第39卷第5期2019年3月
生态学报
ACTAECOLOGICASINICA
Vol.39,No.5Mar.,2019
基金项目:山东省自然科学基金(ZR2016CL05,ZR2017LH058);国家自然科学基金(51809228,81703190)收稿日期:2018⁃02⁃08;㊀㊀网络出版日期:2018⁃12⁃21∗通讯作者Correspondingauthor.E⁃mail:uzzjiang@163.com
DOI:10.5846/stxb201802080347
陈静,蒋万祥,朱天顺,陈青,贺诗水,王红妹,王洪凯,潘保柱.新薛河溪流生境底栖动物群落结构季节动态.生态学报,2019,39(5):1664⁃1672.ChenJ,JiangWX,ZhuTS,ChenQ,HeSS,WangHM,WangHK,PanBZ.Seasonaldynamicsofmacroinvertebratecommunitystructureinstream
habitatsoftheNewxueRiver.ActaEcologicaSinica,2019,39(5):1664⁃1672.
新薛河溪流生境底栖动物群落结构季节动态
陈㊀静1,蒋万祥1,2,∗,朱天顺1,陈㊀青1,贺诗水1,王红妹1,王洪凯1,潘保柱2
1枣庄学院生命科学学院,枣庄㊀2771602西安理工大学水利水电学院,西安㊀710048
摘要:明确底栖动物在时空尺度上的自然变化规律对有效评估和保护水生态系统十分重要㊂基于2012年季节调查数据,对新薛河典型生境底栖动物群落季节动态进行了研究㊂共鉴定底栖动物108种,隶属5门10纲74属㊂短脉纹石蛾㊁长钝直突摇蚊㊁拟长跗摇蚊㊁Neozareliasp.为研究区域优势分类单元,相对丰度分别为25.1%㊁9.8%㊁9.0%㊁8.6%;各季节间优势分类单元组成差异较大,3个季度共同优势物种仅短脉纹石蛾1种㊂密度㊁物种丰度㊁香农指数表现为4月和12月显著高于10月;均匀度指数10月份最高㊂非度量多维标度排序表明,不同季节底栖动物群落结构差异显著;对照河段(D河段)群落结构季节间差异相对较小㊂指示物种法分离出了新薛河及各河段代表性物种41种,但B河段未分离出指示物种;双向聚类分析进一步明确了指示物种的指示属性(特有或者相对丰度最高)㊂关键词:新薛河;底栖动物;溪流;季节动态
SeasonaldynamicsofmacroinvertebratecommunitystructureinstreamhabitatsoftheNewxueRiver
CHENJing1,JIANGWanxiang1,2,∗,ZHUTianshun1,CHENQing1,HEShishui1,WANGHongmei1,WANGHongkai1,PANBaozhu2
1CollegeofLifeSciences,ZaozhuangUniversity,Zaozhuang277160,China
2InstituteofWaterResourcesandHydro⁃electricEngineering,XiᶄanUniversityofTechnology,Xiᶄan710048,China
Abstract:Identifyingnaturally⁃regulatedspatialandtemporalvariationsofbenthicmacroinvertebratesiscriticalforeffectiveassessmentandconservationofaquaticecosystems.Aclearidentificationofspatialandtemporaltrendsofthesecommuni
tiescouldenhanceourunderstandingoftheecologyofmacroinvertebrates,definitionsofeffectsofanthropogenicornaturaldisturbancesonloticcommunities,andassessmentandconservationofloticbiodiversity.Inthepresentstudy,macroinvertebratecommunitystructurewascomparedamongdifferentseasonsintheupperNewxueRiverintheyear2012(April,October,andDecember),whereatotalof108macroinvertebratetaxabelongingto74generaand10classeswere
