李麗娟,張 吉,吳 丹,殷旭旺,*,徐宗學,張 遠

1 大連海洋大學水產與生命學院,遼寧省水生生物學重點實驗室,大連 116023 2 北京師范大學水科學研究院,北京 100875 3 中國環(huán)境科學研究院,環(huán)境基準與風險評估國家重點實驗室,流域水生態(tài)保護技術研究室,北京 100012

太子河流域魚類功能群結構與多樣性對土地利用類型的響應

李麗娟1,張 吉1,吳 丹1,殷旭旺1,*,徐宗學2,張 遠3

1 大連海洋大學水產與生命學院,遼寧省水生生物學重點實驗室,大連 116023 2 北京師范大學水科學研究院,北京 100875 3 中國環(huán)境科學研究院,環(huán)境基準與風險評估國家重點實驗室,流域水生態(tài)保護技術研究室,北京 100012

研究河岸帶土地利用方式對河流生物群落的影響對河岸帶管理和河流生態(tài)系統(tǒng)修復至關重要。研究了太子河河岸帶的土地利用類型(森林用地、森林耕作用地、耕地和城鎮(zhèn)建設用地)和魚類功能群的關系,結果表明：棲息地質量參數(shù)在不同土地利用類型內具有顯著差異,森林用地區(qū)電導率、總溶解固體、淤泥和底質含沙量比例的平均值均較低,分別為(105.05 μs/cm、80.38 mg/L、65.00 mL和0%),底質類型以石塊為主；耕作區(qū)的水深、流量和淤泥的平均值均是最高(186.83 m、80.11 m3和5333.33 mL),底質類型以沙質和淤泥為主。太子河流域魚類功能群劃分為5種類型(18個亞類),在不同土地利用類型內具有差異顯著,森林用地內的魚食性、石塊棲功能群、昆蟲食性和黏性卵功能群的比例最高；森林耕作用地內的植食性和底層棲功能群的比例最高；耕地內的沙棲功能群、中下層棲功能群和筑巢產卵功能群的比例最高；城鎮(zhèn)建設用地內的淤泥棲功能群、耐污種、中下層棲功能群和雜食性功能群的比例最高。研究顯示,棲息地評價得分高、棲境復雜的區(qū)域其個體數(shù)量較高,而棲息地得分低、底質類型以淤泥為主的區(qū)域其個體數(shù)量較低。

土地利用類型；功能群；環(huán)境因子；魚類；群落結構

隨著人口數(shù)量的不斷增加,密集的人類活動在很大程度上導致了河流生態(tài)環(huán)境的不斷惡化,特別是河岸帶土地利用類型的改變,嚴重影響了河流生態(tài)系統(tǒng)中的水文過程、水環(huán)境承載力以及水環(huán)境質量,使得河流生境棲息地質量受到嚴重威脅[1- 3]。而河流生境棲息地質量與河流中的水生生物密切相關,是水生生物生存與繁衍的重要保證[4],因此合理規(guī)劃河岸帶土地利用類型和方式,提高河流生境棲息地質量,對維持水生生物群落結構的復雜性和完整性具有重要意義[5]。

頻繁的人類活動使得河岸帶土地利用類型發(fā)生重大改變,最為明顯的特征即為森林用地面積不斷減少,農業(yè)和城鎮(zhèn)用地面積不斷增加[2],這些改變均會對棲息地的復雜性和異質性產生影響,進而使得水生生物群落結構發(fā)生改變[6]。有研究表明,植被豐富茂盛的河岸帶可以提高河岸的耐腐蝕性、減少坡面徑流、為水生生物提供庇護所[7- 9]。在棲息地環(huán)境比較單一的農業(yè)用地或城鎮(zhèn)用地為主的河岸帶,富營養(yǎng)化以及水土流失現(xiàn)象十分嚴重,威脅著水生生物的生存和繁衍[10],而在棲息地環(huán)境比較復雜的森林用地,水生生物的生物量和多樣性則相對較高[11]。例如對太子河河岸帶不同土地利用類型下硅藻群落結構的研究表明,森林用地河岸帶比農業(yè)用地或城鎮(zhèn)用地河岸帶具有更多的硅藻屬數(shù)量、物種密度以及物種豐富度等[12]。

魚類作為較高營養(yǎng)級水生生物,對于維持河流生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定具有重要作用[13- 14]。功能群是研究河流魚類群落生態(tài)學的基礎[15],基于魚類對不同生態(tài)環(huán)境響應的功能[16- 17],能夠體現(xiàn)出魚類群落與棲息地環(huán)境的響應關系[18]。因此分析魚類功能群的結構特征及其與棲息地環(huán)境的響應關系,可以較好的反應出河岸帶土地利用類型的改變對魚類群落產生的影響。Wu等人[11]研究表明在渭河流域人類干擾對魚類群落結構和功能群有較大影響,在受人類干擾強度較大的農業(yè)用地,其魚類物種豐度、多樣性、耐受性和稀有物種數(shù)量均較低,功能群的多樣性也隨之下降。Poff等人[19]的研究表明,在水文特征不穩(wěn)定且生境差異較大的河流比生境較穩(wěn)定的河流具有更多的魚類功能群。

