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Community characteristics in Qingyihe River basin of Xuchang section and their relationships with environmental factors.

清潩河(许昌段)流域生物群落特征及其与环境因子的关系


以清潩河(许昌段)流域为研究对象,通过野外调查和室内测定,对水生植物、河岸带植物和大型底栖动物的群落特征、水体和表层沉积物的环境因子特征进行研究,分析清潩河流域内的生物多样性.结果表明: 流域内共有水生植物12种,河岸带植物66种,大型底栖动物10种.群落间环境因子变异较大,其中,水体的铵氮、总氮、总磷、表层沉积物的氧化还原电位、重金属镉、汞、锌的变异显著.典范对应分析表明: 水体理化性质如化学需氧量、温度、pH、溶解氧、总磷是影响水生植物的关键环境因子;水体氧化还原电位、pH和表层沉积物的镍、汞、有机质、铅、镉是影响河岸带植物分布的关键因子;表层沉积物的pH、温度、氧化还原电位、砷、铅、镍和水体温度是影响大型底栖动物的关键环境因子.清潩河(许昌段)流域水质污染严重,生物群落多样性低,沿河的污水处理及保护与恢复生物类群的工作迫在眉睫.

We took Xuchang section of Qingyihe River Basin as study object to explore biodiversity in Qingyihe River. On the basis of field survey and inlaboratory analysis, community characteristics of aquatic macrophytes, riparian zone plants and macrobenthos, with environmental characteristics of water and surface sediment were investigated. Results showed that a total of 12 species of aquatic macrophytes, 66 species of riparian zone plants, and 10 species of macrobenthos were found. The communities varied sharply with the changes in the environmental factors, such as NH4+-N, TN, TP in the water and oxidationreduction potential (ORP), TP, Cd, Hg, Zn in the surface sediment. The CCA ordination results indicated that COD, temperature, pH, DO, TP in the water were key factors influencing aquatic macrophytes, while ORP, pH in the water and Ni, Hg, TOC, Pb, Cd in the surface sediment were key factors for riparian zone plants. pH, temperature, ORP, As, Pb, Ni in the surface sediment and temperature in the water were the key factors influencing community characteristic of macrobenthos. In Qingyihe River basin of Xuchang section, the water had been polluted and the biodiversity of communities was low, so it is urgent to treat wastewater along the river as well as protect and recover communities.


全 文 :清潩河(许昌段)流域生物群落特征
及其与环境因子的关系
闵梦月1  宗小香1  段一凡2  李  宁1  冷  欣1∗
( 1南京大学生命科学学院, 南京 210046; 2南京林业大学森林资源与环境学院, 南京 210037)
摘  要  以清潩河(许昌段)流域为研究对象,通过野外调查和室内测定,对水生植物、河岸带
植物和大型底栖动物的群落特征、水体和表层沉积物的环境因子特征进行研究,分析清潩河
流域内的生物多样性.结果表明: 流域内共有水生植物 12 种,河岸带植物 66 种,大型底栖动
物 10种.群落间环境因子变异较大,其中,水体的铵氮、总氮、总磷、表层沉积物的氧化还原电
位、重金属镉、汞、锌的变异显著.典范对应分析表明: 水体理化性质如化学需氧量、温度、pH、
溶解氧、总磷是影响水生植物的关键环境因子;水体氧化还原电位、pH 和表层沉积物的镍、
汞、有机质、铅、镉是影响河岸带植物分布的关键因子;表层沉积物的 pH、温度、氧化还原电
位、砷、铅、镍和水体温度是影响大型底栖动物的关键环境因子.清潩河(许昌段)流域水质污
染严重,生物群落多样性低,沿河的污水处理及保护与恢复生物类群的工作迫在眉睫.
关键词  水生植物; 河岸带植物; 大型底栖动物; 群落特征; 环境因子; 典范对应分析
(CCA)
Community characteristics in Qingyihe River basin of Xuchang section and their relation⁃
ships with environmental factors. MIN Meng⁃yue1, ZONG Xiao⁃xiang1, DUAN Yi⁃fan2, LI
Ning1, LENG Xin1∗ ( 1College of Life Science, Nanjing University, Nanjing 210046, China; 2Col⁃
lege of Forest Resources and Environment, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China) .
