王麗媛　楊麗偉　羅文磊　陳詩(shī)越　陳影影

摘要：東魚(yú)河作為南四湖最長(zhǎng)的入湖河流，其水質(zhì)狀況對(duì)于南四湖的水環(huán)境質(zhì)量具有重要影響。為分析東魚(yú)河搖蚊群落結(jié)構(gòu)與水體富營(yíng)養(yǎng)化的關(guān)系，于2013年5月對(duì)東魚(yú)河8個(gè)采樣點(diǎn)表層松散2 cm底泥中的搖蚊幼蟲(chóng)頭殼進(jìn)行了分析。東魚(yú)河底泥中共鑒定出30個(gè)搖蚊屬種，主要屬種由Glyptotendipes pallens-type（20.42%）、Cricotopus sylvestris-type（18.23%）、Chironomus plumosus-type（15.24%）、Tanytarsus mendax-type（7.35%）、Dicrotendipes nervosus-type（7.12%）、Chironomus anthracinus-type（6.23%）、Polypedilum nubifer-type（5.38%）組成，共占所有搖蚊含量的79.97%。其中Glyptotendipes pallens-type、Cricotopus sylvestris-type和Chironomus plumosus-type是東魚(yú)河的優(yōu)勢(shì)種，占全流域的53.89%。基于生物多樣性指數(shù)及主成分分析對(duì)東魚(yú)河水質(zhì)進(jìn)行分析，結(jié)果表明，東魚(yú)河水體處于輕度-中度污染等級(jí);冗余分析得到NH3-N是影響東魚(yú)河搖蚊組合分布的主要水環(huán)境因子，且不同搖蚊屬種對(duì)NH3-N的響應(yīng)不同。此外，結(jié)合搖蚊組合生態(tài)特性綜合分析得，中游、中下游污染較嚴(yán)重，是東魚(yú)河水污染治理的重點(diǎn)區(qū)域。

關(guān)鍵詞：搖蚊;生物學(xué)評(píng)價(jià);冗余分析;水環(huán)境質(zhì)量;東魚(yú)河

中圖分類(lèi)號(hào)：X82文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Abstract：As the longest river discharging into the Nansi Lake，the Dongyu River plays an important role on the water quality of the Nansi Lake.To better understand the relationship between the community structure of chironomid and eutrophication of the Dongyu River，the head shells of larvae preserved in the upper 2-cm-thick loose bottom sediments were investigated with eight samples collected in May 2013.A total of 30 Chironomus species were identified in the Dongyu River surface sediments.The main genus were composed of Glyptotendipes pallens-type （20.42%），Cricotopus sylvestris-type （18.23%），Chironomus plumosus-type （15.24%），Tanytarsus mendax-type （7.35%），Dicrotendipes nervosus-type （7.12%），Chironomus anthracinus-type （6.23%），and Polypedilum nubifer-type （5.38%），accounting for 79.97% of the total counts.Based on the biodiversity index and principal component of the Dongyu River，the water body was in a mild to moderate pollution level.Redundancy analysis showed that NH3-N was the main water environmental factor resulting in the distribution of the chironomid in the Dongyu River，and the responses of different species of Chironomid to NH3-N were varied. It can also be inferred that the Dongyu River is a medium-eutrophic river，according to the ecological characteristics of the chironomid combination，with serious pollution in the middle and lower reaches，which are the key areas for water pollution control.

Key words：Chironomidea;biological evaluation;redundancy analysis;water quality;Dongyu River