recorded;Cheumatopsychesp.,Orthocladiusvaillanti,Paratanytarsussp.,andNeozareliasp.werethedominanttaxa,withrelativeabundancesof25.1%,9.8%,9.0%,and8.6%,respectively.Dominantspeciescompositionwasverydifferentacrossseasons;Cheumatopsychesp.wastheonlycommontaxoninal
lthreeseasons.Density,speciesrichness,andShannonindexweresignificantlyhigherinAprilandDecemberthaninOctober;evennesswashighestinOctober.Non⁃
metricMultidimentionalScaling(NMS)analysiswasusedtocomparethecommunitystructureamongdifferentseasonsintheNewxueRiverandtypicalreaches,andtheresultsallshowedsignificantdifferences;seasonaldifferencesinthecontrolreach(reachD)wererelativelysmall.Atotalof41representativespeciesoftheNewxueRiverandtypicalhabitatswere
separatedbyindicatorspeciesanalysis,butnospecieswasisolatedfromreachB.Two⁃wayclusteranalysisfurtherclarifiedtheindicatorattributes(uniqueorhighestrelativeabundance)oftheindicato
rspecies.KeyWords:NewxueRiver;macroinvertebrate;stream;seasonaldynamics
淡水资源存储量不到0.006%的河流生态系统[1],生活着地球上大约10%的已知物种[2⁃3];保护和提升河
流生物多样性对保证生态系统完整性和稳定性具有重要意义[4]㊂溪流生境拥有极高的时空异质性[5]和复杂多样的微生境[6],独特㊁多样㊁且不同于下游河流的水生动植物群落生活其中[7⁃8],不仅对下游河流生物多样性有重要影响(上游物种可随水流到达下游)[9],而且是下游河流水资源㊁沉积成分及有机物的主要来源[10⁃11]㊂同时,溪流汇水区是联系陆地和水生生态系统的纽带,对保护和维持生态系统生物多样性意义重大[6,12]㊂
气候变化引起整个流域内环境特征包括水文特征㊁水体理化因子㊁河岸植被带等随季节发生相应的改
变[13]㊂这些特征对水生生物的繁殖㊁生长㊁分布及种群的演替具有重要影响[14]㊂底栖动物在溪流生态系统占有非常重要的地位,如参与动物与微生物间的相互作用,碎屑处理,作为初级或次级消费者影响群落营养结构等[15⁃16];一直是评价河流生态系统健康最为重要的类群之一㊂研究溪流底栖动物时空变化趋势可增强对底栖动物生态属性的理解,识别人为或自然干扰对激流群落的影响,以及评估和保护激流生物多样性[17]㊂本文通过分析新薛河典型生境底栖动物群落结构
季节动态,以期厘清如下基本问题:(1)群落结构的季节差异,包括优势物种组成㊁密度㊁生物多样性等㊂(2)明确造成新薛河及其典型生境群落结构差异的主要分类单元㊂以期通过本研究对中国北方季节性河流生物多样性保护和管理提出科学的建议,为后续相关研究提供背景数据及理论基础㊂1㊀材料与方法1.1㊀研究区域概况
新薛河位于山东省西南部,属南四湖水系,全长89.6km,流域面积686km2㊂根据栖境特征,沿水流方向选择5个代表性河段进行了调查,每个河段设3个采样点㊂A河段,位于石嘴子水库坝下,以缓流和静水为主,沉积物较多㊂B河段下游紧挨枣庄市山亭区,人口较为密集,流量受上游水库排水量限制,河道频繁出现断流㊁干涸现象㊂C河段位于山亭区下游,城市污水在经过沉积处理后,直接排到该河段㊂D河段距离城区较远,生境质量相对较好,作为对照河段㊂E河段间歇性受人为干扰(衣物涮洗㊁家禽活动)[18⁃19]㊂
1.2㊀底栖动物采集与鉴定
2012年4㊁10㊁12月,每月中旬用40目网径㊁采样面积0.09m2的索伯网(surbersampler)采集底栖动物,将
网中的底栖动物拣出,装标本瓶中,用10%的福尔马林液固定,标本带回实验室鉴定㊁计数[20⁃23]㊂每个河段沿水流方向设置采样点3个,共计采集标本42个(4月份河段B处断流)㊂1.