Abstract: We took Xuchang section of Qingyihe River Basin as study object to explore biodiversity
in Qingyihe River. On the basis of field survey and in⁃laboratory analysis, community characteristics
of aquatic macrophytes, riparian zone plants and macrobenthos, with environmental characteristics
of water and surface sediment were investigated. Results showed that a total of 12 species of aquatic
macrophytes, 66 species of riparian zone plants, and 10 species of macrobenthos were found. The
communities varied sharply with the changes in the environmental factors, such as NH4
+ ⁃N, TN,
TP in the water and oxidation⁃reduction potential (ORP), TP, Cd, Hg, Zn in the surface sedi⁃
ment. The CCA ordination results indicated that COD, temperature, pH, DO, TP in the water were
key factors influencing aquatic macrophytes, while ORP, pH in the water and Ni, Hg, TOC, Pb,
Cd in the surface sediment were key factors for riparian zone plants. pH, temperature, ORP, As,
Pb, Ni in the surface sediment and temperature in the water were the key factors influencing com⁃
munity characteristic of macrobenthos. In Qingyihe River basin of Xuchang section, the water had
been polluted and the biodiversity of communities was low, so it is urgent to treat wastewater along
the river as well as protect and recover communities.
Key words: aquatic macrophytes; riparian zone plants; macrobenthos; community characteristics;
environmental factors; CCA.
本文由国家“水体污染控制与治理”科技重大专项(2015ZX07204⁃002⁃04)资助 This work was supported by the National “Water Pollution Control
and Governance” Science and Technology Major Project (2015ZX07204⁃002⁃04) .
2016⁃01⁃11 Received, 2016⁃04⁃27 Accepted.
∗通讯作者 Corresponding author. E⁃mail: lengx@ nju.edu.cn
应 用 生 态 学 报  2016年 7月  第 27卷  第 7期                                            http: / / www.cjae.net
Chinese Journal of Applied Ecology, Jul. 2016, 27(7): 2111-2118                  DOI: 10.13287 / j.1001-9332.201607.031
    随着社会经济的高速发展以及区域人类活动强
度的急剧增加,流域范围内的污染物排放、土地利用
方式改变和水资源高强度开发利用等人类活动均对
河流生态系统造成了强烈冲击[1] .我国淮河流域部
分河流由于天然径流匮乏以及水资源过度开发利用
造成生态基流难以保障,城区段河流呈现人工化、渠
道化以及下垫面条件急剧变化,导致河流水生态系
统结构严重退化等[2],严重影响河流生态功能和服
务功能的发挥[3] .
水生植物、河岸带植物和大型底栖动物均是反
映河流健康的重要生物指标[4] .水生植物是河流生
态系统中重要的初级生产者,为河流中其他水生生
物提供食物来源和栖息地[5];河岸带植被为许多动
植物提供了栖息地以及迁徙或扩散的廊道,并对非
点源污染物有着缓冲和过滤作用[6];大型底栖动物
对环境条件的适应性以及对污染程度的耐受力和敏
感程度不同,可利用底栖动物的种群结构、数量等参
数来反映河流环境质量状况[7] .现有的大部分研究
仅侧重于大型底栖动物或者单一的群落与环境的关
系,而综合水生植物、河岸带植物以及大型底栖动物
群落的研究很少.为此,本文以淮河流域中清潩河
(许昌段)流域为例,在对水生植物、河岸带植物和
大型底栖动物的群落野外调查和环境数据测定的基
础上,运用典范对应分析(CCA)方法,探讨河流生
物群落特征与环境因子的关系,以期为该地区的河
流健康和生物环境的保护提供科学依据.
1  研究地区与研究方法
1􀆰 1  研究区概况
清潩河属于淮河流域上游沙颍河水系的颍河支
流,清潩河(许昌段)主要包括长葛市、许昌县、魏都
区(许昌市区)和鄢陵县,于鄢陵陶城闸下游入颍河.
清潩河流域全长 149 km,流域面积 2362 km2,其中,
许昌市境内流域面积 1585 km2,占清潩河流域面积
的 67.1%.清潩河天然径流匮乏,且在许昌市境内主
要接纳沿途皮革、造纸等工业废水和生活废水,导致
水质常年为劣Ⅴ类,部分河段存在黑臭现象.整个流
域的水生生态系统长期处于亚健康状态,具体体现
在生物多样性低、水生态系统结构单一及功能退化
等多个方面[8-9] .