太子河流域人類活動梯度較為明顯,上游地區(qū)多為森林用地,人類活動較小,隨著海拔梯度的逐漸降低,人類活動強度增加,農業(yè)用地和城鎮(zhèn)用地比例逐漸增高,河岸帶土地利用類型發(fā)生明顯改變[12]。本文選取太子河流域為研究對象,調查分析流域內河岸帶土地利用類型、水環(huán)境質量、魚類群落結構特征以及魚類功能群特征,其目的是判別河岸帶土地利用類型的改變對水環(huán)境以及魚類群落造成的影響,提出河岸緩沖區(qū)的合理土地利用方式,為當?shù)丨h(huán)境保護機構進行有效的河岸管理和魚類保護提供確切依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

太子河流域(122°30′—124°50′E、40°30′—41°40′N)位于我國遼寧省東部,干流全長413 km,流域面積13880 km2,屬于溫帶季風氣候,年內溫差較大,降雨多集中在6—8月,占全年總降雨量的71.2%；水系發(fā)源于遼寧省新賓縣境內的長白山脈,向西流經本溪、遼陽、鞍山三市,在三岔河與渾河匯合形成大遼河后至營口注入渤海[20](圖1)。太子河流域4種土地利用類型的劃分(森林用地、森林耕作用地、耕地和城鎮(zhèn)用地)參照李麗娟等[12]。

圖1 太子河河岸帶采樣點分布Fig.1 Location of sampling sites of Taizi River Riparian

1.2 數(shù)據(jù)收集

1.2.1 魚類樣品收集

于2012年5月,對太子河4種土地利用類型中的40個點位進行魚類樣品采集(圖1)。每個樣點選用電魚法和掛網法配合完成樣品采集。對于可涉水(深弘水深≤1.5 m) 點位,只采用電魚法進行采集。采樣人員肩背安全電源,手持電極和抄網,沿采樣站位上下游400范圍內采集魚類樣品,采樣時間維持在30 min左右。對于不可涉水(深弘水深≥1.5 m)點位,選用掛網法和電魚法配合進行。電魚法只在河岸邊淺水區(qū)進行；掛網法是在深水區(qū)布設網具,掛網時間維持在1 h左右。使用的網具包括3 種不同網徑: 6 cm× 6 cm、12 cm× 12 cm、20 cm× 20 cm,以保證獲得較為全面的魚類樣品。

樣品采集后立即現(xiàn)場鑒定種類,鑒定后將魚類樣品放生。對于現(xiàn)場不能準確鑒定的樣品,選取5—10尾形態(tài)完整、無鱗片脫落或損壞的,用紗布包裹制作標本,浸泡于密閉的盛有甲醛溶液樣品保存盒中,帶回實驗室進一步鑒定。鑒定的參考文獻為《遼寧省動物志：魚類》[21]、《中國動物志硬骨魚綱》[22]。

1.2.2 棲息地調查

棲息地評價方法根據(jù)相關文獻[23- 24],現(xiàn)場調查估計和實際測量太子河流域棲息地特征。流域內棲息地特征包括：棲息地評價得分(Qualitative Habitat Evaluation Score,QHES,包括河岸帶、堤岸、河道狀況等,)、水深(Depth)、流速(Velocity)、流量(Flow)、河寬(Width)、底質含沙量比例(Sand)、底質指數(shù)特征(IOS,巨礫>256 mm,鵝卵石256 mm>64 mm,碎石64 mm>4 mm,淤泥<4 mm)。IOS(Index of Substrate,底質指數(shù))[25]計算公式：IOS=0.08%V漂石+0.07%V大卵石+0.06%V小卵石+0.05%V大圓石+0.04%V小圓石+0.03%V粗礫+0.02%V細礫+0.01V砂(V為測量出不同底質類型的體積：(L))。流域內各采樣站點水環(huán)境參數(shù)：pH、電導率(EC)、總溶解固體(TDS)、溶解氧(DO)用水質分析儀(YSI Pro 2000)現(xiàn)場測定；水深和流速使用流速儀現(xiàn)場測定；底質含沙量用一套底質分樣篩網(孔徑分別為16、8、4、2 mm和1 mm)測定。

1.2.3 土地利用類型特征

森林用地區(qū)主要分布在太子河上游源頭南支,森林面積所占比例高,人類干擾程度較低或無,水質清澈,無異味。底質多為巨石、漂石和鵝卵石等激流生境,河流生境多樣性高。

森林耕作用地區(qū)森林面積所占比例為25%—50%,耕地面積所占比例為25%—50%。由于受到人類干擾其植被遭到一定破壞,水質較為清澈,有少量異味。底質多為鵝卵石、細石和少量沙質,河岸兩側為森林和耕作土壤,堤岸穩(wěn)定性較高,河流生境多樣性較高。