3㊀统计分析
单因素方差分析(One⁃wayANOVAanalysis)和独立样本T检验(Independent⁃SamplesTtest)用于比较底栖动物密度㊁生物量㊁多样性指数的差异;使用非度量多维标度排序(Non⁃matricMultidimentionalScaling,NMS)分析各河段底栖动物群落结构的差异性;指示物种分析(indicatorspeciesanalysis)和双向聚类分析(two⁃
wayclusteranalysis)用于分析各河段指示物种及指示原因㊂为消除纲量差异对分析结果的影响,非度量多维标度排序中均将数据进行了lg(x+1)转换㊂2㊀结果与分析2.1㊀物种组成
proof是什么意思㊀㊀共鉴定底栖动物24448只,隶属5门10纲74属108个分类单元㊂短脉纹石蛾一种(Cheumatopsyche
5
661㊀5期㊀㊀㊀陈静㊀等:新薛河溪流生境底栖动物群落结构季节动态㊀
sp.)㊁长钝直突摇蚊(Orthocaldiusvaillanti)㊁拟长跗摇蚊属一种(
Paratanytarsussp.E)㊁摇蚊亚科一种(Neozareliasp.)为研究区优势分类单元,相对丰度分别为25.1%㊁9.8%㊁9.0%㊁8.6%(表1)㊂其中,4月份共鉴定底栖动物63种;Cheumatopsychesp.㊁Orthocaldiusvaillanti㊁Neozareliasp.为优势分类单元,相对丰度分别为25.4%㊁15.3%㊁13.6%㊂10月份共鉴定底栖动物53种;双线环足摇蚊(Cricotopusbicinctus)㊁黄色多足摇蚊(Polypedilumflavum)㊁Cheumatopsychesp.㊁扁股异腹鳃摇蚊(Einfeldiapagana)㊁流环足摇蚊一种(Rheocricotopussp.)㊁拟中足摇蚊(Parametriocnemus)㊁Paratanytarsussp.E㊁二叉摇蚊属一种(Dicrotendipessimpsoni)为优势分类单元,相对丰度分别为13.3%㊁10.9%㊁7.1%㊁6.8%㊁6.0%㊁5.8%㊁5.4%㊁5.2%㊂12月份共采集底栖动物65种;
优势分类单元为Paratanytarsussp.E㊁Cheumatopsychesp.㊁真开氏摇蚊属一种(Eukiefferielladevonica),相对丰度分别为27.9%㊁27.7%㊁5.2%㊂
表1㊀新薛河各季节底栖动物优势分类单元/%
Table1㊀MacroinvertebratesdominanttaxaamongdifferentseasonsintheNewxueRiver
优势分类单元Dominanttaxa
4月April10月October12月December新薛河NewxueRiver
短脉纹石蛾Cheumatopsychesp.25.4
7.127.7
25.1
双线环足摇蚊Cricotopusbicinctus13.3二叉摇蚊属一种Dicrotendipessimpsoni5.2扁股异腹鳃摇蚊Einfeldiapagana6.8
真开氏摇蚊属一种Eukiefferielladevonica5.2
摇蚊亚科一种Neozareliasp.13.68.6长钝直突摇蚊Orthocaldiusvaillanti15.3
国旗下讲话 学雷锋
9.8
拟中足摇蚊Parametriocnemus5.8拟长跗摇蚊属一种Paratanytarsussp.E5.427.9
9.0
黄色多足摇蚊Polypedilumflavum10.9流环足摇蚊一种Rheocricotopussp.
6.0
2.2㊀
6260密度和多样性图1㊀新薛河底栖动物密度季节动态
㊀Fig.1㊀SeasonaldynamicsofmacroinvertebratesdensityintheNewxueRiver
A㊁B㊁C㊁D㊁E分别代表A㊁B㊁C㊁D㊁E河段,NXR代表新薛河
2.2.1㊀密度
对新薛河底栖动物密度季节动态进行分析(图1),结果表明:4㊁10㊁12月份密度均值分别为13352㊁796㊁4575只/m2;表现为4月和12月高于10月(P<0.05)㊂其中,
A河段密度均值4月份最高,为2326只/m2,10月份最低,为504只/m2;B河段12月份为7996只/m2,10月份为1296只/m2;C河段4月份最高,为39670只/
m2,10月份最低,为1092只/m2;D河段12月份最高,为7530只/m2,10月份最低,为796只/m2;E河段12月份最高,为5441只/m2,10月份最低,为796只/m2㊂方差分析及独立样本T检验表明:A㊁D㊁E河段底栖动物密度均表现为4月和12月高于10月(P<0.05);B河段表现为12月高于10月(P<0.05);C河段表现为4月高于10月和12月(P<0.05)㊂2.2.2㊀生物多样性
对生物多样性季节动态进行分析(表2),结果表明:调查期间物种丰富度均值4月份最大(18.6),12月份次之(17.5),10月份最小(9.8);表现为4月㊁12月>10月(P<0.05)㊂香农指数4月份最大(2.00),12月份次
6661㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀39卷㊀
