紅水河梯級底棲動物演替特點分析

紅水河梯級底棲動物演替特點分析

紅水河是珠江流域西江水系的流經(jīng)。上游南盤江發(fā)源于云南省東部的馬雄山。它與貴州省和廣東省交界處甘鄉(xiāng)村的北盤河匯合，稱為紅水河。紅水河在天峨縣進入廣西境內(nèi),自西北向東南橫貫廣西中部,至象州縣石龍鎮(zhèn)三江口與柳江匯合后以下稱黔江。紅水河干流從天峨縣開始規(guī)劃建設(shè)7座梯級,現(xiàn)已建梯級有6座,至上而下依次為龍灘、巖灘、大化、百龍灘、樂灘、橋鞏梯級,其中龍灘梯級為大型年調(diào)節(jié)水庫,水體交換率低,泥沙淤積程度高,庫區(qū)水體營養(yǎng)鹽含量相對較高;大化、樂灘、橋鞏等為日調(diào)節(jié)水庫,水體交換率較高,泥沙淤積程度較小,庫區(qū)水體營養(yǎng)鹽含量較低;巖灘梯級屬季/日調(diào)節(jié)水庫,兼具年調(diào)節(jié)水庫、日調(diào)節(jié)水庫的某些特點;百龍灘為徑流式電站,基本無調(diào)節(jié)能力,水體交換率高,庫區(qū)底質(zhì)淤積層薄,水體營養(yǎng)鹽含量低,水體多數(shù)時段保持一定流速。水利工程建設(shè)在帶來巨大社會、經(jīng)濟效益的同時,對水生態(tài)環(huán)境也將產(chǎn)生一定程度的影響。底棲動物作為水生態(tài)系統(tǒng)中重要的生物因子,水利工程建設(shè)后底棲動物的演化,是生態(tài)系統(tǒng)變化的重要指標之一。2009年7月、11月對紅水河已開發(fā)河段底棲動物進行的系統(tǒng)調(diào)查,旨在了解各梯級成庫后底棲動物現(xiàn)狀,通過與歷史資料對比,分析評價水利工程建設(shè)后底棲動物群落的演替。1學(xué)習(xí)方法1.1梯級資源庫斷面位置調(diào)查區(qū)域共設(shè)置28個采樣斷面,其中龍灘梯級庫區(qū)11個斷面;巖灘梯級庫區(qū)6個斷面;大化、百龍灘梯級庫區(qū)各2個斷面;樂灘梯級庫區(qū)3個斷面;橋鞏梯級庫區(qū)4個斷面。1.2底棲動物樣品采集和鑒定依據(jù)河勢、生境特點布設(shè)采樣斷面及采樣點,用改良的彼得生采泥器采集定量樣品,每個采樣點采泥樣2～3個,采集的泥樣用40目網(wǎng)篩初步篩洗后帶回室內(nèi)分揀,定性樣品用D形踢網(wǎng)(kick-net)進行采集。分揀出來的節(jié)肢動物、軟體動物用75%的酒精固定,環(huán)節(jié)動物用5%的福爾馬林固定,24h后轉(zhuǎn)入70%的酒精內(nèi)保存。室內(nèi)用解剖鏡和顯微鏡,參照相關(guān)文獻資料(陳義,1959;劉月英,1959;津田松苗,1962;何志輝,1982;廣西壯族自治區(qū)水產(chǎn)畜牧局和水產(chǎn)研究所,2007)對底棲動物樣品進行分類鑒定;定量標本用濾紙吸去樣品表面水分后,按不同種類統(tǒng)計個體數(shù)、稱重,計算出密度和生物量。1.3環(huán)境影響評價與環(huán)境保護設(shè)計回顧紅水河各梯級成庫前數(shù)據(jù)來自各單項工程環(huán)境影響評價成果以及廣西電力工業(yè)勘察設(shè)計研究院紅水河干流水電梯級開發(fā)項目的《環(huán)境影響評價與環(huán)境保護設(shè)計回顧報告》。