南四湖是南水北調(diào)東線(xiàn)重要的調(diào)蓄湖泊，東魚(yú)河作為南四湖最大的入湖河流，其水質(zhì)狀況不僅關(guān)系到河流沿線(xiàn)居民的生產(chǎn)生活和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，同時(shí)也關(guān)系到到南水北調(diào)東線(xiàn)輸水工程的水質(zhì)安全[1-2]，對(duì)入南四湖河口水質(zhì)有著重要影響。東魚(yú)河作為一條人工河，橋、涵、閘建筑物108座，河流受人工控制較強(qiáng)，東魚(yú)河水質(zhì)主要受到沿岸居民生產(chǎn)生活影響。武周虎等[3]就2010-2011年期間的南四湖的35個(gè)入湖河口水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析其等標(biāo)污染物負(fù)荷，東魚(yú)河負(fù)荷比為7.0%，是南四湖10條主要排污河流之一，也成為南四湖治污的重點(diǎn)。東魚(yú)河作為國(guó)家水資源監(jiān)控能力建立淮河流域二期項(xiàng)目之南四湖19條入湖河流水量監(jiān)控站點(diǎn)之一[4]，其流域范圍內(nèi)自然條件惡劣，降水量小于蒸發(fā)量，更增大了污染物擴(kuò)散及轉(zhuǎn)化的阻力，加劇水質(zhì)安全的威脅。近些年在人類(lèi)活動(dòng)的干擾下，水質(zhì)狀況越來(lái)越差，徑流量逐漸降低[5]，隨著當(dāng)?shù)爻擎?zhèn)化進(jìn)程加快、城鎮(zhèn)人口數(shù)量增加，城市生產(chǎn)生活用水量大幅度增加，加快東魚(yú)河水環(huán)境治理具有現(xiàn)實(shí)意義。

2.2.3 主成分分析

運(yùn)用SPSS軟件將環(huán)境因子數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析（PCA）。PCA分析是它可以將多維的水環(huán)境因子納進(jìn)統(tǒng)一系統(tǒng)中進(jìn)行定量化研究[24]，然后利用主成分分析建立水環(huán)境評(píng)價(jià)模型，可以保證在原始數(shù)據(jù)信息處于最小損失的情況下，用少量變量代替多維變量來(lái)簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)[25]，作為多指標(biāo)分析，從眾多環(huán)境變量中剔除相關(guān)因子，篩選出主要的少數(shù)獨(dú)立綜合環(huán)境因子，而且篩選出來(lái)的這些因子能夠?qū)ρ芯拷Y(jié)果做出充分及合理的解釋[26]。根據(jù)所計(jì)算的觀(guān)測(cè)點(diǎn)水質(zhì)污染綜合得分，將水質(zhì)污染程度做定量化描述，得分越大，表示水環(huán)境污染程度越嚴(yán)重，進(jìn)而對(duì)不同觀(guān)測(cè)點(diǎn)水質(zhì)狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)分級(jí)[27]。本文采用的水環(huán)境指標(biāo)有SAL、DO、NH3-N、NO3-N、NO2-N、SOP、STP、TP、TOC、Hg和As。

3 結(jié)果與分析

3.1 東魚(yú)河搖蚊群落特征

東魚(yú)河8個(gè)采樣點(diǎn)采集1 572.5個(gè)搖蚊幼蟲(chóng)頭殼，分別隸屬于3亞科20屬，共30種。其中，DYH-4搖蚊種類(lèi)最多有19種，DYH-2和DYH-8最少均為11種，DYH-1、DYH-3、DYH-5、DYH-6、DYH-7分別為13、18、16、17、17種，其中豐度>2%的有22個(gè)，詳見(jiàn)圖2。東魚(yú)河搖蚊幼蟲(chóng)頭殼主要屬種由Glyptotendipes pallens-type（20.42%）、Cricotopus sylvestris-type（18.23%）、Chironomus plumosus-type（15.24%）、Tanytarsus mendax-type（7.35%）、Dicrotendipes nervosus-type（7.12%）、Chironomus anthracinus-type（6.23%）、Polypedilum nubifer-type（5.38%）組成，含量共占所有搖蚊亞化石屬種的79.97%。其中Chironomus plumosus-type、Glyptotendipes pallens-type和Cricotopus sylvestris-type是東魚(yú)河的優(yōu)勢(shì)種，占全流域的53.89%，幾乎全流域分布。

東魚(yú)河8個(gè)采樣點(diǎn)搖蚊的平均密度為655 ind./m2，DYH-1的搖蚊密度最低，為80 ind./m2，DYH-4的搖蚊密度最高，達(dá)到峰值，為1 447 ind./m2。由圖3可以看出，DYH-1、DYH-2、DYH-3和DYH-8的搖蚊密度低，其余采樣點(diǎn)搖蚊密度高，不同采樣點(diǎn)搖蚊密度差異很大，整體上的搖蚊群落密度沿流域增加。并且搖蚊密度流域分布不均勻，反映出各采樣點(diǎn)水質(zhì)狀況差別很大。[HJ2.1mm]

