数值 水质级别Y-1 6.76 轻度污染 1.77轻度污染
表6 图们江各断面的生物指数和水质评价
Tab.6 Bio-index and assessment of water quality at different sections in Tumen River
断面BI 指数 Shannon-Wiener指数section中度污染T-2 4.59 清洁 2.11 轻度污染T-3 6.40 一般 2.81 轻度污染T-4 5.72 一般 2.25 轻度污染T-5 3.70 很清洁 1.95 中度污染T-6 4.25 很清洁 2.06 轻度污染T-7 6.82 轻度污染 1.75 中度污染T-8 — — — —T-9 6.12 一般 1.21 中度污染T-10 8.39 污染 1.72 中度污染T-11 2.69 极清洁 2.36 轻度污染T-12 5.08 清洁 1.52 中度污染T-13 — — — —T-14 3.64 很清洁 2.06 轻度污染T-15 5.98 一般 3.52 轻度污染T-16 — — — —T-17 4.57 清洁 4.04 清洁平均 4.49 清洁 1.84指数值 水质级别 指数值 水质级别T-1 8.38 污染 1.90中度污染
在鸭绿江21个断面中,有1个断面未采集到大型底栖动物,其他断面的BI生物指数水质评价结果表明,清洁以上断面占75%,其中极清洁断面1个,很清洁断面10个,清洁断面4个,一般断面2个,轻度污染断面3个 (表5);在图们江17个断面中,有3个断面未采集到大型底栖动物,其他断面BI生物指数水质评价结果表明:清洁以上断面占50%,其中极清洁断面1个,很清洁断面3个,清洁断面3个,一般断面4个,轻度污染断面1个,污染断面2个 (表6)。Shannon-Wiener指数的水质评价结果表明:鸭绿江清洁以上断面占5%,其中清洁断面1个,轻度污染断面11个,中度污染断面4个,重污染断面3个 (表5);图们江清洁以上断面占7%,其中清洁断面1个,轻度污染断面7个,中度污染断面6个 (表6)。
关于鸭绿江和图们江大型底栖动物的研究相对较少,刘保元等[20]于20世纪70年代末对图们江底栖动物进行过调查,共采集水生昆虫161种。于力等[21]于20世纪80—90年代对发源于长白山的松花江、鸭绿江、图们江和牡丹江等上游的水生昆虫进行了调查,在鸭绿江、图们江采集水生昆虫分别为66种和64种,均高于本研究调查水生昆虫的62和50种。于力等[21]在图们江崇善采样点采集到水生昆虫57种,这可能是由于近年来人为干扰强度增加,以及本研究仅在春夏交接时期进行调查,致使一些偶见种未采集到等原因所致。在采集到的103种大型底栖动物中,功能摄食类群中刮食者种类最多,共计45种。鸭绿江和图们江多数调查断面底质为鹅卵石和石砾,所以大型底栖动物功能摄食类群均是以刮食者种类最多,撕食者种类最少。鸭绿江和图们江共有重要种仅有灰纹石蛾Hydro+ psycheulmeri和钩虾Gammarussp.2种。
从平均密度和生物量分析,鸭绿江均高于图们江,而且均以水生昆虫最高,鸭绿江平均密度以扁形动物最低,图们江则是以甲壳类最低。鸭绿江大型底栖动物Shannon-Weiner指数、Pielou均匀度指数平均值均高于图们江,而Simpson指数平均值与图门江接近。多样性指数与大型底栖动物的密度和种类组成直接相关[36-37],从K-优势度曲线可以看出,鸭绿江所有站点均位于图们江曲线之下,且曲线明显长于图们江曲线,这说明鸭绿江物种的个体分布更均匀,这与多样性指数分析结果相吻合。
利用大型底栖动物群落结构来反映水体污染状况,评价水环境质量具有其独特的优越性,目前已被很多国家广泛应用于水环境监测和评价中。1972年,Chutter[38]首次提出BI生物指数并应用于水质生物评价中,目前BI生物指数已成为美国水质生物评价中最常用的生物指数之一。本研究中,采用BI生物指数和Shannon-Wiener指数对鸭绿江和图们江水质进行评价,二者的评价结果差异较大,BI生物指数比Shannon-Wiener指数的水质评价结果要好。这可能是由于Shannon-Wiener多样性指数,主要以物种的多寡和数量的多少为基础,没有考虑各物种 (类群)的耐污值,当耐污种替代敏感种,同时耐污物种密度较高时,水质的评价结果就会比实际值高;而BI生物指数既考虑了大型底栖动物本身的耐污值,又考虑了物种的密度,因此,增强了评价的可靠性。BI生物指数水质评价结果表明,鸭绿江水质为断面清洁以上水平占75%,图们江水质为断面清洁以上水平占50%,总体来看,鸭绿江和图们江多数断面水质较为清洁。
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Comparison of community structures ofmacrozoobenthos in Yalüjiang River and Tumen River
Abstract：An investigation was conducted on the community structure ofmacrozoobenthos in Yalüjiang River and Tumen River from May to June 2013.A total of103 species ofmacrozoobenthoswere observed,belonging to 14 orders and 44 families,themaximum in aquatic insects.There was 45 species of scrapers in the functional feeding groups,themost species in number,followed by predators(36 species),collectors(18 species)and shredders(4 species).There were 79 species ofmacrozoobenthos in Yalüjiang River and 61 species ofmacrozoobenthos in Tumen River.There were 37 common species ofmacrozoobenthos belonging to 14 orders and 22 families in the two rivers,with total average density of 93.72 ind./m2and biomass of 27.05 g/m2in Yalüjiang Rive,and with total average density of 7.78 ind/m2and biomass of1.19 g/m2in Tumen River.There were higher average density and biomass in Yalüjiang River than in Tumen River,the maximal aquatic insects in the two rivers.Platyhelminthes were found to be the minimal density in Yalüjiang River,and crustacean the minimal density in Tumen River. There were only two important species Hydropsyche ulmeri and Gammarus sp.in the two rivers.The K-dominance curve was found to be coincided with diversity analysis.There were higher Shannon-Weiner index,Pielou index and Simpson index in Yalüjiang River than in Tumen River.Assessmentby biotic index(BI)showed that thewater quality was clear in 75%section in Yalüjiang River and 50%section in Tumen River.
Keywords：Yalüjiang River;Tumen River;macrozoobenthos;community structure;bioassessmentofwater quality
中图分类号：S932.8
文献标志码：A
DOI：10.16535/j.cnki.dlhyxb.2015.04.010
文章编号：2095-1388(2015)04-0398-07
收稿日期：2014-09-07
基金项目：中国水产科学研究院基本科研业务费专项资金项目 (2013A0102);国家自然科学基金资助项目 (31302177)