2結(jié)果與分析2.1基本棲息地動物2.1.1水文情勢、水體營養(yǎng)負荷變化紅水河已建6座梯級河段共檢出底棲動物41種,其中環(huán)節(jié)動物(Annelida)3種、軟體動物(Mollusca)17種、節(jié)肢動物(Arthropoda)21種,分別占總種類數(shù)的7.32%、41.46%、51.22%,優(yōu)勢種類有水絲蚯(Limnodrilus)、環(huán)棱螺(Bellamya)、紅河方格螺(暫定種,周解)、搖蚊(Chironomidae)、河蜆(Corbiculafluminea)、米蝦(Caridina)、沼蝦(Macrobrachium)等(表1)。梯級開發(fā)河段水文情勢、水體營養(yǎng)負荷及底質(zhì)變化等與水庫庫容、梯級運行方式、調(diào)節(jié)能力有密切關(guān)系。因評價區(qū)內(nèi)各梯級庫容、調(diào)節(jié)方式存在一定差異,梯級河段底棲動物種類水平分布不均衡,年調(diào)節(jié)龍灘梯級、季/日調(diào)節(jié)巖灘梯級種類分布較多,大化、樂灘、橋鞏等日調(diào)節(jié)及百龍灘徑流式梯級種類分布較少。從底棲動物種類組成看,巖灘及巖灘以下梯級底棲動物結(jié)構(gòu)組成基本相近,其軟體動物所占比重高于龍灘梯級,節(jié)肢動物所占比重低于龍灘梯級,表明大型年調(diào)節(jié)梯級庫區(qū)底棲動物種類組成明顯不同于季/日調(diào)節(jié)、日調(diào)節(jié)、徑流式調(diào)節(jié)類型(表2)。2.1.2搖蚊科生物的分布6座梯級中,底棲動物密度巖灘庫區(qū)最高,為402個/m2,百樂灘庫區(qū)最低,為11個/m2(表3)。寡毛類、搖蚊科生物屬耐氧型生物,一旦條件適宜,其密度通常較高,在底棲動物密度組成中占有較大的比重。龍灘、巖灘庫區(qū)水體營養(yǎng)物質(zhì)含量較高,底質(zhì)淤積層相對較厚,寡毛類、搖蚊科生物分布較多,大化梯級壩前水域底質(zhì)為泥沙淤積層,寡毛類、搖蚊科生物有一定分布。整體看,龍灘、巖灘等上、中游梯級底棲動物密度高于下游的百龍灘、樂灘、橋鞏梯級。2.1.3底棲動物的生物量軟體動物通常在底棲動物生物量組成中占有絕對權(quán)重,各梯級庫區(qū)河段軟體動物的數(shù)量分布差異,影響底棲動物生物量的高低。龍灘水庫庫岸陡峭,水深,軟體動物適宜生境較少,數(shù)量貧乏,生物量較低。其余梯級庫區(qū)水位相對較淺,軟體動物適宜生境較廣,大型軟體動物如環(huán)棱螺、紅河方格螺等較為豐富,生物量遠高于龍灘梯級(表4)。2.2水庫建設(shè)后，下屬動物2.2.1下游河段種類分布紅水河干流梯級建設(shè)前,巖灘、龍灘河段底棲動物種類分布較多,下游河段種類分布相對較少;巖灘、大化河段底棲動物密度較高;橋鞏河段因底質(zhì)對紅河疣螺、紅河方格螺等生長較為適宜,底棲動物生物量較高(表5)。2.2.2流域水位變化趨勢紅水河梯級電站建設(shè)改變了原河道的天然形態(tài),水庫蓄水后,由于大壩的攔蓄作用,各梯級庫區(qū)水文情勢均發(fā)生了較大變化,梯級庫區(qū)水體流速減緩或靜止,僅庫尾河段保持或部分時段保持原天然河流狀態(tài);流域水位變化規(guī)律與建庫前相反,冬季或枯水期水位較高,夏季或汛期前水位較低,開發(fā)河段徑流量年內(nèi)變幅更趨平緩。由于龍灘、巖灘梯級對泥沙的攔截作用,龍灘、巖灘梯級底質(zhì)淤積層較下游梯級深厚,水體底質(zhì)營養(yǎng)物質(zhì)較為豐富。紅水河上游水土流失嚴重,流域內(nèi)氮、磷隨地表徑流進入紅水河,加之各梯級水電站運行初期,淹沒區(qū)土壤營養(yǎng)成分的溶出增加了庫區(qū)水體中氮、磷濃度,導(dǎo)致流域梯級成庫后水體總氮、總磷較高。2.2.3棲息地動物的變化2.2.3.