耕作區(qū)主要分布在太子河中下游地區(qū),耕地面積所占比例高于75%，人類干擾程度較大,植被受到一定的人為破壞,水質較渾濁,有異味。底質主要以泥沙為主,底質含沙量比例約100%,少數(shù)為碎石、鵝卵石,河岸兩側為耕作土壤,堤岸受到一定侵蝕,河流生境多樣性較低。

城鎮(zhèn)用地區(qū)主要分布于太子河下游地區(qū),城鎮(zhèn)建設用地面積所占比例高于85%,人類干擾程度很大,河岸周圍幾乎無任何植被,水質渾濁,有大量刺激性氣體溢出,底質以淤泥為主,河岸兩側為耕作廢棄土壤層或建筑用地,堤岸受到嚴重侵蝕,河流生境多樣性低。

1.3 數(shù)據(jù)分析

為了解土地利用類型、棲息地質量和魚類群落功能群三者之間的關系,對4種土地利用類型下的棲息地特征和魚類數(shù)據(jù)進行科學分析。采用物種數(shù)量、個體數(shù)量、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)、敏感種魚類個體百分百和耐污種魚類個體百分百作為魚類群落結構特征參數(shù),根據(jù)相關文獻[26],敏感種選取北方花鰍、拉氏鱥和馬口魚；耐污種選取鯽魚、泥鰍、大鱗副泥鰍和麥穗魚。

依據(jù)以往有關功能群的研究,根據(jù)魚類的營養(yǎng)和食性[27]可將魚類群落分為雜食性功能群、魚食性功能群、植食性功能群、昆蟲食性功能群和底棲動物食性功能群；根據(jù)魚類對環(huán)境的容忍程度[28],將魚類群落分為3類功能群：耐污功能群、中等耐污功能群和敏感功能群；由于魚類所需的食物、遮蔽處和繁殖條件需要不同的河流底質[19],根據(jù)底質類型可將魚類群落分為石塊棲功能群、沙棲功能群和淤泥棲功能群3種魚類功能群；根據(jù)產卵類型的不同可將魚類群落分為5種魚類功能群：黏性卵、浮性卵、沉性卵、筑巢產卵和特殊產卵功能群；根據(jù)魚類棲息水層可將魚類群落分為3種功能群：中上層棲功能群、中下層棲功能群和底層棲功能群。

將魚類群落結構以及功能群和棲息地環(huán)境因子進行典范對應分析(canonical correspondence analysis,CCA)；用Pcord 5.0進行多響應置換過程分析(multi-response permutation procedures,MRPP)；用BioDiversityPro計算Shannon-Wiener多樣性指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)；對不同土地利用方式下的棲息地質量參數(shù)和魚類群落結構進行單因素方差分析,如果差異顯著(P<0.05)則進一步應用Tukey HSD檢驗不同土地利用方式下棲息地質量參數(shù)和魚類群落結構的差異性,統(tǒng)計分析在SPSS 17.0軟件包上進行；用Origin 8.5繪制不同土地利用類型下魚類功能群的結構與多樣性。

2 結果

2.1 太子河流域魚類群落功能群

2.1.1 魚類物種組成及其群落結構

太子河流域共采集到魚類28種,分4目9科,共計7987尾(附錄1)。優(yōu)勢種為拉氏鱥(Phoxinuslagowskii) 、北方條鰍(Nemachilusnudus) 、棒花鮈(Abbottinarivularis)和寬鰭鱲(ZaccoPlatypus),分別占魚類個體總數(shù)的34.6%、5.3%、5.4%、和7.3%。其中拉氏鱥為典型的敏感種,主要分布在河岸帶以森林用地和森林耕作用地為主的水體中,棒花鮈和寬鰭鱲主要分布在河岸帶以耕地和城鎮(zhèn)建設用地為主的水體中。另外,此次還采集到東北七鰓鰻(Lampetramorii)、清徐胡鮈(Huigobiochinssuensis)、黃魚幼(Hypseleotrisswinhonis)等稀有物種[29],多采集于森林用地和森林耕作用地。多響應置換過程分析結果顯示,太子河流域4種土地利用類型之間的魚類群落結構具有明顯的空間異質性(P<0.001)。

單因素方差分析結果表明,魚類群落中的個體數(shù)量在不同土地利用類型內具有顯著差異(P<0.05)(表1),其平均值在森林用地最高,為314.53；敏感種魚類個體百分比在不同土地利用類型之間具有極顯著差異(P<0.001),其中森林耕作用地最高,為0.65；耐污種魚類個體百分比和Pielou均勻度指數(shù)在不同土地利用類型之間具有極顯著差異(P<0.001),其中在城鎮(zhèn)建設用地最高,分別為0.57和0.81。物種數(shù)量和Shannon-Wiener多樣性指數(shù)在四種土地利用類型內沒有差異(P>0.05)。

