譚 穎,鄭訓(xùn)皓,陳 慈,劉 玥,王 璐,官昭瑛,楊海軍,韓博平

1 暨南大學(xué)生態(tài)學(xué)系,廣州 510632 2 東北師范大學(xué)草地科學(xué)研究所植被生態(tài)科學(xué)教育部重點實驗室,長春 130024 3 廣東省水文局廣州水文分局,廣州 510150 4 深圳技師學(xué)院,深圳 518116 5 云南大學(xué)生態(tài)與環(huán)境學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程系,昆明 650500

流溪河位于珠江三角洲北部,橫跨北回歸線,屬于相對清潔河流,水生生物種類豐富,物種多樣性高[1]。作為廣州市境內(nèi)最重要的河流,流溪河的水質(zhì)與生態(tài)狀況對沿河城鎮(zhèn)的供水安全和生態(tài)保障起著至關(guān)重要的作用。隨著區(qū)域經(jīng)濟高速發(fā)展,受到城鎮(zhèn)建設(shè)、旅游開發(fā)以及工農(nóng)業(yè)發(fā)展的影響,流溪河從上游到下游的土地大規(guī)模開發(fā),人為活動的影響增強,河流水體受到不同程度的污染,生態(tài)系統(tǒng)的功能和水質(zhì)有了較為明顯的退化,迫切需要開展系統(tǒng)性的生態(tài)監(jiān)測與評估[2-3]。

大型底棲動物是河流生態(tài)系統(tǒng)的重要組成生物,其處于食物鏈或食物網(wǎng)的中間環(huán)節(jié),參與河流生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動,對維持河流生態(tài)系統(tǒng)的完整性起著重要作用[4-5]。底棲動物對河流水質(zhì)變化敏感程度存在類群上的差異,底棲動物的出現(xiàn)或消失可以表征自然環(huán)境的變化或人類干擾對水生態(tài)系統(tǒng)造成的持久性和間斷性影響,已廣泛作為河流監(jiān)測的最重要生物類群[6]。掌握底棲動物的生境與空間分布特點,揭示底棲動物的群落結(jié)構(gòu)及其與河流環(huán)境因子的相關(guān)性,是河流的生態(tài)監(jiān)測和評估的重要內(nèi)容[7- 9]。流溪河地處熱帶與亞熱帶過渡區(qū),生物群落的物種組成會不同于中、高緯度地區(qū)的河流,在種類組成上具有明顯的區(qū)域性[1,10- 12]。目前針對該地區(qū)的河流底棲動物群落系統(tǒng)性的研究還較少,對其物種多樣性與群落結(jié)構(gòu)的特征還缺少完整認識,難以滿足地方開展生態(tài)監(jiān)測與評估的需要。林羅敏、劉帥磊等分別對該河流進行了季節(jié)性調(diào)查,采用底棲動物完整性指數(shù)(B-IBI)對流溪河進行了生態(tài)健康的初步評價[13-14]。為了進一步分析流溪河底棲動物群落結(jié)構(gòu)的季節(jié)動態(tài)與空間變化特征,本研究在林羅敏等設(shè)置的20個調(diào)查樣點的基礎(chǔ)上,于2018年對流溪河進行了季節(jié)性調(diào)查,同時測定了相關(guān)環(huán)境理化因子。本文基于河流等級對采樣點所代表的河段進行分組,通過對底棲動物群落與環(huán)境理化數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學(xué)分析,測定底棲動物群落的種類組成與生物多樣性特征,探討影響群落季節(jié)與空間變化的主要因素,為流溪河水質(zhì)監(jiān)測與評估體系的建立和生態(tài)管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與理論參考。