1􀆰 2  研究方法
1􀆰 2􀆰 1野外调查  2015 年秋,对清潩河(许昌段)流
域河流的水质、表面沉积物、水生植物、河岸带植物、
大型底栖动物进行野外调查.在每个采样点根据五
点取样法设置植物样方 5个,大小为 1 m×1 m,记录
样方内各物种及个体数、盖度、多度等指标.大型底
栖动物则在每个样点随机取样,用 1 / 40 m2改良的
彼得逊采泥器取表面沉积物,经 60 目尼龙筛筛捡后
固定,实验室鉴别物种和记录多度.野外测定水体的
pH、温度、溶解氧(DO)、氧化还原电位(ORP)和表
面沉积物的 pH、温度、ORP,并在每个样方取一定量
的水样和土样用于部分环境因子分析.水样采集后
装在塑料采样瓶中,并于 24 h 内完成测定.表层沉
积物取样深度为 20 cm,采集后用封口袋密封.调查
的样方总数为 48个,具体分布位点见图 1.其中,干
流设置 14个样点,清泥河⁃小泥河设置 11 个样点,
小洪河设置 15 个样点,颖汝干渠设置 5 个样点,石
梁河设置 3个样点.
1􀆰 2􀆰 2环境因子测定  本文测定的水体理化指标包
括 pH、温度 ( T)、溶解氧 ( DO)、氧化还原电位
(ORP)、化学需氧量(COD)、铵氮(NH4
+ ⁃N)、总氮
(TN)、总磷(TP).其中,pH、温度、DO、ORP 采用便
携式多参数测定仪(HACH⁃HQ40d)原位测定,COD
采用 USEPA消解比色法测定,NH4
+ ⁃N采用水杨酸
法测定, TN 采用过硫酸盐氧化法测定, TP 采用
USEPA PhosVer3消解⁃抗坏血酸法.
表层沉积物的理化指标包括 pH、温度、ORP、有
机质( TOC)、 NH4
+ ⁃N、 TN、 TP、重金属铬 ( Cr)、镉
(Cd)、铅(Pb)、锌(Zn)、铜(Cu)、汞(Hg)、砷(As).
其中,土壤 pH、温度、ORP 采用土壤原位 pH 计(IQ⁃
150)测定,有机质采用重铬酸钾容量法测定,
NH4
+ ⁃N采用氯化钾提取⁃分光光度法测定、TN 采用
凯氏定氮法测定,TP 采用电感耦合等离子体发射光
谱法测定,Cd、Cr、Cu、Pb、Zn 采用电感耦合等离子
体质谱仪(ICP⁃MS)测定,As、Hg采用用原子荧光光
图 1  清潩河(许昌段)流域采样点分布
Fig. 1   Water system of Xuchang section of Qingyihe River
Basin and distribution of sampling points.
2112 应  用  生  态  学  报                                      27卷
度计(AFS⁃820)测定.
1􀆰 3  数据分析
采用物种丰富度( species richness)和 Shannon
多样性指数来反映群落特征.物种丰富度为群落中
的物种数目;Shannon多样性指数 H =-∑niN ln
ni


其中:ni 为第 i个种的个体数目;N为群落中所有的
个体总数.
对物种数据和环境数据进行典范对应分析
(CCA)排序.CCA分析中,用植物盖度和大型底栖动
物的多度作为物种数据来反映物种群落与环境的关
系.CCA 排序由 Canoco for Windows 4.5完成,排序图
由 CanoDraw for Windows 完成,数据分析由 Excel
2013、SPSS 22.0完成,样点图由 ArcGIS 10.2完成.