之(1.76),10月最小(1.60);表现为4月ȡ12月ȡ10月(P<0.05)㊂均匀度指数10月最大(0.73),4月次之(0.69),12月最小(0.62);表现为10月ȡ4月ȡ12月(P<0.05)㊂
采用方差分析和T检验对各河段生物多样性季节动态进行比较(表2),结果表明:物种丰富度在A㊁E河
段均表现为4月㊁12月>10月(P<0.05);B河段表现为12月>10月(P<0.05);C河段表现为12月ȡ4月ȡ10月(P<0.05);D河段表现为4月>12月>10月㊂香农指数在A河段表现为4月㊁12月>10月(P<0.05);D河段表现为4月ȡ10月ȡ12月(P<0.05);B㊁C㊁E河段差异不显著(P>0.05)㊂均匀度指数在A河段表现为12月ȡ4月ȡ10月(P<0.05);B河段表现为10月>12月(P<0.05);C河段表现为10月ȡ12月ȡ4月(P<0.05);D河段表现为4月㊁10月>12月(P<0.05);E河段表现为10月ȡ4月ȡ12月(P<0.05)㊂
表2㊀新薛河底栖动物生物多样性季节动态
Table2㊀SeasonaldynamicsofmacroinvertebratesbiodiversityintheNewxueRiver
河段Reaches时间Time物种丰富度Richness香农指数Shannonindex均匀度指数Evenness平均值Mean
标准差SD
平均值Mean
标准差SD平均值Mean标准差SDA
4月
幽禁16.0a2.02.08a0.070.75ab0.0610月5.3b
1.51.01b
0.380.60a0.1412月18.7a4.92.37a0.280.82b0.03B
4月
10月9.3a2.91.37a0.250.62a0.0312月15.7b0.61.22a0.330.44b0.13C
4月15.0ab
0.01.85a0.100.68a
0.0410月12.0b1.02.07a0.180.84b0.0812月18.0a2.62.15a0.380.74ab
0.10D
4月
20.0a2.62.17a0.060.72a0.0110月11.3b
0.61.90ab0.310.79a
0.1412月16.7c0.61.57b0.100.56b0.04E
4月23.3a4.21.93a0.150.62ab0.0610月11.0b
1.71.87a0.270.78a
0.1112月18.7a2.11.51a0.420.52b0.15新薛河4月18.6a4.12.00a0.150.69ab0.0710月9.8b
2.91.60b0.470.73a
0.1312月17.5a2.61.76ab0.510.62b
0.172.3㊀群落结构季节动态
基于非度量多维标度排序,对季节间底栖动物群落结构的差异性进行研究(图2),结果表明:新薛河底栖动物群落结构于各季节间表现为显著差异(stress=14.282);各河段底栖动物群落结构季节间差异显著(A㊁B㊁C㊁D㊁E河段解析压力值(stress)分别为0.007㊁0.001㊁0.008㊁6.917㊁0.003)㊂
2.4㊀物种组成对群落结构的影响
采用指示物种法分析新薛河及各河段底栖动物群落结构季节差异(表3),结果表明:新薛河及5个河段共分离出指示物种41种㊂新薛河分离出28种,其中4月份20种,10月份1种,12月份7种㊂A河段共分离出10种,其中4月份6种,12月份4种;B河段未分离出任何指示种;C河段共分离出18种,其中4月份11种,10月份4种,12月份3种;D河段共分离出12种,其中4月份7种,10月份2种,12月份3种;E河段共15种,其中4月份7种,12月份8种㊂
为进一步明确物种的指示作用,基于指示物种对各河段底栖动物进行双向聚类分析(图3),结果表明:A河段,4月份指示物种Stictochironomusdevinctus㊁Rheop
elopiaparamaculipennis㊁Potthastiagaedii㊁Meropelopiasp.㊁Apedilumelachistum仅出现在该月份,Naispardalis在该月丰度最高㊂12月份指示物种Hudsonimyiasp.仅在该月出现;Radixswinhoei㊁Nematodaspp.㊁Hippeutiscantori相对丰度最高㊂
7
阿浅来了661㊀5期㊀㊀㊀陈静㊀等:新薛河溪流生境底栖动物群落结构季节动态㊀
图2㊀底栖动物群落结构非度量多维标度排序
Fig.2㊀NMSordinalconfigurationofmaroinvertebratescommunities图中各河段标识字母前A:4月,April;O:10月,October;D:12月,December
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表3㊀不同季节底栖动物群落指示物种
Table3㊀Indicatorspeciesofmacroinvertebratescommunitiesindifferentseasons
代码Codies指示物种
Indicatorspecies
A河段ReachAB河段ReachB
C河段ReachCD河段ReachD
lingfengE河段ReachE新薛河NewxueRiversp2线虫纲一种Nematodaspp.