1 材料與方法

1.1 研究地概況

流溪河是廣州市重要的水源地之一,發(fā)源于廣州市北部從化呂田桂峰山,經(jīng)從化區(qū)良口、街口、太平、花都區(qū)花東、黃埔區(qū)九龍、白云區(qū)鐘落潭、人和至江村南崗口與白坭河相匯注入珠江。水系地理坐標(biāo)為東經(jīng)113°10′12″至114°2′00″,北緯23°12′30″至23°57′36″,北回歸線橫貫流域中部。流溪河水系的地貌屬于華南臺地的一部分,為粵北山區(qū)與珠江三角洲平原的過渡地帶,東北高、西南低,形狀從東北至西南呈狹長形,南北長約116 km,東西寬約20 km,上游為山區(qū),間有小平原,良口以下逐漸進入丘陵平原區(qū)。流溪河上游土地利用類型以森林和種植用地為主,中游以村莊、果園和農(nóng)墾為主,下游出現(xiàn)城鎮(zhèn)用地、工業(yè)用地和耕地等,從上游到下游城市化和人為干擾逐漸加重。

流溪河歸屬珠江三角洲水系,干流全長 171 km,集雨面積2300 km2,占廣州市總土地面積的 31%。流溪河水系集雨面積在 100 km2以上的河流有6條,集雨面積在 50—100 km2的河流有 13 條,集雨面積在10—50 km2的河流有 47 條,集雨面積在 10 km2以下的主要河涌有 133 條。上游河道地處山區(qū),由源頭的小溪流逐漸變?yōu)閷捈s10m的小河,河床陡峭,水流湍急,底質(zhì)為多為卵石；良口以下進入丘陵平原區(qū),坡度漸緩,水流速度較慢,河面漸寬,可達150—300 m,底質(zhì)主要為泥質(zhì)或砂質(zhì)。流溪河水系多年平均年降雨量1800 mm,最大年平均值可達2470 mm(1959年),最小年平均值為1250 mm(1963年) 。受地形地貌等影響,空間分布總體上呈現(xiàn)自東北往西南遞減趨勢,中上游年均降雨1900—2100 mm,下游1600—1800 mm。每年4—6月份為前汛期,占年降雨量的48.1%,7—9月份為后汛期,占年降雨量的33.2%,合計半年(4—9月)降雨量占全年的81.3%。

采樣點的設(shè)置考慮了目標(biāo)性、代表性、方便性和連續(xù)性四個原則,即在整個流域不同土地利用類型、不同河流級別,同時考慮交通運輸方便以及與廣東省水文局常規(guī)監(jiān)測已設(shè)置的樣點。于2018年3月、6月、9月、12月在沿流溪河上游至下游方向的20個河流斷面對底棲動物進行采樣和觀測,其中3月和12月為枯水期,6月和9月為豐水期。采樣點分布見圖1,S1—S20依次為桂峰水源頭、桂峰村、石壩河源頭、新聯(lián)村、三椏塘、呂田鎮(zhèn)、牛欄河、下臘坑、北溪村、聯(lián)平村、鴨洞水、碧水灣、溫泉鎮(zhèn)臘石場、石海橋、從化街口大橋、太平場、大塘、李溪、人和大橋、蚌湖大橋。采樣點覆蓋了流溪河上游呂田河(S1—S7)和玉溪水(S8—S9)兩條源頭支流、良口鎮(zhèn)和溫泉鎮(zhèn)所在的中游河段(S11—S14)以及城市化發(fā)展較快的下游河段(S15—S20),其中一級河流(即無支流流入的河流)上有10個采樣點,二級河流(由一級河流匯聚而成)3個采樣點和三級河流(由二級河流匯聚而成)7個采樣點[15]。

圖1 流溪河樣點分布圖Fig.1 Spatial locations of 20 sampling sites in Liuxihe River桂峰水源頭(S1)、桂峰村(S2)、石壩河源頭(S3)、新聯(lián)村(S4)、三椏塘(S5)、下臘坑(S8)、北溪村(S9)、聯(lián)平村(S10)、鴨洞水(S11)、大塘(S17)為一級河流；呂田鎮(zhèn)(S6)、牛欄河(S7)、石海橋(S14)為二級河流；碧水灣(S12)、溫泉鎮(zhèn)(S13)、從化街口大橋(S15)、太平場(S16)、李溪(S18)、人和大橋(S19)、蚌湖大橋(S20)為三級河流