2  结果与分析
2􀆰 1  清潩河(许昌段)流域环境因子特征
根据地表水环境质量国家标准[10],研究区水质
指标中 TN 含量偏高,属于Ⅴ类水的标准(表 1).其
中,NH4
+ ⁃N、 TN、 TP 变异较大,变异系数均大于
100%.小洪河的水质较差,其 COD、NH4
+ ⁃N、TN、TP
均高于其他河流,属劣Ⅴ类水.表层沉积物中,ORP、
重金属 Cd、Hg、Zn的变异系数大于 100%.根据全国
第二次土壤普查养分分级标准[11],土壤内 TN、TP
含量较高,TN含量达到 1级标准,TP 含量达到 3 级
标准.清泥河⁃小泥河的有机质、NH4
+ ⁃N、TN、TP 均高
于其他河流,说明该河段表层沉积物的营养状况较
好.与土壤环境质量标准[12]比较,Zn含量偏高,为国
表 1  环境因子及生物群落各指标的均值
Table 1  Mean value of environmental factor and community index (mean±SD)
环境因子
Environmental
factor
指标
Index
总均值
Average
of all
清潩河
Qingyihe
清泥河⁃
小泥河
Qingnihe⁃
Xiaonihe
小洪河
Xiaohonghe
颖汝干渠
Yingruganqu
石梁河
Shilianghe
水质 温度 T (℃) 16.78±1.40 17.72±1.42 17.10±1.29 15.72±0.72 17.00±0.73 16.07±2.02
Water pH 8.30±0.47 8.37±0.49 8.39±0.46 8.08±0.49 8.60±0.27 8.19±0.32
溶解氧 DO (mg·L-1) 7.90±2.72 8.79±3.22 8.19±2.52 7.36±2.53 8.08±0.48 5.14±3.19
氧化还原电位 ORP (mV) 127.59±22.83 120.95±29.74 131.80±18.47 127.97±15.65 142.48±30.57 116.43±8.23
化学需氧量 COD (mg·L-1) 13.26±4.98 13.41±2.92 11.81±5.17 16.78±5.17 7.94±1.31 9.20±1.71
铵氮 NH4+⁃N (mg·L-1) 0.90±2.38 0.69±0.88 0.30±0.37 1.99±4.03 0.06±0.02 0.07±0.03
总磷 TP (mg·L-1) 1.09±2.05 0.67±0.44 0.40±0.38 2.36±3.36 0.34±0.24 0.50±0.23
总氮 TN (mg·L-1) 5.71±17.16 5.06±3.01 1.85±1.29 11.69±30.26 0.70±0.69 1.37±0.29
表层沉积物 pH 7.47±0.89 7.62±0.86 6.21±0.26 7.64±0.56 8.51±0.23 6.57±0.01
Surface sediment 氧化还原电位 ORP (mV) -28.86±54.61 -37.17±50.82 50.58±14.18 -42.41±32.58 -91.23±14.01 30.90±7.07
温度 T (℃) 16.86±0.90 17.45±0.65 17.22±0.16 16.00±0.52 17.62±0.56 15.65±0.35
有机质 TOC (%) 0.86±0.71 0.59±0.42 1.83±1.09 0.73±0.54 0.81±0.26 0.63±0.28
铵氮 NH4+⁃N (μg·g-1) 4.84±2.29 4.56±2.16 6.96±2.40 5.02±2.31 3.53±0.91 2.47±0.18
总氮 TN (μg·g-1) 1144.44±666.66 1037.15±612.81 1901.83±879.52 999.23±589.83 1013.20±178.94 841.50±276.48
总磷 TP (μg·g-1) 677.77±321.75 704.69±364.28 1,076.67±375.61 568.23±145.75 475.20±34.75 524.50±64.35
铅 Pb (μg·g-1) 20.64±4.70 18.67±2.20 28.85±6.51 20.03±2.39 18.66±1.05 17.65±0.35
砷 As (μg·g-1) 7.48±2.03 8.38±1.38 9.20±0.62 7.21±1.93 4.17±0.47 6.60±1.10
镉 Cd (μg·g-1) 0.17±0.21 0.13±0.05 0.45±0.47 0.12±0.04 0.11±0.01 0.12±0.01
铬 Cr (μg·g-1) 59.07±13.07 53.58±8.56 78.37±7.97 60.00±13.31 50.14±3.94 53.05±0.21
铜 Cu (μg·g-1) 22.01±11.71 19.75±6.02 42.78±15.17 19.40±5.19 12.96±1.39 13.90±2.12
汞 Hg (μg·g-1) 0.07±0.09 0.09±0.10 0.18±0.12 0.04±0.04 0.03±0.01 0.02±0.01
镍 Ni (μg·g-1) 30.54±15.39 38.18±24.10 32.20±2.42 26.85±6.38 21.30±2.19 23.00±2.55
锌 Zn (μg·g-1) 179.50±315.15 89.13±41.58 762.72±516.11 68.15±17.04 52.82±2.46 57.80±1.41
水生植物 物种丰富度 Species richness 3.73±1.57 3.86±1.41 3.45±0.69 4.07±2.15 3.20±0.84 3.33±2.52
Aquatic macrophytes Shannon指数 Shannon index 0.86±0.45 0.87±0.45 0.89±0.23 0.95±0.54 0.73±0.47 0.46±0.50
河岸带植物 物种丰富度 Species richness 9.40±2.62 7.86±1.88 8.73±1.68 9.93±2.43 13.80±2.49 9.00±1.00
Riparian zone plants Shannon指数 Shannon index 0.79±0.15 0.83±0.13 0.67±0.16 0.83±0.12 0.91±0.13 0.62±0.04
大型底栖动物 物种丰富度 Species richness 2.02±1.06 1.93±1.00 2.91±0.83 1.80±0.94 1.00±1.00 2.00±1.00
Macrobenthos Shannon指数 Shannon index 0.53±0.43 0.45±0.45 0.91±0.26 0.44±0.40 0.21±0.30 0.53±0.48
31127期                      闵梦月等: 清潩河(许昌段)流域生物群落特征及其与环境因子的关系         
家 2级标准.清泥河⁃小泥河的各重金属指标都大于
均值(表 1),其 Zn含量超出 3级标准.
