ACTA Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis
Comparative Study on Macroinvertebrate Communities in Confluence Areas from Typical Tributaries to Mainstream of the Yellow River
XIE Yuan, JIANG Xiaohui, WANG Ting, et al
1. School of Environment and Energy, Peking University Shenzhen Graduate School, Shenzhen 518055; 2. Key Laboratory of Water and Sediment Sciences (MOE), Department of Environmental Engineering, Peking University, Beijing 100871; 3. Yellow River Institute of Hydraulic Research, Zhengzhou 450003; † Corresponding author, E-mail: nijinren@iee.pku.edu.cn
Abstract The benthic macroinvertebrate communities in the confluence areas from tributaries to mainstream could play an important role in understanding interactions between materials flows from rivers and their ecological consequences. Based on monitoring on conducted in the four typical tributaries (Huangshui River, Fenhe River, Weihe River and Luohe River) to the Yellow River during spring and autumn in 2015, the characteristics of macroinvertebrate communities are systematically compared. As results, sorted by the number of macroinvertebrate species in both seasons for all confluences, Luohe River (28)>Huangshui River (26)>Fenhe River (23)>Weihe River (17). Moreover, the collecter-gather becomes dominant functional feeding group in both seasons for all confluences except scraper dominated in autumn in Luohe River. Detrended Correspondence Analysis (DCA) reveals that substrate is of significance in structuring benthic macroinvertebrate communities. The survival of aquatic plants seems more favorable to survival of benthic macroinvertebrate. Furthermore, Redundancy Analysis (RDA) suggests that benthic macroinvertebrate communities are mainly influenced by ph and conductivity. The present study provides new information on species composition, density, biomass, functional feeding group of benthic macroinvertebrate communities, and the relationship between macroinvertebrate communities and habitat
factors, which would be of particular use to deeper understand the aquatic organism in the Yellow River receiving tributaries, which are interfered to various degree by human activities. Key words Yellow River; confluence; benthic macroinvertebrate; community structure; substrate; environmental factors
河流系统不仅具有泄洪、输沙、供水、自净、航运、发电和景观等多种功能[1], 而且能够在一定程度上调节气候、改善生态环境和维护生物多样
[2–3]性 。近年来, 人类活动加剧与污染排放量增大使得河流生态系统受到严重威胁[4], 维护河流生态系统的健康成为众多学者的共识和河流管理的重要目标[4–6]。
大型底栖无脊椎动物(简称底栖动物)指不能通过500 m孔径网筛的无脊椎动物, 是河流生态系统中最重要的定居动物代表类群之一, 通过摄食、掘穴和建管等活动直接或间接地影响河流生态系统的物质分解、能量流动和营养循环[5]。底栖动物种类丰富, 大多数有相对较长的生活史和较固定的生活场所, 对化学污染和物理变化有较广泛的耐受性,能够综合反映河流质量的长期变化[7–9]。底栖动物作为水生态系统中重要的指示性物种已在河流研究中受到高度重视。目前, 关于黄河支流入干区底栖动物群落的研
[10] [11]究较少。蒋晓辉等 和傅小城等 报道了黄河部分支流入干区底栖动物的概况, 殷旭旺等[12]研究了渭河流域底栖动物群落与环境因子的关系, 但目前仍缺乏对主要支流入干区底栖动物群落的系统研究。鉴于上述情况, 我们于 2015 年春季(4 月)和秋
