春季漕河底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)及其水質(zhì)評(píng)價(jià)研究

楊 鑫 譚印月 李嘉義

（江蘇常環(huán)環(huán)境科技有限公司，江蘇 常州 213022）

0 引言

底棲動(dòng)物在水生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)以及能量流動(dòng)中具有極其重要的作用［1-2］，因?yàn)槠浠顒?dòng)場(chǎng)所相對(duì)固定，對(duì)不利環(huán)境的反應(yīng)比較緩慢，且不同底棲動(dòng)物對(duì)水生態(tài)環(huán)境變化的耐受性、適應(yīng)性等響應(yīng)程度不同，水生態(tài)環(huán)境的變化均可在底棲動(dòng)物的群落中得到不同程度的響應(yīng)［3］。因此，底棲動(dòng)物經(jīng)常作為指示性生物，廣泛用于水生態(tài)環(huán)境的生物監(jiān)測(cè)以及水質(zhì)評(píng)價(jià)［4］。

關(guān)于底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)及水質(zhì)評(píng)價(jià)的研究，目前主要局限于太湖、長(zhǎng)蕩湖等湖庫(kù)，而對(duì)河流則很少涉及。因此本研究以漕河底棲動(dòng)物調(diào)查監(jiān)測(cè)為基礎(chǔ)，分析其群落結(jié)構(gòu)，并對(duì)水質(zhì)類(lèi)別進(jìn)行評(píng)價(jià)，其結(jié)果希望為漕河水環(huán)境改善以及生態(tài)修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域與樣點(diǎn)設(shè)置

漕河（119.526 2°—119.596 4°E，31.405 0°—31.974 5°N）位于江蘇西南部，是太湖西部地區(qū)主要水運(yùn)干線，全河北起丹陽(yáng)七里橋，經(jīng)金壇，南至溧陽(yáng)，總長(zhǎng)約68 km。本研究根據(jù)漕河的生境特征，從上游丹陽(yáng)到下游溧陽(yáng)共設(shè)置8個(gè)采樣點(diǎn)。

1.2 樣品的采集與處理

于2013年13—15日對(duì)漕河進(jìn)行采樣，樣品采集用改良的Peterson采泥器（1/16 m2），每樣點(diǎn)采集80次。泥樣經(jīng)尼龍篩清洗后，逐一將底棲動(dòng)物揀出。獲得的樣品用7%福爾馬林溶液保存。在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)樣品進(jìn)行計(jì)數(shù)和種類(lèi)鑒定，然后吸去表面固定液，再置于電子天平上稱重，結(jié)果折算成單位面積生物量和密度。

1.3 水質(zhì)指標(biāo)測(cè)定

pH、DO等指標(biāo)用便攜式水質(zhì)分析儀（YSI6600 V2，USA）測(cè)定；同時(shí)采集水樣并冷凍保存，帶回實(shí)驗(yàn)室測(cè)定TN、TP以及COD等指標(biāo)。測(cè)定方法依據(jù)《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》。

1.4 優(yōu)勢(shì)度

優(yōu)勢(shì)度（Y）計(jì)算公式為式（1）。

式中：ni為第i個(gè)分類(lèi)單元的個(gè)體數(shù)；N為樣本總個(gè)數(shù)；fi為第i種在采樣點(diǎn)出現(xiàn)的頻率。將Y≥0.02的種類(lèi)視為優(yōu)勢(shì)種。

1.5 水質(zhì)的生物學(xué)評(píng)價(jià)

1.5.1 多樣性指數(shù)。其中，香農(nóng)-維納多樣性指數(shù)計(jì)算公式為式（2）。

瑪格列夫豐富度指數(shù)計(jì)算公式為式（3）。

均勻度指數(shù)計(jì)算公式為式（4）。

式中：S為樣品中底棲動(dòng)物的總種類(lèi)數(shù)。

1.5.2 生物指數(shù)。計(jì)算公式為式（5）。

式中：ti為第i個(gè)分類(lèi)單元（科或?qū)伲┑哪臀壑怠?/p>

1.5.3 Goodnight-Whitely修正指數(shù)。計(jì)算公式為式（6）。

式中：Noil為樣品中寡毛類(lèi)個(gè)體總數(shù)。

1.5.4 生物學(xué)污染指數(shù)（Biological Pollution Index，BPI）計(jì)算公式為式（7）。

式中：N1為寡毛類(lèi)、蛭類(lèi)、搖蚊幼蟲(chóng)個(gè)體數(shù)；N2為多毛類(lèi)、甲殼類(lèi)、除搖蚊外的水生昆蟲(chóng)個(gè)體數(shù)；N3為軟體動(dòng)物個(gè)體數(shù)。生物指數(shù)與水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 生物指數(shù)與水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果與分析