表1 不同土地利用類型下的魚類群落結構比較

數(shù)據(jù)以平均值±標準誤差形式表示,不同上標字母代表不同土地利用類型組間具有統(tǒng)計學顯著差異,P<0.05

2.1.2 魚類群落功能群的劃分

太子河流域內魚類功能群共劃分為5種類型(18個亞類)(表2,附錄1),從營養(yǎng)結構各類功能群所占比例來看(圖2)：魚食性和昆蟲食性功能群在森林用地的比例最高,植食性功能群在森林耕作用地的比例最高,雜食性功能群在耕地和城鎮(zhèn)建設用地比例較高；從耐受性各類功能群所占比例來看：敏感種和中等耐污功能群在森林用地的比例最高,耐污種功能群在城鎮(zhèn)建設用地的比例最高；從產卵類型各類功能群所占比例來看：黏性卵和特殊產卵功能群在森林用地比例最高,沉性卵功能群在森林耕作用地的比例最高,筑巢產卵功能群在耕地的比例最高,浮性卵功能群在城鎮(zhèn)建設用地的比例最高；從棲息水層各類功能群所占比例來看：底層棲功能群在森林耕作用地的比例最高,中下層棲功能群在耕作用地的比例最高,中上層棲功能群在城鎮(zhèn)建設用地的比例最高；從底質類型各類功能群所占比例來看：石塊棲功能群在森林用地的比例最高,淤泥棲功能群在城鎮(zhèn)建設用地的比例最高。在森林用地區(qū)共有15種魚類功能群,在森林耕作用地區(qū)共有16種功能群,在耕地和城鎮(zhèn)建設用地均有18種功能群,但敏感種功能群、石塊棲功能群、植食性和昆蟲食性功能群在耕地和城鎮(zhèn)建設用地出現(xiàn)頻率均較低。

表2 太子河流域魚類功能群組成

2.2 太子河流域棲息地及其與魚類群落功能群的相關性

2.2.1 全流域棲息地特征

單因素方差分析表明,除pH和流速外,不同土地利用類型下的棲息地特征具有極顯著差異(P<0.001)(表3)。其中森林用地區(qū)電導率、總溶解固體和底質含沙量比例的平均值均明顯偏低,分別為105.05、80.38和0.00；耕作區(qū)的水深和流量的平均值均是最高(186.83、80.11),溶解氧和IOS平均值卻是最低(8.59、0.53)；城鎮(zhèn)建設用地區(qū)棲息地評價得分和IOS平均值最低(105.17和0.90),電導率和總溶解固體平均值最高,分別為848.83和587.17。

2.2.2 魚類群落結構與環(huán)境因子的相關性

CCA結果顯示(圖3),溶解氧、IOS、電導率、總溶解固體、棲息地評價得分和底質含沙量對整個魚類群落的驅動能力強于pH、流速、流量和水深。溶解氧和IOS是森林耕作區(qū)河流魚類群落的主要驅動因子(P<0.05)；棲息地評價得分和IOS是森林用地區(qū)河流魚類群落的主要驅動因子(P<0.05)；總溶解固體、底質含沙量和電導率是耕作區(qū)河流魚類群落的主要驅動因子(P<0.05)。不同土地利用類型受溶解氧、IOS、電導率、總溶解固體、棲息地評價得分和底質含沙量的影響不同,這六類環(huán)境因子對太子河流域魚類群落均具有顯著影響。

表3 不同土地利用類型下的棲息地特征比較

數(shù)據(jù)以平均值±標準誤差形式表示.不同上標字母代表不同土地利用類型組間具有統(tǒng)計學顯著差異,P<0.05

圖3 太子流域魚類群落結構與環(huán)境因子的典范對應分析Fig.3 Canonical correspondence analysis of species-environmental relationships in Taizi River Basin

2.2.3 魚類群落功能群和棲息地之間的相關性

圖4 太子河流域魚類功能群和棲息環(huán)境地因子之間的相關性Fig.4 Concordance correlations between fish functional groups and habitat factors in Taizi River Basin

太子河流域魚類群落功能群與棲息地環(huán)境因子的典范對應分析結果表明(圖4)：總溶解固體和電導率是浮性卵功能群的驅動因子(P<0.05),溶解氧是黏性卵功能群的驅動因子；溶解氧和IOS是昆蟲食性功能群的驅動因子(P<0.05),雜食性功能群受總溶解固體和電導率的影響；中上層棲功能群和中下層棲功能群受底質含沙量和流量驅動；敏感種和中等耐污功能群主要受溶解氧、IOS的影響,耐污種功能群受總溶解固體和電導率的影響；底質含沙量是沙棲功能群和石塊棲功能群的驅動因子(P<0.05)。