3.2 東魚(yú)河水質(zhì)評(píng)價(jià)

東魚(yú)河8個(gè)采樣點(diǎn)搖蚊Margalef指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)、Pielou指數(shù)的波動(dòng)范圍依次為2.43～3.54、1.35～1.99、0.53～0.75，東魚(yú)河搖蚊平均值依次為2.76、1.66和0.61。根據(jù)表2所示，Margalef指數(shù)的環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果為25%的輕污染等級(jí)，75%中污染等級(jí);Shannon-Wiener指數(shù)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果為100%的中污染等級(jí);Pielou指數(shù)的環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果為87.5%的輕污染等級(jí)，12.5%的中污染等級(jí)。Margalef指數(shù)和Shannon-Wiener指數(shù)反映采樣點(diǎn)DYH-2、DYH-4、DYH-5、DYH-6、DYH-7、DYH-8的水質(zhì)狀況都為中度污染。采樣點(diǎn)DYH-7三個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)反映的水質(zhì)狀況都為中污染等級(jí)，其余采樣點(diǎn)三個(gè)生物 指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果不完全相同，都處于輕度-中度污染狀態(tài)，這表明東魚(yú)河不同流域的水體受污染程度不同，反映的水質(zhì)狀況存在一定的差異，整體屬于“輕污染-中污染”等級(jí)。

3.3 東魚(yú)河水環(huán)境質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)

DCA分析顯示，各軸中最大梯度長(zhǎng)度為1.33（SD<2），表明搖蚊對(duì)水環(huán)境因子的響應(yīng)為線(xiàn)性模型，因此采用RDA分析搖蚊與水環(huán)境因子間的關(guān)系較合適。RDA揭示了搖蚊群落結(jié)構(gòu)與水環(huán)境因子之間的相互關(guān)系，通過(guò)非限定性蒙特卡洛置換（p<0.05，n=499）檢驗(yàn)，剔除共線(xiàn)性參數(shù)（VIF≥5），篩選出NH3-N（F=5.012，P=0.02）是影響搖蚊組成與分布的顯著因子，所解釋的搖蚊變率為45.5%，說(shuō)明該區(qū)域的環(huán)境變量與搖蚊組分之間具有極強(qiáng)的相關(guān)性。

由圖4（a）RDA物種-環(huán)境排序圖可知，NH3-N的含量與第一軸關(guān)系密切，沿第一軸的負(fù)向直線(xiàn)增加，尤其是物種Microchironomus tabarui-type、Cladopelma laccophila-type、Parachironomus varus-type、Dicrotendipes nervosus和優(yōu)勢(shì)種Chironomus plumosus-type、Glyptotendipes pallens-type和Cricotopus sylvestris-type等幾乎都隨著NH3-N濃度的增加呈線(xiàn)性增多;而Paratanytarsus penicillatus-type、Cricotopus bicinctus-type、Tanpus Meigen、Cladotanytarsus mancus-type和Cricotopus trifascia-type等的分布受低濃度的NH3-N的影響較大。其他豐度較高的搖蚊屬種與NH3-N的相關(guān)度不高，表明東魚(yú)河水環(huán)境中不同水質(zhì)要素對(duì)搖蚊屬種的響應(yīng)差異顯著，且不同物種對(duì)不同水環(huán)境要素污染的響應(yīng)差異顯著。

圖4（b）RDA樣點(diǎn)-環(huán)境排序圖可知，東魚(yú)河中游、中下游采樣帶點(diǎn)（DYH-4、DYH-5、DYH-6、DYH-7）散落在NH3-N濃度高的區(qū)域。中游、中下游采樣點(diǎn)搖蚊密度大，屬種Chironomus anthracinus-type、Glyptotendipes pallens-type、Propsilocerus akamusi-type等在此區(qū)域分布較多，其中Propsilocerus akamusi-type是Ⅳ水體（中污染水體）的指示物種，并且Margalef指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)的水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果顯示該區(qū)域水體屬于中度污染等級(jí)，污染較嚴(yán)重;東魚(yú)河上游及入湖口處采樣點(diǎn)（DYH-1、DYH-2、DYH-3、DYH-8）散落在NH3-N濃度低的區(qū)域，該區(qū)域搖蚊密度小，主要搖蚊屬種為T(mén)anytarsus mendax-type、Polypedilum nubifer-type、Procladius Skuse，其中Tanytarsus mendax-type是Ⅲ類(lèi)水體（輕污染水）的指示物種，而Polypedilum nubifer-type是在Ⅲ類(lèi)水體及Ⅳ類(lèi)水體中豐度最大，Procladius Skuse為世界廣適種，具有耐酸性。因此東魚(yú)河上游水體及入湖口處水體污染程度較輕，中游及中下游水體污染較嚴(yán)重。