1.2 采樣與測定

底棲動物采樣用網(wǎng)孔徑為40目的D型網(wǎng)。采集時先用D型網(wǎng)在岸邊刮取、攪動水生植物,采集其上的底棲動物,再將D型網(wǎng)放置于水流的下方,在水流上方清洗較大的石塊,然后攪動其底質(zhì),使底棲動物流入網(wǎng)中。將采集到的底棲動物用75%的酒精保存于樣品瓶中帶回實驗室,在托盤中將底棲動物挑揀出并用體視顯微鏡對采集到的底棲動物進行鑒定、計數(shù),分類鑒定工作盡量鑒定到屬級水平,分類鑒定參考相關(guān)書[4- 6,16]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

對環(huán)境因子進行了方差分析,分析季節(jié)差異以及三個河流級別上的差異。對所有環(huán)境因進行了PCA分析,考慮各環(huán)境變量的量綱差異,分析前對環(huán)境變量進行標(biāo)準化處理。 由于電站發(fā)電導(dǎo)致多處河段非自然斷流,水深數(shù)據(jù)不完整,沒有用于正式的定量分析。

將相對豐度大于5%的分類單元定為優(yōu)勢類群[18],分析流溪河及其枯水期和豐水期的群落組成。采用物種豐富度、真Simpson多樣性指數(shù)[19],來表示底棲動物群落結(jié)構(gòu)多樣性特征。真Simpson多樣性指數(shù)DTSim=1/DSim,其中DSim=1-∑(Pi)2,Pi=ni(ni-1)/N(N-1),i=1…S,S為物種豐富度,N為底棲動物總個體數(shù),ni為第i種的個體數(shù)。

根據(jù)河流等級對采樣點進行分組,采用方差分析(ANOVA)進行間組間比較；在利用主成分分析(PCA)作進一步的分析時,先對4個季節(jié)中的環(huán)境因子進行標(biāo)準化；在分析影響豐度及多樣性與環(huán)境因子的關(guān)系時,首先對環(huán)境因子之間的相關(guān)性分析,剔除相關(guān)性> 0.7的因子,計算解釋率(R2adj)及顯著性(P值)。

分別對枯水期和豐水期的群落進行分析,對物種豐度(多度)數(shù)據(jù)進行Hellinger轉(zhuǎn)換,采用非度量多維標(biāo)度排序(nMDS)的方法對轉(zhuǎn)換后的群落數(shù)據(jù)進行排序,比較所有采樣點底棲動物群落之間相似性。在分析影響群落的時空變化的環(huán)境因子中,首先進行了去趨勢對應(yīng)分析(DCA)計算群落變化的梯度；若最大的梯度長度>3,則選擇典范對應(yīng)分析(CCA),否則采用冗余分析(RDA)。對全部數(shù)據(jù)集(4 次采樣)、枯水期(2次采樣)和豐水期(2次采樣)的DCA分析之前,先剔除出現(xiàn)頻率小于5%的物種,群落變化的最大梯度長度均>3,因此采用了CCA方法對底棲動物進行環(huán)境因子約束排序,并使用前向選擇篩選統(tǒng)計顯著的環(huán)境因子。本文所采用的計算和統(tǒng)計分析在R語言平臺上完成,涉及的主要軟件包為vegan包。

2 結(jié)果與分析

2.1 環(huán)境因子

水溫、濁度、總氮及總磷是反映河流環(huán)境特征的重要環(huán)境因子?？偟诳菟诤拓S水期的變化范圍分別為0.64—8.23和0.48—4.74 mg/L,全年平均值為2.13和1.70 mg/L；總磷的變化范圍分別為0.17—0.47和0.25—0.54 mg/L,全年平均值均為0.10 mg/L；溫度的變化范圍分別為11.85—19.31℃和22.64—33.13℃,全年平均值為15.85℃和27.63℃；濁度期的變化范圍分別為7.78—66.94 NTU和1.85—78.2 NTU,全年平均值為20.14和17.20 NTU。

