底栖动物在水生态监测与评价中的重要作用
水生态监测中，采集底栖动物是一项重要的工作。这些生物对于水生态系统的健康起着至关重要的作用。
图中为水工程生态研究所河湖中心科研人员在赤水河和金沙江进行水生态调查，采集底栖动物。
1、底栖动物分类
底栖动物是一个庞杂的生态类群，常见的底栖动物主要包括水栖寡毛类、软体动物和水生昆虫幼虫等。
底栖动物可分为原生底栖动物和次生底栖动物。
原生底栖动物：是能直接利用水中溶解氧的种类，包括常见的蠕虫、底栖甲壳类、双壳类软体动物等。
次生底栖动物：由陆地生活的祖先在系统发生过程中重新适应水中生活的动物，主要包括各类水生昆虫、软体动物中的肺螺类如椎实螺等。
按照大小分为大型底栖动物、小型底栖动物和微型底栖动物，我们通常研究的对象是大型底栖动物，也叫大型底栖无脊椎动物（Macroinvertebrates)，大小是不能通过500µm孔径筛网。
在淡水生态系统中，大型底栖动物主要包括环节动物、水生昆虫、软体动物等。其中，环节动物的代表是水蚯蚓，水生昆虫的代表是蜉蝣目、襀翅目、毛翅目昆虫，软体动物的代表是螺蚌类。这些生物都是水生态环境质量的重要指示生物，因此也被俗称为“水下哨兵”，广泛用于水生态系统的健康评价。
毛翅目昆虫
软体动物
2、底栖动物的重要作用
底栖动物是水体环境的天然理想监测者
它们区域性强，迁移能力弱，对环境污染及变化少有回避能力。多数种类个体较大，易于辨认。不同种类对环境条件的适应性及对污染等不利因素的耐受力和敏感程度不同，受外界干扰后群落结构的变化趋势可以反映水体环境的现状。
例如，如果一个采样点位中采集到的襀翅目、毛翅目、蜉蝣目等种类越多，说明水生态环境越好；如果一个点位采集到颤蚓类密度较高，则说明水体可能受到污染。
底栖动物是水生态系统的重要组成部分
它们是鱼类等经济水生动物的天然食料，作为重要的次级生产者，是水生态系统食物链和食物网上不可或缺的参与者，起承上启下的作用，保障了物质流、能量流和信息流的顺畅运行。
底栖动物不仅可用于常规的水生态监测与评价，也可用于河流连通性评价方面。
3、利用底栖动物评价河湖连通性
什么是河湖连通？
河湖连通是在自然力和人力的双重作用下，人类有意识地改造河湖水系、实现水资源有效配置的行为。
比如：堤岸防护通常降低了横向连通性，水坝工程通常降低了纵向连通性，城市河道三面光防护既破坏了垂向连通性也破坏了横向连通性，而橡胶坝和低头坝降低了纵向连通性。
如何用底栖动物评价河流连通性？
理论依据：底栖动物功能群在水文连通程度不同的水体中具有显著的分布差异，功能群物种丰富度随连通程度的增加而增加，而功能群多样性指数则呈现先增加后减少的趋势，但在中度连通程度上达到最高(Gallardo et al. 2009)。
所以，水文连通性的差异会造成各区域底栖动物群落结构的显著差异，连通程度的提高有助于提高底栖动物的α多样性，但β多样性会明显下降。
研究实例
水工程生态研究所池仕运研究员团队对沙颍河和澧河的底栖动物做了调查，通过底栖动物分布评价两条河流的连通性情况。沙颍河干流上有8个防洪闸，对河流的纵向连通性造成了一定程度的影响，澧河为沙颍河上游的一个重要支流，无防洪闸存在。
研究结果
（1）两条河流由于水文特征不同，导致群落组成不同。
（2）闸坝的影响体现在多样性指数的变化上。
（3）闸坝对群落的影响沿水系增加。
（4）群落的分布格局能反映河流连通性梯度。
研究思路
（1）将基于水文和景观的连通度梯度与底栖动物参数进行关联性分析，寻找反映性较强的参数构建基于底栖动物的连通效果评价体系。
（2）对研究区域进行连通工程前后的调查研究，选择基于底栖动物变化显著的参数构建类似于B-IBI的多度量评价体系。
（3）利用物种分布模式和多样性进行间接度量，例如分析研究区域的物种分布模式，测度其嵌套度（nestedness)，分析α和β多样性，α多样性上升和β多样性下降是连通性改善的标志。
推论
（1）对于原生河流和自然湖泊而言，连通减弱或受阻意味着生境破碎化，生境异质性增强，底栖动物β多样性会升高，物种分布模式呈现较强的嵌套性，环境过滤作用增强，生态位理论可以解释群落构建机制；
（2)对于连通受阻严重的湖泊而言，河湖连通增强将使生境异质性增强，表现为底栖动物的β多样性有所升高，物种呈现嵌套性分布，但由于生境呈现斑块化，一些物种灭绝的风险也随之升高，当连通性进一步升高时，β多样性虽然有所下降，但物种灭绝风险降低；
（3）连通状态良好的河湖，物种分布嵌套性较弱或呈随机分布模式，β多样性较低，意味着物种随环境梯度更迭的速率较慢，种群灭绝的风险降低，群落构建中性理论可以解释；
（4）对于河流来说，连通性受阻意味着生境的破碎化，原生物种灭绝风险随之升高，如筑坝等水工活动，对于湖泊而言，连通性受阻意味着生境的均质化以及物种多样性的丧失，连通性的适度改善意味着生境的异质化加强，物种分布呈现一定的嵌套模式，但连通性的过度改善也意味着湖泊河流化，在生态上不可取。
供稿：池仕运
作者简介
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池仕运，水利部中国科学院水工程生态研究所研究员，河海大学联合培养基地指导老师。主要从事涉水工程的水生态调查、监测和评价工作。专注淡水底栖动物生态学研究，重点关注领域为受调控河流闸坝对底栖动物群落结构的影响效应、河湖连通和生态调度水生态效应评估以及基于生物完整性的水生态健康评价。近年来主持和负责国家自然科学基金、省部级项目等10余项，参编专著5部，参编标准2项，发表学术论文50余篇，获授权发明专利3项，获科学技术奖项3项。