根據(jù)東魚(yú)河8個(gè)觀(guān)測(cè)點(diǎn)的水質(zhì)指標(biāo)，采用PCA分析（累計(jì)貢獻(xiàn)率大于85%，共選出3個(gè)主成分）所得結(jié)果見(jiàn)表3。東魚(yú)河上游觀(guān)測(cè)點(diǎn)DYH-1、DYH-2、DYH-3、DYH-8的水質(zhì)處于輕污染，觀(guān)測(cè)點(diǎn)DYH-4、DYH-5、DYH-7的水質(zhì)處于中度污染，觀(guān)測(cè)點(diǎn)DYH-6的水質(zhì)處于重污染。即東魚(yú)河上游水質(zhì)狀況較好，中游及下游水質(zhì)污染較嚴(yán)重。主成分分析結(jié)果與生物學(xué)評(píng)價(jià)結(jié)果較為一致，東魚(yú)河整體處于輕度-中度污染等級(jí)。

4 討論

搖蚊屬種的組合分布受多種水環(huán)境要素的影響，如溫度、PH、水深、食物、溶解氧等的變化都會(huì)是搖蚊組合發(fā)生變化。在淺水流域中，水質(zhì)變化會(huì)在一定程度上影響搖蚊組合變化分布，因此搖蚊群落組合變化能很好的反應(yīng)水環(huán)境污染狀況[28]。研究表明Chironomus plumosus-type和Propsilocerus akamusi-type為水體富營(yíng)養(yǎng)化的指示生物[29]，曹艷敏等[30]根據(jù)太湖梅梁灣T0950巖芯搖蚊亞化石組合變化，揭示了太湖梅梁灣湖區(qū)水體從1940年至今營(yíng)養(yǎng)水平的演化。本文通過(guò)非限定性蒙特卡洛置換檢驗(yàn)，僅篩選出NH3-N（F=5.012，P=0.02）是東魚(yú)河搖蚊組合分布的顯著影響因子。根據(jù)張菊等[31]的研究結(jié)果，東魚(yú)河主要水環(huán)境污染因子為NH3-N、TP和Hg，張恩樓等[15]已證明TP是影響搖蚊群落結(jié)構(gòu)組成與分布的重要水環(huán)境因子，說(shuō)明東魚(yú)河水環(huán)境中TP對(duì)搖蚊群落組合分布的影響小于NH3-N。通過(guò)RDA分析得到，Microchironomus tabarui-type、Parachironomus varus-type、Cladopelma laccophila-type、Parachironomus varus-type、Dicrotendipes nervosus為NH3-N的耐污染屬種，但其他豐度較高的搖蚊屬種與NH3-N的相關(guān)度不高，表明東魚(yú)河水環(huán)境中不同水質(zhì)要素對(duì)搖蚊屬種的響應(yīng)差異顯著，且不同物種對(duì)不同水環(huán)境要素污染的響應(yīng)差異顯著。