方差分析表明,溫度表現(xiàn)為春季三級河流顯著高于二級河流(P>0.05),夏季三級河流>二級河流>一級河流(P>0.05),秋季三級河流顯著高于一級和二級河流(P>0.05),冬季在不同河流級別間差異不顯著(P<0.05)。對不同級別河流中環(huán)境因子進行季節(jié)單因素方差分析,總氮和總磷在季節(jié)間差異不顯著(P>0.05)；溫度一級河流和三級河流表現(xiàn)為夏季和秋季顯著高于春季和冬季(P<0.05),春季顯著高于冬季(P<0.05),二級河流表現(xiàn)為夏季和秋季顯著高于春季和冬季(P<0.05)；濁度在一級河流表現(xiàn)為春季顯著高于冬季(P<0.05)。總氮、總磷和濁度在不同級別河流間差異不顯著(P>0.05)；

圖2 流溪河三個河流級別總氮、總磷、水溫度、濁度的季節(jié)動態(tài)Fig.2 Seasonal variation of total nitrogen,total phosphorus,water temperature and turbidity in three river classes in Liuxihe River

對環(huán)境因子的PCA分析表明,在春季(3月),兩個主軸的解釋77%,對兩個主軸貢獻較大的環(huán)境因子為電導(dǎo)率、鹽度、總磷、pH和硅酸鹽；在夏季(6月),兩個主軸的解釋為68%,對兩個主軸貢獻的環(huán)境因子為總磷、濁度、正磷和亞硝酸氮；在秋季(9月),兩個主軸的解釋為68%,對兩個主軸貢獻的環(huán)境因子為總氮、硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮、總磷、正磷、溶解氧和溫度；冬季(12月)兩個主軸的解釋為62%,對前兩軸影響較大的環(huán)境因子為總氮、硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮、總磷、正磷、溫度、pH、電導(dǎo)率和溶解氧。根據(jù)PCA兩序圖上采樣點的分布來看,一級河流和二級河流的環(huán)境因子差異不大,它們多數(shù)分布在排序圖的同一側(cè),營養(yǎng)鹽、濁度、電導(dǎo)率均處于較低水平水平；而大多數(shù)三級河流的采樣點分布在排序圖的另一側(cè),營養(yǎng)鹽、濁度、電導(dǎo)率處于較高水平。需要指出的是,一級河流中的S8(下臘坑)和S17(大塘),與三級河流采樣點基本分布于同一側(cè),兩個采樣點代表的河段分別受到開礦和工業(yè)園區(qū)的污染,營養(yǎng)鹽水平較高。

2.2 底棲物種的組成與優(yōu)勢類群

共采集到底棲動物4621頭,共計76分類單元(種或?qū)?,隸屬于7綱20目50科,包括昆蟲綱中的蜉蝣目12屬、雙翅目15屬、鞘翅目7屬,蜻蜓目13屬、毛翅目5屬,以及雙殼綱3屬、腹足綱11屬、蛭綱2屬、寡毛綱4屬、甲殼綱1屬,其中水生昆蟲相對豐度最高,占69.39%,其次為腹足綱和雙殼綱,相對豐度分別為18.73%和8.88%,蛭綱和寡毛綱最少,相對豐度分別為1.34%和0.89%。

底棲動物的相對豐度最大的4個類群為搖蚊族(Chironomini)(20.19%)、河蜆(Corbiculafluminea)(8.55%)、短溝蜷屬的一種(Semisulcospirasp.1)(8.12%)、雙突細蜉(Caenisbicornis)(7.38%)。出現(xiàn)頻率最高的4個類群為搖蚊屬(Chironomus)(66.2%)和無突搖蚊屬(Ablabesmyia)(57.5%)的種類,河蜆(Corbiculafluminea)(53.8%),以及雙突細蜉(Caenisbicornis)(53.8%)。因此搖蚊、河蜆、細蜉和短溝蜷是流溪河優(yōu)勢底棲動物類群。