季(10 月)对湟水、汾河、渭河和洛河入干区开展了系统的调查, 目的是阐释黄河支流入干区底栖动物群落的特征, 分析不同支流入干区底栖动物群落的分布规律和影响底栖动物丰度及分布的主要因子,为黄河水生生物群落结构的系统性研究提供支撑。
1 研究区域与研究方法1.1研究区域及样点布设
黄河沿途汇入支流众多, 流域面积大于10000 km2 的支流中, 渭河是黄河最大的支流, 汾河是黄河的第二大支流, 湟水是黄河上游最大的支流, 洛河是黄河下游主要水量来源之一。这4条支流是黄河流域的典型支流, 受人类活动影响较大。根据湟
水、汾河、渭河和洛河的国家水文站点分布, 对应设置4个调查断面, 如图1所示。根据生境特征,在每个断面 0~1.5 m水深范围内左右两岸各布设4个采样点, 每种生境采样面积为1 m2, 在采集底栖动物样品的同时也采集水体样品。采样时间为2015年春季(4月)和秋季(10月)。
1.2 样品采集与处理
底栖动物采样方法视生境情况而异, 在卵石底质为主的河道内用孔径500 μm的踢网采集样本, 在沙–淤泥底质为主的河道内则用彼得逊采泥器(1/16
m2)采集样本。底栖动物样品采集当天, 经孔径500 μm 的筛网筛洗后, 置于白色解剖盘中分捡, 将分拣出的底栖动物用10%的甲醛溶液固定。运回实验室后, 进行鉴定、计数和称重。水生昆虫一般鉴定
到科或属级水平, 寡毛纲和软体动物门一般鉴定到种级水平。称重时先用滤纸吸干水分, 然后在电子天平上称量。
采集的水体样品低温(0~4ºc)保存, 运回实验室后检测水体的PH值、氨氮(NH3-N)、五日生化需氧量(BOD5)、化学需氧量(COD)、溶解氧(DO)和悬浮物(SS)等指标, 检测方法参考《HJ/T91—2002地表水和污水检测技术规范》。现场测定水深(h)、透明度(T)、流速(v)和电导率(cond), 水深和透明度分别用测深锤和萨氏盘测量, 流速用L型毕托管流速仪测定, 电导率用YSI 6600 V2多参数水质监测仪测量。水温(WT)、高程(H)和流量(Q)数据从水文局获得。
1.3 数据处理与分析
根据摄食对象及特点, 将底栖动物功能摄食类群分为牧食收集者(GC)、滤食收集者(FC)、刮食收集者(SC)、捕食收集者(PR)和撕食收集者(SH)。如果某种底栖动物有几种可能的归属, 统计时将密度
[13–15]和生物量均分到相应类群 。根据底质颗粒的粒径, 将底质分为淤泥、细沙、粗砂和鹅卵石[16]。
除趋势对应分析(detrended correspondence analysis, DCA)是将样方或物种对排序轴求得的分数重新划分, 并排列在一定空间的方法, 能够分析可视化样方或物种的分布关系。约束性排序是分析底栖动物群落与环境因子关系的方法, 根据物种数据除趋势对应分析得到的排序轴长度最大值来确定是使用典范对应分析(CCA)还是冗余分析(RDA)(梯度长度>4, 采用单峰模型; 梯度长度<3, 采用线性模型; 3<梯度长度<4; 单峰或线性模型均可)[17]。利用Monte Carlo检验(999置换, p<0.05)筛选出具有重要且独立作用的最少环境因子组合。为了优化分析,对物种数据和环境数据进行ln( x +1)转化。
2 结果与讨论2.1 底栖动物群落组成
表1给出黄河支流入干区底栖动物的种类名录,湟水、汾河、渭河和洛河入干区春秋两季共采集到53种, 隶属于25科47属。
湟水春秋两季共采集到26种, 隶属于9科22属。其中, 春季采集到9种, 隶属于6科9属, 密度和
生物量分别为28.2 ind/m2和0.82 g/m2, 优势种为哑口仙女虫(Nais elinguis)、真开氏摇蚊(eukiefferiella sp.)和水摇蚊(hydrobaenus sp.); 秋季采集到24种,隶属于8科19属, 密度和生物量分别为113.5 ind/m2和 0.15 g/m2, 优势种为哑口仙女虫 (Nais elinguis)、多足摇蚊(Polypedilum sp.)和纹石蛾科(hydropsychidae)。
汾河春秋两季共采集到23种, 隶属于10科22属。其中, 春季采集到19种, 隶属于7科18属, 密度和生物量分别为191.1 ind/m2和0.04 g/m2, 优势种为霍甫水丝蚓(Limnodrilus hoffmeisteri)和苏式尾鳃蚓(Branchiura sowerbyi); 秋季采集到10种, 隶属于6科6属, 密度和生物量分别为1005.4 ind/m2和0.89 g/m2, 优势种为摇蚊属(Chironomus sp.)。
渭河春秋两季共采集到17种, 隶属于5科15属。其中, 春季采集到12种, 隶属于5科11属, 密度和生物量分别为48.9 ind/m2和0.04 g/m2, 优势种为正颤蚓(Tubifex tubifex)、多足摇蚊(polypedilum sp.)和拟枝角摇蚊(Paracladopelma sp.); 秋季采集到9种, 隶属于2科8属, 密度和生物量分别为26 ind/m2和0.01 g/m2, 优势种为摇蚊属(Chironomus sp.)。
洛河春秋两季共采集到28种, 隶属于19科28属。其中, 春季采集到20种, 隶属于13科20属, 密度和生物量分别为33.6 ind/m2和1.96 g/m2, 优势种为多足摇蚊(Polypedilum sp.)和椭圆萝卜螺(Radix swinhoei); 秋季采集到10种, 隶属于10科10属, 密度和生物量分别为3.9 ind/m2和2.56 g/m2, 优势种为翼蛉科(Osmylidae)和鳞翅目一种(elophila sp.)。
湟水、汾河、渭河和洛河入干区春秋两季三
大门密度比例热图如图2(a)所示。湟水春季优势门类为环节动物门, 其个体数占总个体数的79.9%;秋季优势门类为节肢动物门, 其个体数占总个体数的64%。汾河春季优势门类为环节动物门, 其个体数占总个体数的78.1%; 秋季优势门类为节肢动物门, 其个体数占总个体数的99%。渭河春季优势门类为节肢动物门, 其个体数占总个体数的90.2%;秋季优势门类为节肢动物门, 其个体数占总个体数的73%。洛河春季优势门类为节肢动物门, 其个体数占总个体数的63.2%; 秋季优势门类为节肢动物门, 其个体数占总个体数的51.6%。
湟水、汾河、渭河和洛河入干区春秋两季功
能摄食类群密度比例热图如图2(b)所示。湟水春季优势功能摄食类群为牧食收集者, 其个体数占总个