2􀆰 2  清潩河(许昌段)流域生物群落的分布特征
2􀆰 2􀆰 1水生植物群落结构特征  清潩河(许昌段)流
域内水生植物 12种,隶属 8 科 12 属.除小洪河上游
和中游外,喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)
在各样点都有分布,而香蒲(Typha orientails)只在小
洪河中出现.水生植物的物种丰富度均值为 3.73,其
中,小洪河和清潩河的物种丰富度较高,分别为 4.07
和 3.86,清泥河⁃小泥河次之;水生植物 Shannon 多
样性指数的均值为 0.86,小洪河 Shannon 多样性指
数最高,其次是清泥河⁃小泥河.
2􀆰 2􀆰 2河岸带植物群落结构特征  清潩河(许昌段)
流域内河岸带植物共计 66 种,隶属 26 科 53 属.马
唐 ( Digitaria sanguinalis )、 一年蓬 ( Erigeron an⁃
nuus)、狗牙根(Cynodon dactylon)、狗尾草 ( Setaria
viridis)为该流域的优势种,在各河流都有较大面积
的分布.乌蔹莓 ( Cayratia japonica)、茜草 ( Rubia
cordifolia)、 小 飞 蓬 ( Erigeron canadensis )、 地 肤
(Kochia scoparia)、反枝苋(Amaranthus retroflexus)等
为少见种,仅在小洪河和清泥河⁃小泥河下游出现.
河岸带植物物种丰富度均值为 9.40,Shannon 多样
性指数的均值为 0.79(表 1).单因素方差分析表明,
河岸带植物的物种丰富度和 Shannon 多样性指数在
各河流间的差异性都极显著(P<0.01).其中,颖汝
干渠的物种丰富度和 Shannon 多样性指数最高,分
别为 13. 8 和 0. 91,其次是小洪河.物种丰富度和
Shannon多样性指数的变异系数均小于 50%,表明
河岸带植物的空间分布差异不明显.
2􀆰 2􀆰 3 大型底栖动物群落结构特征  清潩河(许昌
段)流域内大型底栖动物共计 10 种,隶属 7 科 10
属,均为软体动物和环节动物.其中,静水椎实螺
(Lymnaea stagnails)、方形环棱螺(Bellamya quadra⁃
ta)和鱼盘螺(Valvata piscinails)为常见种.方差分析
结果表明,物种丰富度和 Shannon 多样性指数在各
河流间的差异性都极显著(P<0.01),其中,清泥河⁃
小泥河的物种丰富度和 Shannon 多样性指数最高
(表 1),石梁河次之.大型底栖动物在清潩河(许昌
段)流域空间分布差异较大,其物种丰富度和 Shan⁃
non多样性指数的变异系数均大于 50%.
2􀆰 3  生物群落的分布与环境因子的关系
2􀆰 3􀆰 1水生植物的分布与环境因子的关系  水生植
物的生长基本依赖于水环境,故对水生植物物种与
水体环境因子进行 CCA 排序,Monte Carlo检验表明
图 2  水生植物物种与环境因子的 CCA双序图
Fig.2  CCA biplot of aquatic macrophytes species and environ⁃
mental variables.