圖3 采樣點和環(huán)境因子在PCA排序圖上的分布Fig.3 The ordination of the sampling sites along two first principal components and the contribution of environmental variables

2.3 底棲動物豐度和物種多樣性

枯水期和豐水期底棲動物總豐度(即2次采樣數(shù)量之和)分別為2180和2441。方差分析表明,流溪河流域中三級河流的底棲動物豐度春季顯著低于冬季(P<0.05),一級和二級河流的底棲動物豐度在季節(jié)間差異不顯著(P>0.05)；春季二級河流底棲動物豐度顯著高于三級河流(P<0.05),夏季、秋季和冬季底棲動物豐度在不同級別的河流間差異不顯著(P>0.05)。

圖4 流溪河4個季節(jié)中三個河流級別底棲動物的總豐度 Fig.4 Total abundance of macroinvertebrates in four seasons in three river classes in Liuxihe River

圖4給出了4個季節(jié)中4種優(yōu)勢類群在三個河流級別上的分布。方差分析表明,4種優(yōu)勢類群在3個河流級別間均無顯著差異(P<0.05),搖蚊族、河蜆和短溝蜷屬的一種無顯著季節(jié)性差異(P>0.05)；在二級河流中,冬季雙突細蜉的豐度大于春季和秋季(P<0.05)。

枯水期和豐水期累積的物種豐富度(累計物種數(shù))分別47和75。方差分析表明,三種河流級別底棲動物的物種豐富度在季節(jié)間差異均不顯著(P>0.05),春季和夏季底棲動物物種豐富度一級、二級河流顯著高于三級河流(P<0.05),秋季和冬季在不同級別河流間無顯著差異(P>0.05)。

在枯水期和豐水期,流溪河底棲動物的真Simpson多樣性指數(shù)范圍分別為1.31—11.24和1.68—7.77。方差分析顯示,三種河流級別中底棲動物群落真Simpson多樣性指數(shù)在季節(jié)間均無顯著差異(P>0.05),春季表現(xiàn)為一級河流和二級河流顯著大于三級河流(P<0.05),夏季二級河流高于三級河流(P<0.05),秋季和冬季在斷面間無顯著差異(P>0.05)。

根據(jù)相關(guān)系數(shù)大小并結(jié)合環(huán)境變量所指示的環(huán)境要素屬性,去除了硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮、氨氮、正磷、鹽度5個環(huán)境因子,對底棲動物的總豐度和物種豐富度與環(huán)境因子相關(guān)關(guān)系進行了多元回歸分析,對流溪河底棲動物豐度和物種豐富度解釋率較大的因子為總磷和濁度(表1)。濁度底棲動物豐度和豐水期的物種多樣性呈顯著負相關(guān)；在枯水期,總磷與底棲動物豐度呈顯著負相關(guān),而在豐水期則與豐度呈顯著正相關(guān)。

圖5 三個河流級別中底棲動物優(yōu)勢類群的豐度Fig.5 Abundance of dominant taxa in three classes of Liuxihe River

圖6 流溪河4個季節(jié)底棲動物的物種豐富度和真Simpson多樣性指數(shù)Fig.6 Species richness and true Simpson diversity of macroinvertebrates in four seasons in Liuxihe River

2.4 底棲動物群落結(jié)構(gòu)與影響因素

基于Bray-Curtis距離,對枯水期和豐水期底棲動物群落進行了nMDS排序?？菟诤拓S水期的應(yīng)力函數(shù)值分別為0.17和0.2,說明排序結(jié)果具有統(tǒng)計意義(圖6)。根據(jù)采樣點在排序圖上的相對位置可以看出,枯水期和豐水期底棲動物群落排序有一定的差異,枯水期中的兩個季節(jié)底棲動物群落結(jié)構(gòu)差異較大,冬季主要分布在一、三象限和坐標(biāo)軸附近,春季主要分布在二、四象限和坐標(biāo)軸附近,三個河流級別之間差異不顯著；豐水期的一、二級河流主要分布在二、三象限,而三級河流分散在在一、四象限,大多數(shù)夏季和秋季采樣點在排序圖上距離較近。