樂灘梯級河流底棲動物種類增加模擬流域梯級成庫后,底棲動物生存環(huán)境發(fā)生了根本改變,底棲動物種類組成較成庫前變化明顯,主要表現(xiàn)為靜水型生物所占比重有所增加,流水型生物所占比重下降。相對于建庫前,底棲動物種類增加的有樂灘梯級、橋鞏梯級河段(圖1),主要原因是樂灘梯級支流部分河段能基本維持河流生境,原部分種類在其間有一定分布,隨著靜、緩流種類的出現(xiàn),底棲動物種類總體增加;橋鞏梯級建庫時間較短,庫區(qū)水體有一定的微流,底質(zhì)變化不大,原種類部分得到保持,底棲動物種類數(shù)與建庫前基本一致。其它梯級成庫后,庫區(qū)河段急流生境基本消失,僅保留部分微流水生境,底棲動物種類均出現(xiàn)不同程度的下降,但降幅較小。梯級開發(fā)河段成庫前后底棲動物種類數(shù)水平分布趨勢基本一致,但不同區(qū)段建庫后底棲動物種類組成變化較大,尤其在龍灘梯級主庫區(qū)及巖灘梯級的壩前、庫中及賜福湖水域,寡毛類、搖蚊科生物、蝦科生物已成為優(yōu)勢種(表6),底棲動物種類組成由原來的河流型演變?yōu)楹葱?生物多樣性下降。2.2.3.流域?qū)蛹壟渲糜绊懮锒鄻有札垶?、巖灘、大化、樂灘梯級河段建庫后底棲動物密度有不同程度的增加,其中巖灘梯級密度增幅最大,達171.62%,百龍灘、橋鞏梯級密度有所下降(圖2)。紅水河流域上游水體流失嚴重,水體泥沙含量高,流域梯級建成后,龍灘、巖灘梯級攔截了紅水河60%的泥沙,庫區(qū)大部分水域底質(zhì)已由礫石、砂石轉(zhuǎn)變?yōu)槟嗌秤俜e層,加之水體中營養(yǎng)負荷較高,對寡毛類、搖蚊科生物生長較為有益。下游梯級盡管水體泥沙含量較之前減少,但由于水體流速下降,水體營養(yǎng)鹽負荷增加,寡毛類、搖蚊科生物生存環(huán)境有所改善?？傮w看,紅水河梯級建庫前后除百龍灘梯級外,底棲動物密度水平分布趨勢大致相同,流域梯級運行后,底棲動物密度整體大幅上升。2.2.3.不同層級生物量群落分布情況各梯級蓄水后,底棲動物生物量均有較大幅度的變化,其中巖灘、大化、百龍灘、樂灘梯級生物量蓄較蓄水前有明顯增加,增幅在2倍到十幾倍之間,龍灘、橋鞏梯級生物量較之前有所下降,降幅分別為61.57%、39.89%(圖3)。蓄水后,大型軟體動物數(shù)量的增減是導(dǎo)致各梯級底棲動物生物量變化的主要原因。巖灘、大化等梯級河段環(huán)棱螺、紅河方格螺等種類現(xiàn)存數(shù)量較多,生物量增幅較大。龍灘梯級因庫岸陡峭,水深,梯級建成后主庫區(qū)軟體動物分布貧乏;橋鞏梯級建成后,庫區(qū)水域原種類如紅河疣螺(暫定名,周解,2007)、紅河方格螺等基本消失,優(yōu)勢種由水絲蚓、搖蚊、河蜆、米蝦等種類構(gòu)成,生物量較之前下降。從水平分布看,除龍灘、橋鞏梯級外,梯級流域建庫前后底棲動物生物量水平分布趨勢基本一致。3不同層級河流底棲動物資源密度和種類演替因素紅水河流域梯級成庫后,開發(fā)河段底棲動物種群結(jié)構(gòu)由急流型向靜水、緩流型轉(zhuǎn)化,大部分水域種類分布下降,原流水型軟體動物分布范圍大幅萎縮;底棲動物密度整體較成庫前增加,其中上、中游梯級河段底棲動物密度增加相對明顯;由于各梯級水庫特征差異,大型軟體動物區(qū)域分布不均衡,導(dǎo)致各河段底棲動物生物量較建庫前增減不一,變幅較大。影響紅水河梯級河段底棲動物群落結(jié)構(gòu)演替的因素較多,主要可歸納為水體流速、水體營養(yǎng)負荷、泥沙淤積、水位等幾方面。紅水河底棲動物演替過程中,上述因子對底棲動物的影響更多表現(xiàn)為共同作用,但在某些時候也體現(xiàn)出一定獨立性與側(cè)重性,其中水體流速不僅對底棲動物種類結(jié)構(gòu)演替直接產(chǎn)生影響,同時對庫區(qū)泥沙淤積、營養(yǎng)鹽滯留也有一定的制約作用,間接影響底棲動物的演替。