W_T: 水体温度 Water temperature; W _ pH: 水体 pH Water pH;
W_DO: 水体溶解氧 Water dissolved oxygen; W_ORP: 水体氧化还原
电位 Water oxidation⁃reduction potential; W_COD: 水体化学需氧量
Water chemical oxygen demand; W_NH4 + ⁃N: 水体铵氮 Water amomo⁃
nium nitrogen; W_TP: 水体总磷 Water total phosphorus; W_TN: 水体
总氮 Water total nitrogen.下同 The same below. 1) 喜旱莲子草 Alter⁃
nanthera philoxeroides; 2) 头状穗莎草 Cyperus glomeratus; 3) 黑藻
Hydrilla verticillata;4) 水鳖 Hydrocharis dubia; 5)浮萍 Lemna minor;
6) 芦苇 Phragmites australis; 7) 水蓼 Polygonum hydropiper; 8) 菹草
Potamogeton crispus; 9) 篦齿眼子菜 Potamogeton pectinatus; 10) 槐叶
苹 Salvinia natans; 11) 紫萍 Spirodela polyrrhiza; 12) 香蒲 Typha ori⁃
entalis.
所有典范轴都极显著(P = 0.002).CCA 4 个轴累积
解释了物种⁃环境关系的 86.8%,第 1 和第 2 排序轴
的特征值分别为 0.480和 0.283,物种与环境因子的
相关系数分别为 0.861和 0.708,前两个排序轴说明
物种分布的累积贡献率为 24.2%,种与环境间关系
为 58.4%.由水生植物与环境因子 CCA 分析的二维
排序(图 2)可知,水体 COD、温度、pH、DO、TP 是影
响水生植物分布的关键因子,其与排序轴 1 的相关
系数分别达到-0.654、0.589、0.452、0.419、-0.346,
而环境因子与第 2轴的相关性较小.
2􀆰 3􀆰 2河岸带植物的分布与环境因子的关系  用偏
Monte Carlo置换检验进行环境变量的预选,将常见
河岸带植物物种与预选得出的 12 个环境因子进行
CCA 排序.CCA 4个轴累积解释了物种⁃环境关系的
64.3%,前两轴的特征值分别为 0.497和 0.333,物种
与环境因子的相关系数分别为 0. 916 和 0. 865,前
两轴说明物种分布的累积贡献率为 16.7%,物种与
环境间关系为 38.6%.在排序图(图 3)中,与第 1 轴
相关性较大的环境因子是表层沉积物的 Ni、Hg 和
水体 OPR,相关系数分别是 0.847,0.310 和-0.573.
与第2轴相关性较大的环境因子是表层沉积物的
4112 应  用  生  态  学  报                                      27卷
图 3  河岸带植物物种与环境因子的 CCA双序图
Fig.3  CCA biplot of riparian zone plant species and environ⁃
mental variables.
S_ORP: 沉积物氧化还原电位 Sediment oxidation⁃reduction potential;
S_T: 沉积物温度 Sediment temperature; S_TOC: 沉积物有机质 Sedi⁃
ment total organic carbon; S_Pb: 沉积物铅 Sediment plumbum; S_As:
沉积物砷 Sediment arsenic;S_Cd: 沉积物镉 Sediment cadmiun;S_Hg:
沉积物汞 Sediment mercury;S_Ni: 沉积物镍 Sediment nickel. 下同
The same below. 1) 苋 Amaranthus tricolor; 2) 南艾蒿 Artemisia verloto⁃
rum; 3) 鬼针草 Bidens pilosa; 4) 天名精 Carpesium abrotanoides; 5)
乌蔹莓 Cayratia japonica; 6) 藜 Chenopodium album; 7) 野菊 Chrysan⁃
themum indicum; 8) 小蓟 Cirsium setosum; 9) 小蓬草 Conyza canaden⁃
sis; 10) 狗牙根 Cynodon dactylon; 11) 稗 Echinochloa crusgalli; 12)
鳢肠 Eclipta prostrata; 13) 牛筋草 Eleusine indica; 14) 节节草 Equise⁃
tum ramosissimum; 15) 一年蓬 Erigeron annuus; 16) 泽漆 Euphorbia
helioscopia; 17) 葎草 Humulus scandens; 18) 圆叶牵牛 Ipomoea pur⁃
pure; 19) 地肤 Kochia scoparia; 20) 茜草 Rubia cordifolia; 21) 狗尾
草 Setaria viridis; 22) 繁缕 Stellaria media; 23) 蒲公英 Taraxacum
mongolicum; 24) 苍耳 Xanthium sibiricum.