表1 流溪河底棲動物的豐度和物種多樣性與環(huán)境因子的多元回歸分析

圖7 底棲動物群落結(jié)構(gòu)的非度量多維標(biāo)度排序 Fig.7 The non-metric multidimensional scaling ordination of macroinvertebrate communities

圖8 枯水期和豐水期流溪河底棲動物群落結(jié)構(gòu)典范對應(yīng)分析 Fig.8 Canonical correspondence analysis of macroinvertebrates community in Liuxihe River

3 討論

3.1 物種組成與空間分布

本研究自流溪河上游到下游設(shè)置采樣點,覆蓋了該河流的所有三個級別的支流與干流,較為全面地調(diào)查了流溪河的底棲動物物種組成與空間分布。已有研究表明,不同類群底棲動物的物種豐富度在地理梯度上存在各自的規(guī)律,而相當(dāng)一部分變化是由溫度解釋的[20]。流溪河地處熱帶和亞熱帶交界處,屬于低緯度地區(qū),與中、高緯度地區(qū)河流底棲動物物種組成有明顯不同。流溪河在種類組成上耐污種搖蚊族數(shù)量最多(相對豐度20%),河蜆、短溝蜷屬的一種以及雙突細蜉的相對豐度都在7%—9%之間。在我國高緯度地區(qū),如東北地區(qū)松花江水系上游[21],兩條支流的豐水期和枯水期優(yōu)勢分類單元中相對豐度最大的鉤蝦(Gammarussp.)和舌石蛾(Glossosomasp.),相對豐度都在20%—30%之間,該地區(qū)由于兩岸郁閉度高,凋落葉可為作為撕食者的鉤蝦提供直接食物來源,使得鉤蝦成為主要優(yōu)勢類群；在中緯度地區(qū),如神農(nóng)架地區(qū)的溪流[22],優(yōu)勢分類單元(四節(jié)蜉、扁蜉、直突搖蚊亞科、細蜉、真凱式搖蚊)的累計相對豐度為63.5%,該調(diào)查河段以溪流居多,以水生昆蟲占主要優(yōu)勢,尤其是喜好定殖在潔凈溪流中的蜉蝣目幼蟲。

有關(guān)流溪河底棲動物群落的物種多樣性與組成結(jié)構(gòu)的早期觀測,劉玉等在枯水期(1999年10月和2000年1月)對流溪河最下游(江村附近到鶴崗上游4個采樣點)底棲動物的2次采樣調(diào)查,該調(diào)查的報道中僅檢測到軟體動物、顫蚓類和搖蚊等耐污種[1]。本研究對流溪河下游(從化街口大橋到蚌湖大橋6個采樣點)枯水期的兩次調(diào)查數(shù)據(jù)表明,其物種組成包括昆蟲綱中的蜉蝣目8種、雙翅目5種、蜻蜓目1種、鞘翅目3種、毛翅目3種,以及雙殼綱2種、腹足綱4種,蛭綱、寡毛綱和甲殼綱各1種,物種豐富度有明顯增加,出現(xiàn)了蜉蝣目、毛翅目等對水質(zhì)要求較高的清潔物種,說明流溪河下游水質(zhì)得到了改善。

在我們所調(diào)查的4個季節(jié)中3個河流級別底棲動物的差異顯著性不一致,但總體上隨著河流級別的增加底棲動物的豐度和物種多樣性呈降低趨勢,說明流溪河低級別河段的水環(huán)境更適宜底棲動物生存,這也與源頭河段的茂密植被以及相對較少的人類活動干擾有關(guān)。張曉可等于2013年在青戈江的4個級別河流的調(diào)查結(jié)果則認為二級河流底棲動物密度最大,中級河最少[23]。流溪河的三級河流(即干流)受到嚴重的人為干擾,如流溪河在街口大橋處流經(jīng)具有50萬人口的小型城市—從化市,河流受生活污水排放影響較大,太平場、李溪、蚌湖大橋和人和大橋也都是干流,相較于該河流的一、二級河流(多為山間、農(nóng)田和村落中的溪流)不利于底棲動物群落的發(fā)育,太平場和李溪村分別受到防洪堤岸和生活污染的影響,僅有少數(shù)耐污底棲類群可以生存。三個河流級別的河流水體中底棲動物的季節(jié)差異顯著性不一致,只有三級河流(干流)的底棲動物豐度受季節(jié)因素影響顯著,可能與下游蚌湖大橋和人和大橋受到潮涌的季節(jié)性影響有關(guān)。

