论文部分内容阅读
密江河流域是中国东北地区的一个重要水系,拥有丰富的生物多样性,其中包括珍贵的淡水鱼类马苏大麻哈鱼。马苏大麻哈鱼作为一种食肉性鱼类,主要以底栖动物为食,如水蚤、蜉蝣幼虫等。大型底栖无脊椎动物作为马苏大麻哈鱼等底栖鱼类的重要食物来源之一,对密江河流域的生态系统起着重要的作用,能够影响水体中的营养物质循环、水质、水生植被等。此外底栖动物的物种和种类丰富程度还可以展示不同生境特征之间的差异。因此,调查密江河流域大型底栖无脊椎动物,对于维护该地区生态平衡和可持续发展具有重要意义。本研究的取样点分为一级河流5个点位、二级河流6个点位,三级河流4个点位。在2021年6月至2022年2月采取定性和定量相结合的方法对各等级河流样点进行逐月采集鉴定,并对水环境理化指标测定。以密江河各等级河流和季节间水环境理化指标、大型底栖无脊椎动物群落结构、生物功能性状和不同分类层面生物多样性指数为基础数据,结合广义线性混合模型、主成分分析、典范对应分析等多种数据分析方式,分析大型底栖无脊椎动物群落在河流等级和季节间分布特征并找到显著影响因子;分析不同分类层面多样性指数在河流等级与季节间的差异性比较及指数之间的相关性;明确影响底栖动物群落结构、生物功能性状及不同分类层面多样性指数的主要理化因子,从而探究以下科学假设:(1)大型底栖无脊椎动物群落在季节间的显著性差异大于河流等级间的显著性差异;(2)生物多样性指数间的显著性随季节间扰动梯度增加,指数间的关系出现趋同性;(3)环境因子中高锰酸盐指数、水温、溶氧为底栖动物群落结构的主要驱动因子。主要研究结果如下:(1)总体来看,不同分类单元和不同功能群组的物种组成/密度/生物量在季节间显著性差异大于河流等级间显著性差异。夏秋冬三个季度共采集到大型底栖无脊椎动物511种,隶属于4门6纲17目83科234属,其中节肢动物门(Arthropoda)种类数最多,具有474种(昆虫纲(Insecta)466种,软甲纲(Malacostraca)8种),占物种总数的95.8%。其他类群的底栖动物物种数较少,包括:环节动物门(Annelida)12种(寡毛纲(Oligochaet)7种、蛭纲(Clitellata)5种),软体动物门(Mollusca)8种(皆为腹足纲(Gastropoda)),线形动物门(Nemertea)1种(铁线虫纲(Nematoda))。密江河优势种主要为敏感性类群的小蜉属(Ephemerella sp.)、带肋蜉属(Cincticostella sp.)、大襀属(Pteronarcys sachalina Klapalek)、纹石蛾属(Subgenus sp.)。本研究划分了29个底栖动物功能性状,其中一化性、大尺寸、鳃呼吸、体壁呼吸、沉淀和侵蚀、冷或热广温性、狭低温或冷广温性、附着者、匍匐者、游泳者、捕食者、刮食者、碎食者等13个性状在季节间显著性差异大于河流等级间的显著性差异,且季节间夏季功能群组成显著性差异大于秋冬两个季节。(2)功能多样与物种多样性在季节序列上显著差异性大于空间序列。功能丰富度与香农维纳指数、辛普森指数、马格列夫指数在时空上呈正相关显著性差异,这表明物种丰富度与功能丰富度在时间序列上呈同一趋势,随环境干扰大而减小。马格列夫指数与功能均匀度时空上呈显著负相关性,显著值夏季>秋季>冬季,一级河流>三级河流>二级河流,这表明夏季、一级河流均受潮水、温度影响大,造成扰动大,物种丰度越低,功能均匀度指数越高。功能周转、功能均匀度指数呈显著正相关性,功能丰富度、马格列夫指数呈负相关显著性差异,指示了在低温和冻结干扰下,冬季生境条件的下降,导致物种分类丰富度、功能群丰富度下降,功能群的均匀度表现出增加趋势,这是由于密江河冬季溪流流速的降低导致生境条件更为单一和稳定所致。(3)水体理化指标中共有7个水体理化指标(水温、电导率、酸碱度、总悬浮物固体、硝酸盐氮、总氮、总磷)在季节间具有显著性差异,而在河流等级间无显著性差异。典型相关分析(Canonical Correlation Analysis,CCA)结果表明,夏季影响密江河中底栖动物群落结构显著相关的环境因子为水温和总悬浮物固体,秋季影响密江河底栖动物群落结构的环境因子主要为水温和电导率,冬季影响密江河流域中底栖动物分布显著有关的因子为水深和高锰酸盐指数。在夏季、秋季中随着水温逐渐升高,环足摇蚊属、明摇蚊属等小个体、多世代类群加速繁殖,其个体密度、生物量随之增加。单因素方差分析表明、水温、电导率、总悬浮物固体、总氮、总磷与多样性指数、功能群性状呈现明显的负相关性,高锰酸指数对多样性指数、功能群性状的影响为显著正相关。水温与半化性、大尺寸个体、体壁呼吸、沉淀和侵蚀、攀爬者、刮食者、捕食者、辛普森多样性指数、香农维纳指数、均匀度指数、功能丰富度、功能分散度呈显著负相关性,与分类嵌套指数、分类多样性指数显著正相关性;高锰酸盐指数与匍匐者、碎食者、沉淀和侵蚀、呈显著负相关性,与辛普森多样性指数、香农维纳指数、均匀度指数呈显著正相关性;酸碱度与刮食者、常见的呈显著负相关性,与分类嵌套指数、分类多样性指数显著正相关性;电导率与匍匐者、碎食者、沉淀和侵蚀、辛普森多样性指数、香农维纳指数、均匀度指数、功能丰富度呈显著正相关性;总悬浮物固体与气氧呼吸、游泳者、功能离散度呈显著正相关性,与小尺寸、二或多化性呈显著负相关性;总氮与罕见的、分类多样性指数呈显著负相关性;总磷与马格列夫指数、香农维纳指数、辛普森多样性指数呈显著负相关性。本研究利用广义线性混合模型(GLMM)、单因素方差分析(one-way ANOVA)方法探究了密江河流域大型底栖无脊椎动物群落结构在各等级河流和季节间显著性差异,同时研究了多样性指数间的相关性,明确了影响底栖动物群落结构的主要环境驱动因子。在密江河流域开展底栖动物调查对了解生物群落结构特征、生物多样性、水资源管理和生态系统服务等具有重要意义,为流域内生态保护和可持续发展提供科学支持和决策依据。