2.1 理化環(huán)境狀況

水質(zhì)數(shù)據(jù)表明樣點(diǎn)之間水質(zhì)差異明顯，漕河基本處在地表Ⅲ、Ⅳ類(lèi)水。其中，金壇金塔大橋（J3）樣點(diǎn)NH4-N最高，達(dá)到2.275 mg·L-1，屬于地表Ⅴ類(lèi)水，最小值出現(xiàn)在溧陽(yáng)董家舍橋（J7），為0.627 mg·L-1，屬于地表Ⅲ類(lèi)水。NH4-N、TP等水化指標(biāo)值均存在金壇段＞丹陽(yáng)段＞溧陽(yáng)段現(xiàn)象，說(shuō)明總體上下游溧陽(yáng)水質(zhì)優(yōu)于上游丹陽(yáng)水質(zhì)，上游丹陽(yáng)水質(zhì)優(yōu)于中游金壇水質(zhì)。

2.2 底棲動(dòng)物現(xiàn)狀

2.2.1 底棲動(dòng)物群落組成和空間動(dòng)態(tài)。漕河底棲動(dòng)物樣本中，共鑒定出25種（類(lèi)），隸屬于3門(mén)6綱17科。其中，環(huán)節(jié)動(dòng)物3種，占總種類(lèi)的12.00%；節(jié)肢動(dòng)物11種，占44.00%；軟體動(dòng)物11種，占44.00%。所有底棲動(dòng)物中，出現(xiàn)頻次最高的是蘇氏尾鰓蚓（Branchiura sowerbyi）和銅銹環(huán)棱螺（Bellamya aeruginosa），為75.00%。

底棲動(dòng)物耐污值的劃分，主要根據(jù)對(duì)我國(guó)東部地區(qū)底棲動(dòng)物73個(gè)分類(lèi)單位耐污值的核定值。在采集到的25種底棲動(dòng)物中，敏感類(lèi)群2種，占總種類(lèi)的8.00%；中等耐污種群20種，占總種類(lèi)的80.00%；耐污種群3種，占總種類(lèi)的12.00%。說(shuō)明漕河以耐污能力較強(qiáng)的物種為主。

底棲動(dòng)物攝食類(lèi)群的劃分，主要依據(jù)Cummins、Cummins和Kulg提出的劃分規(guī)則，在采集到的25種底棲動(dòng)物中，直接收集者4種（占總種類(lèi)的16.00%）；濾食者、撕食者和刮食者各6種（分別占24.00%）；捕食者3種（12.00%）。

從空間上看，金壇河西大橋（J5）樣點(diǎn)采集到的底棲動(dòng)物最多，共計(jì)20種。而剩余樣點(diǎn)底棲動(dòng)物較少，均不到10種。

2.2.2 優(yōu)勢(shì)種。各樣點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)種及優(yōu)勢(shì)度見(jiàn)表2，優(yōu)勢(shì)種差異較大?？傮w上漕河底棲動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種是以耐污能力較強(qiáng)的種類(lèi)為主。金壇河西大橋樣點(diǎn)（J5）優(yōu)勢(shì)種最多為9種。從出現(xiàn)頻率看，銅銹環(huán)棱螺和蘇氏尾鰓蚓均在6個(gè)樣點(diǎn)為優(yōu)勢(shì)種。

2.2.3 密度和生物量。漕河底棲動(dòng)物密度和生物量由于底質(zhì)、水深等環(huán)境的不同而變化，空間分布差異大。漕河各個(gè)樣點(diǎn)底棲動(dòng)物的密度大小排序?yàn)镴2＞J5＞J1＞J8＞J6＞J7＞J4＞J3，最大值J2樣點(diǎn)密度為153.94 ind.·m-2。各樣點(diǎn)生物量大小排序?yàn)镴1＞J2＞J5＞J8＞J6＞J7＞J3＞J4，最大J1樣點(diǎn)生物量為429.25 g·m-2。

2.3 水質(zhì)評(píng)價(jià)