图 4  大型底栖动物物种与环境因子的 CCA双序图
Fig.4   CCA biplot of microbenthos species and environmental
variables.
1) 光滑无齿蚌 Anodonta tucida; 2) 球形无齿蚌 Anodonta globosula;
3) 方形环棱螺 Bellamya quadrata;4) 尖口圆扁螺 Hippeutis cantori;
5) 剑状矛蚌 Lanceolaria gladiola; 6) 霍甫水丝蚓 Limnodrilus hoffmei⁃
steri; 7) 静水椎实螺 Lymnaea stagnalis; 8) 直缘萝卜螺 Radix clessi⁃
ni; 9) 方格短沟蜷 Semisulcospira cancellata; 10) 鱼盘螺 Valvata pisci⁃
nalis.
TOC、Pb、Cd 和水体 pH,相关系数分别为 0. 600、
0.540、0.425和-0.319.由此可知,影响河岸带植物分
布的关键因子为水体 OPR、pH和表层沉积物的 Ni、
Hg、TOC、Pb、Cd.
2􀆰 3􀆰 3大型底栖动物的分布与环境因子的关系  用
偏 Monte Carlo 置换检验进行环境变量预选,对大型
底栖动物和环境因子进行 CCA 排序,4 个轴累积解
释了物种⁃环境关系的 82.4%.第 1 和第 2 排序轴的
特征值分别为 0.543和 0.397,物种与环境因子的相
关系数分别为 0.869和 0.835,前 2 个排序轴说明大
型底栖动物的物种分布的累积贡献率为 26.7%,种
与环境间关系为 50.7%,说明排序图(图 4)可较好
地反映环境因子和大型底栖动物群落结构指标之间
的关系.由各环境因子与排序轴的相关性可知,表层
沉积物的温度、As 与排序轴 1 的相关性较大,相关
系数分别为-0.405、-0.300;表层沉积物的 pH、氧化
还原电位、Pb、Ni 和水体温度与排序轴 2 的相关性
较大,相关系数分别为 0. 376、 - 0. 390、 - 0. 370、
-0.360、0.280.说明表层沉积物的 pH、温度、氧化还
原电位、As、Pb、Ni和水体温度等是大型底栖动物分
布的关键影响因子.表层沉积物的环境因子较水体
环境因子对大型底栖动物物种分布的影响更大.
3  讨    论
3􀆰 1  生物群落的特征
本次调研发现,淮河流域(清潩河段)的水生植
物 12 种,相较于李景德[13]在淮河流域涡河段发现
水生植物 27 种偏少;河岸带植物 66 种,而修晨
等[14]在永定河⁃海河干流发现河岸带植物 134 种;
李艳利等[15]在浑太河流域发现大型底栖动物 72
种,舒卫先等[16]在沙颍河干流发现底栖动物 38 种,
而本文只发现 10 种大型底栖动物.由此可见,相较
淮河流域其他河段或其他流域,清潩河(许昌段)流
域的生物种类少,生物多样性偏低,尤其是大型底栖
动物.原因在于:1)水质污染导致水环境恶化,进而
破环水生生态系统,直接或间接地影响水生植物、河
岸带植物和底栖动物的生长,尤其是水体富营养化,
可能是导致底栖动物物种丰富度小的重要因素[17] .
研究发现,小洪河是水体富营养化最高的河流,颖汝
干渠的表层沉积物的营养盐含量也较高,相应的,二
者的大型底栖动物的物种丰富度和 Shannon 多样性
指数也最低.许昌市魏都区的造纸工业、长葛市的制
革工业等大量排污造成了水体污染[18],据 2010—
2011 年水质指标监测的统计结果[19]显示,清潩河
51127期                      闵梦月等: 清潩河(许昌段)流域生物群落特征及其与环境因子的关系         
干流 5个断面主要水质指标均为劣Ⅴ类,清潩河干
流整体水质状况较差.本次调查还发现,河流在流经
许昌市区后,水体中 NH4
+ ⁃N、TP、TN 含量增多,水
体富营养化严重,造成河流下游的河岸带植物和大
型底栖动物的物种丰富度较河流上游更小.2)外来
种入侵严重.在调查的 48 个样方的水生植物群落
中,有 26个为喜旱莲子草群落,其中,17 个分布在
河流下游.喜旱莲子草作为外来入侵种,由于其生命
力强、适应性广、生长繁殖迅速,对我国水生环境产
生了极其恶劣的影响[20] .此次调查中发现,石梁河
的 Shannon 多样性指数最低,颖汝干渠的物种丰富
度最低,可能原因是此两条河流喜旱莲子草生长旺
盛且植物盖度在 80%以上,降低了水体的溶解氧,
影响了水生植物特别是沉水植物如黑藻、菹草、篦齿
眼子菜等的生长,造成群落物种单一化.