3 討論

研究表明,流域內棲息地質量對魚類群落功能群有著重要影響,尤其是河流底質類型[6]。底質變化影響著食物和底層魚類生境的變化,進而引發(fā)了魚類功能群的改變。在太子河流域上游的森林用地多分布魚食性功能群和敏感種功能群(圖4),其物種主要為喜清潔水體的拉氏鱥等,這主要由于當?shù)匾月糜伟l(fā)展為主,對生境污染較小,水體清潔,河流底質類型以石塊為主；而在太子河下游的耕作用地多分布耐污種功能群和淤泥棲功能群,其代表物種為耐污性較強的鯽(Carassiusauratus)或泥鰍(Misgurnusanguillicaudatus)等,主要由于人類活動的干擾,引起入河污染物和顆粒物的增加,水質渾濁,河流底質類型以淤泥為主,這與Goldstein[30]和 Putman[31]等人研究相一致。不同土地利用類型間的底質類型的明顯不同說明該流域內河流的生境差異較大[32],從而導致魚類功能群的顯著差異。

多響應置換過程分析結果顯示,太子河流域4種土地利用類型之間的魚類群落結構具有明顯的空間異質性,這可能是由于河岸帶具有不同的土地利用類型所致。例如在上游的森林用地區(qū),植被覆蓋面積大,人類干擾較小,其水質相對較好,電導率和總溶解固體最低,溶解氧和IOS均較高(表3),魚類個體數(shù)量和敏感魚類個體百分百均是最高(表1)。而在太子河下游地區(qū),人口聚集,耕作用地和城鎮(zhèn)建設用地比例較大,對河流污染較嚴重,電導率和總溶解固體高,底質以淤泥為主(表3),魚類個體數(shù)量較少,耐污種魚類個體百分比高(表1)。其他有關太子河流域魚類群落結構的研究結果也表明太子河上游地區(qū)以自然用地類型為主,河岸帶棲息地質量較好,與魚類F-IBI指數(shù)呈正相關,下游地區(qū)則以農業(yè)用地和城鎮(zhèn)用地為主,河岸帶棲息地質量較差,與魚類F-IBI指數(shù)呈負相關[33]。

太子流域魚類群落結構與環(huán)境因子的典范對應分析結果表明,IOS、溶解氧、棲息地評價得分、電導率、底質含沙量等是影響魚類群落結構的主要因子,這與丁森等人[24,34]關于太子河流域魚類群落結構與環(huán)境因子關系的研究結果較為一致。而對渭河流域魚類群落結構的有關研究表明[14],影響其群落結構的主要環(huán)境因子是海拔高度、溶解氧含量、流速、高錳酸鹽指數(shù)、砂/淤泥/粘土和草地所占比例,這可能是由于地形、氣候和河岸帶土地利用類型的差異性所致。

生態(tài)系統(tǒng)中生物群落的功能群組成具有穩(wěn)定性[15],對魚類進行功能群的劃分,可簡化魚類群落的研究方法。Poff等人[19]研究了水文特征對魚類功能群的影響,結果表明激流環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)比穩(wěn)定河流具有更多種營養(yǎng)結構、生境、底質類型和耐受種。太子河流域魚類功能群劃分為5種類型(18個亞類),在森林用地區(qū)共有15種魚類功能群,在森林耕作用地區(qū)共有16種,在耕地和城鎮(zhèn)建設用地均有18種。由于敏感種、石塊棲功能群、植食性和昆蟲食性等多分布于清潔水質和復雜生境的功能群在耕地和城鎮(zhèn)建設用地出現(xiàn)頻率均較低[19],但沙棲功能群、浮性卵和沉性卵等多分布于渾濁水體且生境較為單一的功能群在森林用地或森林耕作用地的出現(xiàn)頻率為零,因此耕地和城鎮(zhèn)建設用地魚類功能群的多樣性較高。其中雜食性功能群主要受總溶解固體和電導率驅動,在耕地和城鎮(zhèn)建設用地的比例較高,如麥穗魚(Pseudorasboraparva)和鯽等；黏性卵功能群受棲息地質量、溶解氧和IOS驅動,在森林用地和森林耕作用地的比例較高；中上層棲功能群受底質含沙量驅動,在城鎮(zhèn)建設用地的比例最高；耐污種功能群主要受電導率和總溶解固體影響,在城鎮(zhèn)建設用地的比例最高；石塊棲功能群受IOS和棲息地質量影響,在森林用地的比例最高。這主要由于流經森林用地和森林耕作用地的水體中雜草較多,底質類型復雜,有利于黏性卵的附著,如北方花鰍(Cobitisgranoei)等；且森林用地區(qū)水質清澈,溶解氧較高[33],有利于昆蟲食性和敏感種功能群生存,例如花杜父魚(Cottuslinnaeus)、拉氏鱥等；而在耕地和城鎮(zhèn)建設用地,由于人類生活垃圾和工業(yè)廢水的排放,離子濃度高,水體多呈富營養(yǎng)狀態(tài),魚類食物來源較為豐富[24],因此雜食性和耐污種魚類比較高,例如寬鰭鱲和棒花魚(Abbottinarivularis)等。