利用底棲動(dòng)物作為環(huán)境監(jiān)測(cè)的指示生物，目前已廣泛應(yīng)用于生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估及水體污染狀況評(píng)價(jià)。本研究采用香農(nóng)-維納多樣性指數(shù)、瑪格列夫豐富度指數(shù)、均勻度指數(shù)、生物指數(shù)、Goodnight-Whitely修正指數(shù)和生物學(xué)污染指數(shù)對(duì)漕河水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。從表3可以看出，評(píng)價(jià)結(jié)果可分為3組。第一，香農(nóng)-維納多樣性指數(shù)、瑪格列夫豐富度指數(shù)、均勻度指數(shù)評(píng)價(jià)水質(zhì)結(jié)果基本一致，漕河從上游到下游水質(zhì)污染逐漸加重，而這與理化結(jié)果不相符。第二，生物指數(shù)、生物學(xué)污染指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果基本一致，丹陽(yáng)、金壇以及溧陽(yáng)段分別處于輕微污染、中度污染和輕度污染，這與理化評(píng)價(jià)結(jié)果相符。第三，Goodnight-Whitely修正指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果較其他5個(gè)指數(shù)存在偏差，丹陽(yáng)和溧陽(yáng)段均處清潔狀態(tài)，金壇段受重度污染。

表3 各斷面的生物指數(shù)及水質(zhì)評(píng)價(jià)

底棲動(dòng)物生活在水體底部，水環(huán)境質(zhì)量的變化都可以從底棲動(dòng)物的群落中得到響應(yīng)。香農(nóng)-維納多樣性指數(shù)、瑪格列夫豐富度指數(shù)主要是受研究地區(qū)底棲動(dòng)物種類(lèi)數(shù)影響，不能反映群落的組成。漕河底棲動(dòng)物是以耐污性比較強(qiáng)的種類(lèi)為主，多樣性指數(shù)沒(méi)考慮其耐污值。Goodnight-Whitely修正指數(shù)主要根據(jù)寡毛類(lèi)豐度來(lái)計(jì)算，但在漕河大多樣點(diǎn)，寡毛類(lèi)密度占比不足10%，所以在漕河不適合用GBI指數(shù)。BI生物指數(shù)既考慮了物種的豐度，又考慮到了不同物種的耐污性不同；生物學(xué)污染指數(shù)綜合考慮了底棲動(dòng)物的個(gè)體類(lèi)群，所以，BI和BPI指數(shù)具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。本研究中，BI、BPI評(píng)價(jià)結(jié)果總體一致。因此，可以選用生物指數(shù)和生物學(xué)污染指數(shù)綜合評(píng)價(jià)漕河水環(huán)境質(zhì)量。

3 結(jié)論

①調(diào)查期間，漕河底棲動(dòng)物共計(jì)3門(mén)6綱17科25種，各物種出現(xiàn)頻率最高的是蘇氏尾鰓蚓和銅銹環(huán)棱螺。按耐污值來(lái)劃分以中等耐污種為主，占到80.00%。從空間上看，金壇河西大橋（J5）樣點(diǎn)底棲動(dòng)物最多，共計(jì)20種。

②各樣點(diǎn)優(yōu)勢(shì)種差異較大，其中總體上，金壇河西大橋樣點(diǎn)（J5）優(yōu)勢(shì)種最多為9種，溧陽(yáng)董家舍橋（J7）優(yōu)勢(shì)種最少為2種，但總體上，漕河底棲動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種是以耐污能力較強(qiáng)的種類(lèi)為主。

③漕河底棲動(dòng)物平均密度為45.80 ind.·m-2；平均生物量為18.80 g·m-2，各樣點(diǎn)斷面密度和生物量差異較大。

④本研究采用香農(nóng)-維納多樣性指數(shù)、瑪格列夫豐富度指數(shù)、均勻度指數(shù)、生物指數(shù)（BI）、Goodnight-Whitely修正指數(shù)（GBI）和生物學(xué)污染指數(shù)（BPI）對(duì)漕河水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，其結(jié)果差異較大。香農(nóng)-維納多樣性指數(shù)、瑪格列夫豐富度指數(shù)、均勻度指數(shù)只考慮物種數(shù)量，忽略了不同物種的耐污特性等。Goodnight-Whitely修正指數(shù)（GBI）不適用于寡毛類(lèi)密度較小的水域。BI生物指數(shù)既考慮了物種豐度，又考慮了物種耐污性，所以，BI和BPI指數(shù)較其他4個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)水質(zhì)準(zhǔn)確性和可靠性高。根據(jù)BI和BPI指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果，丹陽(yáng)段、金壇段以及溧陽(yáng)段分別處于輕微污染、中度污染和輕度污染。