3􀆰 2  生物群落与环境因子的关系
植被是环境特征的综合反映,植物群落的物种
多样性对其生境梯度具有一定的指示作用[21] .水生
植物基本依赖于水环境,其生长分布受水体理化性
质尤其是营养的影响较大[22-23] .本文研究表明,水
体环境如 COD、温度、pH、DO、TP 是影响水生植物
分布的关键因子.水体中过高的营养盐导致 DO 含
量降低,使得浮游植物和着生藻类大量繁殖,而着生
藻类对沉水植物的光合作用产生严重遏制,最终抑
制了水生植物尤其是沉水植物的生长[24-25] .
有机质等反映土壤营养状况的各环境要素是影
响河岸带物种多样性的重要因素[26] .许莎莎等[27]研
究结果表明,河岸带植物物种多样性与土壤含水率、
有机质和 TP 有关.此外,重金属也是河岸带植物面
临的重要环境胁迫,除了对植物产生直接影响外,还
可通过改变土壤物理、化学性质来影响植物的生
长[28] .CCA结果也证明,表层沉积物的 Ni、Hg、Pb、
Cd对河岸带植物分布有较大影响.重金属能够通过
破环植物细胞膜透性、抑制光合作用、影响植物呼吸
作用和核酸代谢等来对植物产生毒害效应,降低生
物量甚至导致耐受能力低的植物死亡[29-30] .
大型底栖动物是河流生态系统的重要组成部
分,随着工业化程度的提高、城市化进程的加快,大
型底栖动物群落也容易受到频繁扰动[31],从而在不
同时空尺度上表现出与各种环境因子的密切关
系[32-34] .本研究发现,影响大型底栖动物分布的关
键因子主要有表层沉积物的 pH、温度、氧化还原电
位 As、Pb、Ni和水体温度.可见,影响淮河流域(清潩
河段)大型底栖动物物种多样性的主要因素是表层
沉积物的理化性质,与沉积物的营养状况关系不大.
廖一波等[35]研究表明,水温、盐度、溶解性无机氮以
及表层沉积物中的有机质、TN、TP 是影响三门湾大
型底栖动物的主要环境因子,与本研究区域情况
类似.
3􀆰 3  对河流生物多样性保护的建议
随着社会经济的发展和人口的持续增长,自然
环境所承受的压力逐渐增大,人民群众对居住环境
提出了更高要求,清潩河流域水环境保护与河流生
态系统质量改善压力也与日俱增.为保护现有湿地
生物资源、提高河流生物多样性,实现流域生态系统
的平衡和水资源的可持续利用,建议采取以下措施:
1)提升环境准入门槛,推进产业转型升级,大力提
高污染防治水平.监督部门需严格执行环境准入标
准,深入推进清潩河流域造纸、制革 2个重点行业的
清洁生产改革,对超标和超总量排放的企业、排放重
金属等有毒有害物质的企业实行强制性审核.2)环
境保护部门需系统构建流域水生态系统,有序开展
污染的治理与修复.如因地制宜地建设人工湿地或
生物浮床等生态工程、积极推进河道生态修复建设
工程、对严重污染区域则重建河道生态系统等.3)目
前,对河流河岸带的研究较为缺乏,对小流域的河带
植被调查较少.因此,进一步加强对河岸带植被的调
查研究,综合多个生物群落与环境因子的关系探讨
研究,才能更好地为河流生态的恢复和保护工作提
供理论依据.
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作者简介  闵梦月,女,1993年生,硕士研究生. 主要从事湿
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责任编辑  杨  弘
闵梦月, 宗小香, 段一凡, 等. 清潩河(许昌段)流域生物群落特征及其与环境因子的关系. 应用生态学报, 2016, 27(7):
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