研究表明,土地利用類型的不同會導致棲息地特征發(fā)生改變[35],而棲息地的復雜性影響著魚類群落功能群[36]。Boet等人[37]研究指出流域內人類開發(fā)土地利用方式比例的增加會導致魚類多樣性和豐度水平的下降,而耐污種魚類的相對豐度則相應上升,這和本文研究結果較為相近。敏感種功能群在森林用地最高,城鎮(zhèn)建設用地最低；而耐污種功能群在森林用地最低,其次是森林耕作用地和農業(yè)用地,而在城鎮(zhèn)建設用地最高。尤其像東北七鰓鰻和清徐胡鮈等一些珍稀魚類,因其生于清潔水體和復雜生境中,此次只在森林用地或森林耕作用地采集到標本。太子河流域內具有不同的土地利用類型,從太子河源頭的森林用地到下游的城鎮(zhèn)用地,魚類群落結構具有顯著差異性,魚類數(shù)量呈階梯式遞減。因此,為保護魚類的生存和繁衍,保持魚類群落結構的完整性,相關河流流域在進行河岸帶管理時應考慮森林用地為主,森林耕作用地為輔的規(guī)劃目標,例如上游地區(qū)河岸帶應以森林用地為主,中下游地區(qū)河岸帶應相應地減少耕地和城鎮(zhèn)建設用地面積,增加森林用地面積。

4 結論

太子河流域共采集到魚類28種,分4目9科,共計7987尾,魚類功能群共劃分為5種類型(18個亞類)。其中魚食性、敏感種、黏性卵和昆蟲食性功能群在森林用地的比例最高,植食性、底層、沉性卵功能群在森林耕作用地的比例最高,雜食性、筑巢產卵功能群在耕地的比例最高,淤泥、耐污種、中上層功能群在城鎮(zhèn)建設用地的比例最高。土地利用類型的不同會導致水環(huán)境發(fā)生改變,進而影響到魚類群落功能群的變化。森林用地和森林耕作用地內的棲息地質量較好,能夠很好的保持魚類群落結構的完整性,在進行河岸帶土地利用類型規(guī)劃時應考慮森林用地為主,森林耕作用地為輔的規(guī)劃目標。

[1] Walters D M, Roy A H, Leigh D S. Environmental indicators of macroinvertebrate and fish assemblage integrity in urbanizing watersheds. Ecological Indicators, 2009, 9(6): 1222- 1233.

[2] Newbold T, Hudson L N, Hill S L, Contu S, Lysenko I, Senior R A, B?rger L, Bennett D J, Choimes A, Collen B, Day J, De Palma A, Díaz S, Echeverria-Londoo S, Edgar M J, Feldman A, Garon M, Harrison M L, Alhusseini T, Ingram D J, Itescu Y, Kattge J, Kemp V, Kirkpatrick L, Kleyer M, Correia D L, Martin C D, Meiri S, Novosolov M, Pan Y, Phillips H R, Purves D W, Robinson A, Simpson J, Tuck S L, Weiher E, White H J, Ewers R M, Mace G M, Scharlemann J P, Purvis A. Global effects of land use on local terrestrial biodiversity. Nature, 2015, 520(7545): 45- 50.

[3] Allan J D. Landscapes and riverscapes: the influnce of land use on stream ecosystems. Annual Review of Ecology, Evolution and Systematics, 2004, 35(1): 257- 284.

[4] Zhao C S, Yang S T, Liu C M, Dou T W, Yang Z L, Yang Z L, Liu X L, Xiang H, Nie S Y, Zhang J L, Mitrovic S M, Yu Q, Lim R P. Linking hydrologic, physical and chemical habitat environments for the potential assessment of fish community rehabilitation in a developing city. Journal of Hydrology, 2015, 523: 384- 397.

[5] Bellmore J R, Baxter C V, Ray A M, Denny L, Tardy K, Galloway E. Assessing the potential for salmon recovery via floodplain restoration: a multitrophic level comparison of dredge-mined to reference segments. Environmental Management, 2012, 49(3): 734- 750.

[6] Heitke J D, Pierce C L, Gelwicks G T, Simmons G A, Siegwarth G L. Habitat, land use, and fish assemblage relationships in Iowa streams: preliminary assessment in an agricultural landscape. American Fisheries Society Symposium, 2006, 48: 287- 303.

[7] Simonson T D, Lyons J, Kanehl P D. Guidelines for evaluating fish habitat in Wisconsin streams. U S. Forest Service, General Technical Report NC- 164, St. Paul, Minnesota, 1994.

[8] Mills K E, Stevenson N J. Riparian vegetation// Bain M B, Stevenson N J, eds. Aquatic Habitat Assessment: Common Methods. Bethesda, Maryland: American Fisheries Society, 1999: 125- 134.

[9] Stevenson N J, Mills K E. Streambank and shoreline condition//Bain M B, Stevenson N J, eds. Aquatic Habitat Assessment: Common Methods. Bethesda, Maryland: American Fisheries Society, 1999: 115- 124.