3.2 影響群落結(jié)構(gòu)的主要環(huán)境因子

底棲動物群落的種類組成與數(shù)量結(jié)構(gòu)取決于區(qū)域的物種庫,以及環(huán)境因子對物種的篩選,特別是水質(zhì)等環(huán)境因素對底棲動物的生長、繁殖及群落結(jié)構(gòu)有顯著影響[24-27]。流溪河地處熱帶-亞熱帶區(qū)域,由于降雨的影響,河流環(huán)境季節(jié)變化顯著,又由于該地區(qū)人類活動頻繁,對河流環(huán)境有較強的干擾。同時,河流由于人類活動頻繁,特別大量的梯級電站,對河床底質(zhì)的影響較大,多處河段出現(xiàn)非自然斷流,導(dǎo)致了河流底質(zhì)均一化(均為大片基巖加細沙底,卵石底稀少),部分監(jiān)測斷面水深數(shù)據(jù)缺失因此本文主要考慮污染帶來的水質(zhì)改變等因素。從本研究所測定的數(shù)據(jù)可以看出,所有三級河流的采樣點及一級河流中的2個采樣點：臘石場和大塘具有較高的營養(yǎng)鹽與濁度水平；作為營養(yǎng)鹽指標(biāo)的總氮、總磷,其總體水平在三級河流均較高。從多元回歸分析結(jié)果來看,總磷和濁度為影響底棲動物總豐度和生物多樣性的主要影響因子。熱帶亞熱帶的河流水環(huán)境形成了流溪河底棲動物群落結(jié)構(gòu)的空間分布差異,以及顯著的季節(jié)動態(tài)。在豐水期,底棲動物的豐度與總磷呈正相關(guān),而枯水期底棲動物的豐度則與總磷呈顯著負相關(guān),反映了底棲動物與總磷在季節(jié)上的不同步性。本研究中枯水期和豐水期的底棲動物豐度和生物多樣性與濁度均呈顯著負相關(guān)關(guān)系,其與水中懸浮物(主要是泥土、沙礫、細微的有機物和無機物、浮游生物和微生物等)的含量、大小及折射系數(shù)等有關(guān),雖不能直接反映水質(zhì)情況,但濁度增加會導(dǎo)致水下光強降低,從而降低初級生產(chǎn)力,水體濁度的增加會阻礙部分底棲動物對食物和溶氧的獲取,阻礙光照,從而降低水生生物的初級生產(chǎn)力,影響底棲動物生長,致使數(shù)量和物種豐富度減少[28]。