12月∗10月∗
sp8纹沼螺Parafossarulusstriatulus4月∗
4月∗
sp9
椭圆萝卜螺Radixswinhoei12月∗12月∗sp11尖口圆扁螺Hippeutiscantori
12月∗
12月∗
sp13逸仙丽翅蜉Alainitessp.12月∗
sp14四节蜉Baetissp.12月∗
∗
sp15细蜉Caenissp.
12月∗
∗
4月∗sp20经石蛾Ecnomussp.
4月∗sp21尖毛小石蛾Oxyethirasp.4月∗sp22短脉纹石蛾Cheumatopsychesp.4月∗
12月∗12月∗4月∗sp25狭溪泥甲Stenelmissp.四级准考证号找回入口
4月∗
4月∗
sp32摇蚊亚科一种Apedilumelachistum4月∗
neither4月∗
∗
sp39二叉摇蚊属一种Dicrotendipessimpsoni10月∗sp45摇蚊亚科一种Neozareliasp.
4月∗
4月∗
sp46拟长跗摇蚊Paratanytarsussp.E
12月∗12月∗12月∗
12月∗∗
sp52流水长跗摇蚊一种Rheotanytarsusexignus4月∗
4月∗∗
sp54齿斑摇蚊一种Stictochironomusdevinctus4月∗4月∗
sp60寡角摇蚊亚科一种Potthastiagaedii4月∗
4月∗4月∗
∗
sp62毛突摇蚊Chaetocladiussp.4月∗
12月∗sp63环足摇蚊一种Cricotopusabsurdus
10月∗
sp67真开氏摇蚊一种Eukiefferielladevonica4月∗sp68细真开氏摇蚊Eukiefferiellagracei12月∗
sp69近藤水摇蚊Hydrobaenuskondio
4月∗
4月∗sp72直突摇蚊属一种Orthocaldiusfrigidus4月∗4月∗
sp73直突摇蚊属一种Orthocaldiusjacobsen10月∗sp77长钝直突摇蚊Orthocaldiusvaillanti4月∗4月∗
4月∗
∗
sp79拟中足摇蚊Parametriocnemussp.
4月∗4月∗
sp81粗腹摇蚊亚科一种Hudsonimyiasp.12月∗4月∗
sp82粗腹摇蚊亚科一种Meropelopiasp.4月∗12月∗
4月∗
∗
sp84粗腹摇蚊亚科一种Reomyiasp.4月∗
sp85拟斑点流粗腹摇蚊
Rheopelopiaparamaculipennis4月∗
4月∗
4月∗4月∗∗
sp88黑蝇(蚋)Simuliumsp.12月∗12月∗
12月∗
∗
sp92大蚊Tipulasp.
12月∗
sp93摇蚊幼虫Chironomidaepupa4月∗
4月∗4月∗4月∗∗
sp96三角涡虫Dugesiasp.4月∗4月∗4月∗∗
sp100简明仙女虫Naispardalis4月∗
4月∗
4月∗4月∗my lifestyle
4月∗
∗
sp102苏氏尾鳃蚓Branchiurasowerbyi10月∗sp104颤蚓Tubifexsp.
10月∗
sp105舌蛭Glossiphoniasp.
10月∗sp107拟扁蛭属一种Hemiclepsissp1.
12月∗sp108拟扁蛭属一种Hemiclepsissp2.12月∗
12月
∗
㊀㊀∗P<0.05,∗∗P<0.012012年四六级考试时间
C河段,4月份指示物种Orthocaldiusvaillanti㊁Neozareliasp.㊁Potthastiagaedii㊁Naispardalis㊁Hudsonimyiasp.
仅在该月份出现;Cheumatopsychesp.㊁Parametriocnemussp.㊁Chironomidaepupa㊁Chaetocladiussp.㊁Dugesiasp.㊁
9
661㊀5期㊀㊀㊀陈静㊀等:新薛河溪流生境底栖动物群落结构季节动态
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