因此水體流速是紅水河梯級流域底棲動物演替的主導(dǎo)因子。3.1優(yōu)勢種與生境流域梯級成庫后,庫區(qū)大部分水域水體相對靜止,底棲動物種類組成變化較明顯,主要表現(xiàn)為靜水型生物所占比重有所增加,流水型生物所占比重下降。梯級河段底棲動物現(xiàn)存優(yōu)勢種為水絲蚯、環(huán)棱螺、紅河方格螺、搖蚊、米蝦、沼蝦等,原流水型種類如蜉蝣目生物等在庫區(qū)大部分水域已基本絕跡,生存范圍萎縮至梯級庫尾或支流流水河段,特別是原紅水河廣泛分布的紅河疣螺,梯級蓄水后分布區(qū)域萎縮,數(shù)量明顯下降,現(xiàn)僅在巖灘庫尾、百龍灘壩前區(qū)域有少量檢出。由于部分種類消失,新種類未形成明顯種群,現(xiàn)主要種類如水絲蚓、環(huán)棱螺、搖蚊科生物、蝦科生物等在蓄水前就已存在,梯級蓄水后,開發(fā)河段大部分水域底棲動物種類數(shù)量有所下降。3.2生明顯的本構(gòu)模型河道底質(zhì)作為底棲動物的主要生存場所,底質(zhì)顆粒結(jié)構(gòu)的改變對底棲動物有較大影響,底棲動物多樣性會隨底質(zhì)粒徑的減小而發(fā)生明顯的遞減(段學(xué)花等,2009)。紅水河龍灘、巖灘梯級攔截了紅水河60%的泥沙,流域梯級成庫后,龍灘主庫區(qū)、巖灘部分水域底質(zhì)由礫石、砂石轉(zhuǎn)變?yōu)槟嗌秤俜e層,底棲動物以寡毛類、搖蚊科生物為主,群落結(jié)構(gòu)較為單一;下游梯級河段底質(zhì)泥沙淤積層較薄,部分水域底質(zhì)較成庫前變化不明顯,底棲動物種類結(jié)構(gòu)變化相對較小,生物多樣性高于龍灘主庫區(qū)、巖灘部分水域。3.3寡毛類與總氮、總磷的關(guān)系流域梯級建庫后,梯級水域總氮、總磷增加,其中龍灘等上游梯級水域總氮、總磷高于下游梯級,底棲動物受此影響明顯。寡毛類是重要的水質(zhì)指示生物,劉保元和梁小民(1997)認為:寡毛類密度分布與總氮正相關(guān)(回歸方程Y=1190.69+0.53X),與總磷正相關(guān),但不顯著;寡毛類生物量與總氮正相關(guān)(回歸方程Y=1247+142.16X),與總磷呈顯著正相關(guān)(回歸方程Y=278.76+31.50X)。由于梯級水域總氮、總磷整體增加且存在明顯的區(qū)域梯度差異,導(dǎo)致流域梯級河段底棲動物密度較建庫前整體上升,上游梯級寡毛類生物密度、生物量明顯高于下游梯級。3.4大型坡向中的冷沖物流域梯級建成后,各梯級庫區(qū)水位變化對紅水河開發(fā)河段底棲動物群落結(jié)構(gòu)影響較為明顯,尤其對大型軟體動物的數(shù)量分布影響較大。龍灘梯級庫區(qū)庫岸陡峭,水深,軟體動物貧乏,生物量較低,其余梯級庫區(qū)水位相對較淺,大型軟體動物如環(huán)棱螺、紅河方格螺等較為豐富,生物量遠高于龍灘庫區(qū)。整體看,紅水河流域梯級軟體動物數(shù)量分布與庫區(qū)水位呈反比。3.5底棲動物種群結(jié)構(gòu)水庫生態(tài)系統(tǒng)易受到人類調(diào)節(jié)影響,具有獨特的生態(tài)學(xué)特征(林秋奇和韓博平,2001)。梯級調(diào)節(jié)方式對底棲動物的影響是水體流速、營養(yǎng)負荷、泥沙淤積、水位等因子綜合作用的結(jié)果。紅水河6座梯級調(diào)節(jié)運行方式有4種,對底棲動物的影響存在明顯差異。流域梯級運行后,年調(diào)節(jié)梯級龍灘水庫底棲動物種群結(jié)構(gòu)由河流型