[10] Li H B, Reynolds J F. A simulation experiment to quantify spatial heterogeneity in categorical maps. Ecology, 1994, 75(8): 2446- 2455.

[11] Wu W, Xu Z X, Kennard M J, Yin X W, Zuo D P. Do human disturbance variables influence more on fish community structure and function than natural variables in the Wei River basin, China? Ecological Indicators, 2016, 61: 438- 446.

[12] 李麗娟, 金文, 王博涵, 項珍龍, 殷旭旺, 徐宗學, 張遠. 太子河河岸帶土地利用類型與硅藻群落結構的關系. 環(huán)境科學研究, 2015, 28(11): 1662- 1669.

[13] Matthews W J. Fish faunal ‘breaks’ and stream order in the eastern and central United States. Environmental Biology of Fishes, 1982, 17(2): 81- 92.

[14] Wu W, Xu Z X, Yin X W, Zuo D P. Assessment of ecosystem health based on fish assemblages in the Wei River basin, China. Environmental Monitoring and Assessment, 2014, 186(6): 3701- 3716.

[15] Karr J R, Fausch K D, Angermeier P L, Yant P R, Schlosser I J. Assessing Biological Integrity in Running Water: A Method and Its Rational. Champaign, IL: Illinois Natural History Survey, 1986.

[16] Livingston R J. Trophic organization of fishes in a coastal seagrass system. Marine Ecology Progress Series, 1982, 7: 1- 12.

[17] Reum J C P, Essington T E. Seasonal variation in guild structure of the Puget Sound demersal fish community. Estuaries and Coasts, 2008, 31(4): 790- 801.

[18] Hoeinghaus D J, Winemiller K O, Layman C A, Arrington D A, Jepsen D B. Effects of seasonality and migratory prey on body condition ofCichlaspecies in a tropical floodplain river. Ecology of Freshwater Fish, 2006, 15(4): 398- 407.

[19] Poff N L, Allan J D. Functional organization of stream fish assemblages in relation to hydrological variability. Ecology, 1995, 76(2): 606- 627.

[20] 殷旭旺, 渠曉東, 李慶南, 劉穎, 張遠, 孟偉. 基于著生藻類的太子河流域水生態(tài)系統(tǒng)健康評價. 生態(tài)學報, 2012, 32(6): 1677- 1691.

[21] 劉嬋馨, 秦克靜, 史為良. 遼寧省動物志 魚類. 沈陽: 遼寧省科學技術出版社, 1987.

[22] 陳宜瑜. 中國動物志 硬骨魚綱. 北京: 科學出版社, 1998.

[23] Cook N A, Sarver E A, Krometis L H, Huang J. Habitat and water quality as drivers of ecological system health in Central Appalachia. Ecological Engineering, 2015, 84: 180- 189.

[24] 丁森, 張遠, 渠曉東, 孔維靜, 劉思思, 孟偉. 影響太子河流域魚類空間分布的不同尺度環(huán)境因子分析. 環(huán)境科學, 2012, 33(7): 2272- 2280.

[25] Allan J D, Castillo M M. Stream Ecology: Structure and Function of Running Waters. 2nd ed. The Netherlands: Springer, 2007.

[26] 裴雪姣, 牛翠娟, 高欣, 徐琛. 應用魚類完整性評價體系評價遼河流域健康. 生態(tài)學報, 2010, 30(21): 5736- 5746.

[27] Becker G C. Fishes of Wisconsin. Madison, Wisconsin, USA: University of Wisconsin Press, 1983.

[28] Ohio EPA. Biological Criteria for the Protection of Aquatic life: Volume Ⅲ. Standardized Biological Field Sampling and Laboratory Methods for Assessing Fish and Macroinvertebrate Communities. Ohio EPA Technical Report EAS/2015-06-01. Columbus, Ohio, USA: Ohio Environmental Protection Agency Division of Water Quality Monitoring and Assessment, 1989.

[29] 王偉, 王冰, 何旭穎, 渠曉東, 張遠. 太子河魚類群落結構空間分布特征. 環(huán)境科學研究, 2013, 26(5): 494- 501.

[30] Goldstein R M, Wang L Z, Simon T P, Stewart P M. Development of a stream habitat index for the Northern Lakes and Forests ecoregion. North American Journal of Fisheries Management, 2002, 22(2): 452- 464.

[31] Putman J H, Pierce C L, Day D M. Relationships between environmental variables and size-specific growth rates of Illinois stream fishes. Transactions of the American Fisheries Society, 1995, 124: 252- 261.

[32] 張浩, 丁森, 張遠, 賈曉波, 孟偉, 郭彪 西遼河流域魚類生物完整性指數(shù)評價及與環(huán)境因子的關系. 湖泊科學, 2015, 27(5): 829- 839.

[33] 高欣, 丁森, 張遠, 馬淑芹, 劉思思, 孟偉. 魚類生物群落對太子河流域土地利用、河岸帶棲息地質量的響應. 生態(tài)學報, 2015, 35(21): 7198- 7206.