nMDS排序反映了枯水期和豐水期影響底棲動物群落的因素是不一致的,在枯水期主要環(huán)境因子(濁度和溫度)在春季和冬季間的顯著差異,導(dǎo)致20個采樣點的分布格局較為清晰。豐水期中的夏季和秋季環(huán)境因子具有較高的相似性,在3個河流級別中,隨著人為干擾程度的增加,差異性減弱。對流溪河全年、枯水期和豐水期底棲動物群落分別進行的多元排序分析(CCA)所獲得的主要影響環(huán)境因子不盡相同。其中,溫度是制約底棲動物生理條件的最主要環(huán)境因子,底棲動物是變溫動物,不同的的底棲動物擁有不同的最適生長溫度,其生長、繁殖和新陳代謝在很大程度上受到水溫的影響[29-30]。對流溪河的全年4次(12—33℃)和2次豐水期(23—33℃)采樣時,水溫波動范圍相對較大,在很大程度上影響了底棲動物群落結(jié)構(gòu)的空間與季節(jié)特征。而電導(dǎo)率本身與水溫呈正相關(guān),因為豐水期降雨多流速大,水里含的可溶性導(dǎo)電雜質(zhì)增多,河水的電導(dǎo)率也隨之上升,所以豐水期水溫升高的時候,電導(dǎo)率也隨之上升。這個時期我們的調(diào)查中采集到較多的雙突細蜉,而細蜉科的類群雖然通常是生活在河流的深潭生境(靜水水體),但雙突細蜉我們也常在急流底部發(fā)現(xiàn),因此,豐水期電導(dǎo)率較高很可能是其成為優(yōu)勢類群的主導(dǎo)因素,CCA分析結(jié)果正印證了這一點。此外,枯水期雨水少,污染物濃度增高,所以耐有機污染的短溝蜷增多。此外,因為流溪河是基巖底的河流,由于城市化、人類活動,河岸植被蓋度降低、光照強度增加,又由于污染導(dǎo)致水體營養(yǎng)鹽濃度升高,附生藻類密度及其生產(chǎn)力很可能大大提高,因此可能會局部增加底棲動物的豐度尤其是其中的刮食者的比例,這可能是為什么短溝蜷這類細沙底河流種的常見刮食者,成為流溪河的優(yōu)勢類群的原因之一。我們可以從河流中的硅酸鹽含量間接驗證這一點,水體中的硅酸鹽濃度是硅藻等附生藻類依賴的營養(yǎng)鹽,已有研究表明硅藻生物量及豐度與底棲動物密度呈現(xiàn)負相關(guān)關(guān)系[31]。本研究中4次采樣和豐水期硅酸鹽含量均在6.7—23.9 mg/L之間波動,對底棲動物群落結(jié)構(gòu)較大的間接影響,這說明今后需要在多元統(tǒng)計分析將硅藻列入影響變量。溶解氧反映了河流的水流(覆氧)與污染(耗氧)情況,較低的溶解氧說明河流存在較強的耗氧過程,低氧狀態(tài)將限制底棲動物的同化速率[32]。本研究中全年的4次采樣和2 次的豐水期溶解氧在斷面和季節(jié)間波動較大,尤其是豐水期水位的升高會導(dǎo)致深水區(qū)含氧量降低,這對好氧類群的生長產(chǎn)生抑制。

3.3 保護措施及建議

流溪河水系是廣州最重要的水系,從發(fā)源地—從化呂田桂峰山,河流大致從東北向西南流去,經(jīng)從化區(qū)良口、街口、太平、花都區(qū)花東、黃埔區(qū)九龍、白云區(qū)鐘落潭、人和至江村南崗口與白坭河相匯注入珠江。從碧水灣(采樣點S12)開始進入三級河流,三級(主要位于干流下游)受到嚴重的人為干擾和快速城市化影響。這些人為干擾突出地反映在水體氮和磷的濃度的顯著升高。從傳統(tǒng)上看出,流溪河的一級河流為小型溪流,主要受到山地農(nóng)業(yè)的影響,人為活動的強度較低。隨著新農(nóng)村的建設(shè),山地特種農(nóng)業(yè)和農(nóng)村觀光業(yè)的大力發(fā)展加強加劇對溪流的影響。作為廣州后花園的從化地區(qū),地方政府加強了房地產(chǎn)業(yè),對二級河流的影響已十分明顯。三個河流等級上,流溪河生態(tài)系統(tǒng)與底棲群落所面臨的人為活動是不同的。目前流溪河是廣州市河長制整治與管理的最重要的河流,需要針對性控制人類活動的強度。

特別需要指出的是,由于流溪河上建有大量小型電站,不少河段存在非自然斷流,以及存在不同類型的采砂行為,導(dǎo)致底質(zhì)與水深變化的非自然性。這種情況說明,對人為影響或干擾較為劇烈的河流,需要采用考慮其它替代性指標(biāo),以反映這種人類活動強度及其變化。