東魚(yú)河主要搖蚊屬種中Chironomus plumosus-type為Ⅴ類(lèi)水體（重污染水體）的指示物種，主要分布于中游、中下游流域;Cricotopus sylvestris-type是Ⅳ類(lèi)水體指示物種，下游分布較多;Polypedilum nubifer-type、Tanytarsus mendax-type為Ⅳ類(lèi)水體的指示物種，Polypedilum nubifer-type、Tanytarsus mendax-type主要分布在東魚(yú)河中游;Glyptotendipes pallens-type為嗜酸性屬種，分布于中游、中下游河段;Dicrotendipes nervosus-type為Ⅳ類(lèi)水體指示物種，在中游、中下游流域分布較多，Tanytarsus mendax-type是Ⅲ類(lèi)水體的指示物種，而Polypedilum nubifer-type是在Ⅲ類(lèi)水體及Ⅳ類(lèi)水體中豐度最大。結(jié)合三種生物指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果及主成分分析結(jié)果，東魚(yú)河水體處于輕度-中度污染等級(jí)，中游、中下游水環(huán)境污染較嚴(yán)重，域范圍內(nèi)差距很大。東魚(yú)河中游、中下游水質(zhì)較差，污染主要來(lái)源于沿岸農(nóng)業(yè)區(qū)帶來(lái)的農(nóng)業(yè)面源污染及生活污水的排放;僅在1997年全區(qū)域的化肥使用量就高達(dá)100多萬(wàn)t，農(nóng)藥使用量達(dá)2 500萬(wàn)t[32]，大量的農(nóng)業(yè)污染物殘留，難以根治，使得沿線(xiàn)水環(huán)境污染難以在短時(shí)間內(nèi)治理。東魚(yú)河上游水體污染較輕，上游主要為工業(yè)廢水排放引起的水環(huán)境污染，如菏澤、定陶縣、成武縣等設(shè)有大量工廠(chǎng)，但在人為干擾下，加強(qiáng)企業(yè)對(duì)污水的治理，使得水體得到相應(yīng)改善?？偠灾祟?lèi)活動(dòng)是造成東魚(yú)河水環(huán)境污染的主要原因，隨著城市化進(jìn)程的加快，東魚(yú)河水環(huán)境勢(shì)必面臨著更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，加強(qiáng)東魚(yú)河水環(huán)境治理不僅關(guān)系到南水北調(diào)東線(xiàn)水質(zhì)安全，更關(guān)系到沿線(xiàn)居民的生產(chǎn)生活。

本文基于搖蚊反映的東魚(yú)河水質(zhì)狀況與張菊等[30]基于東魚(yú)河水環(huán)境數(shù)據(jù)所反映的水質(zhì)狀況相吻合，其中NH3-N含量在中游上升，在下游含量下降，且中游水體污染較嚴(yán)重，這與搖蚊組合分布特征相呼應(yīng)，中游Ⅳ類(lèi)水體指示屬種密集，水環(huán)境污染較嚴(yán)重，上游Ⅲ類(lèi)水體指示屬種密集，證明根據(jù)搖蚊群落結(jié)構(gòu)所反映的水環(huán)境狀況結(jié)果準(zhǔn)確可靠。根據(jù)張偉分析的東魚(yú)河上游東明縣黃軍營(yíng)村及入湖口處的魚(yú)臺(tái)縣西姚村的兩個(gè)水質(zhì)采樣點(diǎn)2000-2008年的水質(zhì)狀況，僅有黃軍營(yíng)村水體中的NH3-N含量在2005-2007年間超標(biāo)準(zhǔn)值，其研究結(jié)果表明東魚(yú)河水體在2006-2008年為輕污染河流[33]。其研究設(shè)立采樣點(diǎn)較少，僅監(jiān)測(cè)了東魚(yú)河上游和入湖口兩個(gè)采樣點(diǎn)的水質(zhì)狀況，不能反映東魚(yú)河體整體的水質(zhì)情況，其研究只能說(shuō)明東魚(yú)河上游及入湖口處水質(zhì)狀況較好。

5 結(jié)論

東魚(yú)河搖蚊的優(yōu)勢(shì)屬種由Chironomus plumosus-type、Glyptotendipes pallens-type和Cricotopus sylvestris-type組成，占全流域的53.89%。RDA分析顯示NH3-N是影響東魚(yú)河搖蚊群落組合分布的顯著因子，共解釋了45.5%的搖蚊變率，屬種Microchironomus tabarui-type、Parachironomus varus-type、Cladopelma laccophila-type分布在NH3-N污染較大的區(qū)域，它們可視為水體NH3-N污染的指示生物。水環(huán)境生物學(xué)評(píng)價(jià)結(jié)果顯示東魚(yú)河不同流域受污染程度不同，根據(jù)搖蚊群落結(jié)構(gòu)分布特征，東魚(yú)河整體處于輕度-中度污染狀態(tài)，中游、中下游水體污染較嚴(yán)重，為治理的重點(diǎn)區(qū)域。

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