[34] Ding S, Zhang Y, Liu B, Kong W J, Meng W. Effects of riparian land use on water quality and fish communities in the headwater stream of the Taizi River in China. Frontiers of Environmental Science & Engineering, 2013, 7(5): 699- 708.

[35] Zhang Y, Zhao R, Kong W J, Geng S W, Bentsen C N, Du X D. Relationships between macroinvertebrate communities and land use types within different riparian widths in three headwater streams of Taizi River, China. Journal of Freshwater Ecology, 2013, 28(3): 307- 328.

[36] Jackson E L, Attrill M J, Jones M B. Habitat characteristics and spatial arrangement affecting the diversity of fish and decapod assemblages of seagrass (Zosteramarina) beds around the coast of Jersey (English Channel). Estuarine, Coastal and Shelf Science, 2006, 68(3/4): 421- 432.

[37] Bo?t, Belliard J, Berrebi-dit-Thomas R, Tales E. Multiple human impacts by the city of Paris on fish communities in the Seine river basin, France. Hydrobiologia, 1999, 410: 59- 68.

附錄1 太子河流域魚類物種出現(xiàn)頻率及功能群類型

RelationshipsbetweenstructureanddiversityoffishfunctionalgroupsandlanduseintheTaiziRiver

LI Lijuan1, ZHANG Ji1, WU Dan1, YIN Xuwang1,*, XU Zongxue2, ZHANG Yuan3

1LiaoningProvincialKeyLaboratoryforHydrobiology,CollegeofFisheriesandLifeScience,DalianOceanUniversity,Dalian116023,China2CollegeofWaterScience,BeijingNormalUniversity,Beijing100875,China3LaboratoryofRiverineEcologicalConservationandTechnology,ChineseResearchAcademyofEnvironmentalSciences,Beijing100012,China

Understanding the effects of land use on river biota is important for riverbank management and river ecosystem restoration. To assess the relationship between land-use change and the functional groups of fish communities, 40 sample sites were investigated in the Taizi River Basin, China, in May 2012. The results indicated that the dominant species of fish in the Taizi River Basin werePhoxinuslagowskii,Nemachilusnudus,Abbottinarivularis, andZaccoplatypus, which accounted for 34.6%, 5.3%, 5.4%, and 7.3% of the total fish, respectively. In addition, we observed some rare species such asLampetramorii,Huigobiochinssuensis, andHypseleotrisswinhonis. Canonical correspondence analysis showed that dissolved oxygen, index of substrate(IOS), electric conductivity, total dissolved solids, habitat evaluation score, and sediment concentration had stronger effects on the whole fish community than water pH, velocity, flow, and depth. One way ANOVA analysis revealed that the habitat characteristics exhibited significant differences among the four land use types. In sample sites with forest land use type, conductivity, total dissolved solids, and sediment sand composition were 105.05 μs/cm, 80.38 mg/L, 65.00 ml, and 0.00, respectively, which were lower than those of other sample sites. Water depth, flow rate, and the average percentage of silt were highest in sample sites with farmland as main land use type, which were 186.83 m, 80.11 m3, and 5333.33 mL, respectively. Functional groups of fish were divided into five types (18 subcategories), with significant differences among the four land use types. The percentages of piscivores, stones, feeding insects, and sticky eggs were highest in sample sites with forest as main land use type, whereas the percentages of herbivores and their underlying functional groups were highest in the forest and farmland mixing zone. The percentages of sand, middle water layer, and nesting functional group were higher in sample sites with farmland as main land use type, and the percentages of silt, tolerance to pollution, lower water layer, omnivorous species were higher in sample sites with urban as main land use type. This study showed that the number of individuals of fish was positively correlated with the habitat quality and was negatively correlated with the roughness of sediment type. Different types of land use can lead to changes in the water environment, which in turn can result to changes in the functional groups of fish communities. The habitat quality of forest land and the combination of forest and farmland was the best at maintaining the integrity of fish community structure. Therefore, for land use planning, it is necessary to consider forest land and the combination of forest and farmland.

land use type; functional groups; environmental factors; fish; community structure

遼寧省優(yōu)秀人才支持計劃項目(LR2015009)；國家“水體污染控制與治理”重大科技專項,流域水生態(tài)保護目標制定技術研究課題(2012ZX07501-001)

2016- 08- 18; < class="emphasis_bold">網絡出版日期

日期:2017- 06- 01

*通訊作者Corresponding author.E-mail: yinxuwang@dlou.edu.cn

10.5846/stxb201608181693

李麗娟,張吉,吳丹,殷旭旺,徐宗學,張遠.太子河流域魚類功能群結構與多樣性對土地利用類型的響應.生態(tài)學報,2017,37(20):6863- 6874.

Li L J, Zhang J, Wu D, Yin X W, Xu Z X, Zhang Y.Relationships between structure and diversity of fish functional groups and land use in the Taizi River.Acta Ecologica Sinica,2017,37(20):6863- 6874.